Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
--------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHAY
CNC ĐIỀU KHIỂN HAI TRỤC

Đà Nẵng - 2009


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
--------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHAY
CNC ĐIỀU KHIỂN HAI TRỤC

Sinh viên thực hiện

:

Phùng Văn Duy
Đào Phú Khánh

Lớp

:

04C1B

Giáo viên hướng dẫn

:

TS Nguyễn Văn Yến
ThS Nguyễn Đắc Lực

Giáo viên duyệt

:

Đà Nẵng – 2009


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HỘ CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

KHOA CƠ KHÍ

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên

:

Lớp
Khóa
Giáo viên hướng dẫn

:
:
:

Phùng Văn Duy
Đào Phú Khánh
04C1B
2004-2009
TS Nguyễn Văn Yến
ThS Nguyễn Đắc Lực

1. Tên đề tài: Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
2. Các số liệu ban đầu
Căn cứ theo số liệu của máy chuẩn máy phay điều khiển số PC MILL 155 để tính
toán thiết kế máy phay CNC 2D và thiết kế chế tạo mô hình để mô phỏng quá trình
hoạt động của nó.
3. Nội dung tính toán thiết kế của thiết minh
- Phần 1: Các vấn đề chung về máy CNC và đặc điểm kinh tế kỹ thuật
- Phần 2: Thiết kế phần truyền động của máy phay
- Phần 3: Thiết kế hệ thống dẫn động tang dao

- Phần 4: Cơ cấu gá kẹp phôi
- Phần 5: Sử dụng, bảo quản và vận hành máy
- Phần 6: Lập trình gia công
4. Các bản vẽ thiết kế

5.
6.
7.
8.

Mô hình máy phay CNC 2D
Cán bộ hướng dẫn
Ngày giao nhiệm vụ:
Ngày hoàn thành nhiệm vụ

:
:
:

Th.S. Nguyễn Đắc Lực
.................../ 2009
.................../ 2009


Thông qua bộ môn
Ngày ... tháng ... năm 2009
Tổ trưởng bộ môn
Chủ tịch hội đồng

Cán bộ hướng dẫn

Ngày ... tháng ... năm 2009
Sinh viên đã hoàn thành và
nộp toàn bộ đồ án cho bộ môn

Ngày ... tháng ... năm 2009

Ngày ... tháng ... năm 2009


LỜI NÓI ĐẦU
Trong một thời gian khá dài, ngành cơ khí đã tập trung nghiên cứu để giải
quyết vấn đề tự động hóa ở các xí nghiệp có quy mô sản xuất lớn (hàng loạt và hàng
khối). Nhưng trong thực tế, các xí nghiệp máy có quy mô sản xuất hàng loạt vừa và
hàng loạt nhỏ lại là phổ biến ở Việt Nam. Do đó, đòi hỏi các xí nghiệp này phải
nâng cao về hiệu quả sản xuất năng suất lao động; đều này đã dẫn tới vấn đề nghiên
cứu triển khai kỹ thuật tự động có tính linh hoạt cao trong các dây chuyền sản xuất.
Máy công cụ - trung tâm gia công điều khiển bằng chương trình số và kỹ thuật
vi xử lý CNC - đã được sử dụng trong sản xuất hàng loạt vừa và hàng loạt nhỏ đã
tạo điều kiện linh hoạt hoá và tự động hoá dây chuyền gia công. Đồng thời làm thay
đổi phương pháp và nội dung chuẩn bị cho sản xuất.
Trong những năm gần đây các máy NC và CNC đã được nhập vào Việt Nam
và hiện nay đang hoạt động trong một số nhà máy, viện nghiên cứu và các công ty
liên doanh. Cũng chính vì thế nên việc nghiên cứu, chế tạo máy CNC đã được nhiều
nhà kỹ thuật, kỹ sư Việt Nam đang theo đuổi
Để tổng kết lại những kiến thức đã học cũng như để làm quen với công việc
thiết kế của người cán bộ kỹ thuật trong ngành cơ khí sau này. Em đã được nhận đề
tài "Thiết kế máy phay CNC 2D“ dựa trên máy chuẩn PC MILL155. Vì lần đầu
làm quen với công việc thiết kế tổng thể, mặc dù được sự hướng dẫn của thầy
Nguyễn Đắc Lực nhưng cũng không tránh khỏi những bỡ ngỡ. Hơn nữa, tài liệu
phục vụ cho công việc thiết kế còn quá ít, thời gian thực hiện đề tài không nhiều,

khả năng còn hạn chế nên chắc trong quá trình thiết kế sẽ không tránh khỏi những
thiếu sót. Nên rất mong được sự giúp đỡ và chỉ bảo của các thầy cô.
Sau thời gian 3 tháng làm đề tài tốt nghiệp bằng chính nổ lực của bản thân và
được sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Đắc Lực, các thầy cô giáo và sự giúp đỡ của
các bạn sinh viên khác trong khoa em đã hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp này
đúng thời gian qui định. Một lần nữa cho phép em gởi đến quí thầy cô cùng các bạn
lòng biết ơn sâu nhất.
Đà Nẵng, ngày 20 tháng 5 năm 2003
Sinh viên thực hiện

Đào Phú Khánh

Phùng Văn Duy


Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

MỤC LỤC
MỤC LỤC ...................................................................................................................1
Phần 1 CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ MÁY CNC .......................................................5
ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - KỸ THUẬT ........................................................................5
Chương 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY CNC ...................................................................5
1.
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.

Khái niệm cơ bản về điều khiển và điều khiển số ..............................................5
Khái niệm ...........................................................................................................5

Phân loại hệ thống điều khiển trên máy công cụ................................................5
Điều khiển theo kiểu truyền thống .....................................................................5
Điều khiển số ......................................................................................................5

2.
2.1.
2.2.
2.3.

Quá trình phát triển của máy CNC .....................................................................8
Quá trình phát triển.............................................................................................8
Thực trạng ứng dụng máy CNC tại Việt Nam .................................................11
Sự giống và khác nhau giữa máy phay truyền thống và máy phay CNC ........11

3. Các hệ điều khiển số và các dạng điều khiển số ..............................................13
3.1. Các hệ điều khiển số .........................................................................................13
3.2. Các dạng điều khiển của máy ...........................................................................15
4.
4.1.
4.2.
4.3.

Hệ tọa độ trên máy CNC và các điểm chuẩn ...................................................18
Hệ tọa độ trên máy CNC ..................................................................................18
Hệ tọa độ của các loại máy phay ......................................................................19
Các điểm gốc và điểm chuẩn ............................................................................19

5.
5.1.
5.2.

5.3.
5.4.
5.5.

Những khái niệm cơ bản về lập trình gia công trên máy CNC ........................20
Quĩ đạo gia công...............................................................................................20
Cách ghi kích thước chi tiết..............................................................................21
Lập trình cho máy công cụ CNC ......................................................................22
Các phương pháp lập trình cho hệ điều khiển ..................................................24
Chương trình con và chương trình chính .........................................................27

6.
6.1.
6.2.
6.3.

Quy trình công nghệ, chủng loại và tính công nghệ của chi tiết ......................27
Đặc điểm của qui trình công nghệ gia công trên máy CNC.............................27
Chọn chủng loại chi tiết gia công trên máy CNC ............................................28
Yêu cầu đối với công nghệ của chi tiết ............................................................28

1


Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
7. Phương pháp thực hiện nguyên công trên máy CNC .......................................29
7.1. Phân loại nguyên công trên các máy CNC .......................................................29
7.2. Các nguyên công phay .....................................................................................30
Chương 2 CƠ SỞ TỰ ĐỘNG CỦA MÁY CNC .....................................................34
1.

1.1.
1.2.
1.3.

Hệ thống đo chuyển vị trên máy công cụ CNC................................................34
Hệ thống đo theo kiểu quang học .....................................................................34
Hệ thống đo chuyển vị theo số đo tuyệt đối .....................................................35
Nguyên tắc cảm ứng .........................................................................................35

2. Hệ thống tự động điều chỉnh vị trí ...................................................................36
2.1. Điều khiển vị trí bằng thước mã hoặc bộ mã góc.............................................36
2.2. Điều khiển vị trí bằng số với hệ thống đo dịch chuyển bằng gia số ................37
2.3. Điều khiển vị trí bằng số nhờ hệ thống đo dịch chuyển tương tự có tính chất
chu kỳ ........................................................................................................................37
3. Bộ so sánh.........................................................................................................38
3.1. Bộ so sánh kiểu gia số ......................................................................................38
3.2. Bộ so sánh kiểu tuyệt đối .................................................................................38
4. Đo trên máy CNC .............................................................................................38
4.1. Đo chi tiết máy trên máy CNC .........................................................................38
4.2. Đo dao trên máy CNC ......................................................................................39
Chương 3 CÁC ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - KỸ THUẬT ...........................................40
Phần 2 THIẾT KẾ PHẦN TRUYỀN ĐỘNG CỦA MÁY PHAY ..........................42
Chương 1 THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH VÀ SƠ LƯỢC MÁY CHUẨN PC
MILL-155 ..................................................................................................................42
1.
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.

Thông số kỹ thuật chính của máy PC MILL- 155............................................42
Vùng làm việc (Working area) ........................................................................42
Bàn máy (Milling table) ..................................................................................42
Hộp tốc độ (Milling spindle drive) ..................................................................42
Hộp chạy dao (Feed drive) ..............................................................................42
Hệ thống dao cụ (Tool System).......................................................................43

2.

Sơ lược máy chuẩn ...........................................................................................43

Chương 2 HIẾT KẾ ĐỘNG HỌC CỦA MÁY ......................................................44
1.

Vận tốc cắt và lượng chạy dao giới hạn ...........................................................44
2


Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
2. Thiết kế đường truyền tốc độ ...........................................................................46
2.1. Chọn động cơ và bộ biến tầng ..........................................................................46
2.2. Thiết kế động học bộ truyền đai .......................................................................47
3.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.

Thiết kế đường truyền chạy dao .......................................................................47

Vài nét về truyền động bước ............................................................................47
Đặc điểm và yêu cầu kỹ thuật của đường truyền chạy dao ..............................48
Tính toán thiết kế đường truyền động chạy dao (Sử dụng động cơ bước).......48
Tính chọn công suất động cơ chạy dao ( Động cơ bước).................................50

Chương 3

THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC HỌC TOÀN MÁY ......................................51

1. Xác định chế độ làm việc giới hạn ...................................................................51
1.2. Chế độ cắt cực đại: ...........................................................................................51
2.
2.1.
2.2.
2.3.

Xác định lực tác dụng khi gia công ..................................................................52
Lực cắt ..............................................................................................................52
Thành phần của lực cắt (Hình2.8) ....................................................................52
Các phương pháp xác định thành phần lực ......................................................53

3.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.

Thiết kế động lực học đường truyền tốc độ trục chính ....................................55

Chọn loại đai.....................................................................................................55
Xác định đường kính bánh đai .........................................................................56
Khoảng cách trục A và chiều dài đai................................................................56
Xác định tiết diện đai........................................................................................56
Xác định chiều rộng B của bánh đai.................................................................56
Tính lực căng và lực tác dụng lên trục .............................................................57

4.
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.

Thiết kế động lực học đường truyền chạy dao .................................................57
Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ-răng thẳng cấp nhanh ..................................57
Thiết kế bộ truyền răng trụ răng thẳng cấp chậm .............................................62
Tính toán thiết kế trục và then ..........................................................................67
Thiết kế bộ truyền vítme- đai ốc bi ..................................................................79
Thiết kế gối đỡ trục ..........................................................................................85

Chương 4 CÁC CƠ CẤU ĐẶC BIỆT CỦA MÁY .................................................90
1.

Cơ cấu cấp và thay thế dụng cụ ........................................................................90

2. Cơ cấu gá kẹp phôi (Đồ gá) ..............................................................................91
2.1. Phân tích các dạng cơ cấu sinh lực ...................................................................91
2.2. Tính toán sơ bộ hệ thống sinh lực bằng khí nén...............................................93
3

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
Hình4.4: Sơ đồ hệ thống kẹp chặt bằng khí nén .......................................................93
Phần 3 SỬ DỤNG BẢO QUẢN VẬN HÀNH MÁY ............................................95
1.
1.1.
1.2.
1.3.

Sử dụng và các chế độ truy nhập dữ liệu..........................................................95
Sử dụng. ............................................................................................................95
Các chế độ vận hành máy. ................................................................................96
Các chế độ truy nhập dữ liệu. ...........................................................................97

2.
2.1.
2.2.
2.3.

Bảo quản máy ...................................................................................................98
Đặt máy ............................................................................................................98
Sửa chữa máy ..................................................................................................99
Nội dung của hệ thống sửa chữa dự phòng theo kế hoạch. ............................101

3.

Bôi trơn máy ...................................................................................................104

Phần 4 LẬP CHƯƠNG TRÌNH GIA CÔNG ........................................................106

1.

Cấu trúc của chương trình NC........................................................................106

2.

Lập trình gia công trên máy bằng tay .............................................................106

3. Các chức năng dịch chuyển và các chu trình .................................................108
3.1. Các chức năng dịch chuyển. ...........................................................................108
3.2. Các chu trình. .................................................................................................111
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................112

4


Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Phần 1

CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ MÁY CNC
ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - KỸ THUẬT

Chương 1

ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY CNC

1. Khái niệm cơ bản về điều khiển và điều khiển số
1.1. Khái niệm
Điều khiển là phương pháp hiệu chỉnh dòng năng từ nguồn cho đến cơ cấu

chấp hành hoặc qui trình công nghệ nào đó để có thể đạt được một kết quả mong
muốn.
1.2. Phân loại hệ thống điều khiển trên máy công cụ
Người ta chia hệ thống điều khiển máy công cụ thành hai loại:
− Điều khiển theo kiểu truyền thống
− Điều khiển số
1.3. Điều khiển theo kiểu truyền thống
Hệ thống điều khiển (HTĐK) theo kiểu này gồm: điều khiển bằng cam, điều
khiển theo quảng đường, điều khiển theo thời gian, điều khiển theo chu kì,.... Nhìn
chung các loại điều khiển này có chung các đặc điểm chính sau đây:
− Điều khiển máy có sự tham gia phần lớn của người vận hành từ khâu cấp
phôi, gá phôi, hiệu chỉnh dụng cụ cho đến khâu kiểm tra sản phẩm.
− Các thao tác của HTĐK thường khó thay đổi (chính xác là không thay đổi
được). Do vậy, nó không thích ứng với sự thay đổi sản phẩm.
− Nếu không có sự tham gia của người vận hành thì cơ cấu máy thực hiện chu
trình làm việc liên tục như các máy tự động. Với các loại máy này không thay đổi
được hoặc muốn thay đổi cũng rất phức tạp.
Do vậy, khuynh hướng phát triển chung là người ta muốn có những HTĐK mà
nó dễ dàng thích nghi với sự thay đổi của sản phẩm. Nhìn chung, các HTĐK theo
kiểu truyền thống tuy càng lúc càng được cải thiện tuỳ theo mức độ cơ khí hoá, tự
động hoá của nhà máy sản nhưng vẫn chưa thực sự đáp ứng được nhu cầu của thực
tế.
1.4. Điều khiển số
1.4.1. Bản chất của điều khiển số
Khi gia công trên các máy công cụ thì chi tiết và dụng cắt thực hiện các
chuyển động tương đối với nhau. Những chuyển động được lặp đi lặp lại nhiều lần
khi gia công mỗi chi tiết gọi là chu kỳ gia công.

5

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
Mỗi chu kỳ gia công được đặt trưng bởi hai thành phần đó là: phần kích thước
và phần điều khiển. Hai thông tin không thể thiếu trong bất kỳ một máy điều khiển
nào. Thông tin về kích thước cho phép chúng xác định hành trình của chu kỳ; trong
khi đó thông tin về sự điều khiển cho phép xác định thứ tự của hành trình theo thời
gian.
1.4.2. Điều khiển số và hệ thống điều khiển số
1.4.2.1. Điều khiển số
Điều khiển số NC (Numerical Control) là một hình thức tự động hoá đặc biệt.
Máy công cụ được lập trình để thực hiện một dãy có thứ tự các sự kiện với một tốc
độ xác định trước nhằm gia công một chi tiết máy với toàn bộ những kết quả và
tham số vật lí hoàn toàn có thể dự đoán được. Điều này được thực hiện là nhờ các
bộ vi xử lý. Nó có thể tiếp nhận và chuyển đổi các dữ liệu gia công thành các tín
hiệu điều khiển máy hoạt động và có thể thay đổi chức năng của nó bằng chương
trình ngoài, chứ không phải chỉ thực hiện một số chức năng cố định như trước đây.
1.4.2.2. Hệ thống điều khiển số
Là hệ thống mà trong đó các hoạt động được điều khiển là dữ liệu số đưa vào
trực tiếp ở một điểm nào đó. Hệ thống đó phải tự động dịch chuyển tối thiểu một
phần nào đó của dữ liệu này.
Dữ liệu số là thông tin cung cấp bỡi tín hiệu mã nhị phân. Nó được biểu diễn
dưới dạng mã số hoặc kí tự. Đây là thông tin cần thiết để tạo ra một chương trình,
gọi là chương trình gia công chi tiết.
Có 2 loại HTĐK: Hệ thống hở và hệ thống kín.
a. Hệ thống hở
Băng đục lỗ

1

2

Hộp giảm tốc

3

M

4

Hình 1-1 Hệ thống điều khiên sô vòng hở

6


Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
1: Bộ đọc
2: Bộ giải mã
3: Bộ khuếch đại
4: Bàn máy
M: Động cơ
Đặc điểm của hệ thống điều khiển số vòng hở như sau:
− Các hệ thống điều khiển được vận hành theo nhịp thời gian của một đồng
hồ và độc lập với biến ra.
− Không có cảm biến và bộ so sánh. Do đó, muốn đảm bảo chính xác cho
biến ra của cơ cấu chấp hành thì cần có yêu cao về độ chính xác của hệ truyền động.
− Cấu trúc đơn giản và giá thành thấp.
b. Hệ thống kín
1: Bộ đọc
2: Bộ giải mã
3: Bộ khuếch đại

4: Bàn máy
5: Bộ so sánh
6: Cảm biến đo vị trí
M: Động cơ
Băng đục lỗ

Bộ so sánh

Hộp giảm tốc
5

Máy

1

2

Σ

3

M

x

4

x

Hình 1-2 Hệ thống điều khiển số vòng kính

Đặc điểm của hệ thống điều khiển số vòng hở như sau:
− Độ chính xác của biến ra ít phụ thuộc vào hệ truyền động mà phụ thuộc vào
cảm biến.
− Làm việc chính xác và độ tin cậy cao.
Do vậy, hầu hết các HTĐKS hiện nay là hệ thống kín. Các hoạt động điều
khiển được vận hành qua các sai lệnh điều khiển giữa biến vào và biến ra.
c. Cấu trúc từng phần của HTĐKS
− Bộ đọc: bao gồm các dữ liệu gia công, mô tả các hoạt động của máy kể cả
hiệu chỉnh dụng cụ dưới dạng từng câu lệnh của chương trình. Nó được in vào băng

7


Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
đục lỗ. Và chỉ khi nào mỗi một dòng lệnh được hoàn hành nhiệm vụ thì một dòng
lệnh khác được đọc.
− Bộ giải mã: nhiệm vụ biến nội dung dòng lệnh thành tín hiệu điều khiển.
− Bộ so sánh: so sánh giá thực của biến ra để chấp hành với giá trị biến vào
của hệ điều khiển. Sai lệnh này nếu có sẽ được biến thành tín hiêụ điều khiển.
− Bộ khuếch đại: dùng để biến đổi mức tín hiệu cần thiết cho mục đích điều
khiển.
− Cảm biến: dùng đo giá thực của biến ra. Sau đó, cung cấp cho bộ so sánh
dưới dạng tín hiệu, thường là tín điện.s
2. Quá trình phát triển của máy CNC
2.1. Quá trình phát triển
Điều khiển số NC (Numerical Control) là phương pháp tự động điều chỉnh các
máy công tác (máy công cụ, Robot, băng tải vận chuyển phôi liệu, chi tiết gia công,
sản phẩm,...) trong đó các hành động bị điều khiển được sản ra trên cơ sở cung cấp
các dữ liệu ở dạng mã nhị phân. Nó được biểu diển dưới dạng các con số thập phân,
các chữ cái và kí hiệu đặc trưng tạo thành một chương trình làm việc của thiết bị

hay của hệ thống.
Trước đây, cũng đã có những quá trình gia công cắt gọt được điều khiển theo
chương trình bằng các kỹ thuật chép hình theo mẫu, chép hình bằng hệ thống thuỷ
lực,.... Ngày nay, với sự tiến bộ vượt bậc của KH- KT, nhất là trong lĩnh vực ĐKS
và tin học đã tạo điều kiện thuận lợi cho các nhà chế tạo máy nghiên cứu và ứng
dụng đưa vào các máy công cụ truyền thống các HTĐK tự động. Biến các máy công
này thành các máy điều khiển theo chương trình số, gọi là các máy CNC
(Computrized Numerical Control).
Việc sử dụng các máy CNC cho phép giảm khối lượng gia công chi tiết, nâng
cao độ chính xác gia công và hiệu quả kinh tế; đồng thời cho phép rút ngắn được
chu kỳ sản xuất. Do đó, hiện nhiều nước trên thế giới đã và đang ứng dụng rộng rãi
công nghệ mới này vào lĩnh vực cơ khí chế tạo. Đặc biệt là chế tạo các khuôn mẫu
chính xác, các chi tiết đòi hỏi độ chính xác và độ phức tạp cao.
Xuất phát từ ý tưởng điều khiển một dụng cụ thông qua một chuỗi lệnh kế
tiếp, liên tục như các máy công cụ ĐKS ngày nay được thực hiện từ mãi thế kỉ XIV.
Khi ở châu Âu người ta dùng các chốt hình trụ để điều khiển các chuyển động của
các hình trang trí trên đồng hồ lớn của nhà thờ.
Năm 1808, Joseph M. Jacquard dùng những tấm tôn đục lỗ để điều khiển tự
động các máy dệt.

8


Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
Năm 1863, M. Fourneaux phát minh ra đàn Piano nỗi tiếng thế giới. Với băng
giấy đục lỗ làm vật mang tin.
Năm 1938, Claud E. Shannon trong khi làm luận án tiến sĩ đã đi đến kết luận
rằng việc tính toán và truyền tải nhanh dữ liệu có thể thực hiện bằng mã nhị phân.
Từ năm 1949 đến 1952, Jonh Parsons và Học viện kỹ thuật Massachusett
(Massachusett Institute Of Technology) đã thiết kế “một hệ thống điều khiển

dành cho máy công cụ, để điều khiển trực tiếp vị trí của các trục thông qua dữ
liệu đầu ra của một máy tính, làm bằng chứng cho một chức năng gia công chi
tiết” theo hợp đồng của Không lực Hoa Kỳ.
Cũng trong thời gian này, Parsons cùng với đồng nghiệp của ông đã đưa ra 4
tiên đề cơ bản sau:
− Những vị trí được tính ra trên một biên dạng được ghi nhớ vào băng đục lỗ.
− Các đục lỗ được đọc trên máy một cách tự động.
− Những vị đã được đọc ra được liên tục truyền đi và được bổ sung thêm tính
toán cho các giá trị trung gian nội tại.
− Các động cơ servo ( vô cấp tốc độ ) có thể điều khiển được chuyển động
các trục.
Năm 1952, chiếc máy phay ĐKS đầu tiên ra đời mang tên là “ Cincinnate
Hydrotel” có trục thẳng đứng do Học viện kỹ thuật Masssachusett cung cấp. Đơn vị
điều khiển được lắp bằng các bóng đèn điện tử chân không, điều khiển 3 trục nhận
dữ liệu thông qua băng đục lỗ mã nhị phân.
Năm 1954, Bendix mua bản quyền phát minh của Parsons và chế tạo được
thiết bị điều khiển NC công nghiệp đầu tiên, nhưng vẫn còn dùng bóng đèn điện tử
chân không.
Năm 1958, “công cụ lập trình tự động APT” (Automatically Programmed
Tool) ra đời. Đánh dấu một bước phát triển mới về lập trình cho máy.
Trong thời gian đó, giới công nghệp nói chung đã bắt đầu nhận ra những ưu
thế tiềm tàng của kỹ thuật ĐKS. Điều đó buộc họ phải xem xét một cách nghiêm
túc, chặt chẽ và kỹ càng những vấn đề về nghành chế tạo máy của chính họ. Đồng
thời họ cũng phải suy xem cái kỹ thuật công nghệ mới này có thể giúp đỡ họ như
thế nào để cải tiến phương pháp hiện có của họ. Người ta nhanh chóng nhận ra rằng,
phần lớn các bài toán cắt gọt kim loại như: Khoan lỗ, tiện, phay đường thẳng, không
nhất thiết đòi hỏi tới bộ điều khiển hiện đại, sử dụng những phương máy tính hoá.
Thế nhưng, việc ứng dụng ngay cả dạng cơ bản nhất của APT cho những thành
phần hình học đơn giản cũng vừa cồng kềnh, vừa rắc rối và vừa đắt tiền.0

9


Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
Do vậy, nhiều ngôn ngữ đơn giản hơn dùng cho mục đích đặc biệt đã được
phát triển. Tuy nhiên, đa số các ngôn ngữ này điều lấy APT làm gốc.0
Rồi cho đến giữa những thập niên 70, 80, với sự phát triển của công nghệ vi
xử lí. Lần dầu tiên nó được đưa vào thiết bị điều khiển số có sự hỗ trợ của máy tính,
tạo một bước nhảy khổng lồ trong lĩnh vực ĐKS. Từ các máy ĐKS NC trở thành
những máy ĐKS CNC (Computeized Numerical Control), tức là những máy công
cụ điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính. Mặc khác, cùng với những mô đun
điện tử dùng để lưu trữ dữ liệu và tạo xung, bộ vi xử lí hình thành trung tâm đóng
ngắt và tính toán của tất cả mọi điều khiển số CNC hiện đại. Tốc độ chuyển nhanh
của các phần tử này đủ để đưa ra nhiều chức năng và nhiệm vụ tính toán khác nhau
mà không làm ảnh hưởng đến nhịp độ làm việc của các máy công cụ ghép nối với
chúng. Nhưng nếu một bộ vi xử lí nào đó tỏ ra không đủ thực hiện mọi chức năng
yêu cầu trong chu trình thời gian cực đại cho phép, thì khi đó có thể thêm vào đơn
vị xử lí thứ 2 hoặc thậm chí thứ 3 sử dụng song song hoặc luân phiên cho những
nhiệm đặc biệt.0
Rồi từ thập niên 80 trở đi, với sự phát triển của công nghệ truyền số liệu, các
mạng cục bộ và liên thông đã tạo điều kiện cho các nhà chế tạo thực hiện việc nối
kết giữa các máy CNC riêng lẽ (CNC Machine Tools) lại với nhau tạo thành các
trung tâm gia công DNC (Directe Numerical Control) nhằm khai thác một cách có
hiệu quả nhất như: cách bố trí, sắp xếp các công việc trên từng máy, tổ chức sản
xuất,.... Và cũng dựa trên nền công nghệp này, một chuỗi các loại thiết bị, phần
mềm và hệ thống được phát triển không ngừng bỡi các viện nghiên cứu và công
nghệ khác nhau trên thế giới. Nhằm thoả mãn về nhu cầu thiết kế và chế tạo đặc
biệt.
Đó là những phần mềm thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ
CAD/CAM (Computer Aided Desgin/ Computer Aided Manufacturing) theo hệ

thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System) và cao hơn là việc
chế tạo và gia công chi tiết được thực hiện toàn bộ qua máy tính, người ta gọi là tổ
hợp CIM (Computer Intergraded Manufacturing).
Cho đến năm 2003 này, lịch sử phát triển của máy công cụ ĐKS đã được 51
năm tuổi. Nó đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới. Từ
những ứng dụng gia công đơn giản như việc di chuyển từ điểm đến điểm của máy
khoan đến những máy công cụ điều khiển 2 trục như máy tiện, điều khiển 3 trục
như máy phay,...và cho đến những nhiệm vụ tự động gia công nhiều trục và độ phức
tạp cao như: các khuôn rèn dập, các khuôn đúc áp lực, cánh tuabin và những chi tiết
phức tạp của máy bay, tàu thuỷ,.... Ngoài ra, ngày nay máy CNC còn được dùng vào
10


Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
việc kiểm tra giám sát, điện báo điện tín và nhiều lĩnh vực khác đã đem lại chất
lượng và hiệu quả kinh tế rất đáng kể. Trong tương lai, với lợi thế về sự ghép nối
các hệ thống CNC riêng lẽ với nhau để tạo thành mạng sẽ được phát huy trong
chiến lượt gia công toàn cầu. Trong đó, dòng thông tin được thu phát, chuyển giao
bằng hệ thống vệ tinh, đảm nhiệm mối liên kết giữa nhu cầu thị trường_ đơn đặt
hàng_ nhà thiết kế_ nhà chế tạo_ nhà cung cấp_ nhà tiêu thụ ,... trong mạng liên
thông toàn cầu WAR (World Area Netword).
2.2. Thực trạng ứng dụng máy CNC tại Việt Nam
Ở Việt Nam trước năm 1990 khi nhắc đến công nghệ NC, CNC quả là rất xa lạ
và ít người biết đến nó.
Bắt đầu từ năm 1991, thông qua một số dự án chuyển giao công nghệ, hợp tác
với nước ngoài như: dự án “Chuyển giao công nghệ thiết kế, phát triển và chế
tạo khuôn mẫu”. Lúc đó các công nghệ CNC như: máy phay CNC, máy tiện CNC,
đo lường CNC,... lần đầu tiên được giới thiệu và thu hút sự quan tâm của nhiều nhà
chuyên môn cũng như của các doanh nghiệp trong nước và liên doanh với ngoài.
Hiện nay, nhiều nhà máy cơ khí trong nước đã và đang có những dự án đầu tư

các dây chuyền sản xuất với phần lớn thiết bị trong dây chuyền là các máy CNC.
Mặc dù, công nghệ CNC du nhập vào Việt Nam trong một thời gian ngắn
nhưng có thể nói công nghệ này đã có một chỗ đứng tại Việt Nam và tin chắc trong
những năm tới đây công nghệ này sẽ được dùng nhiều trong các xí nghiệp, phân
xưởng, nhà máy ở nước ta. Vì nó đem lại hiệu quả kinh tế rất cao. Đặc biệt trong
điều kiện sản xuất hiện nay ở nước ta. Do vậy, việc đẩy mạnh ứng dụng công nghệ
CNC là một nhu cầu cần thiết đối với các cơ sở sản xuất nói chung và nghành chế
taoû máy nói riêng.
2.3. Sự giống và khác nhau giữa máy phay truyền thống và máy phay CNC
2.3.1. Giống nhau:
− Cấu trúc tổng thể
Nói chung tương tự nhau là cùng sử dung bàn máy hình chữ thập nhằm nâng
độ cứng cho máy.
− Chức năng:
+ Dùng để gia công các bề mặt: mặt phẳng, mặt định hình.
+ Gia công các rãnh: rãnh thẳng, rãnh nghiêng, rãnh xoắn.
+ Gia công bánh răng.
2.3.2. Khác nhau:
2.3.2.1. Máy phay truyền thống
− Về mặc kết cấu hộp tốc độ
11


Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
Trong máy phay vạn năng người ta sử dụng một động cơ điện xoay chiều có
công suất lớn với một cấp tốc độ thông qua bộ truyền cơ khí gồm các bánh răng di
trượt để thay đổi tốc độ, các tốc độ này được truyền đến đầu trục chính tạo ra tốc độ
quay cho trục chính, thông qua các bánh răng ghép nối giữa hộp tốc độ với trục
chính. Với hệ truyền động này do ma sát sinh ra giữa các băng ăn khớp, trọng lượng
của các bánh răng, của các trục, ma sát giữa ổ và trục tất cả tạo nên một mômen cản

rất lớn, nên mômen mở máy của động cơ phải lớn. Ngoài ra, do ma sát sinh ra làm
tiêu hao một phần công suất của động cơ làm ảnh hưởng đến độ chính xác của máy.
Sự rung động lớn cũng ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng bề mặt gia công chi
tiết.
− Về kết cấu hộp chạy dao
Cũng sử dụng một động cơ điện xoay chiều có một cấp tốc độ để truyền
chuyển động và công suất chạy dao cho bàn máy theo 3 phương X, Y, Z trong
không gian. Để thay đổi được tốc độ người ta dùng hộp giảm tốc cơ khí (gồm các
bánh răng di trượt) để tạo ra một số cấp tốc độ nhất định (điều khiển tốc độ phân
cấp). Giữa các phương chuyển động X, Y, Z không có sự phối nhau mà chúng chỉ
chuyển động độc lập. Bộ truyền vít me_ đai ốc dùng để truyền chuyển động quay
thành chuyển động tịnh tiến cho bàn máy với độ tự hãm tốt. Tuy nhiên, do có khe
hở giữa vítmevà đai ốc nên tạo nên sự va đập và dao động khi đảo chiều chuyển
động. Đường truyền chuyển động tương đối dài, làm tiêu hao nhiều công suất. Khi
cần định vị hành trình máy người ta dùng các cữ chặn có sự tác động của con người.
Ngoài ra sự tác động của nhiệt lượng, sự rung động làm cho máy thiếu chính xác và
khó khắc phục.
− Các HTĐK dùng để đóng mở các nguồn động, thay đổi chuyển động của
dao, thay đổi số vòng quay của trục chính, gá đặt phôi, tháo chi tiết, bôi trơn,...
thường là HTĐK cơ khí.
− Công việc điều khiển máy điều do người thợ điều khiển bằng tay như: điều
khiển số vòng quay, kiểm tra vị trí dung cụ và chi tiết, ... phụ thuộc vào tay nghề
của người thợ.
− Dễ sinh phế phẩm khi gia công chi tiết.
− Khó gia công các chi tiết có hình dạng phức tạp.
− Hiệu kinh tế không cao.
Tuy nhiên, ngày nay nó vẫn được dùng nhiều trong các phân xưởng và nhà
máy.

12

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
2.3.2.2. Máy phay CNC
− Hộp tốc độ:
Do yêu cầu đường truyền động ngắn nhưng phải đảm bảo được phạm vi
điều chỉnh động học, để máy đáp ứng nhanh và ổn định người ta dùng động cơ điện
xoay chiều có thể thay đổi được tốc độ bằng bộ biến đổi tần số. Vì đường truyền
ngắn nên ít hao tổn công suất, thời gian đáp ứng nhanh và công suất cắt cao.
− Hộp chạy dao:
Ngoài việc truyền công suất chạy dao cần thiết, khi gia công các chi tiết khác
nhau như ở máy công cụ vạn năng thì hệ truyền động phải đảm bảo cho cơ cấu chấp
hành định vị nhanh và chính xác cao. Để đáp ứng được điều kiện này thì hệ thống
truyền động phải được thiết kế theo một hệ thống kín.
− Sự chuyển động của bàn máy trong không gian có sự phối hợp nhịp nhàng
của 3 trục X, Y, Z. Do vậy, trong các máy ĐKS người ta sử dụng động cơ bước điều
khiển vô cấp tốc độ, tạo ra sự dịch chuyển theo 3 phương trong hệ toạ độ ĐềCác .
− Để biến chuyển động quay của trục động cơ thành chuyển động tịnh tiến
của bàn máy, người ta bộ truyền vít me_ đai ốc bi.
− Quá trình gia công chi tiết được thực hiện một cách tự động. Tuy nhiên,
trước khi gia công một chi tiết nào người ta phải đưa vào máy một chương trình đã
được lập sẵn theo biên dạng của chi tiết đó. HTĐK thực hiện các lệnh này và kiểm
tra chúng nhờ một hệ thống đo dịch chuyển của bàn trượt máy.
− Độ chính xác gia công phụ thuộc vào độ chính xác của hệ thống đo.
− Chất lượng gia công ổn định.
− Có thể gia công những chi tiết phức tạp mà máy công cụ thường không gia
công được.
− Tháo và kẹp chi tiết một cách tự động.
− Đem lại hiệu quả kinh tế rất cao.
Ngày nay, các máy CNC chiếm phần lớn trong các dây chuyền sản xuất của

phân xưởng, nhà máy có qui mô lớn.
3. Các hệ điều khiển số và các dạng điều khiển số
3.1. Các hệ điều khiển số
3.1.1. Hệ điều khiển NC ( Numerical Control )
Với hệ điều khiển này các thông số hình học của chi tiết gia công và các lệnh
điều máy được cho dưới dạng dãy các con số. Tất cả được ghi vào băng đục lỗ dưới
dạng các câu lệnh của chương trình. Các thông tin này được đưa vào hệ điều khiển,
nó được mã hoá và tách thành các thông tin hình học và thông tin công nghệ.

13


Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
− Thông tin hình học (Geometrical Information): là hệ thống thông tin điều
khiển các chuyển động giữa dao và chi tiết. Nó ảnh hưởng tực tiếp đến quá trình tạo
hình bề mặt (hình thành đường sinh và đường chuẩn của bề mặt hình học).
− Thông tin công nghệ (Technological Information): là hệ thống thống tin cho
phép máy thực hiện gia công với những giá trị công nghệ yêu cầu: chiều sâu cắt, tốc
độ chạy dao, số vòng quay trục chính,....
− Nguyên tắc làm việc của hệ điều khiển NC là: Sau khi mở máy các lệnh thứ
nhất và thứ hai được đọc. Khi quá trình đọc kết thúc thì máy bắt đầu thực lệnh thứ
nhất. Trong khi đó, thông tin của lệnh thứ hai nằm trong bộ nhớ của hệ điều khiển.
Sau khi lệnh thứ nhất thực hiện xong thì lệnh thứ hai bắt đầu làm việc. Trong khi
đóï lệnh thứ ba được đọc và ghi vào bộ nhớ tại vị trí mà lệnh thứ hai vừa được giải
phóng. Và quá trình đọc dịch như vậy cho đến hết chương trình.
− Nhược điểm của hệ điều khiển NC là:
+ Khi gia công các chi tiết tiếp theo thì hệ điều khiển phải đọc lại tất cả các
lệnh từ đầu. Điều này dễ gây nhầm lẫn, sai xót của bộ tính toán trong hệ điều khiển.
Do đó, dễ gây phế phẩm đối với chi tiết gia công.
+ Chương trình dễ bị lỗi do băng đục lỗ, băng từ bị nhiễm bẩn hoặc bị

mòn.
+ Khó thay đổi chương trình.
3.1.2. Hệ điều khiển CNC ( Computerized Numerical Control )
Đặc điểm chính của hệ điều khiển CNC là có sự tham gia của máy tính. Trong
hệ điều khiển này, các nhà chế tạo máy đã cài đặt vào máy tính một chương trình
điều khiển riêng cho từng loại máy. Với hệ điều khiển CNC cho phép thay đổi và
hiệu chỉnh chương trình hoạt động của bản thân nó. Các chương trình có thể được
nạp vào nhớ toàn bộ một lúc hoặc từng lệnh. Các lệnh điều khiển không chỉ viết cho
từng lệnh riêng rẽ mà còn cho nhiều chuyển động cùng một lúc. Điều này cho phép
giảm tối thiểu số câu lệnh của chương trình; từ đó nâng cao độ tin cậy và khả năng
làm việc của máy. Ngoài ra, so với hệ điều khiển NC hệ điều khiển CNC có kích
thước nhỏ hơn và giá thành cũng thấp hơn nhưng hiệu quả đạt được thì lại rất cao.
3.1.3. Hệ điều khiển DNC( Directe Numerical Control )
Hệ điều khiển DNC là sự kếït nối giữa các máy CNC riêng rẽ với nhau thành
một trung tâm gia công và chụi sự chi phối của các máy tính trung tâm.
Tất cả các chương trình CNC sẽ được lưu trữ trên đĩa cứng của máy tính và có
thể gọi trực tiếp theo nhu cầu từng máy. Trong một số trường hợp, máy tính đóng
vai trò trong việc chỉ đạo lựa chọn những chi tiết gia công theo thứ tự ưu tiên để
phân đi các máy khác nhau.
14


Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
Ngoài ra, nó còn khả năng truyền dữ liệu nhanh và nối ghép vào hệ thống gia
công linh hoạt FMS ( Flexible Manufacturing System ).
3.1.4. Điều khiển thích nghi AC (Adaptive Control)
HTĐK thích nghi là hệ thống điều khiển có tính đến những tác động bên ngoài
của hệ thống công nghệ để hiệu chỉnh chu kì gia công, nhằm loại những ảnh hưởng
của các yếu tố đến độ chính xác gia công như : lượng dư gia công, độ mòn dụng cụ,
lượng chạy dao,...

HTĐK thích nghi có 2 loại:
− Điều khiển thích nghi cưỡng bức ACC (Adaptive Control Contrain ).
− Điều khiển thích nghi tối ưu ACO ( Adaptive Control Optimation ).
Với hệ thống điều khiển ACC chủ yếu dùng để điều khiển giới hạn các thông
số cắt gọt còn hệ thống điều khiển ACO dùng cho việc điều khiển tối ưu hoá các
quá trình gia công nhằm giảm thời gian gia công và giá thành sản phẩm.
Hệ thống điều khiển thích nghi ngày càng phát triển, điều đó làm tăng hiệu
quả quá trình gia công cắt gọt trên các máy công cụ.
3.1.5. Hệ thống gia linh hoạt FMS ( Flexible Manufacturing System )
Là hệ thống có thể gia công một chủng loại chi tiết có mức độ khác nhau nhất
định, với số lượng và thứ tự gia công tuỳ ý.
Một hệ thống gia công linh hoạt thường có 3 yếu tố cơ bản sau:
− Các trạm gia công.
− Lưu trữ và vận chuyển nguyên vật liệu.
− Hệ thống điều khiển máy tính.
Ngoài ra, một yếu quan trọng của hệ thống điều khiển FMS là con người. Con
người ở đây chỉ đảm nhận công việc quản lí và điều hành hệ thống chế tạo; còn từng
nguyên công do máy thực hiện một cách tự động theo chương trình cài đặt sẵn.
3.2. Các dạng điều khiển của máy
Như ta đã biết, các máy CNC khác nhau có thể gia công được các bề mặt khác
nhau do sự chuyển động tương đối giữa dao và chi tiết cần gia công như: các lỗ, mặt
phẳng, các mặt định hình,... . Do đó các dạng điều khiển của máy chia thành 3 loại
sau:
− Điều khiển theo điểm.
− Điều khiển theo đường.
− Điều khiển theo biên dạng ( Contour )

15

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
3.2.1. Điều khiển theo điểm
Được dùng để gia công các lỗ bằng các
phương pháp khoan, khoét, doa, và cắt ren lỗ.
Trong quá trình gia công, chi tiết được cố định
trên bàn máy còn dụng cụ thực hiện việc chạy
dao nhanh đến vị trí đã được lập trình. Trong
khi dịch chuyển nhanh dao cụ không thực hiện
việc cắt gọt. Chỉ khi nào đạt được toạ độ theo
yêu cầu thì nó mới bắt đầu thực hiện các
Hình 1.3 Điều Khiển điểm
chuyển động cắt gọt.
Ví dụ:
Khi gia công hai lỗ M(xM, yM) và N(xN, yN) trong hệ toạ độ Oxy (Hình 1-3).
Chúng ta có thể điều khiển theo các cách sau:
Đầu tiên cho dụng cụ thực hiện chạy dao nhanh đến điểm M. Sau đó, thực
hiện việc gia công lỗ M. Khi gia công xong tiến hành rút dao và chạy nhanh đến
điểm N để gia công lỗ N. Quá trình dịch chuyển từ M đến N được thực bằng hai
cách:
− Quĩ đạo dịch chuyển theo MM1KN song song với trục Ox, Oy.
− Quĩ đạo chuyển động theo đường tối ưu MKN.
3.2.2. Điều khiển theo đường thẳng
Là dạng điều khiển mà khi gia công dụng cắt được thực hiện lượng chạy dao
theo một đường thẳng nào đó (Hình 1.4a).
3.2.3. Điều khiển theo biên dạng ( Contour )
Là dạng điều khiển cho phép thực hiện chạy dao nhiều trục cùng một lúc,
nghĩa là nó có thể gia công một đường cong bất kì trên mặt phẳng hay trong không
gian (Hình 1.4b).

G00

G01

Hình 1.4a: Điều khiển theo đường

Hình 1.4b: Điều khiển theo biên dạng
16


T
Thiết
kế ch
hế tạo mô hhình máy phay
p
CNC điều
đ khiển hai trục
Tuỳ thheo số trụcc được điềều khiển đồng thời khi
k gia cônng mà ngư
ười ta chiaa
thhành các dạạng điều kh
hiển: 2D, 22.5D, 3D, 4D,
4 5D,... .
3..2.3.1. Điều khiển 2D
D
h
chạy ddao theo 2 trục đồng
g thời trongg một mặt phẳng giaa
Cho phhép thực hiện
côông. Riêngg đối với máy
m phay ttrục thứ 3 thực hiện việc ăn daao theo chiiều sâu, nóó

đư
ược điều khhiển một cách
c
độc lậpp so với 2 trục kia (H
Hình 1.5)

Hình 11.5: Điều khiển
k
đườn
ng 2D
3..2.3.2. Điều khiển biiên dạng 22.5D
c
dụnng cụ theo
o2
Cho phhép dịch chuyển
trụục đồng thhời để tạo một
m đườngg cong phẳn
ng
còòn trục thứ
ứ 3 được điều khiển đđộc lập. Tu
uy
nhhiên, nó khhác với điềều khiển 2D
D ơ í chổ hai
h
trụục được điiều khiển đồng
đ
thời ccó thể đổi vị
tríí cho nhauu (Hình1-6))
3..2.3.3. Điều khiển 3D
D

p
thực hiện chuyyển động chạy
Cho phép
daao đồng thời
t
theo cả 3 trục X, Y, Z. Nó
thhường đượcc dùng để gia
g công cáác mẫu, cáác chi
tiếết có bề mặặt không gian phức tạạp (Hình1--7).

Hình
H
1-6: Đ
Điều khiển
n 2.5D

3..2.3.4. Điều khiển 4D
D, 5D (Hìình1.8)
Hình1-7:
H
Đ
Điều khiển 3D
hiển 3D nggười ta bố trí
t
Dựa trrên điều kh
chho dụng cụụ hoặc chi tiết có thêm
m 1 hoặc 2 chuyển động
đ
quay xxung quan
nh một trụcc

nàào đó theo một quan hệ ràng buuộc với cácc chuyển động trên cáác trục kháác của máyy
3D
D.
c tiết mà ta lựa chọọn phương pháp điềuu
Như vậy, tuỳ theeo độ phứcc tạp của chi
khhiển cho thhích hợp.

177


T
Thiết
kế ch
hế tạo mô hhình máy phay
p
CNC điều
đ khiển hai trục

H
Hình1.8a: Điều
Đ khiển đường viềền 4D

Hình1.8
8b: Điều khhiển đường
g viền 5D

4.. Hệ tọa độộ trên máy
y CNC và các điểm chuẩn
4..1. Hệ tọaa độ trên máy
m CNC

Để xácc định ví trí
t tương qquan hình học
h trong vùng làm việc của máy,
m
trongg
phhạm vi chii tiết gia cô
ông một cáách rõ ràng
g thì cần th
hiết phải gắắn nó vào một
m hệ toạạ
độộ nào đó.
gười ta thư
ường sử dụụng hệ toạ độ ĐềCácc
Thôngg thường trrên các mááy CNC ng
O
Oxyz (Hìnhh1.9). Cách
h xác định các trục th
heo qui tắcc bàn tay pphải và nó luôn đượcc
gắắn vào chi tiết gia côn
ng.
z
y

C+

+ B

O

+A

x

Hình1.9: H
Hệ trục toạạ độ ĐêCácc Oxyz
n theo qui ước:
Khi tiếếp xúc và lààm việc vớới máy CNC phải tuân
− Chi tiết gia cô
ông được xxem là cố định còn mọi
m chuyểnn tạo hình và cắt gọtt
doo dao cụ thhực hiện.
− Phư
ương trục chính
c
là Ozz, chiều dươ
ơng là chiềều dao tiếnn ra xa chi tiết.
t
− Phư
ương chuyểển động củủa bàn xe dao
d là Ox và
v có chiềuu dương hư
ướng ra xaa
chhi tiết gia công.
c
− Trụục Oy xác định
đ
theo qqui tắc bàn tay phải.
188


T

Thiết
kế ch
hế tạo mô hhình máy phay
p
CNC điều
đ khiển hai trục
4..2. Hệ tọaa độ của cá
ác loại mááy phay
4..2.1. Máy phay đứng (Hình1.110)
nh và có
− Trụục Z song song vớii trục chín
chhiều dươngg hướng lên
n trên.
− Trụục X nằm trên bàn m
máy, nếu nhìn vào
trụục chính thhì chiều dư
ương hướngg về bên ph
hải.
− Trụục Y xác địn
nh theo quui tắc bàn taay phải.
4..2.2. Máyy phay nằm
m ngang (H
Hình1.11)

Hình
H
1-10 Khi trục Z thẳng

− Trụục Z nằm ngang vvà có chiềều dương
hư

ướng vào trục
t
máy.
− Trụục X nằm trên
t
bàn m
máy, chiều dương là
chhiều mà khhi nhìn vàào trục chíính thì nó nằm phía
trái.
− Trụục Y xác địn
nh theo quui tắc bàn taay phải.
Hình1.111 Khi trục Z ngang
4..3. Các điiểm gốc và
à điểm chu
uẩn (Hình1.12)
4..3.1. Điểm
m gốc của máy
m M (M
Machine Reeference Zero)
Z
Quá trrình gia côn
ng trên mááy ĐKS đư
ược thiết lậập bằng mộ
một chương trình biểuu
diiễn mối quuan hệ giữaa dao và chhi tiết. Do vậy
v để đảm
m bảo độ chhính xác gia công thìì
cáác chuyển các chuyển
n động củaa dao phảii được so sánh
s

với điiểm gốc củ
ủa máy M..
Đ
Điểm M là điểm giớii hạn vùngg làm việc của máy. Nó được các nhà chế tạo quii
địịnh.Ở máy phay thườ
ờng nằm ở đđiểm giới hạn
h dịch ch
huyển của bàn máy.
4..3.2. Điểm
m chuẩn củ
ủa máy R ((Machine Reference
R
e Point)
Là điểm
m mà toạ dộ
d của nó so với điểểm gốc củaa máy M llà không th
hay đổi vàà
cũũng do các nhà chế tạạo qui địnhh.
4..3.3. Điểm
m zero của phôi W (W
Workpiecee Zero Point)
− Là gốc
g toạ độ của chi tiếết và nó phụ
ụ thuộc vào người lậpp trình.

Hình1.122: Các điểm
m gốc và điểm chuẩn
199

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
− Đối với chi tiết phay người ta thường chọn điểm W tại điểm góc ngoài của
đường viền chi tiết.
4.3.4. Điểm gốc của chương trình P (Programmed)
− Điểm gốc của chương trình thực tế là điểm P của dụng cắt (Hình1.13)
− Chú ý khi chọn điểm P phải thuận tiện cho việc thay dao (không làm ảnh
hưởng đến chi tiết và đồ gá).

P

P
P
P
Hình1.13: Điểm gốc của chương trình

4.3.5. Điểm chuẩn của gá dao Tvà điểm gá dao N
Điểm T dùng để xác định hệ trục toạ độ của dao. Thường khi gá dao trên máy
thì điểm T trùng với điểm N (Hình1.14)

Hình1.14: Điểm chuẩn của gá dao Tvà điểm gá dao
5. Những khái niệm cơ bản về lập trình gia công trên máy CNC
Trên các máy CNC quá trình gia công được thực hiện một cách tự động. Hệ
thống điều khiển số sẽ điều khiển quá trình gia công theo một chương trình đã lập
sẵn. Trong đó, quá trình CNC đóng một vai trò rất quan trọng. Nó là một mắc xích
quan trọng của quá trình chuẩn bị sản xuất.
Trên cơ sở này, cho phép ta định nghĩa lập trình là gì? Lập trình là quá trình
thiết lập các lệnh cho dụng cụ cắt, trên cơ sở bản vẽ chi tiết và các thông tin công
nghệ. Nó được tổng hợp rồi được chuyển sang bộ phận mang dữ liệu. Tại đây nó
được mã hoá và sắp xếp theo dạng mà máy có thể hiểu được.
5.1. Quĩ đạo gia công

Để gia công các chi tiết theo chương trình, trước hết phải xác định được quĩ
đạo chuyển động cắt gọt và quĩ đạo chuyển động của tâm dao P. Quĩ đạo của tâm
dao có thể trùng với biên dạng của chi tiết, có thể theo đường cách điều biên dạng

20