Xây dựng bài thí nghiệm trên máy tiện CNC phục vụ cho công tác đào tạo đại học

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

ĐỖ THỊ HUẾ

XÂY DỰNG BÀI THÍ NGHIỆM TRÊN MÁY TIỆN CNC
PHỤC VỤ CHO CÔNG TÁC ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: CƠ ĐIỆN TỬ

Hà Nội – 2012


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

ĐỖ THỊ HUẾ

XÂY DỰNG BÀI THÍ NGHIỆM TRÊN MÁY TIỆN CNC
PHỤC VỤ CHO CÔNG TÁC ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC

Chuyên ngành : CƠ ĐIỆN TỬ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: CƠ ĐIỆN TỬ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
GS.TS. TRẦN VĂN ĐỊCH

Hà Nội – 2012


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan những kết quả có được trong Luận văn “ Xây dựng bài thí
nghiệm trên máy tiện CNC phục vụ công tác đào tạo Đại học” là do bản thân tôi
thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo GS.TS Trần Văn Địch và sự cộng tác giúp
đỡ của các thầy giáo trong khoa cơ khí trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật Vĩnh Phúc
nên đề tài được hoàn thành kịp tiến độ được giao. Ngoài phần tài liệu tham khảo đã
được liệt kê, các số liệu và kết quả thực nghiệm là trung thực và chưa được ai công bố
trong bất cứ công trình nào khác.

Hà Nợi, tháng 09 năm 2012
Người thực hiện

Đỡ Thị Huế

1


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn tới thầy giáo hướng dẫn GS. TS. Trần Văn Địch.
Những gợi ý và sự giúp đỡ lựa chọn đề tài luận văn tốt nghiệp, sự hướng dẫn tận tình
và sự ủng hộ thường xuyên cũng như sự động viên của thầy trong q trình thực hiện
luận văn.
Tơi cũng xin chân thành cảm ơn sự cộng tác hỗ trợ từ Phòng thực hành CNC
thuộc Trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật Vĩnh Phúc .
Xin gửi lời cảm ơn tới ban giám hiệu trường, lãnh đạo các phòng ban và các
giáo viên khoa Cơ khí trường Cao đẳng kinh tế – Kỹ thuật Vĩnh Phúc đã tạo điều

kiện, giúp đỡ để tơi hồn thành luận văn.

Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, tháng 09 năm 2012
Người thực hiện

Đỗ Thị Huế

2


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................. 1
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ 2
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................... 6
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .......................................................................... 7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỜ THỊ ................................................................ 8
Chương 1 .......................................................................................................... 14
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRÊN MÁY CNC .................................... 14
1.1. Lịch sử phát triển của máy CNC ........................................................... 14
1.2. Khái niệm máy CNC ............................................................................. 15
1.2.1. Khái niệm ....................................................................................... 15
1.2.2. Đặc điểm cấu trúc của máy công cụ điều khiển CNC. .................. 15
1.3. Hệ trục toạ độ của máy công cụ CNC................................................... 24
1.3.1. Trục Z : ........................................................................................... 24
1.3.2. Trục X : .......................................................................................... 25
1.3.3. Trục Y : .......................................................................................... 26
1.3.4. Các trục phụ: .................................................................................. 26
1.4. Các điểm chuẩn của máy công cụ CNC................................................ 26

1.4.1. Điểm chuẩn của máy M (điểm gốc O của máy) ............................ 26
1.4.2. Điểm gốc của chi tiết W ................................................................. 27
1.4.3. Điểm chuẩn của dao P .................................................................... 28
1.4.4. Điểm chuẩn của giá dao T và điểm gá dao N ................................ 28
1.4.5. Điểm điều chỉnh dao E ................................................................... 28
1.4.6. Điểm gá đặt A ................................................................................ 29
1.4.7. Điểm O của chương trình ............................................................... 29
1.5. Các dạng điều khiển của máy công cụ CNC......................................... 29
1.5.1. Điều khiển theo điểm - điểm .......................................................... 29

3


1.5.2. Điều khiển theo đường thẳng ......................................................... 30
1.5.3. Điều khiển theo biên dạng (điều khiển theo contour) .................... 30
1.6 . Quỹ đạo gia cơng ................................................................................. 33
1.7. Cách ghi kích thước của chi tiết ............................................................ 34
1.7.1. Ghi kích thước tuyệt đối ................................................................ 34
1.7.2. Ghi kích thước tương đối (theo gia số) .......................................... 35
1.7.3 Chương trình gia cơng theo hệ tọa độ tuyệt đối.............................. 36
1.7.4 Chương trình gia cơng theo hệ tọa độ tương đối. ........................... 37
1.7.5 Chương trình theo hệ tọa độ hỗn hợp: ............................................ 37
1.8. Các phương pháp lập trình .................................................................... 38
1.8.1. Lập trình bằng tay .......................................................................... 38
1.8.2. Lập trình bằng máy ........................................................................ 38
1.9. Các hình thức tổ chức lập trình ............................................................. 39
1.9.1. Lập trình tại phân xưởng ................................................................ 39
1.9.2. Lập trình trong chuẩn bị sản xuất .................................................. 40
1.10. Trình tự thiết lập một chương trình gia cơng ...................................... 40
Kết luận chương 1 ................................................................................................ 42

Chương 2 .......................................................................................................... 43
GIỚI THIỆU VỀ MÁY TIỆN CNC MODEL CK6140 .................................. 43
2.1. Giới thiệu đặc điểm chung và các thông số kỹ thuật của máy tiện CNC
CK6140 ........................................................................................................ 43
2.1.1. Đặc điểm chung về máy tiện CNC CK6140 .................................. 43
2.1.2. Các thông số kỹ thuật của máy tiện CNC CK6140 ....................... 44
2.2. Lập trình với hệ điều khiển GSK 980TDa series Turning CNC System
...................................................................................................................... 45
2.2.1. Bảng điều khiển của máy tiện CNC GSK980Tda ......................... 45
2.2.2. Hệ trục tọa độ và các điểm chuẩn .................................................. 52
2.2.3. Cấu trúc chương trình NC .............................................................. 53

4


2.2.4. Các chức năng mã lệnh G .............................................................. 54
2.2.5. Các chức năng M ........................................................................... 83
Kết luận chương 2 ................................................................................................ 84
Chương 3 .......................................................................................................... 85
XÂY DỰNG CÁC THÍ NGHIỆM TRÊN MÁY TIỆN CNC MODEL CK
6140 .................................................................................................................. 85
3.1. Điều kiện xây dựng các bài thí nghiệm................................................. 85
3.1.1. Phịng thực hành CNC ................................................................... 85
3.1.2. Phần mềm ....................................................................................... 85
3.2. Nguyên tắc xây dựng các bài thí nghiệm .............................................. 86
3.2.1. Phù hợp với mục tiêu, nội dung bài học và môn học..................... 86
3.2.2. Đơn giản và hiệu quả trong q trình thí nghiệm .......................... 86
3.3. Lập trình các bài thí nghiệm trên máy tiện CNC Model CK6140 ........ 87
3.3.1.

Phương pháp lập trình các bài thí nghiệm ................................ 87

3.3.2. Yêu cầu kỹ thuật đối với các bài thí nghiệm ................................. 87
3.3.3. Lập trình các bài thí nghiệm .......................................................... 87
3.3.4. Trình tự các bước tiến hành các bài thí nghiệm ........................... 105
3.4. Kiểm tra độ chính xác của sản phẩm .................................................. 110
3.4.1. Quy định về cấp chính xác ........................................................... 110
3.4.2. Độ chính xác gia cơng và các phương pháp xác định độ chính xác
................................................................................................................ 111
3.4.3. Các nguyên nhân gây ra sai số gia công ...................................... 111
3.4.4. Khả năng đạt độ chính xác gia cơng bằng phương pháp cắt gọt 112
3.4.5. Kiểm tra độ chính xác kích thước của sản phẩm ......................... 112
Kết luận chương 3: ............................................................................................. 114
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ......................................................... 115
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 116

5


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
NC

Điều khiển số

Numerical Control

CAD Computer Aided Design

Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính

CAM Computer Aided Manufacturing

Sản xuất có sự trợ giúp của máy tính

CNC Computer Numerical Control

Điều khiển số bằng máy tính

2D

2 Dimension

Khơng gian 2 chiều

3D

3 Dimension

Không gian 3 chiều

PP

Post Processor

Hậu xử lý

CLD Cutter Location Data

Chương trình xử lý

PC

Máy tính cá nhân

Personal Computer

PLC Programmable Logic Controller

Bộ điều khiển PLC

FMS Flexible manufacturing system

Hệ thống sản xuất linh hoạt

CIM Computer Integrated manufacturing

Hệ thống sản xuất tích hợp

with planning, design and manufacturing

6


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRÊN MÁY CNC
Bảng 1.1 Trình tự thiết lập một chương trình gia cơng
Chương 2 :GIỚI THIỆU VỀ MÁY TIỆN CNC MODEL CK6140
Bảng 2.1.1. Thông số kỹ thuật của máy tiện CNC CK6140
Bảng 2.2.1 Bảng điều khiển của máy tiện CNC GSK980Tda
Bảng 2.2.4. Chức năng của mã lệnh G

Chương 3 : XÂY DỰNG CÁC THÍ NGHIỆM TRÊN MÁY TIỆN CNC
MODEL CK 6140

Bảng 3.4. Bảng giá trị kết quả đo độ chính xác kích thước 8 chi tiết bài thí
nghiệm 1
Bảng 3.5. Bảng giá trị kết quả đo độ chính xác kích thước 8 chi tiết bài thí
nghiệm 5

7


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỜ THỊ
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ TRÊN MÁY CNC

Hình 1.1. Các trục điều khiển được trên máy tiện
Hình 1.2. Các trục điều khiển trên máy phay
Hình 1.3. Các trục quay và trục bước tiến trong tọa độ Đề - các
Hình 1.4. Truyền động của bàn máy với vít me bi

Hình 1.5. Truyền động vít me bi với đai ốc hai nửa khơng có khe hở
Hình 1.6. Thiết bị gá và thay dao
Hình 1.7. Mơ hình khái qt CNC
Hình 1.8. Hệ trục toạ độ của máy CNC
Hình 1.9. Quy tắc bàn tay phải
Hình 1.10. Hệ toạ độ của máy CNC
Hình 1.11.Điểm M của máy khoan và phay
Hình 1.12. Điểm M của máy tiện
Hình 1.13. Điểm gốc của chi tiết W
Hình 1.14. Điểm chuẩn P của dao
Hình 1.15. Điểm của giá dao T và điểm gá dao N

Hình 1.16. Điểm điều chỉnh dao E
Hình 1.17. Điểm gá đặt A
Hình 1.18. Điểm O của chương trình
Hình 1.19. Điều khiển điểm- điểm
Hình 1.20. Điều khiển đường thẳng
Hình 1.21. Điều khiển theo contour 2D
1
Hình 1.22. Điều khiển contour 2 D
2

Hình 1.23. Điều khiển contour 3D
Hình 1.24. Điều khiển contour 4D, 5D

8


Hình 1.25. Sơ đồ quỹ đạo của tâm dao
Hình 1.26. Ghi kích thước tuyệt đối
Hình 1.27. Ghi kích thước tương đối
1.7.3 Chương trình gia cơng theo hệ tọa độ tuyệt đối
1.7.4 Chương trình gia cơng theo hệ tọa độ tương đối
1.7.5 Chương trình theo hệ tọa độ hỗn hợp
Chương 2 :GIỚI THIỆU VỀ MÁY TIỆN CNC MODEL CK6140
Hình 2.1. Cấu tạo máy tiện CNC model CK1640
Hình 2.2. Các điểm chuẩn của máy
Hình 2.3. Chạy dao nhanh G00
Hình 2.4. Ví dụ quá trình chạy dao nhanh G00
Hình 2.5. Nội suy theo đường thẳng G01
Hình 2.6. Ví dụ q trình gia cơng theo G01
Hình 2.7. Nội suy theo G02

Hình 2.8. Nội suy theo G03
Hình 2.9. Cách xác định chiều G02 và G03
Hình 2.10. Chương trình gia cơng với G02, G03
Hình 2.11. Nội suy theo cung trịn đi qua 3 điểm G05
Hình 2.12. Nội suy theo đường elip G6.2 và G6.3
Hình 2.13. Cách xác định chiều G6.2 và G6.3
Hình 2.14. Cách xác định góc nghiêng Q theo G6.2 và G6.3
Hình 2.15. Q trình gia cơng theo G6.2
Hình 2.16. Nội suy theo đường Parabol theo chiều kim đồng hồ G7.3
Hình 2.17. Nội suy theo đường Parabol theo ngược chiều kim đồng hồ G7.3
Hình 2.18. Cách xác định chiều quay của parabol giữa G7.2 và G7.3
Hình 2.19. Ví dụ q trình gia cơng theo parabol G7.3
Hình 2.20. Vát mép từ đường thẳng tới đường thẳng

9


Hình 2.21. Vát mép từ đường thẳng tới cung trịn
Hình 2.22. Vát mép từ cung trịn đến cung trịn
Hình 2.24. Bo cung trịn từ đường thẳng tới đường thẳng
Hình 2.23. Vát mép từ cung trịn đến đường thẳng
Hình 2.25. Bo cung trịn từ đường thẳng tới cung trịn
Hình 2.26. Bo cung từ cung trịn đến cung trịn
Hình 2.27. Bo cung từ cung trịn đến đường thẳng
Hình 2.28. Tự động bù dao theo G36, G37
Hình 2.29. Chu trình tiện trụ hướng trục
Hình 2.30. Chu trình tiện cơn hướng trục
Hình 2.31. Ví dụ q trình gia cơng theo G90
Hình 2.32. Chu trình tiện trụ hướng kính
Hình 2.33. Chu trình tiện trụ hướng kính

Hình 2.34. Ví dụ chu trình tiện hướng kính G94
Hình 2.35.Chu trình tiện thơ hướng trục G71
Hình 2.36. Ví dụ q trình gia cơng sử dụng chu trình tiện thơ hướng trục G71
Hình 2.37. Chu trình tiện thơ hướng kính
Hình 2.38. Ví dụ q trình gia cơng sử dụng chu trình tiện thơ hướng kính G72
Hình 2.39. Chu trình tiện thơ theo biên dạng G73
Hình 2.40. Ví dụ q trình gia cơng sử dụng chu trình tiện thơ theo biên dạng G73
Hình 2.41. Chu trình tiện cắt rãnh hướng trục G74
Hình 2.42. Ví dụ q trình gia cơng sử dụng chu trình cắt rãnh hướng trục G74
Hình 2.43. Chu trình tiện cắt rãnh hướng kính G75
Hình 2.44. Ví dụ q trình gia cơng sử dụng chu trình cắt rãnh hướng kính G75
Hình 2.45. Tiện ren với bước khơng đổi G32
Hình 2.46. Ví dụ q trình gia cơng tiện ren với bước khơng đổi G32
Hình 2.47. Tiện ren với bước thay đổi G34

10


Hình 2.48. Ví dụ q trình ta rơ ren G33
Hình 2.49. Chu trình tiện ren G92
Hình 2.50. Ví dụ chu trình tiện ren với G92
Hình 2.51. Chu trình tiện ren hỗn hợp G76
Hình 2.52. Ví dụ q trình tiện ren hỗn hợp G76
Chương 3 : XÂY DỰNG CÁC THÍ NGHIỆM TRÊN MÁY TIỆN CNC
MODEL CK 6140
Hình 3.1. Bản vẽ chi tiết gia cơng bài thí nghiệm 1
Hình 3.2. Bản vẽ chi tiết gia cơng bài thí nghiệm 2
Hình 3.3. Bản vẽ chi tiết gia cơng bài thí nghiệm 3
Hình 3.4. Bản vẽ chi tiết gia cơng bài thí nghiệm 4
Hình 3.5. Bản vẽ chi tiết gia cơng bài thí nghiệm 5

Hình 3.6. Bản vẽ chi tiết gia cơng bài thí nghiệm 6
Hình 3.7. Bản vẽ chi tiết gia cơng bài thí nghiệm 7
Hình 3.8. Bản vẽ chi tiết gia cơng bài thí nghiệm 8
Hình 3.9. Mơ phỏng q trình gia cơng
Hình 3.10. Hộp thoại kết nối dữ liệu từ phần mềm TDcomm2 sang máy tiện
CNC Model CK 6140
Hình 3.11. Hộp thoại hiển thị chương trình các bài thí nghiệm
Hình 3.12. Hộp thoại hiển thị chương trình bài thí nghiệm 1
Hình 3.13. Xác định điểm W của chi tiết gia cơng
Hình 3.14. Hộp thoại Offset dao
Hình 3.15. Ảnh chụp quá trình gia cơng bài thí nghiệm 1
Hình 3.16. Thước kẹp điện tử

11


PHẦN MỞ DẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong tiến trình cơng nghiệp hóa hiện đại hóa đất Nước nền cơng nghiệp cơ khí
của nước ta đang phát triển theo hướng tự động hóa, thiết kế và gia cơng với sự trợ
giúp của máy tính. Điều đó địi hỏi sự hồn thiện và phát triển khơng ngừng của các
doanh nghiệp sản xuất cơ khí và các cơ sở đào tạo.
Để thực hiện mục tiêu trên, các doanh nghiệp cơ khí và các cơ sở đào tạo trong
nước đã và đang đầu tư ngày càng nhiều các máy công cụ hiện đại, xong vấn đề khai
thác và sử dụng có hiệu quả kinh tế kỹ thuật đang là một đòi hỏi bức thiết đặc biệt là
vấn đề đào tạo nguồn nhân lực khoa học cơng nghệ có khả năng tiếp cận, làm chủ và
khai tháchiệu quả các máy CNC hiện đại.
Trước tình trạng như vậy Trường Cao đẳng kinh tế kỹ thuật Vĩnh Phúc đã đầu tư
một số máy CNC để phục vụ cho việc đào tạo chất lượng cao. Việc nghiên cứu tìm
hiểu, khai thác và xây dựng các bài thực hành trên máy CNC phục vụ công tác nghiên

cứu và giảng dạy cho sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật cơ khí là một u cầu có tính
bức thiết.
Xuất phát từ lý do đó tơi đã lựa chọn đề tài “Xây dựng bài thí nghiệm trên máy
tiện CNC phục vụ cho công tác đào tạo Đại học” làm đề tài tốt nghiệp.
2. Mục đích nghiên cứu
- Nhằm đưa ra những kiến thức cơ bản về: Tổng quan về CNC (khái niệm, đặc điểm
về CNC, các phương pháp điều khiển CNC, các hình thức tổ chức lập trình trên CNC…).
- Xây dựng các bài thí nghiệm trên máy tiện CNC phục vụ công tác đào tạo Đại
học và ứng dụng vào xây dựng các bài thực hành tiện CNC phục vụ công tác đào tạo
tại trường Cao đẳng Kinh tế – Kỹ thuật Vĩnh phúc
3. Đối tượng nghiên cứu
- Máy tiện CNC Model CK 6140 và hệ điều khiển GSK 980 Tda Series Turning
CNC system.

12


- Nghiên cứu phần mềm Mastercam V9.1 vào việc lập trình các bài thí nghiệm.
- Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng độ chính xác kích thước nhằm nâng cao năng
suất và chất lượng sản phẩm các bài thí nghiệm.
- Nghiên cứu xây dựng một số bài thực hành tiện CNC của ngành Cơng nghệ kỹ
thuật cơ khí tại Trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật Vĩnh Phúc
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần bổ sung cho co sở
lý thuyết về nghiên cứu máy CNC để ứng dụng vào công tác giảng dạy.
Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở để nâng cao hiệu quả
giảng dạy trong các trường Cao đẳng, Đại học cũng như nâng cao khả năng thiết kế,
vận hành máy CNC của sinh viên tạo ra nguồn nhân lực cao trong Tỉnh.
5. Phương pháp nghiên cứu.
Mục đích của đề tài nghiên cứu xây dựng các bài thí nghiệm trên máy tiện CNC

phục vụ công tác đào tạo Cao đẳng, Đại học, tác giả chọn phương pháp nghiên cứu lý
thuyết kết hợp với thực nghiệm.
- Nghiên cứu lý thuyết về công nghệ gia cơng trên máy tiện CNC, tổng quan về
q trình dạy và học và đề cương nội dung chương trình đào tạo môn học thực hành
tiện CNC.
- Nghiên cứu thực nghiệm tiến hành trình tự các bước thực hiện các bài thí
nghiệm trên máy tiện CNC và cách kiểm tra đánh giá chất lượng sản phẩm.
6. Nội dung nghiên cứu của đề tài
Nội dung nghiên cứu bao gồm:
-

Nghiên cứu tổng quan về công nghệ trên máy CNC

-

Giới thiệu về máy tiện CNC Model CK 6140

-

Xây dựng các bài thí nghiệm trên máy tiện CNC Model CK 6140.

13


Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRÊN MÁY CNC
1.1. Lịch sử phát triển của máy CNC
Lịch sử phát triển của NC bắt nguồn từ các mục đích về quân sự hàng không vũ trụ
khi mà yêu cầu các chỉ tiêu về chất lượng của máy bay, tên lửa, xe tăng .. là cao nhất (có độ
chính xác và độ tin cậy cao nhất, có độ bền và tính hiệu quả khi sử dụng cao).

Năm 1947, John Pasons nảy ra ý tưởng áp dụng điều khiển tự động vào quá
trình chế tạo cánh quạt máy bay trực thăng ở Mỹ. trước đó, việc gia cơng và kiểm tra
biên dạng của cánh quạt phải dùng các mẫu chép hình, sử dụng dưỡng, do đó rất lâu và
khơng kinh tế. Ý định dùng bìa xuyên lỗ để doa các lỗ bằng cách cho tín hiệu điều
khiển hai bàn dao, đã giúp Pasons phát triển hệ thống Digital của ông. Với kết quả này,
năm 1949, ông ký hợp đồng với USAF (US Ari Force) nhằm chế tạo một loại máy cắt
theo biên dạng tự động. Pasons yêu cầu trợ giúp để sử dụng phòng thí nghiệm điều
khiển tự động của Viện Cơng Nghệ Massachusetts (M.I.T) nơi được chính phủ Mỹ tài
chợ để chế tạo một loại máy phay 3 tọa độ điều khiển bằng chương trình số.
Sau 5 năm nghiên cứu, J. Pasons 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 nghành công nghiệp hàng không Mỹ đã nhanh chóng ứng dụng, phát
triển và đã sản sinh ra thế hệ máy mới (CNC) cho phép phay các biên dạng phức tạp,
tạo hình với hai, ba, bốn và năm trục (3 tịnh tiến 2 quay).
Các nước châu Âu và Nhật Bản phát triển có chậm hơn một vài năm, nhưng
cũng có những đặc điểm riêng, chẳng những về kỹ thuật, mà cả về kết cấu như kết cấu
trục chính, cơ cấu chứa dao v.v…
Từ đó đến nay, hàng loạt máy CNC ra đời với đủ chủng loại và phát triển khơng
ngừng. Sự phát triển đó dựa vào thành tựu của các ngành: máy tính điện tử, điện tử

14


công nghiệp và điều khiển tự động v.v… Nhất là trong thập kỷ 90, máy CNC đã đổi
mới nhanh chóng chưa từng có trong lĩnh vực tự động.
1.2. Khái niệm máy CNC
1.2.1. Khái niệm
CNC là viết tắt của Computer Numerical Control: điều khiển số bằng máy tính
Máy cơng cụ CNC là loại máy gia cơng sử dụng các chương trình đã được lập trình sẵn

để gia cơng các chi tiết.
Các chương trình gia cơng được đọc cùng một lúc và được lưu trữ vào bộ nhớ.
Khi gia cơng, Máy tính đưa ra các lệnh điều khiển máy, Máy công cụ CNC có khả
năng thực hiện các chức năng như: nội suy đường thẳng, nội suy cung tròn, mặt xoắn,
mặt parabol v.v... Máy CNC cũng có khả năng bù chiều dài và đường kính dụng cụ.
Tất cả các chức năng trên đều được thực hiện nhờ một phần mềm của máy tính.
1.2.2. Đặc điểm cấu trúc của máy cơng cụ điều khiển CNC.
* Điều khiển trục quay và trục bước tiến
Gia cơng chi tiết trên máy cơng cụ CNC địi hởi các trục bước tiến có thể điều
khiền và điều chỉnh, chúng được tryền động bởi các động cơ servo độc lập. Do đó tay
quay chính yếu của máy cơng cụ thơng thường khơng cịn dung đến trên máy cơng cụ
CNC hiện đại.
Các máy tiện CNC: có ít nhất hai trục bước tiến có thể điều khiển hay điều
chỉnh, được đánh dấu theo phương X và phương Z.

Hình 1.1. Các trục điều khiển được trên máy tiện

15


Các máy phay CNC: Có ít nhất ba trục bước tiến có thể điều khiển hay điều
chỉnh, được đánh dấu theo các phương X, Y, Z.

Hình 1.2. Các trục điều khiển trên máy phay
Ngoài chuyển động dọc theo các trục X, Y và Z cịn có thể điều khiển các
chuyển động quay quanh mỗi trục. các chuyển động quay này có thể điều khiển và
đánh dấu bằng A, B và C.

Hình 1.3. Các trục quay và trục bước tiến trong tọa độ Đề - các
Thơng thường có các trục bước tiến điều khiển được tiếp theo, các trục này

được ký hiệu bởi U, V và W. Thêm vào đó là các trục quay điều chỉnh được để có thể

16


xoay bàn máy, trục đối xứng và thiết bị mang dao không bị phụ thuộc vào các trục
bước tiến. Chúng được ký hiệu A, B và C.
Bàn xe dao và bàn máy khi gia công được dịch chuyển bởi các truyền động
bước tiến, những truyền động này phải đáp ứng được các u cầu cao nhất vì độ chính
xác gia cơng và độ chính xác lập lại cao. Do vậy các chuyển động của mỗi trục phải
được tiến hành với tốc độ bước tiến cao và thời gian định vị là nhanh nhất. Để đáp ứng
những yêu cầu trên một cơ cấu hiện đại phải bao gồm các thành phần:

Hình 1.4. Truyền động của bàn máy với vít me bi
- Động cơ chính thường dùng động cơ dịng một chiều hoặc dịng điện xoay
chiều. Bộ ly hợp cơ khí chống lại sự quá tải cũng như được điều khiển bằng điện từ.
- Bộ víme/ đai ốc/ bi có khả năng biến đổi truyền dẫn dễ dàng, ít ma sát và
khơng có khe hở khi truyền với tốc độ cao. Để có thể dịch chuyển chính xác trên các
biên dạng, các trục truyền dẫn khơng được phép có khe hở và cũng khơng được phép
có hiệu ứng stick-slip (hiện tượng trượt lùi do lực cản ma sát). Bộ vítme/ đai ốc/ bi là
giải pháp kỹ thuật đảm bảo được yêu cầu đó.
- Phương thức tác dụng của vítme/ đai ốc/ bi: Các viên bi nằm trong rãnh vítme
và đai ốc đảm bảo truyền lực ít ma sát từ trục vítme qua đai ốc vào bàn máy. nhờ hai
nửa đai ốc lắp theo chiều dài giữa chúng có vịng cách, có thể điều chỉnh khử khe hở
theo hai chiều đối ngược.
- Cảm biến đo hệ thống đo hành trình hầu hết được đặt ở cuối mỗi trục.
- Khuếch đại cong suất với các thiết bị giao tiếp bằng số (digital) hoặc tương tự
(annalog) để điều khiển CNC.

17

Truyền động bước tiến được liên kết với thiết bị đo cho việc đo vị trí được chính
xác. Mỗi trục bước tiến cần một hệ thống đơ hành trình với việc sử lý tự động các tín
hiệu đo. Khoảng được ứng dụng khi đo chiều dài thông thường mang trị số 0.001 mm,
riêng trục X của máy tiện (Kích thước đường kính) cần là 0.0005mm và trường hợp
máy mài là 0.0001mm.
Để đạt được độ chính xác trong q trình dịch chuyển, các cơ cấu truyền động
thường dung vít bi. Nếu chuyển động của trục được thực hiện bởi động cơ, thì đai ốc bi
được dịch chuyển hầu như khơng có khe hở theo chiều dọc và đẩy xa dao hoặc bàn
máy tương ứng theo băng máy.

Hình 1.5. Truyền động vít me bi với đai ốc hai nửa khơng có khe hở
Trong suốt quá trình truyền động hai nửa của đai ốc bi được kẹp tựa vào với
nhau bảo đảm khi hở và ma sát của ren là nhỏ nhất. Để đảm bảo khi hở của ren là nhỏ
nhất hai nửa của đai ốc bi được hiệu chỉnh trước, do vậy độ chính xác kích thước khi
gia cơng có thể đạt được. Khả năng lỗi về bước của trục vít me bi có thể được cân đối
tự động bởi sự hiệu chỉnh lỗi về bước của trục.Những khả năng khác như thanh
răng/bánh răng và trục vít/ đai ốc. Sai số gia cơng trong q trình sản suất trục vít me
bi có thể được hiệu chỉnh bởi hệ thống CNC hiện đại với sự cân đối lỗi về bước của
trục. Thêm vào đó các dung sai được nhận biết với hệ thống đo lade (laser) và được lưu
trữ trong hệ thống điều khiển CNC.

18


* Truyền động chính và các trục công tác
Truyền động của máy CNC phải truyền công suất cắt cần thiết bởi các động cơ
truyền động tương ứng qua trục công tác để gia cơng chi tiết thích hợp. Ngồi ra cịn có
tổn thất do ma sát thường gặp trong bộ phận cơ khí mà độ tác độngvề mặt kích thước của

nó phải được xác định cho máy CNC. Độ ổn định về mặt truyền động được đặt ra, mặc dù
lực gia cơng cao nhưng mơmen quay ở mọi vị trí phải được ổn định. Đồng thời phải có đủ
động lực để làm chủ sự thay đổi nhanh chóng của tốc độ cắt và không bị rung.
Trước kia các trục công tác và trục truyền động đối xứng trên các máy công cụ
CNC được truyền động bằng động cơ điện một chiều. Để giữ cho tốc độ cắt ổn định
cần có những u cầu về số vịng quay của các mơ tơ, ví dụ để tiện các đường kính
khác nhau, tốc độ của động cơ này được điều chỉnh vô cấp trong một phạm vi rộng.
Nhược điểm của động cơ một chiều này là có chổi than bị mài mịn, do đó cần phải
kiểm tra thường xuyên chổi than và thay thế kịp thời.
Với sự phát triển tiến bộ của các linh kiện vi điện tử, ngày nay hầu hết sử dụng
động cơ điện bap ha. Bất lợi về điều khiển số vòng quay phức tạp đã được bỏ qua thay
vào đố là giá thành cao bởi điều khiển bằng điện tử.
Có hai loại động cơ ba pha: động cơ khơng đồng bộ và động cơ đồng bộ.chúng
có ưu điểm hơn so với động cơ điện một chiều. Khi cùng kích thước mômen quay đạt
được cao hơn động cơ điện một chiều. Ngồi ra số vịng quay cao hơn tối đa ba lần và
công suất cao hơn. Các động cơ này làm việc khơng cần chổi than, khơng có cổ góp do
vậy khơng địi hỏi cao ở việc bảo trì.
Trục cơng tác được tiêu chuẩn hóa đảm bảo khả năng thay đổi tối đa các thiết bị
kẹp. Trong máy CNC trục công tác cũng như các bộ phận khác được chế tạo chắc chắn
hơn so với máy công cụ thong thường vì gia tốc nhanh hơn (10 đến 40m/s2) và cơng
suất cắt cao hơn.

19


* Thiết bị kẹp chi tiết
Các thiết bị kẹp dung để định vị chính xác và kẹp chặt chi tiết gia công trên trục
công tác (đối với tiện) hoặc trên bàn máy (đối với máy phay). Chi tiết gia công phải
được kẹp sao cho tuyệt đối khơng cịn khe hở, vị trí phải được xác định một cách chính
xác và chắc chắn đồng thời hoàn toàn chống lại lực cắt. Thiết bị kẹp chi tiết rất phong

phú và đa dạng và phong phú.
Trong tương lai việc cấp và lấy chi tiết gia công trong gia công tiện sẽ được thực hiện
bởi tay máy (robot). Các mâm cặp điều khiển được với nhiều dạng khác nhau đang được sử
dụng phổ biến. Những mâm cặp này được thiết kế cho phép điều khiển việc đóng, mở các
chấu kẹp tự động bằng khí nén hoặc bằng thủy lực. Lực kẹp có thể được điều chỉnh cao hoặc
thấp phụ thuộc trọng lượng vật liệu, chiều dài/đường kính của chi tiết, chiều sâu kẹp và các
đặc điểm cắt khác.
Những mâm cặp làm việc với số vịng quay cao đều có sự hiệu chỉnh lực ly tâm,
do đó lực kẹp khơng bị giảm bởi lực ly tâm. Cân đối lực ly tâm là dung một đối trọng
với lực ly tâm của các chấu kẹp, lực kẹp được giữ ổn định với sự hiệu chỉnh này. Làm
việc giữ hai mũi tâm thong thường được sử dụng tốc truyền, tốc mặt đầu và mũi tâm
quay điều khiển được. Các chi tiết nhở được kẹp bởi hệ thống kẹp rút.
Trong gia cơng phay CNC chức năng chính của thiết bị kẹp là định vị chính xác
vị trí của chi tiết. Việc kẹp chi tiết cần được diễn ra sao cho kẹp và thay đổi chi tiết gia
công một cách dễ dàng, chính xác và nhanh chóng. Các êtơ kẹp thủy lực được sử dụng
trong các q trình gia cơng các chi tiét đơn giản. Trường hợp chi tiết phay gia cơng ở
nhiều phía thì việc gia cơng đồng bộ địi hỏi càng ít lần kẹp càng tốt. Trường hợp gia
công chi tiết phay phức tạp cần phải chế tạo đồ gá cũng như khả năng xoay tự động
hoặc sử dụng hệ thống đồ gá modul hoàn chỉnh do vậy cho phép gia công đồng bộ mà
không cần phải đổi kẹp. Các tấm gá giúp người vận hành máy gá đặt chi tiết gia cơng
tiếp theo ở bên ngồi khơng gian làm việc của máy CNC, sau đó được tự động mang
vào đúng vị trí gia cơng, hình thức này đang được sử dụng rộng rãi.

20


* Thiết bị gá và thay dao
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, nhưng thiết bị thay dao
này có thể đồng thời chứa được nhiều dao khác nhau và lắp đặt dao vào vị trí cơng tác

theo chương trình NC. Thường có các loại sau:
- Đầu rơvolve chứa dao;
- Ổ chứa dao.

Đầu rơvolve chứa dao

Ổ chứa dao dạng xích
Hình 1.6. Thiết bị gá và thay dao

Đầu rơvolve chứa dao thường dung cho máy tiện vầ ổ chứa dao thường dung
cho máy phay. Khi chương trình NC gọi một dao mới đầu rơvolve sẽ quay dao được
yêu cầu vào đúng vị trí cơng tác, cơng việc thay dao chỉ diễn ra trong vài giây.
Phụ thuộc vào dạng cấu trúc và kích thước, đầu rơvolve của máy tiện – CNC có
thể mang 8 đến 16 dao. Trong những trung tâm gia cơng lớn có đến 3 đầu rơvolve có
thể sử dụng đồng thời. Nếu trong các trung tâm gia cơng cần nhiều hơn 48 dao, thì ổ
chứa với các dạng khác nhau có thể chứa đến 100 dao hoặc nhiều hơn nữa. Có các loại
ổ chứa dao dài, ổ chứa dao vòng, ổ chưa dao dạng đĩa, ổ chứa dao dạng xích và ổ
chứa dao dạng hộp.
Thiết bị thay dao tự động

21


Trong ổ chứa dao, việc thay đổi dao diễn ra do một hệ thống cần gạt gọi là cần
thay dao (2) thực hiện. Quá trình thay đổi dao với cần gạt kép diễn ra sao khi có một
dao mới được gọi từ chương trình NC như sau:
+ Định vị dao mong muốn trên ổ chứa dao vào vị trí thay dao;
+ Trục cơng tác ở vị trí thay dao;
+ Quay thiết bị kẹp dao (cần gạt) vào vị trí dao cũ trên trục cơng tác và
vào vị trí dao mới trên ổ chứa dao;

+ Lấy các dao ở trên trục cơng tác và ổ chứa dao, sau đó quay thiết bị kẹp dao;
+ Đặt dao mới vào vị trí cơng tác và dao cũ vào ổ chưa dao;
+ Quay thiết bị kẹp dao về vị trí ban đầu.
Nhờ thiết bị thay dao tự động này nên tiến trình thay dao chỉ diễn ra trong khoảng 6
đến 15 giây, thiết bị thay dao nhanh nhất hiện nay đạt được là một giây.
1.2.3. Mơ hình khái qt CNC

Hình 1.7. Mơ hình khái quát CNC

22


Máy gồm hai phần chính
a) Phần điều khiển: Gồm chương trình điều khiển và các cơ cấu điều khiển.
- Chương trình điều khiển: là tập hợp các tín hiệu (gọi là lệnh – được trình bày
kỹ ở chương 2) để điều khiển máy, được mã hóa dưới dạng chữ cái, số và một số kỹ
hiệu khác như dấu +, -, dấu chấm …... Chương trình này được biểu thị dưới dạng mã
số (cụ thể là mã thập – nhị phân băng đục lỗ, mã nhị phân như bộ nhớ của máy tính).
- Các cơ cấu điều khiển: nhận tín hiệu từ cơ cấu đọc chương trình, thực hiện các
phép biến đổi cần thiết để có được tín hiệu phù hợp với điều kiện hoạt động của cơ cấu
chấp hành, đồng thời kiểm tra sự hoạt động của chúng thông qua các tín hiệu được gửi
về từ các cảm biến liên hệ ngược. Bao gốm các cơ cấu đọc, cơ cấu giải mã, cơ cấu
chuyển đổi, bộ sử lý tín hiệu, cơ cấu nội suy, cơ cấu so sánh, cơ cấu khuếch đại, cơ cấu
đo hành trình, cơ cấu 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 thốngđiều khiển máy
CNC. Việc tìm hiểu nguyên lý cấu tạo của các thiết bị này địi hỏi các kiến thức từ các
giáo trình chuyên ngành khác, cho nên ở đay chỉ giới thiệu khái quát.
b. Phần chấp hành: Gốm máy cắt kim loại và một số cơ cấu phục vụ vấn đề tự động
hóa như các cơ cấu tay máy, ổ chứa dao, bôi trơn, tưới trơn, hút thổi phoi, cấp phôi…
Cũng như các loại máy cắt kim loại khác, đây là bộ phận trực tiếp tham gia cắt gọt

kim loại để tạo hình chi tiết. Tùy theo khả năng cơng nghệ của loại máy mà có các bộ
phận: hộp tốc độ, hộp chạy dao, thân máy, sống trượt, bàn máy trục chình, ổ chứa dao, …
Kết cấu từng bộ phận chính chủ yếu như máy vạn năng thơn thường nhưng có một
vài khác biệt nhỏ để đảm bảo quá trình điều khiển tự động được ổn định, chính xác, năng
suất và đặc biệt là mở rộng khả năng công nghệ của máy.
Hộp tốc độ: phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn, thường là truyền động vơ cấp trong
đó sử dụng các ly hợp điện tử để thay đổi tốc độ dễ dàng.
Hộp chạy dao: có nguồn dẫn động riêng, thường là các động cơ bước. Trong
truyền động xích, sử dụng các phương pháp khử khe hở của các bộ

23