Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng gia công thô trên máy phay CNC

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

.......................................

Trần Vũ Minh

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO
CHẤT LƯỢNG GIA CÔNG THÔ TRÊN MÁY
PHAY CNC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS Nguyễn Trọng Bình

HÀ NỘI – 2010


CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng toàn bộ nội dung của luận văn là do tôi thực hiện, tuyệt
đối không sao chép của đề tài khác
Người thực hiện

 

Trần Vũ Minh

1


MỤC LỤC

PHỤ LỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU ...........................................................................4
Chương I. ............................................................................................................................4
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM-CNC ......................................................4
MỞ ĐẦU .............................................................................................................................9
CHƯƠNG I .......................................................................................................................11
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM-CNC ....................................................11
1.1. Lịch sử phát triển.................................................................................................. 11
1.2. Các hệ thống điều khiển CNC .............................................................................. 12
1.2.1. Điều khiển điểm - điểm....................................................................................12
1.2.2. Điều khiển đoạn thẳng .....................................................................................12
1.2.3. Điều khiển đường.............................................................................................13
1.3. Hệ thống tọa độ và các điểm gốc, điểm chuẩn ..................................................... 15
1.3.1. Hệ thống tọa độ trên máy CNC........................................................................15
1.3.2. Các điểm gốc và điểm chuẩn ...........................................................................18
1.4. Ngôn ngữ và hình thức tổ chức lập trình CNC..................................................... 22
1.4.1. Chương trình gia công theo hệ tọa độ tuyệt đối...............................................23
1.4.2. Chương trình gia công theo hệ tọa độ tương đối .............................................23
1.4.3. Chương trình theo hệ tọa độ hỗn hợp ..............................................................23
1.4.4. Chương trình theo hệ tọa độ độc cực ...............................................................24
1.4.5. Các hình thức tổ chức lập trình gia công CNC ................................................24
CHƯƠNG II .....................................................................................................................28
PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG GIA CÔNG THÔ ...........................28
2.1 . Lượng dư gia công và vết dao trong quá trình gia công thô. .............................. 28
2.1.1. Vết dao trong quá trình gia công thô................................................................28
2.1.2. Chiều cao nhấp nhô..........................................................................................28
2.1.3. Vai trò của chất lượng bề mặt chi tiết sau khi gia công thô.............................30
2.2. Lý thuyết về lượng dư gia công linh động. .......................................................... 31
2.3 Thiết lập đường dẫn dao cho phương pháp nghiên cứu. ....................................... 32
CÁC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM .....................................................................................37

3.1. Giới thiệu thiết bị thí nghiệm ............................................................................... 37
2


3.1.1. Máy phay PC MILL 55....................................................................................37
3.1.2. Hệ điều khiển SINUMERIK trên máy phay PC mill 55..................................40
3.1.2.1. Mã lệnh G................................................................................................ 40
3.1.2.2. Mã lệnh M ............................................................................................... 56
3.1.2.3. Các chu trình ........................................................................................... 58
3.1.2.4. Các câu lệnh hiệu chỉnh .......................................................................... 84
3.1.2.5. Chương trình con .................................................................................... 89
3.1.2.6. Các lệnh điều khiển trục chính................................................................ 91
3.1.2.8. Các hàm số học ....................................................................................... 95
3.1.2.9. Các biến hệ thống.................................................................................... 96
3.2. Tiến hành cắt thử mẫu .......................................................................................... 97
3.2.1. Cắt mẫu theo phương pháp thông thường........................................................98
3.2.2. Cắt mẫu theo phương pháp chạy dao mới......................................................100
3.2.3. So sánh 2 mẫu cắt được..................................................................................102
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN....................................................................103
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................104

3


PHỤ LỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU 
Chương I.
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM-CNC
Hình 1.1

Lịch sử phát triển công nghệ CAD/CAM-CNC

Hình 1.2

Điều khiển điểm – điểm

Hình 1.3

Điều khiển đoạn thẳng

Hình 1.4

Điều khiển 2D

Hình 1.5

Điều khiển 3D

Hình 1.6

Điều khiển 2D

Hình 1.7

Điều khiển 4D và 5D

Hình 1.8

Hệ tọa độ trên máy CNC

Hình 1.9

Chiều chuyển động của các trục trên máy CNC

Hình 1.10

Hệ tọa độ trên máy tiện 3D với bàn dao phía sau

Hình 1.11

Hệ tọa độ trên máy phay đứng

Hình 1.12

Hệ tọa độ trên máy phay ngang

Hình 1.13

Điểm gốc và điểm chuẩn trên máy phay đứng và máy tiện

Hình 1.14

Điểm gốc phôi W, gốc chương trình P và gốc máy M

Hình 1.15

Ví dụ chọn điểm W và điểm P khi khoan hệ lỗ
cùng nằm trên một đường tròn

Hình 1.16

Điểm chuẩn P của dao

Hình 1.17

Các điểm gốc của dụng cụ

Hình 1.18

Hệ tọa độ tuyệt đối

Hình 1.19

Hệ tọa độ tương đối

Hình 1.20

Hệ tọa độ hỗn hợp

Hình 1.21

Hệ tọa độ độc cực

4


Chương II
PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG GIA CÔNG THÔ
Hình 2.1

Chiều cao nhấp nhô h và bước tiến dao ngang g

Hình 2.2

Bước tiến của dao phay ngón đầu cầu

Hình 2.3

Bước tiến của dap phay ngón phẳng

Hình 2.4

Quá trình gia công tinh

Hình 2.5

Đường dẫn dao ở các lớp cắt khác nhau

Hình 2.6

Chiều cao nhấp nhô và bước tiến dao ngang.

Hình 2.7

Chiều cao nhấp nhô, chiều sâu cắt và bước tiến ngang

Hình 2.8

Mô phỏng gia công trên phần mềm CATIA bằng dao phay
đầu cầu

Chương III
TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM CẮT THỬ

Hình 3.1

Máy phay PC MILL 55

Hình 3.2

Gá đặt chi tiết trên máy phay PC MILL 55

Hình 3.3

Bàn phím điều khiển

Hình 3.4

Gia công Contour trên máy phay PC MILL 55

Hình 3.5

Sản phẩm trên máy phay PC MILL 55

Hình 3.6

Gia công trên máy phay PC MILL 55

Hình 3.7

Chèn vát góc, lượn góc

Hình 3.8

Nội suy cung tròn

Hình 3.9

Nội suy 3 điểm S, E, M

Hình 3.10

Nội suy 2 điểm S, E và R

Hình 3.11

Nội suy với góc chắn cung

Hình 3.12

Nội suy 3 điểm S, E và điểm trung gian

Hình 3.13

Nội suy theo đường xoắn ốc

5


Hình 3.14

Dừng chính xác

Hình 3.15

Gia công theo contour

Hình 3.16

Xác định mặt phẳng làm việc

Hình 3.17

Gia công ren

Hình 3.18

Taro

Hình 3.19

Bù bán kính dụng cụ

Hình 3.20

Dịch chuyển tại góc phôi

Hình 3.21

Bù trái G41

Hình 3.22

Bù phải G42

Hình 3.23

Dịch chuyển điểm 0

Hình 3.24

Kích thước tuyệt đối/ tương đối

Hình 3.25

Hệ tọa độ cực

Hình 3.26

Tiếp cận và rời đi của dụng cụ

Hình 3.27

Hướng dịch chuyển với G430/G431

Hình 3.28

Hướng tiếp cận và rời đi của dụng cụ với NORM, KONT

Hình 3.29

Chu trình khoan 81,82

Hình 3.30

Ví dụ chu trình 81

Hình 3.31

Chu trình khoan lỗ sâu 83

Hình 3.32

Ví dụ chu trình 83

Hình 3.33

Chu trình taro 84

Hình 3.34

Ví dụ chu trình 84

Hình 3.35

Chu trình taro 840

Hình 3.36

Ví dụ chu trình 840

Hình 3.37

Chu trình doa 86

Hình 3.38

Chu trình gia công hàng lỗ

Hình 3.39

Chu trình gia công vòng lỗ

Hình 3.40

Ví dụ Holes1

Hình 3.41

Ví dụ Holes2

Hình 3.42

Chu trình 801

Hình 3.43

Ví dụ chu trình 801

Hình 3.44

Chu trình phay bề mặt 71
6


Hình 3.45

Phương thức di chuyển của dụng cụ

Hình 3.46

Chu trình phay contour 72

Hình 3.47

Ví dụ chu trình 72

Hình 3.48

Chu trình gia công ren 90

Hình 3.49

Ví dụ chu trình 90

Hình 3.50

Ví dụ gia công rãnh

Hình 3.51

Gia công rãnh dài trên đường tròn

Hình 3.52

Ví dụ Longhole

Hình 3.53

Gia công rãnh, rãnh cong trên đường tròn

Hình 3.54

Ví dụ SLOT1

Hình 3.55

Ví dụ SLOT2

Hình 3.56

Gia công hốc chữ nhật, hốc tròn

Hình 3.57

Ví dụ Pocket1

Hình 3.58

Ví dụ Pocket2

Hình 3.59

Gia công hốc POCKET3/4

Hình 3.60

Ví dụ Pocket3

Hình 3.61

Ví dụ Pocker4

Hình 3.62

Ví dụ chu trình 76

Hình 3.63

Ví dụ chu trình 77

Hình 3.64

Các câu lệnh hiệu chỉnh

Hình 3.65

Tính theo điểm 0 hiện hành G54-G599

Hình 3.66

ATRANS tính theo điểm 0 tồn tại trước đó G54-G599, TRANS

Hình 3.67

Xoay hệ tọa độ

Hình 3.68

Ví dụ xoay hệ tọa độ

Hình 3.69

Lấy tỷ lệ

Hình 3.70

Ví dụ lấy tỷ lệ

Hình 3.71

Lấy đối xứng

Hình 3.72

Ví dụ lấy đối xứng

Hình 3.73

Chương trình với chương trình con

Hình 3.74

Số lần lặp P

Hình 3.75

Gọi chương trình con
7


Hình 3.76

Các lệnh điều khiển trục chính

Hình 3.77

Dịch chuyển của dụng cụ phía ngoài và phía trong contour

Hình 3.78

Mẫu phôi thí nghiệm

Hình 3.79

Gá đặt phôi

Hình 3.80

Lập chương trình gia công

Hình 3.81

Đường dẫn dao theo phương pháp thông thường

Hình 3.82

Chi tiết đang gia công

Hình 3.83

Mẫu gia công thô thu được với chế độ cắt trên

Hình 3.84

Đo sơ bộ kích thước đỉnh nhấp nhô của chi tiết

Hình 3.85

Đường dẫn dao theo phương pháp mới

Hình 3.86

Lát cắt trên đỉnh nhấp nhô của phương pháp nghiên cứu

Hình 3.87

Chi tiết đã gia công xong bằng phương pháp nghiên cứu

Hình 3.88

Đo sơ bộ kích thước đỉnh nhấp nhô của chi tiết

Hình 3.89

Hai mẫu gia công

8


MỞ ĐẦU 
Trong công nghiệp, gia công thô là phương pháp bóc tách vật liệu được sử
dụng rộng rãi nhất. Mục đích của phương pháp là bóc tách được lượng vật
liệu lớn nhất trong thời gian ngắn nhất mà không cần quan tâm đến chất
lượng bề mặt chi tiết. Thời gian gia công thô thường lớn gấp 5 đến 10 lần
thời gian gia công tinh. Để đạt được hiệu quả lớn nhất trong sản xuất sản
phẩm, người ta đưa ra 3 phương pháp thông dụng dùng trong gia công thô.
- Sử dụng dao nhiều lưỡi: Dao cắt có kích thước lớn đem lại khả năng bóc
tách kim loại lớn, tuy nhiên phạm vi ứng dụng không cao bằng dao có
kích thước nhỏ. Dao nhỏ có khả năng gia công những chi tiết nhỏ nhưng
có thể làm tằng thời gian gia công. Vì vậy, ta cần phải cân nhắc để có thể
chọn được dụng cụ gia công phù hợp nhất.
- Sử dụng chế độ cắt tối ưu: Phương pháp này bao gồm cả việc tính toán để
tăng chiều sâu cắt, tăng lượng tiến dao và tăng số vòng quay trục chính.
- Sử dụng đường chạy dao đặc biệt: một vài đường chạy dao đặc biệt như
“Gia công đào sâu” đã được ứng dụng trong những phần mềm
CAD/CAM công nghiệp. Đường chạy dao này cho phép cắt bỏ một lượng
lớn vật liệu trong quá trình gia công thô bằng cách tiến dao đi xuống như
mũi khoan.
Để tăng khả năng bóc tách kim loại trong quá trình gia công thô, nhiều
nghiên cứu đã được tiến hành cũng như nhiều bài báo đã được xuất bản. Ví

dụ như, Lauwers và Leuven đã phát triển một phương pháp gia công thô bề
mặt phức tạp của khuôn đực trên máy 5 trục, phương pháp này dựa trên công
nghệ chuyển đổi, công nghệ này thường được biết tới để tính toán sự chuyển
đổi giữa các bản đồ điểm ảnh 2D. Dựa trên đường tiến dao kiểu zigzag hoặc
contour, 3 modul xây dựng mã lệnh NC cho việc gia công thô bề mặt khắc
được giới thiệu bởi Tao và Ting với mục đích đạt được đường tiến dao hiệu
quả nhất trong một khoảng thời gian gia công nhất định.
Những phương pháp trên rất hiệu quả và một vài phương pháp đã được áp
dụng vào thực tế. Tuy nhiên, bề mặt tinh hay biên dạng của phần vật liệu dư
trong những nghiên cứu trên không được đưa ra như một yếu tố quan trọng
hoặc bị loại bỏ hẳn. Trên thực tế, hình dáng và kích thước của phần vật liệu
dư có ảnh hưởng lớn trong một vài ứng dụng. Ví dụ trong gia công tốc độ
9


cao, để đáp ứng yêu cầu là chiều sâu cắt không đổi cần phải có dụng cụ cắt
không bị gãy trong quá trình gia công. Những biên dạng chi tiết không đồng
đều sẽ dẫn đến sự biến đổi lực cắt, từ đó có thể gây ra gãy dụng cụ cắt. Để
đạt được bề mặt gia công tinh tốt hơn, đòi hỏi phải có thêm lần gia công
cũng như thêm thời gian gia công. Nếu như gia công thô có thể đem lại chất
lượng bề mặt gia công tinh tốt hơn, từ đó có thể loại bỏ được lần gia công
bán tinh dẫn đến giảm thời gian gia công,và giảm giá thành sản phẩm. Tuy
nhiên, cho tới nay, chưa có nghiên cứu nào về việc tăng chất lượng bề mặt
sau gia công thô được tiến hành.
Mục đích của đề tài là nghiên cứu một phương pháp gia công thô bằng cách
xem xét đến lượng dư gia công linh động trong quá trình gia công. Mục đích
của phương pháp là xây dựng được đường chạy dao tối ưu để đem lại chất
lượng bề mặt gia công thô tốt hơn mà không làm tăng thời gian gia công.
Đường chạy dao này được xây dựng trong quá trinh gia công – kết quả của
chu trình gia công trước đó. Không như những phương pháp xây dựng

đường chạy dao thông thường khác (vết dao thường được bỏ qua), ở phương
pháp này lần tiến dao cuối cùng được thiết kế để cắt bỏ đi phần đỉnh nhấp
nhô của những lần cắt trước để lại. Gia công thử trên may phay CNC 3 trục
cũng đã được thực hiện và cũng chứng minh được rằng chất lượng bề mặt
chi tiết sau gia công thì tốt hơn so với phương pháp gia công thô thông
thường và thời gian gia công thô không thay đổi.

10


CHƯƠNG I 
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM‐CNC 
1.1. Lịch sử phát triển

Hình 1.1 Lịch sử phát triển công nghệ CAD/CAM-CNC
Năm 1952 máy điều khiển số NC (Numerical Control) đầu tiên ra đời và
chương trình gia công được lập trình theo ngôn ngữ APT (Automatically
Programmed Toolls) do viện nghiên cứu Masschusetts tạo ra. Không lâu sau đó
bắt đầu xuất hiện khái niệm CAD (Computer Aided Design).
Vào những năm 70 các hệ điều khiển CNC (Computer Numerical Control),
ngoài các chức năng riêng của hệ NC thì hệ CNC còn có thể thực hiện được
nhiều chức năng khác nhau, nó có bộ phận lưu giữ chương trình và có thể thay
đổi được chương trình gia công.
Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ tin học với sự xuất hiện của các máy vi
tính hiện đại cho khả năng ghép nối quá trình thiết kế với quá trình gia công
thành một dự án tổng thể với sự trợ giúp của máy vi tính đã tạo ra công nghệ
CAD/CAM (Computer Aided Manufacturing) và không lâu sau đó là các hệ
thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System).
Hệ thống sản xuất tích hợp CIM (Computer Intergrated Manufacturing) bắt đầu
xuất hiện từ những năm 80. Mục tiêu của CIM là gia công tự động linh hoạt, nó

cho khả năng gia công đạt hiệu quả kinh tế cao ngay cả khi số lượng gia công
không lớn.

11


1.2. Các hệ thống điều khiển CNC
Tùy thuộc vào yêu cầu của từng loại máy và cơ cấu điều khiển, hệ điều khiển có
thể chia thành 3 loại cơ bản: điều khiển điểm – điểm; điều khiển đoạn thẳng và
điều khiển đường (tuyến tính hoặc phi tuyến). Trong đó các máy điều khiển
đường có khả năng điều khiển điểm – điểm và điều khiển đoạn thẳng.
1.2.1. Điều khiển điểm - điểm
Với các máy loại này, trong quá trình
gia công dụng cụ được định vị nhanh
đến vị trí tọa độ yêu cầu. Trong quá
trình dịch chuyển nhanh dụng cụ
không thực hiện quá trình cắt gọt, chỉ
đến khi đến tọa độ yêu cầu dụng cụ
mới thực hiện quá trình gia công cắt
gọt. Các máy có hệ điều khiển loại này
là: máy khoan, khoét, doa, máy hàn
điểm, đột, dập..
Ví dụ khi gia công hai lỗ A và B ta có
Hình 1.2. Điều khiển điểm – điểm
thể thực hiện như sau:
Trước hết, cho dụng cụ chạy nhanh đến điểm A, sau đó thực hiện gia công lỗ A,
sau khi gia công xong lỗ A dụng cụ rút ra khỏi lỗ và chạy nhanh đến vị trí B.
Sau khi đến vị trí B dụng cụ thực hiện gia công lỗ B, sau đó rút dụng cụ ra khỏi
lỗ và kết thúc quá trình gia công. Việc dịch chuyển dụng cụ từ A đến B có thể
thực hiện theo 2 cách được biển diễn trên hình 1.2.

1.2.2. Điều khiển đoạn thẳng
Với các máy loại này, trong quá
trình dịch chuyển theo các trục tọa độ
dụng cụ vẫn thực hiện quá trình gia
công. Ví dụ khi thực hiện phay các bề
mặt song song với các trục tọa độ hoặc
khi tiện các chi tiết dụng cụ thực hiện
các chuyển động cắt gọt theo phương
X hoặc Z.
Hình 1.3. Điều khiển đoạn thẳng

12


1.2.3. Điều khiển đường
Ngoài các chức năng điều khiển điểm và điều khiển theo đoạn thẳng, các máy
CNC còn có khả năng điều khiển dụng cụ chuyển động theo các đường bất kỳ
trong mặt phẳng hoặc trong không gian để thực hiện gia công cắt gọt.
Tùy thuộc vào đường được điều khiển là phẳng hay không gian mà người ta có
thể bố trị số trục được điều khiển đồng thời là bao nhiêu. Cũng từ nguyên nhân
này mà xuất hiện thuật ngữ máy 2D (Dimention), 3D, 4D, 5D (tức là máy có số
trục được điều khiển đồng thời theo quan hệ ràng buộc). Ngày nay các thuật ngữ
này đã được chuẩn hóa và sử dụng rất phổ biến.
Điều khiển 2D
Dạng điều khiển này cho phép dịch
chuyển dụng cụ trong một mặt phẳng
nhất định nào đó. Ví dụ trên máy tiện
dụng cụ sẽ dịch chuyển trong mặt
phẳng XOZ để tạo nên đường sinh của
chi tiết còn trên các máy phay 2D dụng

cụ sẽ thực hiện các chuyển động trong
mặt phẳng XOY để tạo nên các đường
rãnh, đường cong hay mặt bậc có biên
dạng bất kỳ.
Hình 1.4. Điều khiển 2D
Điều khiển 3D
Dạng điều khiển này cho phép dịch
chuyển dụng cụ trong một 3 mặt
phẳng đồng thời để tạo nên một đường
cong hay một mặt cong bất kỳ trong
không gian. Điều này tương ứng với
quá trình điều khiển đồng thời cả 3
trục của máy theo quan hệ ràng buộc
để tạo nên quỹ đạo của dụng cụ theo
yêu cầu.
Hình 1.5. Điều khiển 3D

13


Điều khiển 2D
Dạng điều khiển này cho phép dịch
chuyển dụng cụ theo 2 trục đồng thời
để tạo nên một đường cong phẳng, còn
trục thứ 3 được điều khiển chuyển
động độc lập. Sự khác biệt ở dạng điều
khiển này so với dạng điều khiển dạng
2D là hai trục được điều khiển đồng
thời có khả năng đổi chỗ cho nhau.
Điều này có nghĩa là có thể thực hiên

các đường cong 2D trong các mặt
phẳng XOY hoặc XOZ hoặc YOZ.

Hình 1.6. Điều khiển 2D

Điều khiển 4D, 5D
Dựa trên cơ sở của điều khiển 3D, người ta còn bố trí cho dụng cụ hoặc chi tiết
có thêm 1 chuyển động quay (hoặc 2 chuyển động quay) xung quanh 1 trục nào
đó theo một quan hệ ràng buộc với các chuyển động trên các trục khác của máy
3D. Với khả năng như vậy, các bề mặt phức tạp hay các bề mặt có trục quay có
thể được thực hiện dễ dàng hơn so với gia công trên máy 3D.
Mặt khác, vì lý do công nghệ nên có
những bề mặt không thể thực hiện gia
công bằng 3D vì có thể tốc độ cắt sẽ
khác nhau hoặc sẽ có những điểm có
tốc độ cắt bằng 0 (ví dụ tại đỉnh của
dao phay đầu cầu) hay lưỡi cắt của
dụng cụ không thể thực hiện việc gia
công theo mong muốn (ví dụ như góc
cắt không thuận lợi hay có thể bị va
Hình 1.7 Điều khiển 4D và 5D
chạm giữa dao với chi tiết…)
Tóm lại, tùy thuộc vào yêu cầu bề mặt gia công cụ thể mà có thể lựa chọn máy
thích hợp vì máy càng phức tạp thì giá thành máy càng cao và phải bổ xung
thêm nhiều công cụ khác. Hơn nữa, máy càng phức tạp thì tính an toàn trong
vận hành và sử dụng càng thấp (dễ bị va chạm vào phôi và máy). Vì vậy, để sử

14

dụng các máy nhiều trục người điều khiển cần thành thạo và có kinh nghiệm
trong điều khiển máy theo chương trình số 2D và 3D.
1.3. Hệ thống tọa độ và các điểm gốc, điểm chuẩn
1.3.1. Hệ thống tọa độ trên máy CNC
Để tính toàn quỹ đạo chuyển
động của dụng cụ, cần thiết phải
gắn vào chi tiết một hệ trục tọa
độ. Thông thường trên các máy
CNC người ta thường sử dụng hệ
tọa độ Đê-các OXYZ theo quy
tắc bàn thay phải (hệ tọa độ
Hình 1.8. Hệ tọa độ trên máy CNC
thuận).
Gốc của hệ trục tọa độ có thể đặt tại bất kỳ điểm nào trên chi tiết (về mặt
nguyên tắc), nhưng thông thường người ta sẽ chọn những điểm thuận lợi cho
việc lập trình, đồng thời để dễ dàng kiểm tra kích thước theo bản vẽ chi tiết gia
công mà không phải thực hiện nhiều bước tính toán bổ xung.
Một số điểm mang tính quy ước là trên các máy CNC, chi tiết gia công được
xem là cố định và luôn gắn với hệ tọa độ cố định, còn mọi chuyển động tạo hình
và cắt gọt đều do dụng cụ thực hiện. Trong thực tế, điều này đôi khi là ngược lại,
ví dụ trên máy phay thì chính bàn máy mang phôi thực hiện chuyển động tạo
hình, còn dụng cụ chỉ thực hiện chuyển động cắt gọt.Vì vậy, khi sử dụng máy
CNC cần luôn tạo ra thói quen để tránh nhầm lẫn đáng tiếc có thể gây nguy
hiểm cho dụng cụ và con người.
Theo quy ước chung, phương của trục chính máy là phương của trục OZ, còn
chiều dương của nó được quy ước là khi dao tiến ra xa khỏi chi tiết.

Hình 1.9. Chiều chuyển động của các trục trên máy CNC
15

Ví dụ, với máy tiện 2D thông thường thì trục chính nằm ngang và trùng với
phương OZ của hệ tọa độ, chiều dương hướng ra khỏi ụ chính (hướng về phía
bàn dao). Phương chuyển động của bàn xe dao theo hướng kính là phương OX
và chiều dương của nó là hướng ra xa bề mặt chi tiết gia công.
Đối với máy phay thẳng đứng, trục Z hướng theo phương thẳng đứng lên trên,
còn trục X và trục Y được xác định theo quy tắc bàn tay phải, tuy nhiên trong
thực tế các nhà chế tạo lại thường ưu tiên chọn trục X là trục mà có chuyển
động bàn máy dài hơn… Đối với các chuyển động quay xung quanh các trục
tương ứng X, Y, Z được xác định bằng các ký hiệu A, B, C sẽ được xác định là
dương khi chiều quay của nó có hướng thuận chiều kim đồng hồ khi nhìn theo
chiều dương của các trục tọa độ tương ứng (khi nhìn vào gốc hệ trục tọa độ từ
phía các trục thì chiều quay của chúng là ngược chiều kim đồng hồ). Ngoài ra,
còn một số chuyển động phụ song song với các trục tương ứng với X, Y, Z là
các chuyển động có ký hiệu U, V, W và hướng của chúng được biểu diễn trên
hình 1.9.
Hệ tọa độ trên máy tiện
Máy tiện thường có hai loại 2D và 3D, trong đó loại 2D phổ biến hơn vì
nó có thể gia công được tất cả các bề mặt trụ ngoài hoặc trụ trong có đường sinh
bất kỳ. Các máy tiện 3D được bố trí thêm trục quay thứ 3 là trục quay của trục
chính (thường gọi là trục C – quay quanh OZ) và trên đầu dao Rovonve còn có
một chuyển động quay của dụng cụ tạo nên vận tốc cắt để thực hiện các công
việc như khoan, khoét, doa các lỗ đồng tâm hay lệch tâm với tâm chi tiết hoặc
phay các rãnh then, rãnh cam thùng trên chi tiết gia công. Chiều quay của trục C
là cùng chiều kim đồng hồ nếu nhìn theo hướng của trục Z.

Hình 1.10. Hệ tọa độ trên máy tiện 3D với bàn dao phía sau

16

Hệ tọa độ trên máy khoan, máy phay đứng
Với máy khoan và máy phay
đứng, trục chính của máy
hướng theo phương thẳng đứng
và trùng với phương của trục
OZ trong hệ Đê-các, chiều
dương của trục OZ hướng lên
trên. Trục OX và OY là hai
trục nằm trên bàn máy với quy
ước chọn OX là trục có chiều
dài dịch chuyển lớn hơn. Chiều
dương của trục OX có hướng
sang bên phải khi nhìn từ trục
chính xuống chi tiết gia công
(nhìn ngược chiều với chiều
dương của trục OZ)
Hình 1.11. Hệ tọa độ trên máy phay đứng
Hệ tọa độ trên máy phay nằm ngang
Trục chính máy phay ngang là
nằm ngang theo phương của
trục OZ, chiều dương của trục
OZ hướng vào máy. Trục OX
nằm trên mặt phẳng định vị
của chi tiết (hoặc song song
với mặt phẳng định vị) và
chiều dương của OX hướng về
phía trái nếu nhìn theo hướng
trục chính.
Hình 1.12. Hệ tọa độ trên máy phay ngang

17


1.3.2. Các điểm gốc và điểm chuẩn
Điểm gốc máy (M)
Quá trình gia công trên máy CNC được thiết lập bằng một phương trình mô tả
quỹ đạo chuyển động tương đối giữa lưỡi cắt của dụng cụ và phôi. Vì vậy, để
đảm bảo việc gia công đạt độ chính xác thì các dịch chuyển của dụng cụ phải
được so sánh với điểm 0 (điểm zero) của hệ thống đo lường và được gọi là điểm
gốc của hệ tọa độ máy hay gốc đo lường M. Các điểm M được nhà chế tạo quy
định trước.
Điểm chuẩn của máy (R)
Để giám sát và điều chỉnh kịp thời quỹ đạo chuyển động của dụng cụ, cần thiết
phải bố trí một hệ thống đo lường để xác định quãng đường thực tế (tọa độ
thực) so với tọa độ lập trình. Trên các máy CNC người ta đặt các mốc để theo
dõi các tọa độ thực của dụng cụ trong quá trình dịch chuyển, vị trí của dụng cụ
luôn luôn được so sánh với gốc máy M. Khi bắt đầu đóng mạch điều khiển của
máy thì tất cả các trục phải được chạy về một điểm chuẩn mà giá trị tọa độ của
nó so với điểm M phải luôn luôn không đổi và do các nhà chế tạo quy định.
Điểm đó gọi là điểm chuẩn của máy R. Vị trí của điểm chuẩn được tính toán
chính xác từ trước bởi một cữ chặn lắp trên bàn trượt và các công tắc hành trình.
Do độ chính xác vị trí của các máy CNC rất cao (cỡ 0,001mm) nên khi dịch
chuyển trở về điểm chuẩn của các trục thì ban đầu nó chạy nhanh khi đến gần vị
trí thì chuyển sang chế độ chạy chậm để định vị chính xác.

Hình 1.13. Điểm gốc và điểm chuẩn trên máy phay đứng và máy tiện

18

Điểm gốc phôi (W)
Khi bắt đầu gia công, cần phải tiến hành xác định tọa độ của điểm gốc phôi so
hoặc điểm gốc chương trình so với điểm gốc máy (M) để xác định và hiệu chỉnh
hệ thống đo lường dịch chuyển.
Điểm gốc phôi W xác định hệ tọa độ của phôi trong quan hệ với điểm gốc máy
M. Điểm W được chọn bởi người lập trình và được đưa vào hệ điều khiển CNC
khi cài đặt số liệu máy trước gia công.
Điểm gốc phôi W có thể
được chọn tùy ý bởi người
lập trình trong phạm vi
không gian làm việc của
máy và chi tiết. Tuy vậy,
nên chọn điểm W nằm trên
phôi để thuận tiện khi xác
định các thông số giữa W và
Hình 1.14. Điểm gốc phôi W, gốc chương trình P
M.
và gốc máy M
Giả sử với chi tiết tiện, người ta chọn điểm W đặt dọc theo trục quay (tâm trục
chính máy tiện) và có thể chọn đầu mút trái hay đầu mút phải của phôi. Đối với
chi tiết phay, nên lấy một điểm nằm ở góc phôi làm điểm W.
Điểm gốc chương trình (P)
Tùy thuộc vào bản vẽ chi tiết gia công mà người ta sẽ có một hay một số điểm
chuẩn để xác định tọa độ của các bề mặt khác. Trong trường hợp đó, điểm này
được gọi là gốc chương trình P (Programmed).Thực tế trong quá trình gia công,
nếu chọn điểm gốc phôi W trùng với điểm gốc chương trình P thì chương trình
sẽ càng thuận lợi cho quá trình lập trình vì không phải thực hiện nhiều phép tính
toán bổ xung.

19


Hình 1.15. Ví dụ chọn điểm W và điểm P khi khoan hệ lỗ
cùng nằm trên một đường tròn
Điểm gá đặt (C)
Là điểm tiếp xúc giữa phôi và đồ gá trên máy, nó có thể trùng với điểm gốc của
phôi W trên máy tiện. Thông thường khi gia công người ta phải tính đến lượng
dư và do đó điểm gá đặt C chính là bề mặt chuẩn để xác định kích thước của
phôi.
Điểm gốc của dụng cụ
Để đảm bảo quá trình gia công chi tiết với việc sử dụng nhiều dao và mỗi dao
có hình dạng và kích thước khác nhau được chính xác, cần phải có các điểm gốc
của dụng cụ.Điểm gốc của dụng cụ là những điểm cố định và nó được xác định
tọa độ chính xác so với các điểm M và R. Có ba điểm gốc của dụng cụ là điểm
chuẩn dao P, điểm gá đặt dao (N và E) và điểm thay dao.
Điểm chuẩn dao P
Điểm chuẩn của dao là điểm mà từ đó chúng ta lập chương trình chuyển động
trong quá trình gia công.Đối với dao tiện, người ta chọn điểm nhọn của mũi dao
và đối với daophay ngón, dao khoan thì người ta chọn điểm P ở tâmt rên đỉnh
dao, với dao phay đầu cầu, P là tâm mặt cầu.

20


Hình 1.16. Điểm chuẩn P của dao
a. Dao tiện; b.Dao phay ngón, c.Dao phay đầu cầu
Các điểm gá dao (điểm gốc của dao)
Thông thường người ta sử dụng 2 loại cán dao (tool holder) là loại chuôi trụ và
loại chuôi côn theo tiêu chuẩn.

Đối với chuôi dao người ta lấy điểm đặt dụng cụ E.
Đối với lỗ dao người ta lấy điểm gá dụng cụ N.
Khi chuôi dao lắp vào lỗ gá dao thì điểm N và điểm E trùng nhau.
Trên cơ sở của điểm chuẩn này,
người ta có thể xác định các kích
thước để đưa vào bộ nhớ lượng bù
dao. Các kích thước này có thể bao
gồm chiều dài của dao tiện theo
phương X và Z (điểm mũi dao) hay
chiều dài của dao phay và bán kính
của nó. Các kích thước này có thể
được xác định từ trước bằng cách đo
trên các thiết bị đo chuyên dụng hay
xác định ngay trên máy rồi đưa vào
hệ điều khiển CNC để thực hiện việc
bù dao.

Hình 1.17. Các điểm gốc của
dụng cụ

Điểm thay dao
Trong quá trình gia công, có thể ta phải dùng đến một số dao và số lượng dao là
tùy thuộc vào yêu cầu của bề mặt gia công, vì thế ta phải thực hiện việc thay
dao.Trên các máy có cơ cấu thay dao tự động thì yêu cầu khi thay dao phải
không được để chạm vào phôi hoặc máy, vì thế cần phải có điêm thay dao. Đối
21


với máy phay hoặc các trung tâm gia công thì thông thường bàn máy chạy về
điểm chuẩn, còn đối với máy tiện, thường các dao nằm trên đầu rơvonve nên

không cần thiết phải chạy đến điểm chuẩn mới thực hiện thay dao mà có thể đến
một vị trí nào đó đảm bảo an toàn cho quá trình quay đầu rơvonve là có thể
được nhằm mục đích giảm thời gian phụ.
Có thể nói các điểm chuẩn R, điểm gốc máy M, điểm gốc chi tiết W và N của
dao là rất quan trọng vì nó liên quan đến quá trình gia công của một chi tiết thực
mà trong khi thiết lập chương trình gia công người ta đã tạm bỏ qua các giá trị
đó để cho quá trình lập trình được đơn giản hơn (đó là lập trình theo quỹ đạo
của đường bao chi tiết gia công). Việc bỏ qua này sẽ được đưa vào một lượng
điều chỉnh trong quá trình gia công gọi là “dịch điểm chuẩn” và đưa thêm vào
lượng bù dao (tool calibration).Khi đó vị trí của lưỡi cắt sẽ được đồng nhất với
các tọa độ được lập trình mà chúng ta tiến hành khi lập chương trình gia công.
1.4. Ngôn ngữ và hình thức tổ chức lập trình CNC
Trên các máy CNC, việc điều khiển sự chuyển động của dụng cụ được thực
hiện bằng các lệnh đã được mã hóa theo một ngôn ngữ mà hệ điều khiển CNC
có thể đọc và hiểu được. Các chuyển động của dụng cụ theocác trục có thể độc
lập hoặc phụ thuộc theo quan hệ ràng buộc để tạo nên các quỹ đạo mong muốn.
Vấn đề cơ bản ở đây là chủng loại chi tiết rất phong phú và đa dạng về hình
dáng, khuôn khổ, kích thước, vật liệu, tính chất làm việc.Chính vì vậy mà cách
ghi kích thước trên bản vẽ chế tạo chi tiết cũng ảnh hưởng đáng kể đến khả
năng đạt độ chính xác khi gia công chi tiết. Tùy theo cách ghi kích thước trên
bản vẽ chế tạo mà người ta có thể lựa chọn các điểm gốc chương trình và lựa
chọn hệ tọa độ khi lập trình gia công là khác nhau. Hiệu nay thường sử dụng 4
hệ tọa độ lập trình gia công: hệ tọa độ tuyệt đối, tương đối, hỗn hợp và tọa độ
độc cực.

22


1.4.1. Chương trình gia công theo hệ tọa độ tuyệt đối
Lập trình gia công trong hệ tọa

độ tuyệt đối là tham chiếu tọa độ
của tất cả các điểm nằm trên
biên dạng chi tiết đến gốc tọa độ
cố định. Trong trường hợp này,
điểm gốc hệ tọa độ chính là điểm
gốc chương trình P. Trong
chương trình gia công trên máy
CNC nó được xác định bằng
Hình 1.18. Hệ tọa độ tuyệt đối
lệnh G90.
1.4.2. Chương trình gia công theo hệ tọa độ tương đối
Với kiểu lập trình này, tọa độ
của các điểm lập trình tiếp
theo sẽ được xác định bằng
cách lấy gốc tọa độ ở ngay
điểm sát trước, điều này có
nghĩa là ta phải dịch chuyển
điểm gốc P của hệ tọa độ sau
mỗi lần xác định tọa độ của
điểm lập trình tiếp theo. Trong Hình 1.19. Hệ tọa độ tương đối
chương trình gia công trên
máy CNC, nó được xác định
bằng lệnh G91.
1.4.3. Chương trình theo hệ tọa độ hỗn hợp
Trong một số trường hợp, tùy theo đặc điểm cụ thể của bản vẽ chi tiết chế tạo
mà việc lập trình có thể phải được tiến hành theo kiểu hỗn hợp giữa chương
trình gia công trong hệ tọa độ tuyệt đối và chương trình gia công trong hệ tọa độ
tương đối.

23

Hình 1.20. Hệ tọa độ hỗn hợp
Với phương pháp này nó còn cho phép chúng ta một mặt có thể sử dụng được
toàn bộ miền dung sai mà nhà thiết kế đã tính toán vì không tiến hành giải lại
chuỗi kích thước, mặt khác sẽ tránh được sai sót không đáng có trong quá trình
tính toán và do đó có thể đạt được độ chính xác cao nhất. Tuy vậy trong quá
trình lập trình gia công cần phải chú ý và cẩn thận hơn vì dễ bị nhầm lẫn về giá
trị tọa độ (đặc biệt với trường hợp khi tiện sẽ lấy theo tọa độ của đường kính
hoặc bán kính).
1.4.4. Chương trình theo hệ tọa độ độc cực
Có một số chi tiết mà điều kiện lập trình được trở thành đơn giản nếu sử dụng
hệ tọa độ độc cực. Trong điều kiện này hệ điều khiển CNC cho phép chúng ta
tiến hành việc gia công với việc lập trình thuận lợi hơn.

Hình 1.21. Hệ tọa độ độc cực
1.4.5. Các hình thức tổ chức lập trình gia công CNC
Để lập được một chương trình CNC cần dựa trên các cơ sở sau:

24