Nghiên cứu kỹ thuật lập trình trên máy phay CNC DMU 50 và xây dựng các bài thực hành phục vụ giảng dạy tại trường đại học sư phạm kỹ thuật nam định

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRẦN ĐÌNH TÀI

NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT LẬP TRÌNH TRÊN MÁY PHAY CNC
DMU50 VÀ XÂY DỰNG CÁC BÀI THỰC HÀNH PHỤC VỤ GIẢNG DẠY
TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT NAM ĐỊNH

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS TĂNG HUY

Hà Nội – Năm 2015

0


1


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng những nội dung trong luận văn này là trung thực và là
công trình nghiên cứu của tôi.
Hà Nội, ngày 26 tháng 06 năm 2015
Học viên

Trần Đình Tài

1


CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
CAD (Computer Aided Design) – Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính.
CAM (Computer Aided Manufacturing) - Chế tạo có sự trợ giúp của máy tính.
NC (Number Control) – Điều khiển số
CNC (Computer Numerical Control) – Điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính
MIT (Masachusetts Institute of Tech nology) – Viện công nghệ Masachusetts
ISO (Internationnal Organnisation for standardization) – Tổ chức tiêu chuẩn hoá
quốc tế.
APT – Autoumatically Programmed Medtool – Tự động hoá lập trình công nghệ
EXAPT: Extended Subject of APT – Tập con mở rộng của APT
LAN (Local Area Netword) – Mạng cục bộ
WAN ( Wide Are Netword) – Mạng diện rộng

2D, 3D, 4D, 5D – Điều khiển 2, 3, 4, 5 chiều
PLC ( Programmable logic Controller) – Thiết bị điều khiển lập trình.
DIN ( German Institute for Standarzation) – Viện tiêu chuẩn hoá của Đức
MDSI ( Manufatuary – Data – Systems – Institute) – Viện nghiên cứu hệ thống dữ
liệu gia công

2


MỤC LỤC
Trang
TRANG PHỤ BÌA
LỜI CAM ĐOAN

1

CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

2

MỤC LỤC

3

DANH MỤC HÌNH VẼ

8

DANH MỤC BẢNG BIỂU

13

PHẦN MỞ ĐẦU .......................................................................................................14
1. Lý do chọn đề tài ...................................................................................................14
2. Mục đích nghiên cứu:............................................................................................15
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:........................................................................15
4. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................15
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: .............................................................16
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ MÁY CÔNG CỤ CNC ............................................17
1.1. Khái quát về điều khiển số và lịch sử phát triển của máy CNC ........................17
1.2. Đặc trưng cơ bản và vai trò của máy CNC đối với tự động hoá ........................19
1.2.1. Tính năng tự động cao.....................................................................................19
1.2.2. Tính năng linh hoạt cao ...................................................................................19

1.2.3. Tính năng tập trung nguyên công. ..................................................................20
1.2.4. Tính năng chính xác, đảm bảo chất lượng cao ................................................20
1.2.5. Gia công biên dạng phức tạp ...........................................................................20
1.2.6. Tính năng hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao ....................................................20
1.3. Một số nét cơ bản về máy công cụ vạn năng và máy CNC ...............................21
1.4. Mô hình khái quát của một máy CNC. ..............................................................22
1.4.1. Phần điều khiển: ..............................................................................................22
1.4.2. Phần chấp hành: ..............................................................................................23
1.5. Các phương pháp điều khiển trong máy CNC ...................................................23
1.6. Hệ toạ độ và các điểm gốc lập trình gia công CNC ...........................................25

3


1.6.1. Hệ toạ độ .........................................................................................................25
1.6.2. Các điểm gốc lập trình gia công CNC. ...........................................................26
1.7. Kỹ thuật lập trình gia công CNC .......................................................................27
1.7.1. Lập trình theo kích thước tuyệt đối .................................................................27
1.7.2. Lập trình theo kích thước tương đối ...............................................................28
1.7.3. Các ngôn ngữ lập trình ....................................................................................28
1.7.4. Các phương pháp lập trình ..............................................................................28
1.7.4.1. Lập trình bằng tay ........................................................................................28
1.7.4.2. Lập trình với sự trợ giúp của máy tính.........................................................29
1.7.5. Cấu trúc chương trình CNC ............................................................................33
1.8. Trình tự để thiết lập một chương trình gia công ................................................37
1.9. Hiệu quả kinh tế khi gia công trên máy CNC ....................................................37
1.10. Kết luận chương 1 ............................................................................................38
Chương 2. NGHIÊN CỨU VỀ MÁY PHAY CNC DMU 50...................................39
2.1. Giới thiệu về máy phay CNC DMU 50 .............................................................39
2.1.1. Đặc điểm chung của máy phay DMU50 ........................................................39

2.1.2. Thông số kỹ thuật của máy phay CNC DMU50 .............................................40
2.1.3. Những tính năng chính ....................................................................................41
2.1.4. Các bộ phận cơ bản của máy phay CNC DMU50 ..........................................41
2.1.4.1. Các bộ phận bên ngoài của máy...................................................................41
2.1.4.2. Các bộ phận bên trong của máy. ..................................................................42
2.1.4.3. Các bộ phận điều khiển của máy. ................................................................45
2.2. Hướng dẫn vận hành máy phay CNC DMU 50 .................................................47
2.2.1. Điều kiện kỹ thuật làm việc ............................................................................47
2.2.2. Hướng dẫn vận hành bật máy (bảng 2.3) ........................................................47
2.2.3. Hướng dẫn vận hành tắt máy (bảng 2.4) .........................................................48
2.3. Màn hình và bàn phím trên máy ........................................................................49
2.3.1. Màn hình giao diện của máy. ..........................................................................49
2.3.2. Các phím chức năng trên bàn điều khiển của máy phay CNC DMU50 .........50

4


2.4. Lập trình và sửa đổi chương trình. .....................................................................54
2.4.1. Chạy thử chương trình (Simulation) ...............................................................55
2.4.2. Chạy chương trình (Machining) ......................................................................56
2.4.3. Kỹ thuật lập trình và gia công trên máy phay CNC DMU50 ........................56
2.4.3.1. Tạo một chương trình NC và chọn gốc 0 cho chương trình NC trên máy ..56
2.4.3.2 Khai báo các thông số về dao trên máy. .......................................................56
2.4.3.3 Lập chương trình NC gia công chi tiết..........................................................57
2.4.3.4 Gia công chi tiết trên máy .............................................................................58
2.5. Kết luận chương 2 ..............................................................................................59
Chương 3. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM SHOPMILL TRONG LẬP TRÌNH GIA
CÔNG CƠ KHÍ .......................................................................................................60
3.1. Giới thiệu chung vềphần mềm ShopMill và hệ điều khiển Siemens. ................60
3.2. Cài đặt phần mềm ShopMill từ đĩa DVD vào máy tính....................................62

3.3. Giao diện trong phần mềm ShopMill .................................................................64
3.4. Những lợi thế khi lập trình trên ShopMill .........................................................66
3.5. Các chức năng lập trình cơ bản của phần mềm ShopMill. ................................71
3.5.1. Chức năng Khoan và Tarô (Drilling, Tapping): .............................................71
3.5.1.1. Khoan tâm (Centering) ................................................................................72
3.5.1.2. Khoan doa (Drilling reaming) ......................................................................72
3.5.1.3. Khoan lỗ sâu (Deep hole driling) .................................................................73
3.5.1.4. Doa lỗ ( Boring) ...........................................................................................73
3.5.1.5. Tarô ren (Tapping thread) ............................................................................74
3.5.1.6.Vị trí lỗ (Positions) ........................................................................................74
3.5.2. Chức năng Phay ..............................................................................................75
3.5.2.1. Phay mặt phẳng (Face milling ): ..................................................................76
3.5.2.2. Phay hốc (Pocket ) .......................................................................................77
3.5.2.3. Phay đảo (Spigot ). .......................................................................................79
3.5.2.4. Phay rãnh (Groove): .....................................................................................81
3.5.2.5. Phay chữ (Engraving) ..................................................................................83

5


3.5.3. Phay contour (Phay theo biên dạng): ..............................................................84
3.5.3.1. Phay theo biên dạng (Path milling) ..............................................................85
3.5.3.2. Phay hốc (Milling pocket) ...........................................................................86
3.5.3.3 Phay phần vật liệu thừa của hốc do nguyên công trước để lại
(Pocket.res.mat).........................................................................................................87
3.5.3.4. Phay đảo (Mill spigot) ..................................................................................87
3.5.3.5. Phay đảo đã có sẵn (Spigot resid material) .................................................88
3.5.4. Các chức năng khác (Vari-ous) .......................................................................88
3.5.4.1 Chức năng đánh dấu (Set mark) ....................................................................89
3.5.4.2 Chức năng thực hiện lặp lại (Repetition) .....................................................90

3.5.4.3 Chương trình con (Subprogram) ...................................................................90
3.5.4.4 Điểm gốc của phôi (Workp. zero) ................................................................90
3.5.4.5 Chức năng thiết lập (Setting) ........................................................................90
3.5.4.6 Chức năng biến đổi (Transfor mations) ........................................................91
3.6 Gia công các chi tiết 3D trên ShopMill và máy phay CNC DMU50 ................92
3.7. Kết luận chương 3 ..............................................................................................93
Chương 4. XÂY DỰNG HỆ THỐNG CÁC BÀI THỰC HÀNH VÀ THÍ NGHIỆM
GIA CÔNG CẮT GỌT TRÊN MÁY PHAY CNC DMU 50 ...................................94
4.1. Cơ sở khoa học của việc xây dựng hệ thống các bài thực hành thí nghiệm ......94
4.2. Xác định chuẩn kỹ năng thực hành CNC đối với sinh viên chuyên ngành Chế
tạo máy trong các trường Đại học và Cao đẳng công nghệ .....................................95
4.3. Xây dựng hệ thống các bài thực hành và thí nghiệm gia công cắt gọt trên máy
CNC DMU 50 với hệ điều khiển Siemens. ...............................................................96
4.3.1. Giới thiệu phần mềm máy và bảng điều khiển máy DMU 50. .......................96
4.3.2. Gia công chi tiết số 1 .......................................................................................97
4.3.3. Gia công chi tiết số 2 .....................................................................................104
4.3.4. Lập trình gia công chi tiết tấm khuôn (Chi tiết số 03) ..................................109
4.3.5. Gia công chi tiết tấm khuôn (chi tiết số 04) ..................................................116
4.3.6. Gia công chi tiết nửa khuôn dưới vỏ máy sấy tóc (Chi tiết số 05) ...............122

6


4.4. Kết luận chương 4 ............................................................................................127
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................128
TÀI LIỆU THAM KHẢ0........................................................................................129

7

DANH MỤC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1. Mô hình khái quát của một máy CNC. .....................................................22
Hình 1.2. Điều khiển theo điểm ................................................................................24
Hình 1.3. Điều khiển theo đường thẳng ....................................................................24
Hình 1.4. Điều khiển theo Contour ...........................................................................25
Hình 1.5. Hệ toạ độ trong máy CNC .........................................................................25
Hình 1.6. Điểm gốc lập trình trên máy CNC ............................................................27
Hình 1.7. Chương trình chính và chương trình con ..................................................34
Hình 2.1. Máy phay CNC DMU50 ...........................................................................39
Hình 2.2. Một số bộ phận mặt trước của máy phay CNC DMU 50 .........................41
Hinh 2.3. Các bộ phận cơ bản trong của máy CNC DMU 50 ..................................42
Hình 2.4. Bàn điều khiển của máy ............................................................................46
Hình 2.5. Điều khiển bằng tay của máy ....................................................................46
Hình 2.6. Điều khiển bàn máy ..................................................................................47
Hình 2.7. Màn hình giao diện máy............................................................................50
Hình 2.8. Bảng điều khiển máy phay CNC DMU50 ................................................50
Hình 2.9. Màn hình ở chế độ lập trình và sửa lỗi chương trình ...............................55
Hình 2.10. Màn hình mô phỏng (Simulasiont) .........................................................55
Hình 2.11. Màn hình ở chế độ gia công ....................................................................56
Hình 2.12. Màn hình ở chế độ thiết lập phôi ............................................................56
Hình 2.13. Màn hình ở chế độ thiết lập thông số về dao ..........................................57
Hình 2.14. Màn hình ở chế độ tạo chương trình NC mới ........................................57
Hình 2.15. Màn hình ở chế độ mở một chương trình NC. ........................................58
Hình 2.16. Màn hình ở chế độ gia công từng câu lệnh .............................................58
Hình 2.17. Màn hình ở chế độ gia công toàn bộ chương trình .................................59
Hình 3.1. Màn hình hiển thị bước gia công và các thông số công nghệ đang thực
hiện trên phần mềm ShopMill ...................................................................................61
Hình 3.2. Màn hình mô phỏng gia công của phần mềm Shopmill ...........................62

8


Hình 3.3. Màn hình mở DVD Shopmill trên máy tính .............................................62
Hình 3.4. Màn hình bắt đầu chế độ cài đặt ...............................................................62
Hình 3.5. Màn hình kích chọn cài đặt phần mềm .....................................................63
Hình 3.6. Màn hình nhập CD key cho quá trình cài đặt ...........................................63
Hình 3.7. Màn hình kích chọn cài đặt phần mềm .....................................................64
Hình 3.8. Màn hình ở chế độ kết thúc quá trình cài đặt ............................................64
Hình 3.9. Màn hình ở chế độ kích chọn khởi động phần mềm .................................64
Hình 3.10. Màn hình khởi tạo của phần mềm ShopTun, ShopMill ..........................65
Hình 3.11. Màn hình khởi tạo của phần mềm ShopMill ...........................................65
Hình 3.12. Màn hình giao diện của phần mềm .........................................................66
Hình 3.13. Màn hình nhập các thông số công nghệ ..................................................67
Hình 3.14. Chương trình NC .....................................................................................67
Hình 3.15. Màn hình giao diện hiển thị các thông số công nghệ ..............................68
Hình 3.16. Màn hình chuyển đổi giữa hỗ trợ tĩnh và hỗ trợ hình ảnh ......................68
Hình 3.17. Màn hình mô phỏng và gia công hốc ......................................................69
Hình 3.18. Màn hình mô phỏng đường chạy dao .....................................................69
Hình 3.19.Màn hình Copy,Paste,... các bước công nghệ .........................................70
Hình 3.20. Bảng quản lý dao và phối hợp chúng trong ổ dao. .................................70
Hình 3.21. Màn hình giao diện chức năng khoan – Tarô ..........................................71
Hình 3.22. Màn hình giao diện chức năng khoan tâm ..............................................72
Hình 3.23. Màn hình giao diện chức năng khoan doa ..............................................72
Hình 3.24. Màn hình giao diện chức năng khoan lỗ sâu ...........................................73
Hình 3.25. Màn hình giao diện chức năng doa lỗ .....................................................73
Hình 3.26. Màn hình giao diện chức năng tarô ren ...................................................74
Hình 3.27. Màn hình giao diện chức năng khoan theo tọa độ ..................................74
Hình 3.28. Màn hình giao diện chức năng khoan theo đường thẳng ........................75
Hình 3.29. Màn hình giao diện chức năng khoan theo đường tròn ..........................75

Hình 3.30. Màn hình giao diện chức năng phay .......................................................75
Hình 3.31. Màn hình giao diện chức năng phay mặt phẳng .....................................76

9


Hình 3.32. Màn hình giao diện chức năng phay hốc. ...............................................77
Hình 3.33. Màn hình giao diện chức năng phay hốc hình tròn .................................78
Hình 3.34. Màn hình giao diện chức năng phay hốc đảo hình chữ nhật...................79
Hình 3.35. Màn hình giao diện chức năng phay đảo hình tròn .................................80
Hình 3.36. Màn hình giao diện chức năng phay rãnh dài .........................................81
Hình 3.37. Màn hình phay nhiều rãnh theo đường tròn ............................................82
Hình 3.38. Màn hình phay chữ..................................................................................83
Hình 3.39. Màn hình giao diện chức năng phay contour ..........................................84
Hình 3.40. Màn hình giao diện chức năng phay theo biên dạng...............................85
Hình 3.41. Màn hình giao diện chức năng phay hốc ................................................86
Hình 3.42. Màn hình giao diện chức năng phay phần vật liệu thừa của hốc do
nguyên công trước để lại ...........................................................................................87
Hình 3.43. Màn hình giao diện chức năng phay đảo ................................................87
Hình 3.44. Màn hình giao diện chức năng phay đảo đã có sẵn ................................88
Hình 3. 45. Màn hình giao diện các chức năng khác ................................................89
Hình 3. 46. Màn hình giao diện chức năng đánh dấu. ..............................................89
Hình 3. 47. Màn hình giao diện chức năng thực hiện lặp lại. ...................................90
Hình 3. 48. Màn hình giao diện chương trình con. ...................................................90
Hình 3. 49. Màn hình thông số điểm gốc của phôi ...................................................90
Hình 3. 50. Màn hình giao diện chức năng thiết lập .................................................91
Hình 3. 51. Màn hình giao diện chức năng biến đổi .................................................91
Hình 3.52. Chương trình NC 3D ...............................................................................92
Hình 3.53. Màn hình giao diện chức năng gia công 3D ..........................................92
Hình 4.1. Chi tiết gia công bài tập 1 .........................................................................97

Hình 4.2. Màn hình khi tạo thư mục và tạo Fine NC ................................................98
Hình 4.3. Màn hình khi tạo Fine NC.........................................................................98
Hình 4.4. Màn hình khi thiết lập phôi .......................................................................99
Hình 4.5. Thiết lập bước khỏa mặt cho chi tiết .........................................................99
Hình 4.6. Thiết lập biên dạng cho chi tiết ...............................................................100

10


Hình 4.7. Phay thô, tinh bậc theo biên dạng ..........................................................100
Hình 4.8. Thiết lập biên dạng bậc 2 ........................................................................101
Hình 4.9. Phay thô, tinh bậc 2 .................................................................................101
Hình 4.10. Thiết lập chế độ khoan lỗ Ф19 ..............................................................102
Hình 4.11. Thiết lập chế độ doa lỗ Ф 20 .................................................................102
Hình 4.12. Thiết lập chế độ khoan hai lỗ Ф10 ........................................................102
Hình 4.13. Chương trình NC của chi tiết ................................................................103
Hình 4.14. Chi tiết sau khi lập trình xong. ..............................................................103
Hình 4.15. Chi tiết gia công bài tập 2 .....................................................................104
Hình 4.16. Màn hình khi tạo Fine NC.....................................................................105
Hình 4.17. Màn hình khi thiết lập phôi ...................................................................105
Hình 4.18. Thiết lập gia công phay mặt phẳng .......................................................106
Hình 4.19. Thiết lập bước khoan lỗ Ф20................................................................106
Hình 4.20. Thiết lập chế độ phay hốc vuông ..........................................................107
Hình 4.21. Thiết lập chế độ phay hốc tròn Ф86......................................................107
Hình 4.22. Thiết lập chế độ phay hốc vuông ..........................................................108
Hình 4.23. Thiết lập chế độ khoan 4 lỗ Ф8 .............................................................108
Hình 4.24. Chương trình NC của chi tiết ................................................................108
Hình 4.25. Chi tiết sau khi lập trình xong ...............................................................109
Hình 4.26. Chi tiết gia công số 3 .............................................................................109
Hình 4.27. Màn hình khi tạo Fine NC.....................................................................110

Hình 4.28. Màn hình khi thiết lập phôi ...................................................................111
Hình 4.29. Thiết lập gia công phay mặt phẳng. ......................................................111
Hình 4.30. Thiết lập biên dạng Contour..................................................................112
Hình 4.31. Thông số phay bậc ................................................................................112
Hình 4.32. Thiết lập gia công lỗ Ф40 .....................................................................113
Hình 4.33. Thiết lập gia công lỗ Ф55 .....................................................................113
Hình 4.34. Thiết lập đường biên dạng gia công bậc 2 ............................................113
Hình 4.35. Thông số công nghệ gia công bậc 2 ......................................................114

11


Hình 4.36. Khoan 6 lỗ Ф8.5 ....................................................................................114
Hình 4.37. Ta rô 6 lỗ M10.......................................................................................114
Hình 4.38. Chương trình NC của chi tiết ................................................................115
Hình 4.39. Chi tiết sau khi lập trình gia công .........................................................115
Hình 4.40. Chi tiết sau khi gia công ........................................................................115
Hình 4.41. Chi tiết gia công số 4 .............................................................................116
Hình 4.42. Màn hình khi tạo Fine NC.....................................................................117
Hình 4.43. Màn hình khi thiết lập phôi ...................................................................117
Hình 4.44. Thông số phay hốc tròn Ø30 .................................................................118
Hình 4.45. Thông số phay cánh thứ nhất ................................................................118
Hình 4.46. Thông số phay các cánh còn lại ............................................................119
Hình 4.47. Thông số phay rãnh cong ......................................................................119
Hình 4.48. Thông số phay rãnh thẳng .....................................................................120
Hình 4.49.Thông số phay chữ ShopMill .................................................................120
Hình 4.50. Thông số phay chữ NUTE ....................................................................120
Hình 4.51. Thông số thiết lập contour đường hoa văn............................................121
Hình 4.52. Thông số thiết lập phay đường hoa văn ................................................121
Hình 4.53. Thông số thiết lập khoan 4 lỗ Ø12 ........................................................122

Hình 4.54. Mô phỏng gia công chi tiết ...................................................................122
Hình 4.55. Chi tiết vỏ máy sấy tóc. .........................................................................123
Hình 4.56. Foder chứa chương trình gia công ........................................................124
Hình 4.57. Mô phỏng khi gia công thô ...................................................................125
Hình 4.58. Mô phỏng khi gia công bán tinh ...........................................................125
Hình 4.59. Mô phỏng khi gia công tinh .................................................................126
Hình 4.60. Mô phỏng khi gia công 4 lỗ Ø 8 ...........................................................126
Hình 4.61. Hình ảnh sản phẩm sau khi gia công.....................................................127

12


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1. So sánh máy công cụ vạn năng và máy CNC ...........................................21
Bảng 1.2. Trình tự thiết lập một chương trình gia công ...........................................37
Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật máy phay CNC DMU 50 ............................................40
Bảng 2.2. Một số bộ phận cơ bản của máy phay CNC DMU 50 ..............................43
Bảng 2.3. Hướng dẫn vận hành bật máy ...................................................................48
Bảng 2.4. Hướng dẫn vận hành tắt máy ....................................................................48
Bảng 2.5. Hướng dẫn sử dụng bàn phím chức năng .................................................50

13


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ trên tất cả
các lĩnh vực của cuộc sống thì các sản phẩm cơ khí ngày càng phải có những yêu
cầu cao hơn về chất lượng sản phẩm, mức tự động hóa sản xuất và đặc biệt là độ

chính xác về hình dáng hình học, tính thẩm mỹ của sản phẩm. Vì vậy, các công
nghệ gia công truyền thống trên các máy vạn năng khó đáp ứng được nhu cầu này,
do đó sự cạnh tranh trên sản phẩm còn nhiều hạn chế. Để đáp ứng những yêu cầu
cao về sản phẩm đòi hỏi phải có hệ thống máy móc hiện đại, con người luôn làm
chủ được khoa học công nghệ. Việc tìm hiểu khai thác khả năng công nghệ gia công
trên các máy CNC nhằm đạt hiệu quả kinh tế cao đang là nhiệm vụ cấp bách đặt ra
đối với các công ty, viện nghiên cứu, các trường học ở nước ta.
Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Nam Định – Cơ sở phía Bắc là một trường
đại học công lập (trường lên đại học tháng 01 năm 2006) đã trải qua 50 năm xây dựng
và phát triển. Năm 2013 trường đã được chọn là: “Trung tâm đánh giá kỹ năng nghề
quốc gia” để đánh giá tay nghề của giáo viên, kỹ sư các nhà máy và chuẩn đầu ra cho
sinh viên. Nhà trường đã được đầu tư lớn về cơ sở vật chất, trang thiết bị máy móc và
việc ứng dụng mạnh các thành tựu khoa học vào quá trình giảng dạy và nghiên cứu
được nhà trường hết sức quan tâm. Các nghành mũi nhọn và trọng điểm của trường
là: Nghành cơ khí, Điện - Điện tử, Tin học. Việc ứng dụng các phần mềm
CAD/CAM/CNC, khai thác khả năng công nghệ gia công trên máy CNC đã và đang
phát huy mạnh mẽ nhằm đào tạo ra đội ngũ cán bộ kỹ thuật, giáo viên dạy nghề, kỹ
sư, công nhân kỹ thuật có kiến thức tay nghề về công nghệ cao. Trước đây, việc tiếp
cận về máy CNC chỉ được làm trên máy CNC mô hình dùng cho dạy học, từ năm
2010 Nhà trường đã đầu tư mới 03 máy phay CNC công nghiệp, trong đó có một máy
phay CNC ảo để phục vụ quá trình giảng dạy, học tập và nghiên cứu. Vấn đề đặt ra
với đội ngũ giảng dạy nhà trường phải xây dựng được hệ thống các bài giảng khoa
học, chất lượng để phục vụ cho việc đào tạo đội ngũ kỹ sư, kỹ thuật viên có kiến
thức và kỹ năng đáp ứng nhu cầu xã hội. Với phương châm gắn đào tạo với thực tế

14


sản xuất trong các doanh nghiệp, việc xây dựng hệ thống các bài thực hành, thí
nghiệm gia công trên các máy cắt gọt CNC sát với thực tế, sát với điều kiện sản

xuất công nghiệp và phù hợp với điều kiện giảng dạy trong nhà trường. Đây là một
vấn đề rất khó khăn nhưng vô cùng cấp thiết, nếu giải quyết tốt vấn đề này thì sinh
viên sau khi tốt nghiệp ra trường có thể thích nghi và đảm nhiệm tốt công việc tại
các nhà máy, xí nghiệp.
Xuất phát từ những lý do trên, để đáp ứng được nhu cầu của xã hội, tác giả
quyết định chọn đề tài: “Nghiên cứu kỹ thuật lập trình trên máy phay CNC DMU 50
và xây dựng các bài thực hành phục vụ giảng dạy tại trường Đại học Sư phạm kỹ
thuật Nam Định” làm đề tài luận văn tốt nghiệp cao học của mình.
2. Mục đích nghiên cứu:
Đưa ra những được những kiến thức cơ bản về: Tổng quan về máy công cụ
CNC (đặc trưng cơ bản và vai trò của máy CNC, các phương pháp điều khiển trong
máy CNC, kỹ thuật lập trình gia công CNC...). Biết cách vận hành và sử dụng thành
thạo máy phay CNC công nghiệp. Biết cách sử dụng một số phần mềm CAM, phần
mềm ShopMill trong lập trình gia công. Việc nghiên cứu kỹ thuật lập trình trên máy
phay CNC DMU50 và xây dựng các bài thực hành phục vụ giảng dạy tại trường Đại
học Sư phạm kỹ thuật Nam Định với hệ điều khiển Siemens bằng phần mềm
ShopMill, nhằm nâng cao chất lượng đào tạo tại Trường.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu khái quát chung về công nghệ CNC
- Khả năng công nghệ của máy phay CNC DMU50.
- Kỹ thuật lập trình với hệ điều khiển Siemens bằng phần mềm ShopMill
V07.02 trên máy phay CNC DMU50 cho hệ thống các bài thực hành.
4. Phương pháp nghiên cứu
Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với
thực nghiệm trên máy phay CNC DMU50 tại trường Đại học Sư phạm kỹ thuật
Nam Định.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết.

15

- Tiến hành thực nghiệm.
- Phân tích và đánh giá kết quả.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
- Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần xây dựng chương trình môn học
gia công trên máy phay CNC cho trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Nam Định nói
riêng và các trường Cao đẳng, Đại học nói chung, thúc đẩy quá trình dạy nghề,
đào tạo CAD/CAM/CNC có hiệu quả.
- Nhằm đạo tạo ra đội ngũ kỹ sư và cử nhân cơ khí có kiến thức và tay nghề về
kỹ thuật lập trình trên máy phay CNC. Nâng cao khả năng hiểu biết về tự động hóa
và tác phong công nghiệp cho sinh viên khi ra trường.
- Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở để cải tiến chương trình đào tạo theo
hướng sát với thực tế sản xuất, đáp ứng nhu cầu xã hội. Đáp ứng đòi hỏi về nhu
cầu nhân lực trình độ cao cho sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước.
Học viên xin chân thành cảm ơn PGS.TS Tăng Huy, người thầy đã hướng
dẫn và chỉ bảo tận tình cho tôi hoàn thành luận văn.
Học viên cũng bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo Trung tâm thực
hành, Bộ môn Chế tạo máy – Khoa cơ khí Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Nam
Định đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận văn.
Trong quá trình thực hiện luận văn không thể tránh khỏi những sai sót, tác
giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp về luận văn của các nhà khoa học,
thầy, cô giáo và các bạn đồng nghiệp.
Hà Nội, ngày 26 tháng 06 năm 2015
Tác giả

Trần Đình Tài

16

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ MÁY CÔNG CỤ CNC
1.1. Khái quát về điều khiển số và lịch sử phát triển của máy CNC
Điều khiển số (Numerical Control)ra đời với mục đích điều khiển các quá
trình công nghệ gia công cắt gọt trên các máy công cụ. Thực chất đây là một quá
trình tự động điều khiển các hoạt động của máy trên cơ sở các dữ liệu được cung
cấp là ở dạng mã số nhị nguyên bao gồm các chữ số, số thập phân các chữ cái và
một số ký tự đặc biệt tạo nên một chương trình làm việc của thiết bị hay hệ thống.
Trước đây, cũng có các quá trình gia công cắt gọt được điều khiển theo
chương trình bằng kỹ thuật chép hình theo mẫu, chép hình bằng hệ thống máy thuỷ
lực, cam hoặc điều khiển bằng mạch logic…. Ngày nay, với việc áp dụng thành quả
tiến bộ của Khoa học - Công nghệ, nhất là lĩnh vực điều khiển số và tin học đã cho
phép các nhà máy nghiên cứu đưa vào máy công cụ các hệ thống điều khiển cho
phép thực hiện các quá trình gia công một cách linh hoạt hơn, thích ứng với nền sản
xuất hiện đại và mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn.
Lịch sử phát triển của NC bắt nguồn từ mục đích về quân sự và hàng không
vũ trụ khi mà có yêu cầu các chi tiết về chất lượng của các máy bay, tên lửa, xe tăng
là cao nhất. Vào cuối những năm 40 học viện công nghệ MIT Hoa Kỳ bắt đầu thực
hiện đề án nghiên cứu về kỹ thuật điều khiển số. Năm 1960 các hệ điều khiển số
được chế tạo tương ứng với trình độ kỹ thuật của các công nghệ bóng đèn điện tử và
rơle, máy kích thước lớn, rất nhạy cảm với các điều kiện môi trường khác nhau và
giá cả thì rất đắt đỏ. Vì vậy máy không được sử dụng rộng rãi.
Từ sau những năm 1960, bóng đèn điện tử được thay dần bằng các phần tử
bán dẫn rời rạc, đi ốt và tranzito (đèn 3 cực), thế nhưng những linh kiện đơn lẻ vẫn
đòi hỏi có thể tích chiếm chỗ đủ lớn, còn rất nhiều mối hàn và các ổ cắm, các ghép
nối vừa tốn kém khi chế tạo vừa hạn chế độ tin cậy khi vận hành điều khiển. Những
thông tin điều khiển được ghi trên băng đục lỗ nên dung lượng thấp và phải đọc
từng bước trong quá trình gia công, khi gia công nhiều chi tiết giống nhau vẫn phải
đọc băng đục lỗ cho từng lần gia công. Khi thay đổi chương trình điều khiển chẳng
hạn như muốn thay đổi chế độ cắt cho phù hợp đòi hỏi phải làm lại băng đục lỗ.

17


Vào những năm 70, kỹ thuật điều khiển số nhanh chóng ứng dụng các tiến bộ
của kỹ thuật vi điện tử, vi mạch tích hợp: Những hệ NC sử dụng những bản mạch
logic được thay thế bởi các bộ nhớ có dung lượng đủ lớn, do nối ghép các cụm vi
tính vào hệ điều khiển số mà những phần cứng trước đây được thay thế bằng những
phần mềm linh hoạt hơn.
Cho đến ngày nay, các chức năng tính toán trong hệ thống CNC ngày càng
được hoàn thiện và đã đạt được tốc độ sử lý rất cao do tiếp tục ứng dụng những
thành tựu khoa học kỹ thuật phát triển của các bộ vi xử lý P. Các hệ thống CNC
được chế tạo hàng loạt theo các công thức xử lý đa chức năng dùng cho nhiều mục
đích điều khiển khác nhau. Từ chỗ những vật mang tin là những băng đục lỗ, băng
từ, đĩa từ tiến tới đĩa compact (đĩa CD) có dung lượng nhớ ngày càng mở rộng độ
tin cậy và tuổi thọ ngày càng cao.
Việc cài đặt các cụm vi tính trực tiếp vào hệ NC để trở thành CNC (Computer
Numerical Control) đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc ứng dụng, cho chúng ta có
thể ứng dụng được máy công cụ điều khiển số CNC ngay cả trong các xí nghiệp vừa
và nhỏ không có phòng lập trình riêng, điều đó có nghĩa là người điều khiển máy có
thể lập trình trực tiếp trên máy. Những dữ liệu được nhập vào, nội dung lưu trữ trên
máy, thông báo về tình trạng hoạt động của máy cùng các chỉ dẫn cần thiết khác cho
người điều khiển máy đều được hiển thị trên màn hình. Lúc đầu màn hình của các
hệ điều khiển số chỉ là màn hình đen trắng với các ký tự chữ cái và con số nay đã sử
dụng các màn hình mầu đồ hoạ với độ phân giải cao, biên dạng của chi tiết gia
công, chuyển động của dao cụ đều được hiển thị, có thể mô phỏng chi tiết gia công
theo 3 chiều kích thước (3D).
Ngoài những ưu điểm cơ bản của máy và công nghệ CNC như độ chính xác
cao của sản phẩm, đáp ứng nhanh về số lượng và thích ứng nhanh với thị trường về
mẫu mã sản phẩm thì những ưu điểm nổi bật chỉ có ở máy CNC nữa là phương thức
làm việc với hệ thống xử lý thông tin “điện tử-số hoá”, cho phép nối ghép với hệ

thống xử lý trong phạm vi toàn xí nghiệp tạo điều kiện mở rộng việc tự động hoá

18


toàn bộ quá trình sản xuất, ứng dụng các kỹ thuật quản lý hiện đại thông qua mạng
liên thông cục bộ (LAN) hay mạng liên thông toàn cầu (WAN).
Xét về bản chất của các máy điều khiển theo chương trình số, từ các máy NC
đầu tiên với bộ xử lý là được áp dụng công nghệ đèn điện tử, rơle đến các phần tử
bán dẫn rời rạc, điốt, và tranzito (đèn 3 cực) và sau đó là đã áp dụng các tiến bộ của
kỹ thuật vi điện tử, vi mạch tích hợp và siêu vi mạch cũng chỉ là để xử lý các hệ
thống dữ liệu đầu vào cho hệ thống điều khiển số.
1.2. Đặc trưng cơ bản và vai trò của máy CNC đối với tự động hoá
1.2.1. Tính năng tự động cao
Máy CNC có năng suất cắt gọt cao và giảm được tối đa thời gian phụ, do mức
độ tự động được nâng cao vượt bậc. Tuỳ từng mức độ tự động, máy CNC có thể thực
hiện cùng một lúc nhiều chuyển động khác nhau, có thể tự động thay dao, hiệu chỉnh
sai số dao cụ, tự động kiểm tra kích thước chi tiết và qua đó tự động hiệu chỉnh sai
lệch vị trí tương đối giữa dao và chi tiết, tự động tưới nguội, tự động hút phoi ra khỏi
khu vực cắt...
1.2.2. Tính năng linh hoạt cao
- Chương trình có thể thay đổi dễ dàng và nhanh chóng, thích ứng với các
loại chi tiết khác nhau. Do đó rút ngắn thời gian phụ và thời gian chuẩn bị sản xuất,
tạo điều kiện thuận lợi cho việc tự động hoá sản xuất hàng loạt nhỏ.
- Bất cứ lúc nào cũng có thể sản xuất nhanh chóng những chi tiết đã có
chương trình. Vì thế, không cần phải sản xuất chi tiết dự trữ mà chỉ lấy chương
trình của chi tiết đó.
- Máy CNC gia công được những chi tiết nhỏ, vừa, phản ứng một cách linh
hoạt khi nhiệm vụ công nghệ thay đổi và điều quan trọng nhất là việc lập trình gia
công có thể thực hiện ngoài máy, trong các văn phòng có sự hỗ trợ của kỹ thuật tin

học thông qua thiết bị vi tính, vi xử lý...

19


1.2.3. Tính năng tập trung nguyên công.
Đa số các máy CNC có thể thực hiện số lượng lớn các nguyên công khác
nhau mà không cần thay đổi vị trí gá đặt của chi tiết. Từ khả năng tập trung các
nguyên công, các máy CNC đã được phát triển thành các trung tâm gia công CNC.
1.2.4. Tính năng chính xác, đảm bảo chất lượng cao
- Giảm được hư hỏng do sai xót của con người. Đồng thời cũng giảm được
cường độ chú ý của con người khi làm việc.
- Có khả năng gia công chính xác hàng loạt. Độ chính xác lập lại, đặc trưng
cho mức độ ổn định trong suốt quá trình gia công là điểm ưu việt tuyệt đối của máy
CNC.
- Máy CNC với hệ thống điều khiển khép kín có khả năng gia công được
những chi tiết chính xác và về hình dáng đến kích thước. Những đặc điểm này thuận
tiện cho việc lắp lẫn, giảm khả năng tổn thất phôi liệu ở mức thấp nhất.
1.2.5. Gia công biên dạng phức tạp
Máy CNC có thể gia công chính xác và nhanh các chi tiết có hình dạng phức
tạp như các bề mặt 3 chiều.
1.2.6. Tính năng hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao
- Cải thiện tuổi bền dao nhờ điều kiện cắt tối ưu. Tiết kiệm dụng cụ cắt gọt,
đồ gá và các phụ tùng khác.
- Giảm phế phẩm.
- Tiết kiệm tiền thuê mướn lao động do không cần yêu cầu kỹ năng nghề
nghiệp nhưng năng suất gia công cao hơn.
- Sử dụng lại chương trình gia công.
- Giảm thời gian sản xuất.
- Thời gian sử dụng máy nhiều hơn nhờ vào giảm thời gian dừng máy

- Giảm thời gian kiểm tra vì máy CNC sản xuất chi tiết chất lượng đồng nhất.
- CNC có thể thay đổi nhanh chóng từ việc gia công loại chi tiết này sang
loại khác với thời gian chuẩn bị thấp nhất.

20


Tuy nhiên bên cạnh đó máy CNC cũng có một số hạn chế như:
- Sự đầu tư ban đầu cao: Nhược điểm lớn nhất trong việc sử dụng máy CNC
là tiền vốn đầu tư ban đầu cao cùng với chi phí lắp đặt.
- Yêu cầu bảo dưỡng cao: Máy CNC là thiết bị kỹ thuật cao và hệ thống cơ
khí, điện của nó rất phức tạp. Để máy gia công được chính xác cần thường xuyên
bảo dưỡng. Người bảo dưỡng phải tinh thông cả về cơ và điện.
- Hiệu quả thấp với những chi tiết đơn giản.
1.3. Một số nét cơ bản về máy công cụ vạn năng và máy CNC
- Về cơ bản máy công cụ vạn năng và máy công cụ điều khiển số có kết cấu
khung giống nhau, đó là: Thân máy, đế máy, bàn trượt, đầu trục chính.
- Ngoài ra chúng còn có một số điểm khác nhau, cụ thể (bảng 1.1):
Bảng 1.1. So sánh máy công cụ vạn năng và máy CNC
TT
1

Nội dung
Nguồn

Máy công cụ vạn năng

động - Động cơ 3 pha thường

lực

Máy CNC
- Động cơ DC điều khiển vô cấp
hoặc AC biến tần theo điều khiển vô
cấp. Động cơ Servo
- Động cơ bước và động cơ thuỷ lực

2

Tốc độ truyền - Phân cấp

- Vô cấp

dẫn
3

Truyền động

- Kiểu nối tiếp (thông - Độc lập
qua hộp số)

4

Bộ truyền dẫn

- Thanh răng/bánh răng - Thanh răng/bánh răng yêu cầu có
thường

cơ cấu kẹp khử khe hở

- Vít me/đai ốc thường

- Vít me/đai ốc bi

21


5

Điều khiển

- Bằng tay (công tắc, tay - Bằng máy tính với hệ điều khiển
gạt cơ khí)

số (bảng điều khiển và màn hình
điều khiển)

6

Tính điển hình - Dài, thông qua nhiều - Ngắn hơn rất nhiều do không phải
của xích động

cơ cấu

thông qua nhiều cơ cấu

- Cứng, khó thay đổi

- Mềm dẻo, linh hoạt cao

1.4. Mô hình khái quát của một máy CNC.

Hình 1.1. Mô hình khái quát của một máy CNC
Máy CNC gồm hai phần chính:
1.4.1. Phần điều khiển:
Gồm chương trình điều khiển và các cơ cấu điều khiển
- Chương trình điều khiển: Là tập hợp các tín hiệu (gọi là lệnh) để điều khiển
máy, được mã hoá dưới dạng chữ cái, số và một số ký hiệu khác như dấu cộng, trừ,
dấu chấm, gạch nghiêng... Chương trình này được ghi lên cơ cấu mang chương trình
dưới dạng mã số và được lưu lại.
- Các cơ cấu điều khiển: Nhận tín hiệu từ cơ cấu đọc chương trình, thực hiện
các phép biến đổi cần thiết để có được tín hiệu phù hợp vơi điều kiện hoạt động của
cơ cấu chấp hành, đồng thời kiểm tra sự hoạt động của chúng thông qua các tín hiệu
được gửi về từ các cảm biến liên hệ ngược. Bao gồm các cơ cấu đọc, cơ cấu giải
22


mã, cơ cấu chuyển đổi, bộ xử lý tín hiệu, cơ cấu nội suy, cơ cấu so sánh, cơ cấu
khuếch đại, cơ cấu đo hành trình, cơ cấu đo vận tốc, bộ nhớ và các thiết bị xuất
nhập tín hiệu.
1.4.2. Phần chấp hành:
Gồm máy cắt kim loại và một số cơ cấu phục vụ vấn đề tự động hoá như các cơ
cấu tay máy, ổ chứa dao, bôi trơn, tưới trơn, thổi phoi, cấp phôi...
- Cũng như các loại máy cắt kim loại khác, đây là bộ phận trực tiếp tham gia
cắt gọt kim loại để tạo hình chi tiết. Tuỳ theo khả năng công nghệ của loại máy mà
có các bộ phận: Hộp tốc độ, hộp chạy dao, thân máy, sống trượt, bàn máy, trục
chính, ổ chứa dao, các tay máy...
- Kết cấu từng bộ phận chính chủ yếu như máy vạn năng thông thường,
nhưng có một vài khác biệt nhỏ để đảm bảo quá trình điều khiển tự động được ổn
định, chính xác, năng suất và đặc biệt là mở rộng khả năng công nghệ của máy.

+ Hộp tốc độ: Phạm vi điểu chỉnh tốc độ lớn, thường là truyền động vô cấp,
trong đó sử dụng các lý hợp điện tử để thay thế tốc độ được dễ dàng.
+ Hộp chạy dao: Có nguồn dẫn động riêng, thường là các động cơ bước.
Trong xích truyền động, sử dụng các phương pháp khử khe hở của các bộ truyền
như vít me - đai ốc bi.
+ Thân máy cứng vững, kết cấu hợp lý để dễ thải phoi, tưới trơn, dễ thay dao
tự động. Nhiều máy có ổ chứa dao, tay máy thay dao tự động, có thiết bị tự động
hiệu chỉnh khi dao bị mòn...
Trong các máy CNC có thể sử dụng các dạng điểu khiển thích nghi khác
nhau bảo đảm một hoặc nhiều thông số tối ưu như các thành phần lực cắt, nhiệt độ
cắt, độ bóng bề mặt, chế độ cắt tối ưu, độ ồn, độ rung...
1.5. Các phương pháp điều khiển trong máy CNC
* Điều khiển theo điểm (hình 1.2): Là phương thức điều khiển nhanh đồng thời
theo các trục nhằm xác định một vị trí nào đó theo yêu cầu. Dạng điều khiển này thường
áp dụng để gia công các lỗ bằng các phương pháp như: Khoan, khoét, doa hay cắt ren lỗ...

23