Nghiên cứu, kiểm tra chất lượng máy CNC 3 trục gia công gỗ

Viện Cơ khí

Luận văn thạc sĩ

LỜI CÁM ƠN

Dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Thị Ngọc Huyền – PGS.TS. Tăng
Huy tôi đã thực hiện xong đề tài: “Nghiên cứu, kiểm tra chất lượng máy CNC 3
trục gia công gỗ theo ISO”.
Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô TS. Nguyễn Thị Ngọc
Huyền, PGS.TS. Tăng Huy và các thầy, cô trong Bộ môn máy và ma sát đã tận
tình hướng dẫn trong thời gian tôi thực hiện luận văn này.
Sau cùng, tôi xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và những người thân đã tận
tình góp ý và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian nghiên cứu.
Mặc dù đã rất cố gắng, song do trình độ và kinh nghiệm còn hạn chế nên
luận văn không tránh được thiếu sót. Học viên rất mong nhận được những ý kiến
đóng góp của thầy, cô và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện và có ý
nghĩa trong thực tế.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 28 tháng 9 năm 2015
Học viên

Nguyễn Ngọc Hưởng

Nguyễn Ngọc Hưởng

1

CH2013B

Viện Cơ khí

Luận văn thạc sĩ

LỜI CAM ĐOAN
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ngành cơ khí với đề tài “Nghiên cứu, kiểm tra
chất lượng máy CNC 3 trục gia công gỗ theo ISO” học viên viết dưới sự hướng
dẫn của TS. Nguyễn Thị Ngọc Huyền và PGS.TS. Tăng Huy. Trong luận văn này
trình bày nghiên cứu tổng quan về hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam và hệ thống tiêu
chuẩn quốc tế ISO về quy tắc kiểm và điều kiện kiểm máy công cụ nói chung cũng
như máy CNC và máy gia công gỗ nói riêng, áp dụng vào thực tế theo điều kiện cụ
thể của máy CNC 3 trục gia công gỗ để lựa chọn các phép kiểm phù hợp và đánh
giá chất lượng máy theo điều kiện kiểm nghiệm thu.
Khi viết bản luận văn này, học viên có tham khảo một số kết quả nghiên cứu
của các tác giả đi trước và sử dụng những thông tin số liệu từ các tiêu chuẩn Việt
Nam, tiêu chuẩn quốc tế ISO, sách, … theo danh mục tham khảo.
Học viên cam đoan không có sự sao chép nguyên văn từ bất kỳ luận văn nào
hay nhờ người khác viết. Học viên xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về cam đoan của
mình và chấp nhận mọi hình thức kỷ luật theo quy định của Trường Đại học Bách
khoa Hà Nội.
Hà Nội, ngày 28 tháng 9 năm 2015
Học viên

Nguyễn Ngọc Hưởng

Nguyễn Ngọc Hưởng

2

CH2013B

Viện Cơ khí

Luận văn thạc sĩ

MỤC LỤC
LỜI CÁM ƠN …………………………………………………………………..…..1
LỜI CAM ĐOAN………………………………………………..…………………..2
DANH MỤC CÁC BẢNG …………………………………………………..……..6
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ………………………………………………...…7
MỞ ĐẦU………………………………………………………………………….....9
CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC….…………...…….12
1.1. Tổng quan về máy công cụ CNC ……………………………………………12
1.1.1. Lịch sử phát triển của kỹ thuật CNC ………………………………...…12
1.1.2. Lịch sử phát triển của máy CNC trên thế giới và ở Việt Nam …………13
1.1.3. So sánh máy công cụ thông thường và máy CNC …………………….15
1.1.4. Một số loại máy CNC hiện nay ……………………… ………………18
1.1.5. Đặc điểm của máy công cụ CNC hiện đại ……………………….……19
1.2. Giới thiệu về công nghệ CAD/CAM/CNC ………………………….….…25
1.2.1. Giới thiệu chung về CAD/CAM ………………………………………25
1.2.2. Các phần mềm CAD/CAM thông dụng ………………………………27
1.3. Giới thiệu về máy CNC 3 trục gia công gỗ BKRW 2014 …………………28
1.4. Kết luận …………………………………………………………………….29
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TIÊU CHUẨN VIỆT NAM (TCVN)
VÀ TIÊU CHUẨN QUỐC TẾ ISO VỀ MÁY CÔNG CỤ ……………………..30
2.1. Hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) về Máy công cụ……………..…30
2.1.1. Tổng quan ……………………………………………………………30
2.1.2. Các tiêu chuẩn Việt Nam về quy tắc kiểm ……………………….…30
2.1.3. Các tiêu chuẩn Việt Nam về điều kiện kiểm cho các máy CNC, trung

tâm gia công ………………………………………………………………………31
2.2. Hệ thống tiêu chuẩn quốc tế ISO về Máy công cụ………………………33
2.2.1. Tổng quan …………………………………………………………….33
2.2.2. Các tiêu chuẩn ISO về quy tắc kiểm ……………………………...….34
2.2.3. Các tiêu chuẩn ISO về điều kiện kiểm cho các máy CNC, trung tâm gia

Nguyễn Ngọc Hưởng

3

CH2013B


Viện Cơ khí

Luận văn thạc sĩ

công ………………………………………………………………………………..34
2.2.4. Các tiêu chuẩn ISO về điều kiện kiểm cho các máy phay gỗ …………..36
2.3. Một số nội dung chính tiêu chuẩn quy định các phương pháp kiểm độ
chính xác hình học của máy công cụ, TCVN 7011-1:2007 (ISO 230-1:1997) Qui
tắc kiểm máy công cụ - Phần 1 - Độ chính xác hình học của máy khi vận hành
trong điều kiện không tải hoặc gia công tinh ……………………………………….36
2.3.1. Phạm vi áp dụng ………………………………………………….…...37
2.3.2. Qui định chung…………………………………………….……….….37
2.3.3. Các bước chuẩn bị …………………………………………………….43
2.3.4. Kiểm gia công………………………………………………………….44
2.3.5. Kiểm hình học…………………………………………………………45
2.4. Nghiên cứu các phép kiểm và điều kiện kiểm cho máy gia công gỗ, ISO
7948 Woodworking machines -- Routing machines -- Nomenclature and acceptance

conditions (Máy gia công gỗ - Máy phay – Thuật ngữ và các điều kiện nghiệm
thu)……………………………………………………………………………………………61
2.4.1. Phạm vi áp dụng ………………………………………………………..61
2.4.2. Lưu ý ……………………………………………………………………62
2.4.3. Các phép kiểm hình học – Điều kiện chấp nhận và sai lệch cho phép ..62
2.5. Kết luận ……………………………………………………………………65
CHƯƠNG 3: KIỂM VÀ ĐÁNH GIÁ MÁY CNC 3 TRỤC GIA CÔNG GỖ BKRW
2014 ……………………………………………………….………………………66
3.1. Lựa chọn các phép kiểm …………………………………………….......66
3.2. Tiến hành kiểm trên máy BKRW 2014 ……………………………….…..66
3.2.1. Kiểm độ phẳng của bàn máy………………………………………..…66
3.2.2. Kiểm độ vuông góc của trục chính với bề mặt bàn máy…………….…69
3.2.3. Kiểm độ đảo trục chính………………………………………………....71
3.2.4. Kiểm độ song song chuyển động trục chính với trục quay của nó……72
3.3. Kết quả và đánh giá……………………………………………………...…73
3.3.1. Kết quả kiểm……………………………………………………..…....73

Nguyễn Ngọc Hưởng

4

CH2013B


Viện Cơ khí

Luận văn thạc sĩ

3.3.2. Sai lệch cho phép theo tiêu chuẩn quốc tế ISO…………………….…74
3.3.3. Đánh giá…………………………………………………………...….74

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………………………..75
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………….76

Nguyễn Ngọc Hưởng

5

CH2013B


Viện Cơ khí

Luận văn thạc sĩ

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1: Kết quả đo độ phẳng bàn máy theo phương dọc …………………….……68
Bảng 3.2: Kết quả đo độ phẳng bàn máy theo phương ngang……………………….68
Bảng 3.3: Kết quả đo độ phẳng bàn máy theo đường chéo…………………………..69
Bảng 3.4: Kết quả đo độ vuông góc của trục chính với bề mặt bàn máy…………...70
Bảng 3.5: Kết quả đo độ đảo trục chính ……………………………………………..…72
Bảng 3.6: Kết quả đo độ song song chuyển động trục chính ...................................73

Nguyễn Ngọc Hưởng

6

CH2013B

Viện Cơ khí

Luận văn thạc sĩ

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình1.1: Lịch sử phát triển của kỹ thuật CNC…………………………………………12
Hình 1.2: Máy phay CNC…………………………………………………………………18
Hình 1.3: Máy tiện CNC…………………………………………………………………..19
Hình 1.4: Máy mài và máy khoan CNC…………………………………………………19
Hình 1.5: Các thành phần cơ bản của máy công cụ CNC……………………………20
Hình 1.6: Các trục NC điều khiển được trên máy tiện………………………………..21
Hình 1.7: Các trục NC có thể điều khiển trên máy phay………………………… …..21
Hình 1.8: Truyền động bước tiến của bàn máy với vít me bi…………………………22
Hình 1.9: Truyền động vít me bi với đai ốc hai nửa không có khe…………………..22
Hình 1.10: Đầu rơvolve chứa dao………………………………………………………..24
Hình 1.11: Thiết bị thay dao tự động…………………………………………………….24
Hình 1. 12: Máy CNC 3 trục gia công gỗ BKRW2014…………….………..………..28
Hình 2.1: Phép đo bằng tấm kiểm và đồng hồ so với bộ phận được đo đặt trên bề
mặt tấm………………………………………………………………………………………47
Hình 2.2: Phép đo bằng tấm kiểm và đồng hồ so với tấm kiểm đặt đối diện bề mặt
đo…………………………….………………………………………………………………47
Hình 2.3: Đo họ đường thẳng bằng sự dịch chuyển một thước thẳng………………48
Hình 2.4: Phép đo bề mặt chữ nhật………………………………………………………49
Hình 2.5: Sơ đồ đo với mặt phẳng nằm trên chính bộ phận …………………………52
Hình 2.6: Sơ đồ đo với mặt phẳng không nằm trên bộ phận chuyển động …………53
Hình 2.7: Phép đo độ song song của một quĩ đạo đối với một trục ………………..53
Hình 2.8: Phép đo độ song song giữa hai quĩ đạo ……………………………………54
Hình 2.9: Phép đo độ vuông góc của đường thẳng và mặt phẳng ………………….55
Hình 2.10: Độ lệch tâm……………………………………………………………………58
Hình 2.11: Độ đảo hướng kính của một trục tại một điểm…………………………...58

Hình 2.12: Đo độ đảo của bề mặt ngoài………………………………………………...59
Hình 2.13: Đo độ đảo của bề mặt trong…………………………………………….…..60

Nguyễn Ngọc Hưởng

7

CH2013B


Viện Cơ khí

Luận văn thạc sĩ

Hình 2.14:Sơ đồ đo độ phẳng bàn máy………………………………………………….63
Hình 2.15:Sơ đồ đo độ vuông góc trục chính với bề mặt bàn máy ……………….…63
Hình 2.16:Sơ đồ đo độ song song của chuyển động trục chính với trục quay của nó
………………………………………………………………………………………………...64
Hình 2.17:Sơ đồ đo khe hở chiều trục của trục chính…………………………………64
Hình 2.18:Sơ đồ đo độ đảo trục chính…………………………………………………..64
Hình 2.19:Sơ đồ đo độ đảo và độ đảo mặt đầu của đường kính ngoài trục chính...65
Hình 2.20:Sơ đồ đo độ thẳng hàng của đường tâm trục chính với chốt dẫn hướng65
Hình 3.1: Kiểm độ phẳng bàn máy theo phương dọc………………………………….66
Hình 3.2: Kiểm độ phẳng bàn máy theo phương ngang………………………………67
Hình 3.3: Kiểm độ phẳng bàn máy theo đường chéo………………………………….67
Hình 3.4: Kiểm độ vuông góc của trục chính với bề mặt bàn máy………………….69
Hình 3.5: Kiểm độ đảo trục chính……………………………………………………….71
Hình 3.6: Kiểm độ song song chuyển động trục chính với trục quay của nó………72

Nguyễn Ngọc Hưởng

8

CH2013B


Viện Cơ khí

Luận văn thạc sĩ

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của liên ngành cơ khí, điện tử, công nghệ
thông tin …các máy công cụ gia công gỗ và kim loại đã có những bước tiến vượt
bậc về độ chính xác, chất lượng bề mặt, năng suất, v.v. Đặc biệt là khả năng gia
công được những bề mặt có biên dạng phức tạp thông qua giải pháp
CAD/CAM/CNC. Với giải pháp công nghệ CAD/CAM/CNC tích hợp trong các
máy gia công gỗ chuyên dùng kỹ thuật cao, có khả năng gia công các sản phẩm mỹ
nghệ tinh vi, chất lượng và năng suất được nâng cao rõ rệt.
Nhu cầu của các sản phẩm gỗ mỹ nghệ trong nội ngoại thất, các công trình
văn hóa (đình, đền, chùa, miếu, v.v..) không ngừng tăng về số lượng và chất lượng
cũng như độ phức tạp của các hoa văn, họa tiết, chế tác thủ công không thể đáp ứng
được thị trường trong nước cũng như xuất khẩu, do đó việc sử dụng máy CNC gia
công gỗ đang là sự lựa chọn ưu tiên trong các làng nghề truyền thống ở Việt Nam.
Để đảm bảo chất lượng của sản phẩm gỗ gia công các máy sau khi được chế tạo và
lắp ráp hoàn chỉnh phải được kiểm để đánh giá độ chính xác máy theo các mức qui
định. Các nước trên thế giới và tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế ISO đều xây dựng,
ban hành các tiêu chuẩn về quy tắc kiểm và điều kiện nghiệm thu cho máy công cụ,
máy CNC, máy gia công gỗ. Trong xu hướng hội nhập quốc tế, Việt Nam với tư

cách là một thành viên của tổ chức ISO cũng chấp nhận các tiêu chuẩn ISO để đánh
giá chất lượng các loại máy đó. Tùy theo từng loại máy và kết cấu của từng máy,
nghiên cứu, lựa chọn tiêu chuẩn và các phép kiểm thích hợp để đánh giá độ chính
xác của máy. Chính vì vậy đề tài của luận văn đã chọn hướng nghiên cứu là
“Nghiên cứu, kiểm tra chất lượng máy CNC 3 trục gia công gỗ theo ISO”.
2. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu: Xây dựng các phép kiểm để đánh giá chất lượng máy

Nguyễn Ngọc Hưởng

9

CH2013B


Viện Cơ khí

Luận văn thạc sĩ

CNC 3 trục gia công gỗ BKRW2014 theo tiêu chuẩn quốc tế ISO.
Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của đề tài là máy CNC 3 trục
gia công gỗ BKRW 2014. Đây là máy phay gỗ được thiết kế, chế tạo thành công
trong nước.
Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu các phép kiểm độ chính xác hình học theo
tiêu chuẩn phù hợp với kết cấu của máy CNC 3 trục gia công gỗ.
3. Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm.
Lý thuyết: Nghiên cứu hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam và hệ thống tiêu chuẩn
quốc tế ISO về quy tắc kiểm và điều kiện nghiệm thu máy công cụ nói chung và các
máy CNC, máy gia công gỗ nói riêng.

Thực nghiệm: Tiến hành các đo kiểm độ chính xác hình học cho máy CNC 3
trục gia công gỗ BKRW 2014 và tổng hợp số liệu, xử lý số liệu để đưa ra các đánh
giá.
4. Nội dung chính của luận văn
Nội dung chính của luận văn bao gồm các chương sau:
Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về máy CNC
Trong chương này trình bày tổng quan về máy công cụ CNC, tìm hiểu được sự
phát triển máy CNC trên thế giới và ở Việt Nam, tổng quan về giải pháp công nghệ
CAD/CAM/CNC, giới thiệu về máy CNC 3 trục gia công gỗ BKRW2014.
Chương 2: Nghiên cứu hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) và tiêu
chuẩn quốc tế ISO về máy công cụ
Trong chương này nghiên cứu về hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn
quốc tế về máy công cụ (bao gồm cả máy CNC, máy gia công gỗ); Nghiên cứu về một
số quy tắc kiểm cho máy công cụ theo tiêu chuẩn TCVN 7011-1 (ISO 230-1), các
phép kiểm và điều kiện kiểm nghiệm thu theo tiêu chuẩn ISO 7948.

Nguyễn Ngọc Hưởng

10

CH2013B


Viện Cơ khí

Luận văn thạc sĩ

Chương 3: Kiểm và đánh giá máy CNC 3 trục gia công gỗ BKRW 2014
Nội dung trong chương này trình bày các phép kiểm độ chính xác áp dụng cụ
thể cho kết cấu máy CNC 3 trục gia công gỗ BKRW 2014; tiến hành đo kiểm xác

định các thông số đó trên máy, từ đó đánh giá chất lượng máy theo chuẩn quy định
của ISO.
5. Kết luận
Luận văn trình bày kết quả nghiên cứu, tổng hợp về các quy tắc kiểm và điều
kiện kiểm nghiệm thu cho máy công cụ theo tiêu chuẩn Việt Nam và quốc tế ISO,
tùy theo loại máy và kết cấu máy để lựa chọn các phép kiểm phù hợp và điều kiện
nghiệm thu tương ứng. Tổ chức thực nghiệm kiểm độ chính xác máy CNC 3 trục gia
công gỗ BKRW2014.
Kết quả thực nghiệm cho các kết quả độ chính xác máy CNC 3 trục gia công
gỗ BKRW2014 nằm trong giới hạn sai lệch cho phép theo tiêu chuẩn quốc tế ISO
7948, cụ thể là:
1) Độ phẳng của bề mặt bàn máy:
a) Phương dọc: 0,16 mm
b) Phương ngang: 0,12 mm
c) Đường chéo: 0,13 mm
2) Độ vuông góc giữa trục chính với bề mặt bàn máy: 0,072 mm/400 mm
3) Độ đảo trục chính: 0,024 mm
4) Độ song song chuyển động trục chính với trục quay của nó:
0,021 mm/100 mm
Kết quả nghiên cứu của luận văn chắc chắn sẽ được áp dụng có hiệu quả trong
thực tế kiểm tra đánh giá chất lượng máy CNC gia công gỗ ở Việt Nam.

Nguyễn Ngọc Hưởng

11

CH2013B


Viện Cơ khí

Luận văn thạc sĩ

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC
1.1. Tổng quan về máy công cụ CNC [2], [3], [4]
1.1.1. Lịch sử phát triển của kỹ thuật CNC
Ý tưởng về sự phát triển của điều khiển số (Numerical Control) cho máy công
cụ được hình thành từ những năm 1949 – 1950 tại viện công nghệ Massachusetts,
Hoa Kỳ.
Khi gia công các chi tiết có biên dạng phức tạp với kỹ thuật thông thường thì
thời gian gia công là rất lớn và chi phí sản xuất cao. Do vậy, sau một thời gian
nghiên cứu, biên dạng gia công của những chi tiết lớn có thể dễ dàng được thay thế
bởi các chức năng toán học và người ta quyết định chế tạo một bộ điều khiển để
điều khiển một máy phay dựa trên cơ sở này.

Hình 1.1: Lịch sử phát triển của kỹ thuật CNC
Về mặt kỹ thuật để thực hiện ý tưởng này cần một bộ điều khiển, nó biên
dịch các đại lượng đầu vào được mô tả dưới dạng nhị phân và dạng số cho các hành
trình chuyển động và các chức năng vận hành máy, qua đó máy phay có thể hiểu
được và xử lý các tín hiệu này. Đây là nguyên tắc cơ bản ứng dụng điều khiển số
cho các máy công cụ. Với sự phát triển nhanh chóng của xử lý tín hiệu điện tử đã
tạo điều kiện cho ý tưởng trở thành hiện thực.

Nguyễn Ngọc Hưởng

12

CH2013B

Viện Cơ khí

Luận văn thạc sĩ

Máy điều khiển số đầu tiên là máy phay đứng. Các trục bước tiến làm dịch
chuyển bàn máy được thực hiện bởi từng động cơ riêng biệt. Các thông tin hành
trình và chức năng cần thiết cho quá trình gia công được ghi lại trên băng đục lỗ
dưới dạng chuỗi các lệnh đã được mã hóa ở dạng chữ và số, được gọi là một
chương trình NC.
Máy công cụ điều khiển số đầu tiên đã chỉ rõ ra đặc điểm của các máy CNC
sau này:
- Toàn bộ chương trình gia công được ghi lại trên băng đục lỗ.
- Máy tính điều khiển việc xử lý các thông tin hành trình và chức năng máy.
- Truyền động riêng biệt cho từng trục bước tiến và trục chính để điều khiển
chuyển động của dao và bàn máy.
- Hệ thống đo và kiểm tra để phản hồi vị trí dụng cụ cắt cho hệ điều khiển trong
máy tính.
Sự phát triển nhanh chóng của các linh kiện vi điện tử như các bộ vi xử lý và
máy tính đã tạo điều kiện cho hệ điều khiển NC phát triển thành hệ điều khiển CNC
(Computerized Numerical Control) vào những năm 70.
1.1.2. Lịch sử phát triển của máy CNC trên thế giới và ở Việt Nam
Trước đây khoa học còn chưa phát triển, quá trình cắt gọt được điều khiển
theo truyền thống (dùng cam, cữ chặn, chép hình theo mẫu…). Ngày nay, với sự
tiến bộ của khoa học kỹ thuật, nhất là trong điều khiển số và tin học, cùng với trợ
giúp của máy tính, hệ thống điều khiển tự động phát triển, hàng loạt các ý tưởng ra
đời và hiện thực hóa, điển hình là điều khiển NC và CNC.
Xuất phát từ ý tưởng về điều khiển máy bằng các lệnh nhớ ở các máy CNC đã
xuất hiện từ thế kỷ XIV, nó được phát triển và hoàn thiện dần cho đến ngày nay, với
một số mốc lịch sử:
- Năm 1808, Toseph và M Jacquard đã dùng bìa tôn đục lỗ để điều khiển các

Nguyễn Ngọc Hưởng

13

CH2013B


Viện Cơ khí

Luận văn thạc sĩ

máy dệt (bìa đục lỗ là vật mang tin).
- Năm 1938, Claude Shannon bảo vệ luận án tiến sĩ ở Viện công nghệ MIST
Mỹ, với nội dung tính toán chuyển dao dữ liệu dạng nhị phân.
- Năm 1946, tiến sĩ John W.Mauchly đã cung cấp máy tính số điện tử đầu tiên
có tên là ENIAC cho quân đội Mỹ.
- Năm 1965, giải pháp thay dụng cụ tự động (ATC).
- Năm 1968, kỹ thuật mạch tích hợp IC ra đời cho độ tin cậy cao hơn.
- Năm 1972, hệ điều khiển NC đầu tiên có lắp đặt máy tính nhỏ.
- Năm 1979, hình thành khối liên hoàn CAD/CAM – CNC.
Từ những năm 80 trở đi, sự phát triển của công nghệ truyền số liệu, các máy
CNC riêng lẻ đã được kết nối với nhau thành trung tâm gia công DNC. Sau này các
hệ thống sản xuất linh hoạt FMS và sản xuất với sự trợ giúp máy tính CIM lần lượt
ra đời, nâng cao năng suất gia công và tự động hóa quá trình sản xuất.
Ở Việt Nam, ngày nay máy CNC đã khá phổ biến. Cách đây hơn 20 năm thì
công nghệ CNC ở nước ta vẫn còn rất xa lạ. Thông qua dự án chuyển giao công
nghệ từ nước ngoài, lúc đó các máy tiện, máy phay CNC xuất hiện ở Việt Nam và
thu hút sự quan tâm của nhiều nhà chuyên môn cũng như doanh nghiệp trong nước
và liên doanh.

Hiện nay, nhiều nhà máy trong nước đã đầu tư nhiều dây chuyền sản xuất tự
động với phần lớn máy CNC, hay các hệ thống sản xuất linh hoạt FMS, các hệ
thống sản xuất tích hợp trợ giúp của máy tính CIM, nhằm nâng cao năng suất gia
công. Với mục tiêu năm 2020, mục tiêu cơ bản trở thành nước công nghiệp theo
hướng hiện đại. Do đó, việc đẩy mạnh đầu tư, ứng dụng công CNC trong công
nghiệp là rất cần thiết và cấp bách. Ứng dụng công nghệ cao và hiện đại cũng như
nâng cao đội ngũ kỹ thuật của nước ta thì nền công nghiệp Việt Nam mới có thể
phát triển và sánh với các nước khác.

Nguyễn Ngọc Hưởng

14

CH2013B


Viện Cơ khí

Luận văn thạc sĩ

1.1.3. So sánh máy công cụ thông thường và máy CNC
Về mặt cấu trúc
Cấu hình cơ bản của máy công cụ CNC cũng tương tự như các máy công cụ
thông thường. Điểm đặc biệt là chúng có khả năng điều khiển bằng máy tính để
thực hiện những công nghệ cơ bản như tiện và phay một cách có hiệu quả đối với
việc gia công các chi tiết máy.
Hướng dịch chuyển của các cụm máy trên máy điều khiển CNC được xác định
theo một hệ toạ độ liên đới giữa chi tiết gia công và các trục máy, đặt song song với
các chuyển động chạy dao chính của máy. Những chuyển động cần thiết cho việc
gia công của mỗi cụm máy (ví dụ như bàn máy, xe dao.v.v.) được tính toán, giám

sát và điều khiển bởi các chíp vi sử lý cài đặt trong hệ điều khiển. Do vậy, mỗi một
hướng dịch chuyển đều có một hệ thống đo riêng biệt, chúng quản lý vị trí của các
cụm máy và phản hồi cho vi xử lý trong quá trình điều khiển.
Về mặt chức năng
Bảng so sánh những chức năng cơ bản giữa máy công cụ thông thường, máy
công cụ NC và máy công cụ CNC.
Máy công cụ thông

Máy công cụ NC

Máy công cụ CNC

thường
Nhập dữ liệu:

Nhập dữ liệu:

Người công nhân điều Chương

trình

Nhập dữ liệu:
NC Chương trình NC có thể

chỉnh máy công cụ bằng được nhập vào hệ được nhập vào hệ điều khiển
tay dựa theo nhiệm vụ điều khiển NC bởi CNC thông qua bàn phím,
sản xuất và bản vẽ chi băng đục lỗ.

đĩa hoặc cổng giao tiếp.

tiết, gá phôi và dụng cụ

Nhiều chương trình NC được

cắt cũng như điều chỉnh

lưu trữ trong một bộ nhớ như

độ song song giữa dao và

đĩa cứng.

chi tiết.

Nguyễn Ngọc Hưởng

15

CH2013B


Viện Cơ khí

Luận văn thạc sĩ

Điều khiển bằng tay:

Điều khiển NC:

Điều khiển CNC:

Người công nhân cài đặt Điều khiển NC xử lý Máy tính và phần mềm
các thông số công nghệ các

thông

tin

về tương ứng tích hợp trong hệ

(số vòng quay, lượng đường dịch chuyển điều khiển CNC làm nhiệm
chạy dao…) và điều và các chức năng vụ điều khiển và điều chỉnh
khiển

việc

gia

công máy trong chương máy

thông qua các tay quay.

CNC.

Bộ

lưu

trữ

trình NC và đưa ra chương trình, chương trình
các tín hiệu điều con, dữ liệu máy, kích thước
khiển tương ứng với dụng cụ cắt và các giá trị
từng các bộ phận hiệu chỉnh cũng như các chu

Kiểm tra:

hình thành máy NC.

trình gia công được sử dụng.

Kiểm tra:

Kiểm tra:

Người công nhân đo và Máy NC đã đảm Máy CNC đảm nhận trong
kiểm tra kích thước bằng nhận trong khi gia khi gia công đạt các kích
tay, nếu cần thiết phải công đạt các kích thước chi tiết bởi sự phản hồi
lập lại tiến trình gia thước chi tiết bởi sự liên tục của hệ thống đo và
công.

phản

hồi

thường các motor vị trí được điều

xuyên của hệ thống chỉnh số vòng quay. Nhờ có
đo và của motor vị các cảm biến đo được tích
trí.

hợp mà việc kiểm tra các
kích thước đạt được ngay
trong suốt quá trình gia công.
Đồng thời có thể thực hiện
tiếp tục việc xử lý trong hệ
điều khiển CNC, ví dụ tối ưu
hóa, thử nghiệm chương
trình NC mới.

Nguyễn Ngọc Hưởng

16

CH2013B


Viện Cơ khí

Luận văn thạc sĩ

Tính kinh tế
- Với máy công cụ CNC, nhờ tốc độ gia công cao hơn cũng như nhờ giảm
thiểu thời gian cơ bản, thời gian phụ, thời gian chuẩn kết trên máy mà ta đạt được
năng suất lao động cao hơn. Cũng từ đó, các yếu tố ảnh hưởng sau đây có tác dụng
đặc biệt:


Lập trình trực tiếp trên máy công cụ nhờ khă năng truy nhập dữ liệu

bằng tay


Tăng thêm trách nhiệm trong bộ phận chuẩn bị sản xuất đối với việc

lập trình, chuẩn bị vật liệu, dao cụ, đảm bảo đúng thời hạn cung ứng cho
chỗ làm việc CNC


Lưu trữ được trong trường hợp gia công lặp lại đối với những chương

trình gia công đặc thù dưới dạng chương trình con


Tối ưu hoá các chương trình NC trên hệ điều khiển



Mô tả được hình dáng hình học của chi tiết gia công nhờ truy nhập

các thông số hình học một cách đơn giản


Điều chỉnh tự động dao cắt đạt được kích thước yêu cầu



Phân bổ một cách tự động các chức năng máy và can thiệp trực tiếp

khi nhận biết các sai lệch và nhiễu



Giám sát tự động quá trình gia công thông qua bản thân hệ điều khiển

(tự động đo lường và kiểm định)


Sử dụng dao cụ một cách vạn năng trong hệ thống kẹp dao tiêu chuẩn



Có khả năng điều chỉnh trước dao cắt ngoài máy mà không ảnh hưởng

đến quá trình chạy máy gia công
- Có chất lượng gia công chi tiết ổn định đồng thời giảm bớt chi phí
- Chi tiết có độ chính xác cao nhờ độ chính xác cơ bản của máy cao (kích
thước đo chính xác đến 1/1000 mm)

Nguyễn Ngọc Hưởng

17

CH2013B


Viện Cơ khí

Luận văn thạc sĩ

- Giảm thiểu thời gian chu kỳ chạy máy nhờ tổ chức sản xuất tốt hơn và tập

trung được các nguyên công gia công bị phân chia
- Nâng cao hiệu suất chất tải thông qua kỹ thuật vận hành máy
- Cải thiện tính linh hoạt trong sản xuất thông qua hệ thống công nghệ và qua
đó hợp lý hoá việc gia công loạt nhỏ và gia công đơn chiếc với một mức hoàn thiện
cao
Nhờ những ưu điểm nêu trên, các máy công cụ CNC ngày càng được sử dụng
phổ biến trong gia công cắt gọt kim loại.
1.1.4. Một số loại máy CNC hiện nay
Hiện nay máy CNC có rất nhiều loại: máy phay, máy tiện, máy mài, máy
khoan…Các máy CNC 3, 4 hay 5 trục đã rất phổ biến trên thế giới. Tại Việt Nam,
nhiều khu công nghiệp cũng đã trang bị các máy công cụ CNC hiện đại để phục vụ
cho sản xuất, lập các trung tâm gia công CNC, DNC…
-

Máy phay CNC:

Hình 1.2: Máy phay CNC

-

Máy tiện CNC:

Nguyễn Ngọc Hưởng

18

CH2013B


Viện Cơ khí

Luận văn thạc sĩ

Hình 1.3: Máy tiện CNC
-

Máy mài và máy khoan CNC:

Hình 1.4: Máy mài và máy khoan CNC
1.1.5. Đặc điểm của máy công cụ CNC hiện đại
Như đã nêu ở trên, cơ bản máy công cụ CNC có cấu tạo cũng giống với máy
công cụ thông thường. Việc hiểu cấu tạo của máy nhằm lựa chọn máy phù với yêu
cầu gia công (độ chính xác chi tiết, kích thước phôi tối đa cho phép, khả năng công
nghệ của máy…), ngoài ra đảm bảo cho việc thực hiện chính xác trong quá trình sản
xuất, khắc phục các trục trặc khi xảy ra sự cố, giải quyết các vấn đề nhanh chóng.

Nguyễn Ngọc Hưởng

19

CH2013B


Viện Cơ khí

Luận văn thạc sĩ

Ổ chứa dao

Cơ cấu thay dao

Trụ máy (trục Z)

Trục chính
Điều khiển

Dẫn động
trục X
Đường hướng bàn
máy (trục Y)

Động cơ dẫn động

Trục dẫn

Hình 1.5: Các thành phần cơ bản của máy công cụ CNC
Điều khiển trục quay và trục bước tiến
Gia công chi tiết trên máy công cụ CNC đòi hỏi các trục bước tiến có thể
được điều khiển và điều chỉnh, chúng được truyền động bởi các động cơ bước/servo
độc lập. Do đó các tay quay chính yếu của máy công cụ thông thường không còn
dùng đến trên máy công cụ CNC hiện đại.
Các máy tiện và máy phay CNC
Máy tiện có ít nhất là 2 trục bước tiến có thể điều khiển hay điều chỉnh, được
đánh dấu theo phương X và phương Z. Máy phay có ít nhất 3 trục bước tiến có thể
điều khiển hay điều chỉnh, được đánh dấu theo các phương X, Y, Z.

Nguyễn Ngọc Hưởng

20

CH2013B


Viện Cơ khí

Luận văn thạc sĩ

Hình 1.6: Các trục NC điều khiển được trên máy tiện

Hình 1.7: Các trục NC có thể điều khiển trên máy phay
Trên máy phay CNC, ngoài chuyển động dọc theo các trục X, Y, Z còn có
thể điều khiển chuyển động quay quanh các trục.
Các chuyển động quay này có thể được điều khiển và đánh dấu bằng A, B,
C.
Để đáp ứng những yêu cầu trên một cơ cấu truyền động hiện đại bao gồm các
thành phần sau:
-

Động cơ, ly hợp cơ khí chống lại sự quá tải cũng như được điều khiển bằng
điện từ.

Nguyễn Ngọc Hưởng

21

CH2013B


Viện Cơ khí

Luận văn thạc sĩ

- Vít me bi làm cho quá trình truyền lực không có khe hở.
-

Cảm biến đo như hệ thống đo hành trình hầu hết được đặt ở cuối mỗi trục.

-

Khuếch đại công suất với các thiết bị giao tiếp bằng số (digital) hoặc tương
tự (analog) để điều khiển CNC.

Hình 1.8: Truyền động bước tiến của bàn máy với vít me bi (1- động cơ bước tiến, 2
– bàn máy, 3 – hệ thống đo, 4 – vít me bi, 5 – đai ốc bi)
Để đạt được độ chính xác trong quá trình dịch chuyển, các cơ cấu truyền
động thường dùng vít me bi. Nếu chuyển động của trục chính được thực hiện bởi
động cơ, thì đai ốc bi dịch chuyển hầu như không có khe hở chiều dọc.

Hình 1.9: Truyền động vít me bi với đai ốc hai nửa không có khe hở (1 – đai ốc bi,
2 – vòng đệm, 3 – vòng cách điều chỉnh khe hở, 4 – trục truyền động)
Hệ thống đo hành trình
Tùy thuộc vào dạng thiết bị đo được sử dụng hoặc thang đo để phân biệt giữa
đo vị trí trực tiếp và gián tiếp cũng như đo vị trí tương đối và tuyệt đối.
Truyền động chính và các trục công tác

Nguyễn Ngọc Hưởng

22

CH2013B

Viện Cơ khí

Luận văn thạc sĩ

Truyền động chính của máy CNC phải truyền công suất cắt cần thiết bởi các
động cơ truyền động tương ứng qua các trục công tác để gia công chi tiết thích hợp.
Ngoài ra còn có tổn thất do ma sát thường gặp trong bộ phận cơ khí mà độ tác động
về mặt kích thước của nó phải được xác định cho máy CNC. Độ ổn định cao về mặt
truyền động được đặt ra, mặc dù lực gia công cao nhưng momen quay ở mọi vị trí
phải được ổn định. Đồng thời phải đảm bảo cho sự thay đổi nhanh chóng về tốc độ
cắt và không bị rung động.
Trước kia các trục công tác và trục truyền động đối xứng trên các máy công
cụ CNC được truyền động bằng động cơ một chiều. Để giữ cho tốc độ cắt ổn định
cần những yêu cầu về số vòng quay của các motor, ví dụ để tiện các đường kính
khác nhau, tốc độ của các động cơ này được điều chỉnh vô cấp trong một phạm vi
rộng. Nhược điểm của động cơ điện một chiều này là các chổi than bị mài mòn, do
đó cần phải kiểm tra thường xuyên chổi than và thay thế kịp thời.
Với sự phát triển tiến bộ của linh kiện vi điện tử, ngày nay hầu hết sử dụng
động cơ điện Servo.
Hệ thống gá và thay dao tự động
Máy công cụ CNC được trang bị với những thiết bị có thể điều khiển để thay
dao tự động. Tùy thuộc vào dạng cấu trúc và phạm vi sử dụng, những thiết bị thay
dao có thể đồng thời chứa được nhiều dao khác nhau và lắp đặt dao vào vị trí công
tác theo chương trình NC. Thường có hai loại sau:
- Đầu rơvolve chứa dao.
- Ổ chứa dao.

Nguyễn Ngọc Hưởng

23

CH2013B


Viện Cơ khí

Luận văn thạc sĩ

Hình 1.10: Đầu rơvolve chứa dao
Đầu rơvolve thường dùng cho máy tiện và ổ chứa dao thường dùng cho máy phay.

Hình 1.11: Thiết bị thay dao tự động
Tùy thuộc vào kết cấu và kích thước, đầu rơvolve của máy tiện có thể chứa 8
đến 16 dao. Trong trung tâm gia công cần nhiều hơn 48 dao, thì ổ chứa dao với các
dạng khác nhau có thể chứa đên 100 dao hoặc nhiều hơn nữa. Có các loại ổ chứa
dao dài, ổ chứa dao dạng vòng, ổ chứa dao dạng xích, ổ chứa dao dạng đĩa.
Trong ổ chứa dao, việc thay đổi dao diễn ra do một hệ thống cần gạt gọi là cần
thay dao thực hiện. Quá trình thay đổi dao với cần gạt kép diễn ra sau khi có một
dao mới được gọi là chương trình NC như sau:

Nguyễn Ngọc Hưởng

24

CH2013B


Viện Cơ khí

Luận văn thạc sĩ

- Định vị dao mong muốn trên ổ chứa dao vào vị trí thay dao.
- Trục công tác ở vị trí thay dao.
- Quay thiết bị kẹp dao vào vị trí dao cũ trên trục công tác và vào vị trí dao
mới trên ổ chứa dao.
- Lấy dao ở trên trục công tác và ổ chứa dao, sau đó quay thiết bị kẹp dao.
- Đặt dao mới vào trục công tác và dao cũ vào ổ chứa dao.
- Quay thiết bị kẹp dao về vị trí ban đầu.
- Kết thúc quá trình thay dao.
Nhờ thay dao tự động mà tiến trình thay dao nhanh, nâng cao năng suất gia
công, tăng mức độ tự động hóa trong sản xuất.
1.2. Giới thiệu về giải pháp công nghệ CAD/CAM/CNC
1.2.1. Giới thiệu chung về CAD/CAM


CAD/CAM

(Computer

Aided

Design/

Computer

Aided

Manufacturing) là thuật ngữ chỉ việc thiết kế và chế tạo được hổ trợ bởi máy tính.

Công nghệ CAD/CAM sử dụng máy tính để thực hiện một số chức năng nhất định
trong thiết kế và chế tạo. Công nghệ này đang được phát triển theo hướng tích hợp
thiết kế với sản xuất, CAD/CAM sẽ tạo ra một nền tảng công nghệ cho việc tích
hợp máy tính trong sản xuất.


CAD là việc sử dụng hệ thống máy tính để hổ trợ trong xây dựng, sửa

đổi, phân tích hay tối ưu hoá. Hệ thống máy tính bao gồm phần mềm và phần cứng
được sử dụng để thực thi các chức năng thiết kế chuyên ngành. Phần cứng CAD
gồm có: máy tính, cổng đồ hoạ, bàn phím và các thiết bị ngoại vi khác. Phần mềm
CAD gồm có các chương trình thiết kế đồ hoạ, chương trình ứng dụng hổ trợ cho
chức năng kỹ thuật cho người sử dụng như: phân tích lực ứng suất của các bộ phận,
phản ứng động lực học của các cơ cấu, các tính toán truyền nhiệt và lập trình bộ
điều khiển số.

Nguyễn Ngọc Hưởng

25

CH2013B