Xác định quy luật phân bố của độ chính xác gia công thép c45 trên máy tiện CNC

Luận văn thạc sĩ khoa học

GS.TS Trần Văn Địch

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

HOÀNG XUÂN THỊNH

XÁC ĐỊNH QUY LUẬT PHÂN BỐ CỦA ĐỘ CHÍNH XÁC
GIA CÔNG THÉP C45 TRÊN MÁY TIỆN CNC

Chuyên ngành : CHẾ TẠO MÁY - CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHẾ TẠO MÁY

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
GS.TS. TRẦN VĂN ĐỊCH

Hà Nội – Năm 2013

HV: Hoàng Xuân Thịnh

1

Khóa: 2011


Luận văn thạc sĩ khoa học

GS.TS Trần Văn Địch

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Hoàng Xuân Thịnh tác giả luận văn xin cam kết những ý

tƣởng, nội dung và đề xuất trong luận văn này là kết quả của quá trình học tập,
tiếp thu các kiến thức từ Thầy giáo hƣớng dẫn và các Thầy, Cô trong viện Cơ
Khí - Trƣờng đại học Bách khoa Hà Nội.
Tất cả số liệu, kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là kết quả của quá
trình thu thập từ thực nghiệm, phân tích và đánh giá dựa trên cơ sở các kiến thức,
kinh nghiệm của bản thân tác giả đã tiếp thu đƣợc. Các số liệu, kết quả nghiên
cứu nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.

HV: Hoàng Xuân Thịnh

2

Khóa: 2011


Luận văn thạc sĩ khoa học

GS.TS Trần Văn Địch

MỤC LỤC

TRANG BÌA ..............................................................................................................1
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................2

MỤC LỤC ...................................................................................................................3
MỘT SỐ KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN VĂN ...................................................6
DANH MỤC HÌNH VẼ ..............................................................................................8
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................10
Chƣơng 14: TỔNG QUAN VỀ MÁY TIỆN CNC ...................................................14
1. Khái niệm cơ bản về điều khiển số ......................................................................14
1.1. Bản chất của điều khiển số .................................................................................14
1.2. Hệ điều khiển NC và CNC .................................................................................14
2. Máy công cụ CNC .................................................................................................15
2.1. Máy công cụ CNC ..............................................................................................15
2.2. Hệ trục tọa độ của máy công cụ CNC ................................................................16
2.3. Các điểm chuẩn ..................................................................................................16
3. Các bộ phận chính của máy tiện CNC .................................................................21
3.1. Ụ đứng ................................................................................................................21
3.2. Truyền động chính .............................................................................................22
3.3. Truyền động chạy dao ........................................................................................23
3.4. Mâm cặp .............................................................................................................23
3.5. Ụ động ................................................................................................................23
3.6. Hệ thống bàn xe dao ...........................................................................................23
3.7. Bảng điều khiển..................................................................................................25
4. Kỹ thuật tiện CNC và việc ứng dụng ở nƣớc ta hiện nay. ...................................26
4.1 Khái niệm và đặc trƣng cơ bản của các máy tiện CNC ....................................26
4.3. Hiệu quả kinh tế khi sử dụng máy gia công CNC và việc khai thác, sử dụng
hiện nay. ....................................................................................................................35
5. Kết luận chƣơng 1: ................................................................................................37

HV: Hoàng Xuân Thịnh

3

Khóa: 2011


Luận văn thạc sĩ khoa học

GS.TS Trần Văn Địch

Chƣơng 2: ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH
QUI LUẬT PHÂN BỐ ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG ...........................................38
1. Độ chính xác gia công ...........................................................................................38
1.1. Các chỉ tiêu đánh giá độ chính xác gia công: .....................................................38
1.2.Các phƣơng pháp đạt độ chính xác gia công trên máy .......................................40
1.3. Các nguyên nhân sinh ra sai số gia công ...........................................................41
2. Các phƣơng pháp xác định độ chính xác gia công................................................58
2.1. Phƣơng pháp thống kê kinh nghiệm .................................................................58
2.2. Phƣơng pháp xác suất thống kê .........................................................................58
2.3. Phƣơng pháp tính toán phân tích (dùng trong nghiên cứu) ...............................62
3. Qui luật phân bố độ chính xác gia công ................................................................64
3.1. Qui luật phân bố chuẩn( Qui luật GAUSS).......................................................64
3.2. Quy luật phân bố chuẩn Logarit .........................................................................71
3.3. Qui luật xác suất đều ..........................................................................................72
3.4. Quy luật phân bố hình tam giác .........................................................................75
3.5 Quy luật phân bố lệch tâm ..................................................................................76
3.6. Quy luật môđun hiệu hai thông số. ....................................................................78
4. Tổng hợp các quy luật ...........................................................................................80
5 . Kết luận chƣơng 2. ...............................................................................................83
Chƣơng 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ HỆ THỐNG TRANG
THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM.........................................................................................84
1. Xây dựng mô hình thực nghiệm............................................................................84
2. Hệ thống trang thiết bị thí nghiệm. .......................................................................84

2.1. Xác định chế độ cắt dùng trong thực nghiệm. ...................................................84
2.2. Dụng cụ cắt dùng trong thực nghiệm. ................................................................85
2.3. Dung dịch trơn nguội. ........................................................................................85
2.4. Phôi dùng trong thực nghiệm. ............................................................................85
2.5. Máy gia công dùng trong thực nghiệm ..............................................................87
2.6. Dụng cụ đo dùng trong thực nghiệm..................................................................89

HV: Hoàng Xuân Thịnh

4

Khóa: 2011


Luận văn thạc sĩ khoa học

GS.TS Trần Văn Địch

3. Chƣơng trình gia công...........................................................................................89
4. Tiến hành gia công. ...............................................................................................90
5. Kết luận chƣơng 3. ................................................................................................91
Chƣơng 4. XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM .......................................................92
1. Phƣơng pháp tiến hành thực nghiệm.....................................................................92
2. Xử lý số liệu thực nghiệm. ....................................................................................92
2.1 Lập bảng kết quả đo đƣờng kính ngoài của trục. ................................................92
2.2. Xử lý số liệu và xây dựng đồ thị của độ chính xác gia công: (phân bố theo qui
luật chuẩn) .................................................................................................................94
Kết luận chƣơng 4. ..................................................................................................100
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ........................102
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................103

HV: Hoàng Xuân Thịnh

5

Khóa: 2011


Luận văn thạc sĩ khoa học

GS.TS Trần Văn Địch

MỘT SỐ KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN VĂN
Kí hiệu

Ý nghĩa

Đơn vị

S

Lƣợng chạy dao

v

Tốc độ cắt

m/ph

t

Chiều sâu cắt

mm

mm/ph

M

Điểm gố hệ tọa độ của máy

W

Gốc tọa độ của chi tiết

T

Điểm xác định hệ trục tọa độ của dao

N

Điểm dùng để gá dao trên máy

E

Điểm điều chỉnh dao

A

Điểm tỳ của bề mặt chi tiết lên đồ định vị của đồ gá

z

Sai số theo phƣơng trục Z

mm

x

Sai số theo phƣơng trục X

mm



Lƣợng chuyển vị tƣơng đối

mm

(x)
x


Mật độ chính xác
Đại lƣợng ngẫu nhiên
Sai số bình phƣơng trung bình của đại lƣợng ngẫu nhiên (của x từ

X)
X

Giá trị trung bình (kỳ vọng toán học của x)

e

Cơ số logarit tự nhiên (e = 2,71828)

P

Xác suất

Φ(t)

Hàm Laplace

F(x)

Hàm tích phân

n

mm

Số lƣợng của đại lƣợng ngẫu nhiên (số chi tiết trong loạt đƣợc
kiểm tra)

τ

Hệ số độ lệch đỉnh

α

Hệ số độ không đối xứng

HV: Hoàng Xuân Thịnh

6

Khóa: 2011

cái


Luận văn thạc sĩ khoa học

GS.TS Trần Văn Địch

xi

Giá trị trung bình của khoảng chia

mm

fi

Tần số thực nghiệm (số chi tiết) trong khoảng chia

cái

c

Giá trị của khoảng chia

mm

s

Sai lệch bình phƣơng trung bình

mm

f’

Tần số lý thuyết

cái

mx

Tần suất xuất hiện của chi tiết

cái

f

Tần số thực nghiệm

cái

σ0

Giới hạn tin cậy

N 'x

Tần số tích lũy lý thuyết

cái

Nx

Tần số tích lũy thực nghiệm

cái

HV: Hoàng Xuân Thịnh

7

Khóa: 2011


Luận văn thạc sĩ khoa học

GS.TS Trần Văn Địch

DANH MỤC HÌNH VẼ
TT
Hình 1.1
Hình 1.2
Hình 1.3

Hình 1.4
Hình 1.5
Hình 1.6
Hình 1.7
Hình 1.8
Hình 1.9
Hình 1.10
Hình 1.11
Hình 1.12
Hình 1.13
Hình 1.14
Hình 1.15
Hình 1.16
Hình 1.17
Hình 1.18
Hình 1.19
Hình 2.1
Hình 2.2
Hình 2.3
Hình 2.4
Hình 2.5
Hình 2.6
Hình 2.7
Hình 2.8
Hình 2.9
Hình 2.10
Hình 2.11
Hình 2.12
Hình 2.13
Hình 2.14

Hình 2.15
Hình 2.16
Hình 2.17
Hình 2.18

Tên hình
Hệ trục tọa độ máy công cụ CNC
Điểm M của máy tiện
Điểm M của máy
Điểm W của chi tiết
Điểm chuẩn W chi tiết phay
Chi tiết phay có nhiều điểm chuẩn
Các điểm chuẩn của dao
Điểm của giá dao T và điểm gá dao N
Điểm điều chỉnh dao
Điểm gá đặt
Cấu tạo bên ngoài máy tiện CNC
Hệ thống truyền động chạy dao của máy tiện CNC
Hệ thống gá đặt dụng cụ
Bảng điều khiển máy tiện CNC
Sơ đồ nguyên lý của máy tiện CNC DOOSAN-LYNX 220L
Tổ chức lập trình gia công máy tiện CNC
Hệ thống lập trình tự động
Bù bán kính dao khi cắt mặt côn và mặt vát
Bù bán kính dao khi cắt cung tròn
Các chỉ tiêu đánh giá độ chính xác gia công
Ảnh hƣởng của lƣợng chuyển vị  đến kích thƣớc gia công khi tiện
Sơ đồ tiện trục trơn trên hai mũi tâm
Chi tiết đƣợc gá trên hai mũi tâm
Chi tiết đƣợc gá trên mâm cặp

Chi tiết đƣợc gá đặt trên mâm cặp và chống mũi tâm sau
Chi tiết gia công có thêm luynét
Ảnh hƣởng sai số hình dáng của phôi đến sai số hình dạng chi tiết
khi tiện
Chi tiết gia công có hình côn
Chi tiết gia công có hình hypecboloit
Chi tiết gia công có chỗ to chỗ nhỏ
Chi tiết gia công có tiết diện tròn nhƣng tâm lệch so với đƣờng nối
hai lỗ tâm
Chi tiết gia công trong một lần gá
Đƣờng cong phân bố kích thƣợc thực nghiệm
Đƣờng cong phân bố kích thƣớc chuẩn
Đƣờng cong phân bố kích thƣớc y1 và y2
Đƣờng cong phân bố kích thƣớc thực
Đƣờng cong phân bố không đỗi xứng

HV: Hoàng Xuân Thịnh

8

Khóa: 2011

Trang
16
17
17
18
18
19
19

20
20
21
22
23
25
26
29
30
31
33
34
39
43
45
47
48
48
49
50
52
52
53
53
54
58
59
60
61
61

Luận văn thạc sĩ khoa học

Hình 2.19
Hình 2.20
Hình 2.21
Hình 2.22
Hình 2.23
Hình 2.24
Hình 2.25
Hình 2.26
Hình 2.27
Hình 2.28
Hình 2.29
Hình 2.30
Hình 2.31
Hình 2.32
Hình 2.33
Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3
Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 4.1
Hình 4.2
Hình 4.3

GS.TS Trần Văn Địch

Đƣờng cong phân bố có tính đến các sai số ngẫu nhiên và sai số hệ
thống
Đƣờng cong phân bố thực kích thƣớc gia công
Chu kỳ điều chỉnh lại máy
Đƣờng cong lý thuyết của quy luật phân bố chuẩn
Ảnh hƣởng của X tới vị trí của đƣờng cong phân bố chuẩn
Ảnh hƣởng của σ tới hình dáng của đƣờng cong phân bố chuẩn
Đƣờng cong tích phân của quy luật phân bố chuẩn
Các đƣờng cong phân bố bị lệch so với đƣờng cong chuẩn
Đƣờng cong phân bố chuẩn lôgarit
Đồ thị phân bố đều của hàm vi phân
Đồ thị hàm tích phân của quy luật xác suất đều
Đồ thị quy luật phân bố hình tam giác
Đồ thị quy luật phân bố lệch tâm
Các dạng đƣờng cong phân bố υ
Tổng hợp các quy luật phân bố
Dao tiện và lƣỡi cắt
Sơ đồ gá đặt thực nghiệm trên máy
Máy tiện CNC DOOSAN-LYNX 220L
Pan me đo ngoài
Tiến hành gia công chi tiết
Sản phẩm sau khi gia công và tiến hành đo kiểm
Đƣờng cong phân bố thực nghiệm của quy luật chuẩn
Đƣờng cong phân bố lý thuyết và thực nghiệm của quy luật chuẩn
Đồ thị so sánh phân bố thực nghiệm với quy luật chuẩn

HV: Hoàng Xuân Thịnh

9

Khóa: 2011

62
63
64
65
66
67
68
70
71
73
75
76
77
79
83
85
86
87
89
90
90
95
99
100


Luận văn thạc sĩ khoa học

GS.TS Trần Văn Địch

DANH MỤC BẢNG
TT
Bảng 3.1
Bảng 4.1
Bảng 4.2
Bảng 4.3
Bảng 4.4

Tên bảng
Chế độ cắt thực nghiệm cho vật liệu thép C45
Kết quả đo đƣờng kính ngoài của chi tiết
Phân bố thực nghiệm của x
Xác định đặc tính của phân bố
Tính tần số lý thuyết của quy luật chuẩn

HV: Hoàng Xuân Thịnh

10

Trang
84
92
95
96
98

Khóa: 2011

Luận văn thạc sĩ khoa học

GS.TS Trần Văn Địch

PHẦN MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Trong giai đoạn đất nƣớc đang trên con đƣờng đổi mới, để thực hiện đƣợc
mục tiêu “Công nghiệp hoá, hiện đại hoá Đất nƣớc”, đƣa nƣớc ta trở thành nƣớc
công nghiệp vào năm 2020 thì việc phát triển khoa học công nghệ nói chung và
khoa học công nghệ trong cơ khí nói riêng càng trở nên quan trọng và cấp thiết hơn
bao giờ hết. Tuy nhiên, còn có những khó khăn về hiệu quả kinh tế khi sử dụng các
máy và thiết bị này bởi vì các nguyên nhân sau:
-

Việc chuyển giao công nghệ chƣa đầy đủ.

-

Đầu tƣ thiếu đồng bộ, nhập nhiều chủng loại và thế hệ máy khác nhau.

-

Chƣa chủ động đƣợc về bảo dƣỡng, bảo trì máy.

-

Sử dụng chế độ công nghệ chƣa hợp lý.

Do đó hiệu quả khai thác, sử dụng máy còn hạn chế.
Đề tài “ Xác định quy luật phân bố của độ chính xác gia công thép C45
trên máy tiện CNC” đƣợc lựa chọn để nghiên cứu nhằm mục đích xác định quy luật
phân bố của độ chính xác về kích thƣớc cho quá trình tiện CNC là một việc cần
thiết, góp phần vào việc nâng cao hiệu quả khai thác, sử dụng máy tiện CNC trong
sản xuất cơ khí nói riêng và là cơ sở để nghiên cứu cho các máy khác.
Nội dung nghiên cứu
Xuất phát từ đề tài nghiên cứu, luận văn này có nội dung nhƣ sau:
- Nghiên cứu tổng quan về kỹ thuật CNC, quy luật phân bố của độ chính xác
gia công, cơ sở lý thuyết của các phƣơng pháp xác định độ chính xác gia công khi
gia công trên máy tiện CNC.
- Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về quy luật phân bố của độ chính xác
gia công khi tiện mặt trụ ngoài với thép C45 trên máy tiện CNC.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
*Đối tượng nghiên cứu: Xác định quy luật phân bố của độ chính xác gia công thép
C45 trên máy tiện CNC.

HV: Hoàng Xuân Thịnh

11

Khóa: 2011


Luận văn thạc sĩ khoa học

GS.TS Trần Văn Địch

* Phạm vi nghiên cứu: Do điều kiện thời gian và trang thiết bị còn hạn chế nên
luận văn chỉ dừng lại ở mức khảo sát quy luật phân bố của độ chính xác gia công

thép C45 trên máy tiện CNC trong điều kiện sản xuất hành loạt lớn.
Phƣơng pháp nghiên cứu
Dùng phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực
nghiệm.
- Nghiên cứu lý thuyết để tìm hiểu mối quan hệ giữa các yếu tố chế độ cắt
với độ chính xác về kích thƣớc gia công.
- Thực nghiệm cắt thử để kiểm chứng cơ sở lý thuyết về quy luật phân bố
của độ chính xác gia công
Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận văn
Ý nghĩa khoa học:
- Bằng cách nghiên cứu cơ sở lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, luận văn đã
đƣa ra đƣợc quy luật phân bố độ chính xác của kích thƣớc gia công.
- Kết quả nghiên cứu làm sáng tỏ các nghiên cứu lý thuyết về quy luật phân
bố của độ chính xác gia công .
Ý nghĩa thực tiễn :
- Kết quả nghiên cứu nhằm xác định quy luật phân bố của độ chính xác gia
công khi gia công trên máy tiện CNC có ý nghĩa thực tiễn trong nghiên cứu khoa
học cũng nhƣ trong sản xuất.
- Làm cơ sở cho việc nghiên cứu các khía cạnh khác của quá trình cắt.
- Kết quả nghiên cứu là cơ sở để xác định xác suất xuất hiện trong khoảng kích
thƣớc, phạm vi mở rộng kích thƣớc, tỷ lệ phế phẩm…để ứng dụng điều chỉnh máy
trong sản xuất hàng loạt khi gia công trong điều kiện tƣơng tự.
Để hoàn thành đƣợc luận văn, tôi đã đƣợc sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy
hƣớng dẫn GS.TS TRẦN VĂM ĐỊCH cùng toàn thể các thầy cô trong Viện cơ khí
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội; Các đồng nghiệp trong Trung tâm cơ khí,
Khoa cơ khí Trƣờng Đại học Công nghiệp Hà Nội. Tôi xin đặc biệt cảm ơn đến các
thầy cô và các đồng nghiệp trên !

HV: Hoàng Xuân Thịnh

12

Khóa: 2011


Luận văn thạc sĩ khoa học

GS.TS Trần Văn Địch

Do những hạn chế về thời gian và tài liệu nghiên cứu nên bản luận văn của tôi
không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong các Thầy và các bạn đồng nghiệp
đóng góp ý kiến giúp đỡ để luận văn đƣợc hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn !

HV: Hoàng Xuân Thịnh

13

Khóa: 2011


Luận văn thạc sĩ khoa học

GS.TS Trần Văn Địch

Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ MÁY TIỆN CNC
1. Khái niệm cơ bản về điều khiển số
1.1. Bản chất của điều khiển số
Khi gia công trên các máy công cụ thì ch tiết và các dụng cụ cắt thực hiện

các chuyển động tƣơng đối với nhau. Những chuyển động tƣơng đối đƣợc lặp đi lặp
lại nhiều lần khi gia công mỗi chi tiết đƣợc gọi là chu kỳ gia công. Mỗi chu kỳ gia
công đƣợc đặc trƣng bằng một đại lƣợng và một thứ tự. Để có một chu kỳ gia công
ta phải xác định một đại lƣợng và một thứ tự của hành trình. Phần “đại lƣợng”
đƣợc gọi là phần kích thƣớc hay phần hình học, còn phần “thứ tự” đƣợc gọi là phần
điều khiển.
Vậy, điều khiển số là hệ thống điều khiển mà mỗi hành trình đƣợc điều
khiển theo số. Mỗi thông tin đơn vị ứng với một dịch chuyển gián đoạn của cơ cấu
chấp hành. Đại lƣợng này có tên gọi là “ khả năng giải quyết” của hệ thống hay là
giá trị xung. Cơ cấu chấp hành có thể dịch chuyển với một đại lƣợng bất kỳ nào
ứng với giá trị xung. Nhƣ vậy khi biết giá trị xung q và đại lƣợng dịch chuyển L của
cơ cấu chấp hành, ta có thể xác định số lƣợng xung N cần thiết tác động để có lƣợng
dịch chuyển L : L = q.N.
Số lƣợng xung N đƣợc ghi trên kênh thông tin đƣợc gọi là một chƣơng trình xác
định đại lƣợng thông tin kích thƣớc. Các thông tin cần thiết đƣợc ghi trên băng đục
lỗ hoặc băng từ. Số lƣợng thông tin đƣợc ghi trong một hệ thống mã hóa nhất định.
1.2. Hệ điều khiển NC và CNC
1.2.1. Hệ điều khiển NC ( Numerical Control)
Đây là hệ điều khiển đơn giản với số lƣợng hạn chế các kênh thông tin. Trong
hệ điều khiển NC các thông số hình học của chi tiết gia công và các lệnh điều khiển
đƣợc cho dƣới dạng dãy các con số. Hệ điều khiển NC làm việc theo nguyên tắc sau
đây : sau khi mở máy, các lệnh thứ nhất và thứ hai đƣợc đọc. Chỉ sau khi quá trình
đọc kết thúc, máy mới bắt đầu thực hiện lệnh thứ nhất. Trong thời gian này thông
tin của lệnh thứ hai nằm trong bộ nhớ của hệ thống điều khiển. Sau khi hoàn thiện
lệnh thứ nhất máy bắt đầu thực hiện lệnh thứ hai lấy từ bộ nhớ ra. Trong khi thực

HV: Hoàng Xuân Thịnh

14

Khóa: 2011


Luận văn thạc sĩ khoa học

GS.TS Trần Văn Địch

hiện lệnh thứ hai, hệ điều khiển đọc lệnh thứ ba và đƣa vào chỗ của bộ nhớ mà lệnh
thứ hai vừa đƣợc giải phóng ra.
Nhƣợc điểm của hệ điều khiển NC là khi gia công chi tiết tiếp theo trong loạt,
hệ điều khiển phải đọc lại tất cả các lệnh từ đầu và nhƣ vậy sẽ không tránh khỏi
những sai sót của bộ tính toán trong hệ điều khiển. Do đó chi tiết gia công có thể bị
phế phẩm. Một nhƣợc điểm khác nữa là do cần rất nhiều lệnh chứa trong băng đục
lỗ hoặc băng từ nên khả năng mà chƣơng trình bị dừng lại (không chạy) thƣờng
xuyên có thể xảy ra. Ngoài ra với chế độ làm việc nhƣ vậy băng đục lỗ và băng từ
sẽ nhanh chóng bị bẩn và mòn, gây lỗi cho chƣơng trình.
1.2.2. Hệ điều khiển CNC( Computer Numerical Control)
Đặc điểm chính của hệ điều khiển CNC là nhờ sự trợ giúp của máy tính. Các
nhà chế tạo máy CNC cài đặt vào máy tính một chƣơng trình điều khiển cho từng
loại máy. Hệ điều khiển CNC cho phép thay đổi và hiệu chỉnh các chƣơng trình gia
công chi tiết và cả chƣơng trình hoạt động của bản thân nó. Trong hệ điều khiển
CNC các chƣơng trình gia công có thể đƣợc ghi nhớ lại. Trong hệ điều khiển CNC
chƣơng trình có thể đƣợc nạp vào bộ nhớ toàn bộ một lúc hoặc từng lệnh bằng tay
từ bàn điều khiển. Các lệnh điều khiển không chỉ đƣợc viết cho từng chuyển động
riêng lẻ mà còn tích hợp nhiều chuyển động cùng một lúc. Điều này cho phép giảm
số câu lệnh của chƣơng trình và nhƣ vậy có thể nâng cao độ tin cậy làm việc của
máy. Hệ điều khiển CNC có kích thƣớc nhỏ hơn và giá thành thấp hơn so với hệ
điều khiển NC nhƣng lại có những đặc tính mới mà các hệ điều khiển trƣớc đó
không có.
2. Máy công cụ CNC

2.1. Máy công cụ CNC
Máy công cụ CNC là bƣớc phát triển cao từ các máy NC. Các máy CNC có một
máy tính dùng để điều khiển các chức năng dịch chuyển của máy. Các chƣơng trình
gia công đƣợc đọc cùng một lúc và đƣợc lƣu trữ vào bộ nhớ. Khi gia công, máy tính
đƣa ra các lệnh điều khiển máy. Máy công cụ CNC có khả năng thực hiện các chức
năng nhƣ : nội suy đƣờng thẳng, nội suy cung tròn, mặt xoắn, mặt parabol và bất kỳ

HV: Hoàng Xuân Thịnh

15

Khóa: 2011


Luận văn thạc sĩ khoa học

GS.TS Trần Văn Địch

mặt bậc ba nào. Máy CNC cũng có khả năng bù chiều dài và đƣờng kính dụng cụ.
Tất cả các chức năng trên đều đƣợc thực hiện nhờ một phần mềm của máy tính.
Máy công cụ CNC bao gồm nhiều loại máy khác nhau nhƣ : Máy tiện CNC, máy
phay CNC, máy bào CNC, máy khoan CNC, máy mài CNC…hoặc các trung tâm
gia công có số trục điều khiển là 2,3,4,5.
2.2. Hệ trục tọa độ của máy công cụ CNC
Các trục tọa độ của máy CNC cho phép xác định chiều chuyển động của các cơ
cấu máy dụng cụ cắt( hình 1.1)
Các trục tọa độ đó là X, Y, Z. Chiều dƣơng của trục X, Y, Z đƣợc xác định theo
quy tắc bàn tay phải.Theo quy tắc này thì ngón tay cái chỉ chiều dƣơng của trục
X, ngón tay giữa chỉ chiều dƣơng của trục Z, còn ngón tay trỏ chỉ chiều dƣơng
của trục Y. Các trục quay tƣơng ứng với trục X, Y, Z đƣợc ký hiệu bằng chữ A,

B, C. Chiều quay dƣơng là chiều quay theo chiều của kim đồng hồ nếu nhìn theo
chiều dƣơng của các trục X, Y, Z.
Trên các máy CNC ngoài các trục X, Y, Z còn có các trục khác, các trục này
đƣợc ký hiệu là U, V, W, trong đó U//X, V//Y, W// Z. …
+Z
C

+Y

+B
-X

+X
+A

-Z

-Y

Hình 1.1 Hệ trục tọa độ máy công cụ CNC
2.3. Các điểm chuẩn
2.3.1. Điểm chuẩn của máy (machine zero point)
Điểm chuẩn của máy (Ký hiệu: M) là điểm gốc hệ toạ độ của máy. Điểm M đƣợc
các nhà chế tạo quy định theo kết cấu của từng loại máy. Thông thƣờng điểm M là

HV: Hoàng Xuân Thịnh

16

Khóa: 2011

Luận văn thạc sĩ khoa học

GS.TS Trần Văn Địch

điểm giới hạn của vùng làm việc của máy. Điều đó có nghĩa là trong phạm vi vùng
làm việc của máy các dịch chuyển của các cơ cấu máy có thể thực hiện theo chiều
dƣơng của các tọa độ.
* Đối với máy tiện : Điểm chuẩn(M) của máythƣờng đặt tại tâm mặt đầu của trục
chính máy (Hìn1.2)
X+
Tool

Spindle

Chuck

M

Workpiece

Z+

Hình 1.2: Điểm M của máy tiện
* Đối với máy phay và máy khoan: Điểm chuẩn của máy(M) thƣờng nằm ở điểm
giới hạn dịch chuyển của bàn máy (Hình1.3).

a)

b)

Hình1.3: Điểm M của máy.
a) Máy phay đứng
b) Máy khoan cần
2.3.2. Điểm O của chi tiết (điểm W: work part zero point)
Điểm W của chi tiết là gốc tọa độ của chi tiết. Vị trí điểm W phụ thuộc vào sự
lựa chọn của ngƣời lập trình.

HV: Hoàng Xuân Thịnh

17

Khóa: 2011


Luận văn thạc sĩ khoa học

GS.TS Trần Văn Địch

- Đối với các chi tiết tiện thì điểm W của chi tiết nằm trên đƣờng tâm của chi
tiết hoặc ở mặt đầu bên trái hoặc mặt đầu bên phải. Thông thƣờng điểm W nằm ở
mặt đầu bên trái chi tiết(hình 1.4).

X+

X+

Tool

Tool

Spindle

Spindle

Chuck

Chuck

Workpiece

Workpiece

W

Z+

W

Z+

b)

a)

Hình 1.4: Điểm W của chi tiết
a)Điểm chuẩn chi tiết nằm ở mặt đầu bên phải
b) Điểm chuẩn chi tiết nằm ở mặt đầu bên trái
- Đối với các chi tiết phay thì điểm W thƣờng nằm tại đƣờng viền ngoài của chi tiết

( hình 1.5).
Y+

Z+

W
X+

Z+

Y+
W
X+

a)

b)

Hình 1.5: Điểm chuẩn W chi tiết phay
a) Điểm W nằm mặt trên chi tiết
b) Điểm W nằm mặt đáy chi tiết
Khi gia công các bề mặt chi tiết có thể chọn nhiều tọa độ khác nhau với các điểm
gốc W1 và các hệ tọa độ phụ W2, W3, W4, W5 ( hình 1.6).

HV: Hoàng Xuân Thịnh

18

Khóa: 2011

Luận văn thạc sĩ khoa học

GS.TS Trần Văn Địch

W3

W4

Workpiece

W1

W2

W5

Hình 1.6: Chi tiết phay có nhiều điểm chuẩn
2.3.3. Điểm chuẩn của dao (P)
Các dao tiện, mũi khoan có điểm chuẩn là đỉnh dao (Hình 1.7a,b). Các dao
phay, dao doa thì điểm chuẩn là tâm của mặt đầu của dao (Hình 1.3 c, d, ). Điểm
chuẩn đƣợc dùng khi tính các quỹ đạo chuyển động của dao.

P

P

a)

P

P

b)

c)

d)

Hình 1.7: Các điểm chuẩn của dao
2.3.4. Điểm chuẩn của giá dao T và điểm gá dao N
- Điểm chuẩn của gia dao T đƣợc dùng để xác định hệ trục tọa độ của dao. Điểm
T phụ thuộc vào việc gá dao trên máy.
- Điểm gá dao N là điểm dùng đề gá dao trên máy.Thông thƣờng khi gá dao trên
máy thì điểm T trùng với điểm gá dao N (Hình 1.8).

HV: Hoàng Xuân Thịnh

19

Khóa: 2011


Luận văn thạc sĩ khoa học

GS.TS Trần Văn Địch

Z+

Spindle

Z+

N

Spindle

N T
T

P

Hình 1.8- Điểm của giá dao T và điểm gá dao N

2.3.5. Điểm điều chỉnh dao E
Khi gia công ta phải sử dụng nhiều dao, nhƣ vậy các kích thƣớc của chúng phải
đƣợc xác định bằng cơ cấu điều chỉnh dao.
Mục đích của việc điều chỉnh dao là để có thông tin chính xác cho hệ thống điều
khiển về kích thƣớc dao (Hình 1.9). Khi dao đƣợc lắp vào giá dao thì điểm E và
điểm N trùng nhau.

E

L

Tool

Hình 1.9: Điểm điều chỉnh dao

HV: Hoàng Xuân Thịnh

20

Khóa: 2011


Luận văn thạc sĩ khoa học

GS.TS Trần Văn Địch

2.3.6. Điểm gá đặt (hay điểm tỳ) A
Điểm A là điểm tỳ của bề mặt chi tiết lên đồ định vị của đồ gá. Điểm A có thể
trùng với điểm W của chi tiết (Hình 1.10) hoặc có thể lựa chọn tuỳ ý trên mặt định
vị của chi tiết gia công.

Spindle

Chuck
Workpiece

A

W

Hình 1.10: Điểm gá đặt

2.3.7. Điểm O của chương trình
Điểm O của chƣơng trình (chính xác hơn là điểm P của dụng cụ cắt) là điểm
trƣớc khi gia công dụng cụ cắt nằm ở đó. Điểm O của chƣơng trình phải xác định
sao cho khi thay dao không bị ảnh hƣởng của chi tiết hoặc đồ gá.

2.3.8. Các điểm chuẩn khác F, K
Khi nghiên cứu các hệ trục tọa độ ngƣời ta còn dùng các điểm chuẩn khác nhƣ
điểm F, điểm K để xác định các kích thƣớc liên quan.
3. Các bộ phận chính của máy tiện CNC
Hình dáng kết cấu của máy tiện NC cũng tƣơng tự máy tiện thông thƣờng,
ngoài ra máy tiện CNC còn có một số đặc điểm riêng sau (Hình 1.11).
3.1. Ụ đứng
Là bộ phận làm việc chủ yếu của máy tạo ra vận tốc cắt gọt. Bên trong lắp trục
chính, động cơ vô cấp(điều chỉnh đƣợc các tốc độ và thay đổi đƣợc chiều quay).
Trên đầu trục chính một đầu đƣợc lắp với mâm cặp dùng để gá và kẹp chặt chi tiết

HV: Hoàng Xuân Thịnh

21

Khóa: 2011


Luận văn thạc sĩ khoa học

GS.TS Trần Văn Địch

gia công. Phía sau trục chính lắp hệ thống thủy lực hoặc khí nén để đóng, mở, kẹp
chặt chi tiết.

Ụ đứng

Ổ tích dao

Giá đỡ ổ tích dao

Bảng điều khiển

MOR

H IC- JI C A

Cửa

Mâm cặp Ụ động

S L- 25 3

Thân máy

Hình 1.11. Cấu tạo bên ngoài của máy tiện CNC
3.2. Truyền động chính
Động cơ của trục chính của máy tiện CNC có thể là động cơ một chiều hoặc
động cơ xoay chiều.
Động cơ dòng một chiều điều chỉnh vô cấp tốc độ bằng kích từ. Động cơ dòng
xoay chiều thì điều chỉnh vô cấp tốc độ bằng bộ biến đổi tần thay đổi số vòng quay
đơn giản có mô men truyền tải cao.

HV: Hoàng Xuân Thịnh

22

Khóa: 2011

Luận văn thạc sĩ khoa học

GS.TS Trần Văn Địch

3.3. Truyền động chạy dao
Vít me đai ốc thực hiện chuyển động
chạy dao theo trục X

6

Hệ thống động cơ chạy dao

2
CPU

5

1

3
4

Vít me đai ốc thực hiện chuyển động
chạy dao theo trục Z

Bảng điều khiển

Hình 1.12. Hệ thống truyền động chạy dao của máy tiện CNC
3.4. Mâm cặp
Quá trình đóng mở và hãm mâm cặp để tháo lắp chi tiết bằng hệ thống thuỷ

lực (hoặc khí nén) hoạt động nhanh, lực phát động nhỏ và an toàn. Đối với máy
tiện CNC thƣờng đƣợc gia công với tốc độ rất cao. Số vòng quay của trục chính lớn
(có thể lên tới 8000 v/ph khi gia công kim loại màu). Do đó lực ly tâm là rất lớn nên
các mâm cặp thƣờng đƣợc kẹp chặt bằng hệ thống thuỷ lực (hoặc khí nén) tự động.
3.5. Ụ động
Bộ phận này bao gồm nhiều chi tiết dùng để định tâm và gá lắp chi tiết, điều
chỉnh, kẹp chặt nhờ hệ thống thuỷ lực (hoặc khí nén).
3.6. Hệ thống bàn xe dao
Bao gồm hai bộ phận chính sau:
+ Giá đỡ ổ tích dao (Bàn xe dao)

HV: Hoàng Xuân Thịnh

23

Khóa: 2011


Luận văn thạc sĩ khoa học

GS.TS Trần Văn Địch

Bộ phận này là bộ phận đỡ ổ chứa dao thực hiện các chuyển động tịnh tiến
ra, vào song song, vuông góc với trục chính nhờ các động cơ bƣớc (các chuyển
động này đã đƣợc lập trình sẵn)
+ Ổ tích dao (Đầu Rơvonve)
Máy tiện CNC thƣờng dùng hai loại sau:
- Đầu Rơ von ve có thể lắp từ 10 đến 12 dao các loại;
- Các ổ chứa dao trong tổ hợp gia công với các bộ phận khác (đồ gá thay đổi
dụng cụ).

+ Đầu Rơvonve cho phép thay nhanh dao trong một thời gian ngắn đã chỉ
định, còn ổ chứa dao thì mang một số lƣợng lớn dao mà không gây nguy hiểm, va
chạm trong vùng làm việc của máy tiện.
Trong cả hai trƣờng hợp chuôi của dao thƣờng đƣợc kẹp trong khối mang
dao tại những vị trí xác định trên bàn xe dao. Các khối mang dao phù hợp với các
giá đỡ dao trên máy tiện và đƣợc tiêu chuẩn hoá .
Các kết cấu của đầu Rơvonve tùy thuộc vào công dụng và yêu cầu công nghệ
của từng loại máy. Bao gồm các đầu Rơvônve (kiểu chữ thập, các đầu Rơvônve
kiểu chữ thập kiểu đĩa kiểu hình trống).
Phổ biến đầu Rơvonve của các loại máy tiện CNC có kết cấu nhƣ (hình1.13.)
Đầu rơ-von-ve có thể lắp đƣợc các loại dao: Tiện, phay, khoan, khoét, cắt ren…
đƣợc tiêu chuẩn hoá phần chuôi có thể lắp lẫn và lắp ghép với các đồ gá ở trên đầu
rơ-vôn-ve.
+ Ổ chứa dụng cụ dùng cho máy tiện CNC
Các ổ chứa dao cụ thƣờng đƣợc sử dụng ít hơn so với đầu rơ-vôn-ve vì việc
thay đổi dụng cụ khó khăn so với các cơ cấu của đầu rơ-vôn-ve. Song ổ chứa có ƣu
điểm là an toàn, ít gây ra va chạm trong vùng gia công, dễ dàng ghép nối một số lớn
các dụng cụ một cách tự động mà không cần sự can thiệp bằng tay.

HV: Hoàng Xuân Thịnh

24

Khóa: 2011


Luận văn thạc sĩ khoa học

GS.TS Trần Văn Địch

3

2

5

4

1
10

9

8

Các loại dụng cụ cắt

Các khối mang dao

Đầu rơ – vôn - ve

Hình 1.13. Hệ thống gá đặt dụng cụ

3.7. Bảng điều khiển
Bảng điều khiển là nơi thực hiện giao diện giữa ngƣời với máy. Ngƣời điều
khiển máy ở một vị trí làm việc nhất định nhƣ hình (1.14).Kết cấu của bảng có thể
khác nhau tùy thuộc vào nơi sản xuất. Thông thƣờng bảng điều khiển của máy tiện
CNC có cấu tạo gồm hai vùng: Vùng điều khiển màn hình và vùng điều khiển cức
năng làm việc của mày.

HV: Hoàng Xuân Thịnh

25

Khóa: 2011