Xây dựng các bài thực hành trên máy tiện cnc để nâng cao chất lượng đào tạo tại trường cao đẳng công nghiệp nam định

LỜI CAM ĐOAN

Đây là luận văn Cao học Kỹ thuật, là cơng trình nghiên cứu của tơi. Tơi xin
cam đoan những nội dung trong luận văn do tôi thực hiện. Đây là luận chƣa đƣợc
bảo vệ tại bất kỳ hội đồng bảo vệ thạc sỹ nào.
Tôi xin chịu trách nhiệm trƣớc những lời cam đoan trên.
Hà Nội, ngày 24 tháng 09 năm 2012
Ngƣời cam đoan

Trần Mạnh Sức

-1-


LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn Khoa Cơ khí, Viện đào tạo sau Đại học
Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện để tác giả hồn thành luận văn.
Đặc biệt, với tình cảm chân thành và lòng biết ơn sâu sắc, tác giả xin cảm ơn
Thầy giáo PGS. TS Tăng Huy, Ts Trần Anh Quân ngƣời đã trực tiếp hƣớng dẫn
tác giả làm luận văn này.
Xin cảm ơn Ban giám hiệu và các đồng nghiệp Trƣờng Cao đẳng công
nghiệp Nam Định đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tác giả trong suốt quá trình học
tập và làm luận văn.
Mặc dù bản thân đã có nhiều cố gắng, nhƣng do hạn chế về trình độ, thời
gian nên chắc chắn không thể tránh khỏi những khiếm khuyết. Rất mong đƣợc sự
đóng góp ý kiến của các thầy giáo cô giáo và bạn đọc để luận văn của tơi đƣợc
hồn thiện hơn.

Hà nội, tháng 09 năm 2012
Tác giả

Trần Mạnh Sức

-2-


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................. 1
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... 2
MỤC LỤC ............................................................................................................ 3
CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN ................................................................ 6
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .......................................................................... 6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ............................................................................... 7
PHẦN MỞ ĐẦU ................................................................................................... 9
1. Lý do nghiên cứu đề tài. ............................................................................. 9
2. Mục đích nghiên cứu. ................................................................................... 10
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. ............................................................... 10
4. Giả thiết khoa học. ....................................................................................... 10
5. Phƣơng pháp nghiên cứu. ............................................................................. 11
Chƣơng I: TỔNG QUAN VỀ MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN ........................... 12
BẰNG CHƢƠNG TRÌNH SỐ (MÁY CNC) ....................................................... 12
1.1. Khái quát chung về máy CNC ................................................................... 12
1.2. Lịch sử phát triển của máy CNC ............................................................... 13
1.3. Tình hình khai thác sử dụng máy gia công CNC ở Viêt Nam hiện nay ...... 14
1.4. Đặc trƣng cơ bản của máy CNC ................................................................ 15
1.5. Mơ hình khái qt của một máy CNC ....................................................... 17
1.6. Các phƣơng pháp điều khiển ..................................................................... 19
1.7. Các bƣớc thực hiện gia công trên máy CNC .............................................. 23
1.8. Hình thức tổ chức gia cơng trên máy CNC ................................................ 31
KẾT LUẬN CHƢƠNG I ..................................................................................... 35

Chƣơng II: GIỚI THIỆU VỀ MÁY TIỆN CNC .................................................. 36
VÀ LẬP TRÌNH CNC ........................................................................................ 36
2.1. Công dụng và đặc điểm gia công tiện CNC ............................................... 36
2.1.1. Công dụng: ........................................................................................ 36
-3-


2.1.2. Đặc điểm gia công trên máy tiện CNC. ............................................... 36
2.2. Cấu tạo máy tiện CNC .............................................................................. 36
2.2.1. Ụ tĩnh: ................................................................................................ 37
2.2.2. Ổ tích dao: .......................................................................................... 38
2.2.3. Giá đỡ ổ tích dao: ............................................................................... 39
2.2.4. Mâm cặp:............................................................................................ 39
2.2.5. Ụ động:............................................................................................... 40
2.2.6. Thân máy: .......................................................................................... 41
2.2.7. Bảng điều khiển: ................................................................................. 41
2.2.8. Bảng điều khiển màn hình (CRT- control Panel): ............................... 42
2.2.9. Bảng điều khiển máy: ......................................................................... 43
2.3. Nguyên lý làm việc của máy tiện CNC...................................................... 47
2.4. Lập trình NC, CNC gia cơng trên máy tiện CNC hệ FANUC .................... 48
2.4.1. Cấu trúc chƣơng trình NC. .................................................................. 52
2.4.1.1. Cấu trúc một chƣơng trình NC. .................................................... 52
2.4.1.2. Cấu trúc một câu lệnh................................................................... 53
2.4.2. Thông tin điều khiển ........................................................................... 54
2.4.2.1. Điều khiển vị trí (G00) ................................................................. 54
2.4.2.2. Nội suy đƣờng thẳng G01 ............................................................ 55
2.4.2.3 Nội suy đƣờng tròn (G02, G03). .................................................... 56
2.4.2.4. Lệnh trễ G04: ............................................................................... 58
2.4.2. Chức năng hiệu chỉnh và bù dao: G40, G41, G42 ............................... 58
2.4.2.1. Chức năng bù bán kính mũi dao khi tiện: G40, G41, G42............. 58

2.4.2.2. Chức năng bù bán kính dao khi phay. ........................................... 61
2.5. Các chu trình gia cơng. .............................................................................. 63
2.5.1. Chu trình tiện thơ dọc trục G71:.......................................................... 64
2.5.2. Chu trình tiện tinh G70: ...................................................................... 64
2.5.3. Chu trình tiện mặt cơn G99: ................................................................ 65
2.5.4. Chu trình tiện rãnh G88: ..................................................................... 65
-4-


2.5.5. Chu trình tiện ren G76: ....................................................................... 66
2.6. Chƣơng trình chính, chƣơng trình phụ:...................................................... 68
KẾT LUẬN CHƢƠNG II ................................................................................... 70
Chƣơng III: XÂY DỰNG CÁC BÀI TẬP THỰC HÀNH ................................... 71
TIỆN CƠ BẢN TRÊN MÁY TIỆN CNC ............................................................ 71
3.1. Khái quát chung ........................................................................................ 71
3.2. Các bài tập thực hành tiện CNC với hệ Funuc ........................................... 71
3.2.1. Bài số 1: Tiện trụ và tiện côn .............................................................. 71
3.2.2. Bài số 2: Tiện bề mặt định hình có sử dụng nơi suy cung trịn ............ 73
3.2.3. Bài số 3: Cắt rãnh và tiện ren .............................................................. 75
3.2.4. Bài số 4: Tổng hợp các chu trình tiện .................................................. 78
KẾT LUẬN CHƢƠNG III .................................................................................. 82
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 83
I. Kết luận ........................................................................................................ 83
II. Kiến nghị..................................................................................................... 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 84

-5-


CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

NC (Number Control) – Điều khiển số
CNC (Computer Numerical Control) – Điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính
CAD (Computer Aided Design) – Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính
CAM (Computer Aided Manufacturing) – Sản xuất có sự trợ giúp của máy tính
DNC (Direct Numerical Control ) – Hệ điều khiển DNC
FMS (Flexible Manufacturing System) – Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS
CRT (Cathode Ray Tube) – Đèn chân không (màn hình)

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

TT

Bảng số

Nội dung

1

2.1

Chức năng G (dùng cho tiện CNC)

48

2

2.2

Chức năng M (dùng cho tiện CNC)

50

-6-

Trang


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Mơ hình khái qt máy CNC ............................................................... 17
Hình 1.2: Các phƣơng pháp điều khiển ................................................................ 19
Hình 1.4: Điều khiển đƣờng viền 3D ................................................................... 21
Hình1.5: Điều khiển theo đƣờng viền 4D, 5D ..................................................... 21
Hình 1.6: Ký hiệu các trục tọa độ trên máy CNC ................................................. 22
Hình 1.7: Quỹ đạo chuyển động của dao khi phay ............................................... 24
Hình 1.8: Quỹ đạo chuyển động của dao khi tiện ................................................. 25
Hình 1.9: Hiệu chỉnh bán kính mũi dao ............................................................... 26
Hình 1.10: Cơ cấu đo dao .................................................................................... 27
Hình 1.11: Các chuẩn trên hệ tọa độ máy tiện CNC: ............................................ 30
Hình 1.12: Sơ đồ lập trình thủ cơng trực tiếp lên máy CNC ................................. 31
Hình 1.13: Sơ đồ lập trình thủ cơng bằng băng đột lỗ .......................................... 32
Hình 1.14: Sơ đồ lập trình tự động bằng băng đột lỗ ............................................ 33
Hình 1.15: Lập trình tự động và điều khiển số trực tiếp ....................................... 34
Hình 2.1: Tổng thể máy tiện CNC ....................................................................... 37
Hình 2.2: Trục chính lắp mâm cặp thủy lực ......................................................... 38
Hình 2.3: Đài gá dao Rơvơnve ............................................................................. 38
Hình 2.4: Ổ tích dao ............................................................................................ 39
Hình 2.5: Mâm cặp thủy lực ................................................................................ 40
Hình 2.6: Ụ chống tâm thủy lực ........................................................................... 40
Hình 2.7: Màn hình điều khiển máy ..................................................................... 41

Hình 2.8: Màn hình CRT ..................................................................................... 42
Hình 2.9: Bảng điều khiển máy ........................................................................... 43
Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy tiện CNC 2D .................................... 48
Hình 2.20: Lập trình theo biên dạng .................................................................... 55
Hình 2.21: Lập trình theo biên dạng .................................................................... 57
Hình 2.21: Lập trình theo biên dạng .................................................................... 57
-7-


Hình 2.22. Lệnh trễ khi tiện hoặc khoan .............................................................. 58
Hình 2.23 Hình ảnh của mũi dao trong thực tế .................................................... 58
Hình 2.24. Lập trình gia cơng theo đƣờng cắt ...................................................... 60
Hình 2.25. Hƣớng bù dao của G41, G42 .............................................................. 61
Hình 2.26. V í dụ bù bán kính dao khi phay ........................................................ 62
Hình 2.27. Bù chiều dài dao sử dụng G43............................................................ 63
Hình 2.28. Chu trình khi cắt ren........................................................................... 67
Hình 2.29. Đồ thị tốc độ trong một chu trình cắt ren ............................................ 67
Hình 3.1: Tiện trụ và tiện cơn .............................................................................. 71
Hình 3.2: Tiện định hình...................................................................................... 73
Hình 3.3: Cắt rãnh và tiện ren .............................................................................. 75
Hình 3.4: Tiện tổng hợp....................................................................................... 78

-8-


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do nghiên cứu đề tài.
Việt nam đang từng bƣớc hội nhập và WTO, trƣớc sự phát triển nhƣ vũ bão
của các ngành khoa học kỹ thuật, kinh tế, nền giáo dục Việt Nam nói chung và dạy
nghề nói riêng cần phải có sự chuyển mình mạnh mẽ cả về chất lẫn về lƣợng thì

mới đáp ứng đƣợc nhu cầu về nhân lực trong giai đoạn phát triển của đất nƣớc
hiện nay. Sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã có tác động lớn tới nhiều lĩnh vực
đời sống xã hội nói chung và cơng nghiệp nói riêng, đặc biệt là trong lĩnh vực cơng
nghệ chế tạo máy. Kỹ thuật NC, CAD/CAM - CNC đã làm thay đổi nhiều tới quá
trình tổ chức và sản xuất. Gia cơng cắt gọt điều khiển bằng chƣơng trình số là một
mảng chun mơn rất quan trọng trong q trình đào tạo ngành Cơ khí ở Việt Nam
hiện nay.
Để đáp ứng nhu cầu lao động có trình độ kỹ thuật cao trong sản xuất, hiện nay
nhiều trƣờng cao đẳng, đại học đã đƣa chƣơng trình kỹ thuật số vào giảng dạy.
Hầu hết các trƣờng đã trang bị các máy tiện, phay - gia công trung tâm NC, CNC
để phục vụ đào tạo. Tuy vậy, lĩnh vực CNC còn nhiều mới mẻ đối với nhiều
trƣờng cả về cơ sở vật chất, hình thức và chƣơng trình đào tạo. Mảng kiến thức
này nhằm cung cấp cho sinh viên những hiểu biết cơ bản và cơng nghệ gia cơng
theo chƣơng trình số (NC, CNC), về thiệt bị NC, CNC và trung tâm gia công.
Đồng thời cung cấp cho sinh viên khả năng lập trình, khả năng điều khiển các thiết
bị CNC trong sản xuất. Vì thế trong chƣơng trình đào tạo cao đẳng phải có học
phần trong lĩnh vực điều khiển số (gia cơng cắt gọt kim loại theo chƣơng trình số).
Với những lý do trên, tác giả chọn đề tài: "Xây dựng các bài thực hành trên máy
tiện CNC để nâng cao chất lượng đào tạo tại trường Cao đẳng công nghiệp
Nam Định” làm đề tài luận văn Thạc sĩ của mình.
Trong phạm vi giới hạn, luận văn này chỉ đề cập đến các nội dung cơ bản sau:
- Tổng quan về máy cơng cụ điều khiển bằng chƣơng trình số(máy CNC)
-9-


- Giới thiệu về máy tiện CNC và lập trinh CNC
- Xây dựng những bài tập điển hình, phản ánh đƣợc tƣơng đối đầy đủ các công
nghệ cơ bản, để sinh viên rèn luyện kỹ năng nghề.
Với sự hiểu biết và khả năng có hạn, luận văn này chắc chắn sẽ cịn nhiều hạn
chế, thiếu sót, rất mong đƣợc sự quan tâm đóng góp ý kiến của các thầy cơ giáo và

các bạn đồng nghiệp.
2. Mục đích nghiên cứu.
- Vận dụng chƣơng trình khung của Tổng cục dạy nghề ban hành, áp dụng
vào giảng dạy nghề cắt gọt kim loại tại Trƣờng Cao đẳng Công nghiệp Nam
Định
- Xây dựng những bài tập điển hình, từ cơ bản đến phức tạp, để sinh viên có
thể vận dụng những kiến thức lý thuyết đã học vào các bài tập thực hành
trên máy.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu.
*) Đối tượng nghiên cứu:
- Ứng dụng chƣơng trình đào tạo theo mơ đun, và hệ thống bài thực hành gia
công cắt gọt CNC vào giảng dạy tại trƣờng Cao đẳng Công nghiệp NĐ
*) Phạm vi nghiên cứu:
Phạm vi nghiên cứu của đề tài:
- Tổng quan về máy công cụ điều khiển bằng chƣơng trình số (máy CNC)
- Tổng quan cơ sở lý luận về lĩnh vực gia công cắt gọt kim loại trên các thiết bị
điều khiển số
- Thực hiện đƣợc những bài tập điển hình, nhằm hệ thống hóa bài tập theo trình
tự từ dễ đến khó nhằm nâng cao tƣ duy và kỹ năng thực hành nghề cho siên
viên, học sinh tại trƣờng Cao đẳng Công ngiệp Nam Định.
4. Giả thiết khoa học.
Hiện nay chất lƣợng đào tạo gia công cắt gọt theo chƣơng trình số (NC,
CNC) tại trƣờng Cao đẳng Công nghiệp Nam Định chƣa đƣợc chú trọng do máy
- 10 -


móc cịn hạn chế, chƣa vận dụng những hệ thống bài thực hành vào quá trình dạy
học. Nếu xây dựng đƣợc đƣợc hệ thống các bài thực hành tiện CNC sẽ nâng cao
chất lƣợng đào tạo, thu hút đƣợc sinh viên học tập tại trƣờng Cao đẳng Công
nghiệp Nam Định

5. Phƣơng pháp nghiên cứu.
- Đề tài này đƣợc thực hiện bằng phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với
thực hành và sản xuất.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết
- Thực hành thực tế sản xuất
- Phân tích đánh giá kết quả

- 11 -


Chƣơng I: TỔNG QUAN VỀ MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN
BẰNG CHƢƠNG TRÌNH SỐ (MÁY CNC)

1.1. Khái quát chung về máy CNC
Ở các máy cắt thông thƣờng, việc điều khiển các chuyển động cũng nhƣ thay
đổi vận tốc của các bộ phận máy đều đƣợc thực hiện bằng tay. Với cách điều khiển
này, thời gian phụ khá lớn, nên không thể nâng cao năng suất lao động.
Để giảm thời gian phụ, cần thiết tiến hành tự động hóa q trình điều khiển.
Trong sản xuất hàng khối, hàng loạt lớn, từ lâu ngƣời ta dùng phƣơng pháp gia
công tự động với việc tự động hóa q trình điều khiển bằng các vấu tỳ, bằng mẫu
chép hình, bằng cam trên trục phân phối...Đặc điểm của các loại máy tự động này
là rút ngắn đƣợc thời gian phụ, nhƣng thời gian chuẩn bị sản xuất quá dài (nhƣ thời
gian thiết kế và chế tạo cam, thời gian điều chỉnh máy...). Nhƣợc điểm này là
không đáng kể nếu nhƣ sản xuất với khối lƣợng lớn. Trái lại, với lƣợng sản xuất
nhỏ, mặt hàng thay đổi thƣờng xuyên, loại máy tự động này trở nên không kinh tế.
Do đó cần phải tìm ra phƣơng pháp điều khiển mới. Yêu cầu này đƣợc thực hiện
với việc điều khiển theo chƣơng trình số.
Đặc điểm quan trọng của việc tự động hóa q trình gia cơng trên các máy
CNC là đảm bảo cho máy có tính vạn năng cao. Điều đó cho phép gia cơng nhiều
loại chi tiết, phù hợp với dạng sản xuất hàng loạt nhỏ và hàng loạt vừa, mà trên

70% sản phẩm của ngành chế tạo máy đƣợc chế tạo trong điều kiện đó.
Máy cơng cụ điều khiển bằng chƣơng trình số - viết tắt là máy NC
(Numerical Control) là máy tự động điều khiển (vài hoạt động hoặc tồn bộ hoạt
động), trong đó các hành động điều khiển đƣợc sản sinh trên cơ sở cung cấp các dữ
liệu ở dạng: Lệnh. Các Lệnh hợp thành chƣơng trình làm viêc. Chƣơng trình làm
việc này đƣợc ghi lên một cơ cấu mang chƣơng trình dƣới dạng mã số. Cơ cấu
mang chƣơng trình có thể là băng đột lỗ, băng từ, hoặc chính bộ nhớ máy tính. Các
thế hệ đầu, máy NC còn sử dụng các cáp logic trong hệ thống. Phƣơng pháp điều
- 12 -


khiển theo điểm và đoạn thẳng, tức là khơng có quan hệ hàm số giữa các chuyển
động theo tọa độ. Việc điều khiển cịn mang tính ―cứng‖ nên chƣơng trình đơn
giản và cũng chỉ gia công đƣợc những chi tiết đơn giản nhƣ gia công lỗ, gia công
các đƣờng thẳng song song với các chuyển động mà máy có. Các thế hệ sau, trong
hệ thống điều khiển của máy NC đã đƣợc cài đặt các cụm vi tính, các bộ vi sử lý
và việc điều khiển lúc này phần lớn hoặc hoàn toàn ―mềm‖. Phƣơng pháp điều
khiển theo đƣờng biên (hình 1.1c), tức là có mối quan hệ hàm số giữa các chuyển
động theo hƣớng các tọa độ. Các máy NC này đƣợc gọi là CNC (Computer
Numerical Control). Chƣơng trình đƣợc soạn thảo tỉ mỉ hơn và có thể gia cơng
đƣợc những chi tiết có hình dáng rất phức tạp. Hiện nay các máy CNC đã đƣợc
dùng phổ biến.
1.2. Lịch sử phát triển của máy CNC
Năm 1947, John Parsons nảy ra ý tƣởng áp dụng điều khiển tự động vào quá
trình chế tạo cánh quạt máy bay trực thăng ở Mỹ. Trƣớc đó, việc gia cơng và kiểm
tra biên dạng của cánh quạt phải dùng các mẫu chép hình, sử dụng dƣỡng, do đó
rất lâu và khơng kinh tế.Ý định dùng bìa xuyên lỗ để doa các lỗ bằng cách cho tín
hiệu để điều khiển hai bàn dao, đã giúp Parsons phát triển hệ thống Digital của
ông.
Với kết quả này, năm 1949, ông ký hợp đồng với UFA ( Us Ari Force) nhằm

chế tạo một loại máy cắt theo biên dạng tự động. Parsons yêu cầu trợ giúp để sử
dụng phịng thí nghiệm điều khiển tự động của Viện Cơng Nghệ Massachusetts
(M.I.T.) nơi đƣợc chính phủ Mỹ tài trợ để chế tạo một loại máy phay 3 tọa độ điều
khiển bằng bằng chƣơng trình số.
Sau 5 năm nghiên cứu, J. Parsons đã hoàn chỉnh hệ thống điều khiển máy
phay và lần đầu tiên trong năm 1954, M.I.T. đã sử dụng tên gọi ―Máy NC‖. Trong
những năm 60, thời gian đã chín mùi cho việc phát triển và ứng dụng các máy NC.
Rất nhiều thành viên của ngành công nghiệp hàng khơng Mỹ đã nhanh chóng ứng
dụng, phát triển và đã sản sinh ra thế hệ máy mới (CNC) cho phép phay các biên
- 13 -


dạng phức tạp, tạo hình với hai, ba hoặc bốn và năm trục (ba tịnh tiến và hai quay).
Các nƣớc châu Âu và Nhật Bản phát triển có chậm hơn một vài năm, nhƣng
cũng có những đặc điểm riêng, chẳng những về mặt kỹ thuật, mà cả về kết cấu
nhƣ kết cấu trục chính, cơ cấu chứa dao, hệ thống cấp dao v.v...
Từ đó đến nay, hàng loạt máy CNC ra đời với đủ chủng loại và phát triển
không ngừng. Sự phát triển đó dựa vào thành tựu của các ngành: máy tính điện tử,
điện tử cơng nghiệp và điều khiển tự động...Nhất là trong thập niên 90, máy CNC
đã đổi mới nhanh chóng chƣa từng có trong lãnh vực tự động.
1.3. Tình hình khai thác sử dụng máy gia công CNC ở Viêt Nam hiện nay
Ở nƣớc ta, trƣớc đây hệ thống cơ khí lạc hậu, năng suất thấp chất lƣợng kém
nhƣng giá thành lại cao sản xuất chƣa đáp ứng đƣợc thị trƣờng trong nƣớc chứ
chƣa nói gì đến vƣơn ra thị trƣờng ngoài nƣớc. Nhận thức rõ vấn đề đó, sau Đại
hội Đảng tồn quốc lần thứ VI (năm 1986) với chủ trƣơng đổi mới nhiều chính
sách đã ra đời tạo cho doanh nghiệp chủ động sang tạo. Rất nhiều Các trƣờng Đại
học, Cao đẳng, các doanh nghiệp đã đƣa máy gia công với mức độ tự động hóa cao
vào giảng dạy và thực tập sản xuất. Ngành cơ khí của chúng ta nói riêng và tất cả
các ngành khác nói chung, đã có bƣớc phát triển mới. Sản phẩm chế tạo ra đã có
chất lƣợng cao hơn, thời gian chế tạo nhanh hơn. Tuy nhiên tìm hiểu một số trƣờng

cũng nhƣ doanh nghiệp sử dụng kỹ thuật CNC thấy có một số điểm sau:
- Chủng loại máy, nguồn gốc máy đa dạng nhƣng chủ yếu là máy của các
nƣớc: Đức, Nhật, Mỹ, Trung quốc, Đài loan.
- Hệ điều khiển của máy chủ yếu là Funuc, Haidenhain, Mitsubishi.
- Việc chuyển giao kỹ thuật từ các chuyên gia nƣớc ngồi tại Việt Nam khơng
đầy đủ. Chủ yếu chỉ hƣớng dẫn lập trình cơ bản và thao tác vận hành máy.
- Ngoại trừ một số doanh nghiệp liên doanh, doanh nghiệp 100% vốn nƣớc
ngồi trong sản xuất có mặt hàng truyền thống thì chƣơng trình CNC đƣợc chuẩn
bị trƣớc từ nƣớc ngồi đƣa vào cịn lại chủ yếu do ngƣời vận hành máy lập trình
- 14 -


trực tiếp trên máy.
- Một số trƣờng học, doanh nghiệp chƣa thực sự chú ý đến việc khai thác máy
một cách có hiệu quả, thời gian hoạt động của máy không nhiều.
- Các máy gia công sử dụng kỹ thuật CNC thƣờng đƣợc nhập ngoại với giá
thành rất cao, chính vì lẽ đó hiệu quả khai thác sử dụng máy cịn hạn chế, giá thành
sản phẩm cao vì mức khấu hao lớn
1.4. Đặc trƣng cơ bản của máy CNC
a) Tính năng tự động cao
Máy CNC có năng suất cắt gọt cao và giảm đƣợc tối đa thời gian phụ, do mức
độ tự động đƣợc nâng cao vƣợt bậc. Tuỳ từng mức độ tự động, máy CNC có thể
thực hiện cùng một lúc nhiều chuyển động khác nhau, có thể tự động thay dao,
hiệu chỉnh sai số dao cụ, tự động kiểm tra kích thƣớc chi tiết và qua đó tự động
hiệu chỉnh sai lệch vị trí tƣơng đối giữa dao và chi tiết, tự động tƣới nguội, tự động
hút phoi ra khỏi khu vực cắt…
b)

Tính năng linh hoạt cao
Chƣơng trình có thể thay đổi dễ dàng và nhanh chóng, thích ứng với các loại

chi tiết khác nhau. Do đó rút ngắn đƣợc thời gian phụ và thời gian chuẩn bị sản
xuất, tạo điều kiện thuận lơi cho việc tự động hóa sản xuất hàng loạt nhỏ . Bất cứ
lúc nào cũng có thể sản xuất nhanh chóng những chi tiết đã có chƣơng trình.
Vì thế, khơng cần phải sản xuất chi tiết dự trữ, mà chỉ giữ lấy chƣơng trình của
chi tiết đó. Máy CNC gia cơng đƣợc những chi tiết nhỏ, vừa, phản ứng một cách
linh hoạt khi nhiệm vụ công nghệ thay đổi và điều quan trọng nhất là việc lập trình
gia cơng có thể thực hiện ngồi máy, trong các văn phịng có sự hỗ trợ của kỹ thuật
tin học thơng qua các thiết bị vi tính, vi sử lý...
c) Tính năng tập trung ngun cơng
Đa số các máy CNC có thể thực hiện số lƣợng lớn các nguyên công khác nhau
mà không cần thay đổi vị trí gá đặt của chi tiết. Từ khả năng tập trung các nguyên
- 15 -


công, các máy CNC đã đƣợc phát triển thành các trung tâm gia cơng CNC.
d) Tính năng chính xác, đảm bảo chất lượng cao
Giảm đƣợc hƣ hỏng do sai sót của con ngƣời. Đồng thời cũng giảm đƣợc
cƣờng độ chú ý của con ngƣời khi làm việc. Có khả năng gia cơng chính xác hàng
loạt. Độ chính xác lặp lại, đặc trƣng cho mức độ ổn định trong suốt quá trình gia
cơng là điểm ƣu việt tuyệt đối của máy CNC.
Máy CNC với hệ thống điều khiển khép kín có khả năng gia cơng đƣợc những
chi tiết chính xác cả về hình dáng đến kích thƣớc. Những đặc điểm này thuận tiện
cho việc lắp lẫn, giảm khả năng tổn thất phôi liệu ở mức thấp nhất.
e) Gia công biên dạng phức tạp
Máy CNC là máy duy nhất có thể gia cơng chính xác và nhanh các chi tiết có
hình dáng phức tạp nhƣ các bề mặt 3 chiều.
f) Tính năng hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao
- Cải thiện tuổi bền dao nhờ điều kiện cắt tối ƣu. Tiết kiệm dụng cụ cắt gọt, đồ
gá và các phụ tùng khác.

- Giảm phế phẩm.
- Tiết kiệm tiền thuê mƣớn lao động do không cần yêu cầu kỹ năng nghề nghiệp
nhƣng năng suất gia công cao hơn.
- Sử dụng lại chƣơng trình gia cơng.
- Giảm thời gian sản xuất.
- Thời gian sử dụng máy nhiều hơn nhờ vào giảm thời gian dừng máy.
- Giảm thời gian kiểm tra vì máy CNC sản xuất chi tiết chất lƣợng đồng nhất.
- CNC có thể thay đổi nhanh chóng từ việc gia cơng loại chi tiết này sang loại
khác với thời gian chuẩn bị thấp nhất.
Tuy nhiên máy CNC khơng phải khơng có những hạn chế. Dƣới đây là một số
hạn chế:
- 16 -


- Sự đầu tƣ ban đầu cao: Nhƣợc điểm lớn nhất trong việc sử dụng máy CNC là
tiền vốn đầu tƣ ban đầu cao cùng với chi phí lắp đặt.
9/13/2012- Yêu cầu bảo dƣỡng cao: Máy CNC là thiết bị kỹ thuật cao và hệ
thống cơ khí, điện của nó rất phức tạp. Để máy gia cơng đƣợc chính xác cần
thƣờng xuyên bảo dƣỡng. Ngƣời bảo dƣỡng phải tinh thông cả về cơ và điện.
- Hiệu quả thấp với những chi tiết đơn giản.
1.5. Mơ hình khái qt của một máy CNC

Hình 1.1: Mơ hình khái qt máy CNC
Máy gồm hai phần chính:
a) Phần điều khiển: Gồm chƣơng trình điều khiển và các cơ cấu điều khiển.
- Chƣơng trình điều khiển: Là tập hợp các tín hiệu (gọi là lệnh - đƣợc trình bày
kỹ ở chƣơng II) để điều khiển máy, đƣợc mã hóa dƣới dạng chữ cái, số và môt số
ký hiệu khác nhƣ dấu cộng, trừ, dấu chấm, gạch nghiêng...Chƣơng trình này đƣợc
ghi lên cơ cấu mang chƣơng trình dƣới dạng mã số (cụ thể là mã thập - nhị phân
nhƣ băng đục lỗ, mã nhị phân nhƣ bộ nhớ của máy tính)

- Các cơ cấu điều khiển: Nhận tín hiệu từ cơ cấu đọc chƣơng trình, thực hiện
- 17 -


các phép biến đổi cần thiết để có đƣợc tín hiệu phù hợp với điều kiện hoạt động
của cơ cấu chấp hành, đồng thời kiểm tra sự hoạt động của chúng thơng qua các tín
hiệu đƣợc gửi về từ các cảm biến liên hệ ngƣợc. Bao gồm các cơ cấu đọc, cơ cấu
giải mã, cơ cấu chuyển đổi, bộ xử lý tín hiệu, cơ cấu nội suy, cơ cấu so sánh, cơ
cấu khuyếch đại, cơ cấu đo hành trình, cơ cấu đo vận tốc, bộ nhớ và các thiết bị
xuất nhập tín hiệu.
Đây là thiết bị điện - điện tử rất phức tạp, đóng vai trị cốt yếu trong hệ thống
điều khiển của máy NC. Việc tìm hiểu nguyên lý cấu tạo của các thiết bị này địi
hỏi có kiến thức từ các giáo trình chuyên ngành khác, cho nên ở đây chỉ giới thiệu
khái quát.
b) Phần chấp hành: Gồm máy cắt kim loại và một số cơ cấu phục vụ vấn đề tự
động hóa nhƣ các cơ cấu tay máy, ổ chứa dao, bôi trơn, tƣới trơn, hút thổi phoi,
cấp phôi ...
Cũng nhƣ các loại máy cắt kim loại khác, đây là bộ phận trực tiếp tham gia cắt
gọt kim loại để tạo hình chi tiết.Tùy theo khả năng cơng nghệ của loại máy mà có
các bộ phận: Hộp tốc độ, hộp chạy dao, thân máy, sống trƣợt, bàn máy, trục chính,
ổ chứa dao, các tay máy...
Kết cấu từng bộ phận chính chủ yếu nhƣ máy vạn năng thơng thƣờng, nhƣng
có một vài khác biệt nhỏ để đảm bảo q trình điều khiển tự động đƣợc ổn định,
chính xác, năng suất và đặc biệt là mở rộng khả năng công nghệ của máy.
- Hộp tốc độ: Phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn, thƣờng là truyền động vô cấp,
trong đó sử dụng các ly hợp điện từ để thay đổi tốc độ đƣợc dễ dàng.
- Hộp chạy dao: Có nguồn dẫn động riêng, thƣờng là các động cơ bƣớc. Trong
xích truyền động, sử dụng các phƣơng pháp khử khe hở của các bộ truyền nhƣ vít
me-đai ốc bi...
- Thân máy cứng vững, kết cấu hợp lý để dễ thải phoi, tƣới trơn, dễ thay dao tự

động. Nhiều máy có ổ chứa dao, tay máy thay dao tự động, có thiết bị tự động hiệu
chỉnh khi dao bị mòn...Trong các máy CNC có thể sử dụng các dạng điều khiển
- 18 -


thích nghi khác nhau bảo đảm một hoặc nhiều thơng số tối ƣu nhƣ các thành phần
lực cắt, nhiệt độ cắt, độ bóng bề mặt, chế độ cắt tối ƣu, độ ồn, độ rung ...
1.6. Các phƣơng pháp điều khiển

Hình 1.2: Các phương pháp điều khiển
- Điều khiển điển (hay điều khiển theo vị trí) đƣợc dùng để gia cơng các lỗ
bằng các phƣơng pháp khoan, khoét, doa và cắt ren lỗ. Ở đây chi tiết gia công
đƣợc gá cố định trên bàn máy, dụng cụ cắt thực hiện chạy dao nhanh đến các vị trí
đã lập trình. Khi đạt tới các điểm đích dao bắt đầu cắt (hình 1.2a), tuy nhiên cũng
có trƣờng hợp dao khơng dịch chuyển mà bàn máy dịch chuyển. mục đích chính
cần đạt là các kích thƣớc vị trí của các lỗ phải chính xác, còn quỹ đạo chuyển động
là của dao hay của bàn máy điều khơng có ý nghĩa lắm.
- 19 -


Vị trí của các lỗ có thể đƣợc điều khiển đồng thời theo hai trục hoặc điều khiển
kế tiếp nhau.
- Điều khiển theo đƣờng thẳng (hình 1.2b) là dạng điều khiển mà khi gia công
dụng cụ cắt thực hiện lƣợng chạy dao theo một đƣờng thẳng nào đó song song với
một trục tọa độ. Dạng điều khiển này đƣợc dùng cho các máy phay và máy tiện
đơn giản.
- Điều khiển theo đƣờng viền (theo contour, hình 1.2c) cho phép thực hiện chạy
dao trên nhiều trục cùng lúc.
Tùy theo số trục đƣợc điều khiển đồng thời khi gia công ngƣời ta phân biệt:
1

2

điều khiển đƣờng viền 2D, điều khiển đƣờng viền 2 D và điều khiển đƣờng viền
3D, 4D, 5D.
Điều khiển đƣờng viền 2D cho phép thực hiện chạy dao theo hai trục đồng
thời trong một mặt phẳng gia cơng, ví dụ, trong mặt phẳng XZ hoặc XY trên hình
1.3a.Trục thứ ba đƣợc điều khiển hoàn toàn độc lập với hai trục kia.
Điều khiển đƣờng viền 2,5D (hình 1.3b) cho phép ăn dao đồng thời theo hai
trục nào đó để gia công bề mặt trong một mặt phẳng nhất định. Trên máy CNC có
3 trục X, Y, Z ta sẽ điều khiển đƣợc đồng thời X và Y; X và Z hoặc Y và Z.

Hình 1.3: Điều khiển theo đường viền 2D; 2,5D

- 20 -


Điều khiển đƣờng viền 3D cho phép đồng thời chạy dao theo cả 3 trục X, Y,
Z. Cả ba trục chuyển động hịa hợp với nhau hay có quan hệ ràng buộc hàm số,
(hình 1.4).

s

Hình 1.4: Điều khiển đường viền 3D
Ta thấy đƣờng viền đƣợc gia công do cả 3 lƣợng chạy dao theo trục X, Y, Z
tạo thành. Điều khiển đƣờng viền 3D đƣợc ứng dụng để gia công các khn mẫu,
gia cơng các chi tiết có bề mặt khơng phức tạp.
Điều khiển 4D (hình 1.5a)và điều khiển 5D (hình 1.5b): Ngồi các trục tịnh
tiến X, Y và Z ở đây còn các trục quay cũng đƣợc điều khiển số. Nhờ điều khiển
4D và 5D ngƣời ta có thể gia công các chi tiết phức tạp nhƣ các khuôn rèn dập,
các khuôn đúc áp lực hoặc các cánh tua bin.

Hình1.5: Điều khiển theo đường viền 4D, 5D
- 21 -


Theo tiêu chuẩn ISO, các chuyển động cắt gọt khi gia công chi tiết trên máy
CNC phải nằm trong một hệ trục tọa độ Descarte theo nguyên tắc bàn tay phải.
Trong đó có ba chuyển động tịnh tiến theo các trục và ba chuyển động quay theo
các trục tƣơng ứng.

Hình 1.6: Ký hiệu các trục tọa độ trên máy CNC
- Trục Z tƣơng ứng với phƣơng trục chính của máy CNC, chiều dƣơng là chiều
làm tăng khoảng cách giữa dao và chi tiết gia công. Chiều quay dƣơng cùng chiều
kim đồng hồ (nhìn từ gốc tọa độ).
- Trục X tƣơng ứng chuyển động tịnh tiến lớn nhất của máy CNC. Ví dụ trên
máy phay là chuyển động chạy dao dọc, trên máy tiện là chuyển động chạy dao
ngang. Chiều dƣơng là chiều làm tăng khoảng cách giữa dao và chi tiết.
- Trục Y hình thành với hai trục1w trên trong hệ trục tọa độ. Ví dụ trên máy
phay chính là chuyển động chạy dao ngang của bàn máy, trên máy tiện khơng có
trục này.
Lƣu ý khi xét hệ trục tọa độ của máy CNC phải coi nhƣ chi tiết đứng yên, còn
dao chuyển động theo các phƣơng của hệ trục tọa độ .
Hệ trục tọa độ của máy CNC đƣợc đặt vào các loại chuẩn cơ bản sau:
M (Machine Point): Chuẩn máy, máy sẽ đo lƣờng từ vị trí này đến các vị trí
khác khi làm việc. Khơng thể thay đổi.
R (Reference Point): Chuẩn quy chiếu của máy, dùng để đóng kín khơng
- 22 -


gian làm việc của máy. Không thể thay đổi.

T (Tool Oset): Chuẩn dao. Để xác định vị trí dao cắt sau khi đã lắp dao vào ổ
dao. Không thể thay đổi.
W ( Work Point): Chuẩn chi tiết. Dùng làm gốc của hệ tọa độ làm việc trong
q trình gia cơng. Có thể thay đổi theo ý muốn của ngƣời cơng nghệ. Chuẩn này
chính là chuẩn cơng nghệ vì vậy phải đƣợc chọn trong không gian làm việc của
máy.
P ( Prorgam Point): Chuẩn thảo chƣơng. Dùng làm gốc của hệ tọa độ trong
q trình soạn thảo chƣơng trình. Có thể thay đổi theo ý muốn của ngƣời lập trình.
Chuẩn này nên trùng với chuẩn thiết kế trên bản vẽ chi tiết.
1.7. Các bƣớc thực hiện gia công trên máy CNC
a) Nghiên cứu công nghệ gia công chi tiết
- Đọc hiểu bản vẽ chi tiết: Hình dáng, độ chính xác, độ bóng và vật liệu.
- Chọn phôi, chọn máy và cách gá lắp.
- Chọn tiến trình cơng nghệ hợp lý. Chọn dao và xác định chế độ cắt gọt cho
từng bƣớc công nghệ. Lập phiếu nguyên công.
b) Thiết kế quỹ đạo cắt
- Lập quỹ đạo chuyển động của dao thật chi tiết, hợp lý và chính xác.
- Tính tốn tọa độ của các điểm chuyển tiếp trên quỹ đạo chuyển động của
dao.
Ví dụ phay: (hình 1.7)

- 23 -


Hình 1.7: Quỹ đạo chuyển động của dao khi phay
Trên hình quỹ đạo chuyển động của dao phay là quỹ đạo chuyển động của
điểm tâm và mặt đầu dao phay. Để xác định quỹ đạo chuyển động đó, khơng phải
biên dạng cắt gọt nào cũng xác định dễ dàng mà chỉ gặp những biên dạng song
song với các tọa độ của máy CNC mà thôi. Trƣờng hợp đối với các biên dạng phức
1

2

tạp hơn (2D hoặc 2 D) ngƣời lập trình có thể dùng biên của chi tiết u cầu làm
quỹ đạo chuyển động của dao nhƣng lúc này phải hiệu chỉnh bán kính dao phay.
Vấn đề hiệu chỉnh bán kính dao nhƣ thế nào cho biên dạng đƣợc cắt gọt ra cho
đúng, kỹ thuật lập trình NC sẽ giải quyết ở chƣơng sau.
Đối với các bề mặt gia công phức tạp hơn (3D, 4D hoặc 5D) quỹ đạo chuyển
động của dao phay phải đƣợc xác định nhờ trợ giúp của máy tính và các phần mềm
chuyên dụng.

- 24 -


Ví dụ tiện:

Hình 1.8: Quỹ đạo chuyển động của dao khi tiện
Dao tiện ln ln có bán kính cong R ở mũi dao. Để gia cơng chính xác, ta
phải quan tâm đến kích thƣớc này. Khi chƣơng trình chỉ thị dao tiện đến tọa độ các
điểm chuyển tiếp thì điểm đo dao sẽ đến các tọa độ đó, vì vậy khi gia công những
đƣờng cong hoặc nghiêng (không song song với hai chuyển động chạy dao của
máy tiện) sẽ gặp phải sai số. Để khắc phục sai số đó phải hiệu chỉnh bán kính mũi
dao.
Ví dụ: Để tiện tinh biên dạng (0-1-2-3-4-5) của một chi tiết, hình vẽ dƣới minh
họa cho thấy nếu khơng hiệu chỉnh bán kính mũi dao, biên dạng chi tiết sau gia
công sẽ mắc phải sai số .

- 25 -