Nghiên cứu tích hợp môđun trục chính, chạy dao, thay dao của máy tiện cnc cỡ nhỏ với phần mềm điều khiển cnc

Bùi duy thịnh

bộ giáo dục và đào tạo
trường đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------

luận văn thạc sĩ khoa học
ngành : công nghệ cơ khí

ngành cơ khí

Nghiên cứu tích hợp môđun trục chính,
Chạy dao, thay dao của máy tiện CNC cỡ nhỏ
Với phần mềm điều khiển CNC

Bùi duy thịnh

2007 - 2009
Hà Néi
2009

Hµ Néi 2009


Luận văn thạc sỹ khoa học

1

bộ giáo dục và đào tạo
trường đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------

Bùi duy thịnh

Nghiên cứu tích hợp môđun trục chính, chạy dao,
thay dao của máy tiện CNC cỡ nhỏ với phần mềm điều
khiển CNC

Chuyên ngành : máy và dụng cụ công nghiệp

luận văn thạc sĩ ngành cơ khí
hướng dẫn khoa học
Pgs. Ts. phạm văn hùng
Pgs. Ts. liang chi chen

Hµ néi – 2009


Luận văn thạc sỹ khoa học

2

LờI CAM đOAN
Tôi xin cam đoan những kết quả trong luận văn là do bản thân tôi thực hiện
dựa trên sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn khoa học và các tài liệu tham khảo
trích dẫn

Học viên
Bùi Duy Thịnh

Luận văn thạc sỹ khoa học

3

Mục lục
LờI CảM ơN ........................................................................................................................ 4
Mở đầU ............................................................................................................................... 5
CHƯƠNG I ........................................................................................................................... 7
TổNG QUAN Về ĐIềU KHIểN Số ................................................................................. 7
1.1. CáC KHáI NIệM Cơ BảN Và địNG NGHĩA Về đIềU KHIểN Sẩ .......................................................... 7
1.2. QUá TRìNH PHáT TRIểN, TRìNH đẫ HIệN TạI MáY CôNG Cễ Và CôNG NGHệ GIA CôNG đIềU
KHIểN THEO CHươNG TRìNH Sẩ ................................................................................................................. 8
1.3. CHỉC NăNG Và CấU TạO đIềU KHIểN Sẩ............................................................................................ 9
1.4. Hệ THẩNG Dữ LIệU Và CấU TRểC CHươNG TRìNH LàM VIệC TRêN MáY đIềU KHIểN Sẩ ........... 14

Chương II ......................................................................................................................... 19
Máy Tiện CNC ............................................................................................................... 19
2.1. CáC THàNH PHầN CẹA MáY TIệN CNC. .............................................................................................. 19
2.2. KHả NăNG CôNG NGHệ CẹA MáY TIệN CNC ..................................................................................... 24
2.3. MôđUN TROC CHíNH: .......................................................................................................................... 24
2.4. MôđUN THAY DAO: ............................................................................................................................. 27
2.5. MôđUN CHạY DAO .............................................................................................................................. 28
2.6. Cơ CấU TRUYềN đENG: ....................................................................................................................... 30
2.7. Cơ CấU DẫN HưING TRONG MáY CôNG CO CNC ................................................................................ 38

Chương III Thiết kế phần cứng ............................................................................ 46
3.1. PHâN TíCH đẫNG HC MáY TIệN CNC DạY HC: ........................................................................... 46
3.2. THIếT Kế đENG LUC HC TRONG MáY ................................................................................................ 48
3.3. MôđUN TROC CHíNH: .......................................................................................................................... 49
3.4. MôđUN CHạY DAO: ............................................................................................................................. 53

3.5. MôđUN THAY DAO: ............................................................................................................................. 61
3.6. Cơ CấU DẫN HưING: ............................................................................................................................ 66

Chương IV Thiết kế mạch điều khiển ................................................................ 69
Chương V: tích hợp phần mềm điều khiển ...................................................... 98
mach 3 turning ........................................................................................................... 98
5.1. GIÍI THIƯU PHÇN MỊM MACH 3 TURNING: ............................................................................................. 98
5.2. CáC đặC đIểM Và THUậT NGữ ......................................................................................................... 100
5.3. KÕT NÈI MACH3 VÍI PHÇN CØNG ........................................................................................................... 102
5.4. THIÕT LËP MACH3 VÍI M¸Y TIƯN CNC ................................................................................................. 107

KÕT LN ....................................................................................................................... 117
tài liệu tham khảo ............................................................................................... 118


Luận văn thạc sỹ khoa học

4

LờI CảM ơN
Tác gi xin chân thnh cm ơn PGS. TS. Phạm Văn Hùng, PGS.TS. Liang Chi
Chen đà tận tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu trong quá trình nghiên cứu và làm luận
văn. PGS đà dành nhiều thời gian, công sức giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi
để tác giả hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô giáo trong Bộ môn Máy v Ma
sát hc, Khoa C khí, Trường ĐHBK Hà nội cùng bạn bè và đồng nghiệp đà tạo
iều kiện thuận lợi và giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn cũng như toàn bộ khóa
học.
Học viên
Bùi Duy Thịnh

Luận văn thạc sỹ khoa học

5

Mở đầU
I. Lý DO CHọN đề TàI
Hiện nay hầu hết các sinh viên tại các trường đại học kỹ thuật hiện nay tại
Việt Nam chỉ tìm hiểu các máy công cụ điều khiển số CNC qua sách vở và lý thuyết
mà ít được thực hành.
Với yêu cầu nâng cao kiến thức thực hành của sinh viên về máy công cụ điều
khiển số CNC nên tác giả đà chọn đề tài :Nghiên cứu tích hợp mô đun trục
chính, chạy dao, thay dao của máy tiện CNC cỡ nhỏ với phần mềm điều khiển
CNC.
Tác giả hi vọng việc nghiên cứu và chế tạo thành công mô hình máy tiện
CNC cỡ nhỏ phục vụ dạy học sẽ được ứng dụng rộng rÃi trong nghành Cơ điện tử tại
các trường đại học để giúp cho sinh viên hiểu kỹ hơn về máy điều khiển số CNC.
II. TíNH CấP THIếT CủA đề TàI
Ngày nay, với ưu điểm và tiện lợi của tính năng làm việc của máy công cụ điều
khiển số CNC là gia công rất chính xác và nhanh chóng, tránh được các sai số khi
gia công trên máy công cụ thông thường nên việc ứng dụng máy công cụ điều khiển
số ngày càng được sử dụng rộng rÃi trong các nhà máy ở Việt Nam. Tuy nhiên, máy
công cụ điều khiển số CNC là thiết bị cơ điện tử với hệ điều khiển phức tạp đòi hỏi
người vận hành phải nắm vững cả ba lĩnh vực: cơ khí, điện tử và tin học.
Máy công cụ điều khiển số CNC hiện đang được trang bị cho rất nhiều các nhà
máy nhưng để tận dụng hết hiệu quả của nó thì yêu cầu người vận hành phải nắm
được những vấn đề cơ bản của máy. Do vậy, việc đào tạo ra nguồn nhân lực có trình
độ kỹ thuật để ứng dụng hết khả năng của máy công cụ điều khiển số CNC là yêu
cầu cấp bách hiện nay. Vì vậy, đề tài mong muốn góp phần nâng cao kỹ năng thực

hành và sự hiểu biết của sinh viên về máy điều khiển số CNC nói chung và máy tiện
CNC nói riêng.
III. MụC đíCH, đốI TượNG, PHạM VI NGHIêN CứU CủA đề TàI
Mục đích của đề tài là nghiên cứu chế tạo, nối ghép, điều chỉnh và chạy thử thành
công máy tiện CNC cỡ nhỏ phục vụ dạy học
Phạm vi nghiên cứu gồm 3 phần: Nghiên cứu về các môđun cơ khí cơ bản, hệ
thống điều khiển và nối ghép chúng với phần mềm điều khiển CNC; thiết kế chế tạo
các môđun cơ khí, các mạch phần cứng điều khiển, nối ghép phần mềm điều khiển
với phần cứng.


Luận văn thạc sỹ khoa học

6

IV. ý NGHĩA KHOA HọC Và THựC TIễN CủA đề TàI
Các nghiên cứu về nối ghép máy tính và phần cứng của máy tiện CNC phục vụ
dạy học. Và hiện nay nhu cầu máy tiện CNC cỡ nhỏ phục vụ đào tạo trong các
trường đại học, cao đẳng là rất lớn.


Luận văn thạc sỹ khoa học

7

CHƯƠNG I
TổNG QUAN Về ĐIềU KHIểN Số
1.1. Các khái niệm cơ bản và địng nghĩa về điều khiển số
Điều khiển
Là quá trình xảy ra trong một hệ thống giới hạn, trong đó một hay nhiều đại lượng

là đại lượng đầu vào , các đại lượng khác là đại lượng đầu ra, chúng tác động và ảnh
hưởng đến hệ thống theo những quy luật riêng, nhất định.
Điều khiển số (NC)
Là hệ thống điều khiển đặc trưng bởi các đại lượng đầu vào là những tín hiệu số
nhị phân, chúng được đưa vào hệ điều khiển dưới dạng một chương trình điều khiển
có cấu trúc. Trong hệ điều khiển số ứng dụng cho điều khiển máy công cụ, các đại
lượng đầu vào là những thông tin (thông tin hình học, thông tin công nghệ, dữ liệu
máy) dưới dạng tín hiệu số.
Thông tin hình học
Là hệ thống thông tin điều khiển các chuyển động tương đối giữa dao cụ và chi
tiết, liên quan trực tiếp đến quá trình tạo hình bề mặt, còn gọi là thông tin về đường
dịch chuyển (hình thành đường sinh và đường chuẩn của bề mặt hình học muốn tạo
ra )
Thông tin công nghệ
Là hệ thống thông tin cho phép máy thực hiện gia công với những giá trị công
nghệ yêu cầu: chuẩn hoá các gốc toạ độ, xác định chiều sâu cắt, tốc độ chạy dao, số
vòng quay trục chính, chiều quay trục chính, vị trí xuất phát của dao, đóng hay ngắt
mạch dung dịch trơn nguội.
Máy công cụ điều khiển theo chương trình số
Là thế hệ máy công cụ có hệ thống điều khiển được điều khiển theo chương trình
số và chương trình này được viết bằng mà kí tự, chữ cái, con số và các ký tự chuyên
dụng khác, trong đó hệ thống điều khiển có cài đặt các bộ vi xử lý MP
(Microprocessor) làm việc với các chu kỳ thời gian từ 1 đến 20 MS và có bộ nhớ tối
thiểu 4Kbyte, để đảm nhiệm chức năng cơ bản của chương trình điều khiển số như :
tính toán toạ độ trên các trục điều khiển theo thời gian thực, giám sát các trạng thái
của máy, tính toán các giá trị chỉnh lý dao cụ, tính toán nội suy trong điều khiển quỹ
đạo biên dạng, thực hiện so sánh các cặp giá trị cần- thực ...


Luận văn thạc sỹ khoa học

8

1.2. Quá trình phát triển, trình độ hiện tại máy công cụ và công nghệ gia công
điều khiển theo chương trình số
1.2.1. Qúa trình phát triển
Cuối những năm 40, dự án nghiên cứu kỹ thuật điều khiển số được triển khai tại
Học viện công nghệ MIT (Massachusetts) trong sự phối hợp với ngành công nghiệp
hàng không Hoa Kỳ.
Năm 1953 công bố sáng chế máy phay điều khiển theo chương trình số NC.
Năm 1959 Những máy NC đầu tiên của Châu Âu được trưng bày tại triển lÃm máy
công cụ tại Paris.
Năm 1960, máy NC ở thời kỳ này được ứng dụng chủ yếu trong công nghiệp hàng
không. Bởi kích thước còn lớn, nhạy cảm với môi trường và đắt do trình độ kỹ thuật
đương thời của bóng đèn điện tử và rơ le (cơ/ điện/ thuỷ)
Trong những năm 70, là thời kỳ của máy điều khiển số ứng dụng kỹ thuật vi điện
tử và vi mạch tích hợp. Những hệ NC sử dụng các bản mạch logic nối cứng được
thay thế bởi các hệ điều khiĨn cã bé nhí víi dung l­ỵng lín. Do nèi ghép các cụm
vi tính vào hệ điều khiển số mà những phần cứng có nhiệm vụ chuyên dụng trước
đây được thay thế bởi các phần mềm linh hoạt hơn. Dung lượng nhớ ngày càng được
mở rộng, tạo điều kiện lưu trữ trong hệ điều khiển số trước hết là từng chương trình
đơn lẻ, sau đó là cả một thư viện chương trình, lại có thể sửa đổi chương trình đà lập
một cách dễ dàng thông qua cấp lệnh bằng tay, thao tác trực tiếp trên máy.
1.2.2. Trình độ hiện tại
Chức năng tính toán trong hệ thống CNC ngày càng hoàn thiện và đạt tốc độ xử lý
cao do tiếp tục ứng dụng những thành tựu phát triển của các bộ vi xử lý MP. Các hệ
thống CNC được chế tạo hàng loạt lớn theo công thức xử lý đa chức năng, dùng cho
nhiều mục đích điều khiển khác nhau.
Vật mang tin từ từ băng đục lỗ, băng từ , đĩa từ tiến tới đĩa compact (CD) có dung
lượng nhớ ngày càng mở rộng , độ tin cậy và tuổi thọ cao.

Việc cài đặt các computer trực tiếp vào hệ NC để trở thành hệ CNC đà tạo điều
kiện ứng dụng máy công cụ CNC ngay cả trong xí nghiệp nhỏ, không có phòng lập
trình riêng. Nghĩa là người điều khiển máy có thể lập trình được trực tiếp trên máy.
Dữ liệu nạp vào, nội dung lưu trữ, thông báo về tình trạng hoạt động của máy cùng
các dữ liệu chỉ dẫn khác cho người điều khiển đều được hiển thị trên màn hình.


Luận văn thạc sỹ khoa học

9

Các hệ CNC riêng lẻ cã thĨ ghÐp m¹ng cơc bé hay m¹ng më réng để quản lý điều
hành một cách tổng thể hệ thống s¶n xt cđa mét xÝ nghiƯp hay cđa mét tËp toàn
công nghiệp.
1.3. Chức năng và cấu tạo điều khiển số
1.3.1. Chương trình gia công chi tiết và phương thức nạp dữ liệu
Những thông tin cần thiết để gia công một chi tiết nào đó, được tập hợp một cách
hệ thống (gọi là chương trình gia công chi tiết). Chương trình này có thể
o Được soạn thảo và lưu trữ trong vật mang tin (băng từ, đĩa từ, CD ROM...) và
được đưa vào hệ điều khiển số qua cửa nạp tương thích.
o Được đưa vào hệ điều khiển số thông qua bàn phím trên bảng điều khiển. Nhờ
bảng điều khiển cũng có thể đưa vào hệ điều khiển số các thông tin đặc biệt
(số liệu về dao cụ, các giá trị hiệu chỉnh biên dạng và dữ liệu điều chỉnh máy )
o Được chuyển trực tiếp từ bộ nhớ của máy tính điều hành (máy chủ) sang hệ
điều khiển số của từng trạm gia công nguyên tắc vận hành DNC.
1.3.2. Bộ logic điều khiển
Bộ logic điều khiển xử lý các dữ liệu chương trình nhờ các phần mềm hệ thống,
nhằm:
o Cung cấp các giá trị CầN về vị trí cho từng trục riêng lẻ của máy công cụ theo
một tần số phụ thuộc vào tốc độ xử lý dữ liệu chương trình.

o So sánh các giá trị cần (GTc) và giá trị THựC (GTt) về vị trí, xác định giá trị
chênh lệch :



C

= GT c GT t

và cấp lệnh ®iỊu khiĨn t­¬ng øng cho r¬ le tèc ®é cđa từng trục chạy dao riêng lẻ.
Nhờ vậy từng trục máy chuyển động độc lập nhưng vẫn phối hợp được với nhau sao
cho biên dạng gia công được sinh ra với tốc độ gia công đà được lập trình.
1.3.3. Chương trình tương thích chuyên dụng và những dữ liệu điều chỉnh
máy
Nhờ chương tình này, hệ điều khiển số đảm bảo được sự tương thích các thông số
kỹ thuật chuyên môn của máy công cụ mà nó điều khiển.
Trong chương trình gia công chi tiết có bao hàm các thông tin công nghệ. Những
thông tin công nghệ này được bộ logic điều khiển chuyển tiếp qua một cụm điều
khiển tương thích cài đặt trong hệ ĐKS đến các khâu điều khiển máy (van, rơle .....).
Ngược lại, cụm điều khiển tương thích cũng tiếp nhận các thông tin phản hồi từ các


Luận văn thạc sỹ khoa học

10

công tắc ngắt cuối (cữ chặn), các bộ cảnh báo áp suất và những bộ phận khác lắp đặt
trên máy (có kèm theo dụng cụ phát tín hiệu) để chuyển thành các thông báo về tình
trạng sẵn sàng hoạt động hoặc trạng thái dừng ...cho hệ điều khiển số.
1.3.4. Nguyên lý vận hành và xử lý tín hiệu trong hệ điều khiển số

- Nguyên lý vận hành : Xem sơ đồ nguyên lý vận hành của một máy phay đứng
điều khiển số


Luận văn thạc sỹ khoa học

11

Hình 1.2 Nguyên lý vận hành của một máy điều khiển số


Luận văn thạc sỹ khoa học

12

- Xử lý thông tin trong hệ điều khiển số

Hình 1.3 Dòng lưu thông tin tín hiệu trong hệ điều khiển số
Điều khiển đọc
Điều khiển đọc bao quát cả quá trình đọc tin . Nó kiểm tra các thông tin đà được
đọc về tính đúng đắn của hình thức cấu trúc tin (tính chẵn của sè bit trong m· ISO
hay DIN 66024) vµ ngõng ngay quá trình đọc khi phát hiện các cấu trúc tin mắc lỗi.
Bộ nhớ chương trình
Bộ nhớ chương trình đảm bảo chuẩn bị và thực hiện các bước xử lý song song (xử
lý đồng thời ) các thông tin của một công đoạn gia công vốn đà được đọc vào theo


Luận văn thạc sỹ khoa học

13

thứ tự từng bước (dạng chun ®éng, täa ®é cđa ®iĨm kÕt thóc chun ®éng, tốc độ
trên đường biên dạng, số vòng quay và chiều quay của trục chính.
Dung lượng bộ nhớ của các hệ CNC hiện đại cho phép nội dung thông tin của
nhiều chương trình con được lưu trữ cùng lúc trong bộ nhớ.
Cụm tính toán hiệu chỉnh
Có nhiệm vụ đảm bảo các dữ liệu chương trình đọc vào phù hợp với không gian
làm việc của máy. Các tính toán hiệu chỉnh còn được đòi hỏi :
o Đảm bảo xác định đúng vị trí của hệ toạ độ chi tiết gia công trong hệ toạ độ
máy. Nhờ vậy trong chương trình, tất cả các toạ độ điểm trên biên dạng đều
được tính dựa trên cơ sở hệ toạ độ chi tiết gia công.
o Đảm bảo tính toán biên dạng tương đương so với biên dạng chi tiết trong
khoảng cách bằng bán kính dao khi lập trình với các toạ độ của biên dạng chi
tiết.
o Đảm bảo có tính đến sai lệch giữa kích th­íc chiỊu dµi thùc cđa dao sè víi
kÝch th­íc danh nghĩa (ZPA).
1.3.5. Phân biệt hệ điều khiển NC và CNC
Điều khiển NC
Đặc tính của hệ điều khiển này là chương trình hoá các mối liên hệ trong đó mỗi
mảng linh kiện điện tử riêng lẻ được xác định một nhiệm vụ nhất định , liên hệ giữa
chúng phải thông qua những dây và mối hàn cứng trên các mạch logic điều khiển.
Chức năng điều khiển được xác định chủ yếu bởi phần cứng.
Điều khiển CNC
Điều khiển CNC là một hệ điều khiển có thể lập trình và ghi nhớ. Nó bao hàm một
máy tính cấu thành từ các bộ vi xử lý MP (Micro processor) kèm theo các bộ nhớ
ngoại vi
Đa số chức năng điều khiển đều được giải quyết thông qua phần mềm , nghĩa là
các chương trình làm việc có thể thiết lập trước.
Nhờ các chương trình hệ thống của hệ điều khiển CNC, các máy tính có thể được
sử dụng để thực hiện những chức năng điều khiển yêu cầu.

Ngày nay, các hệ điều khiển số hiện đại đều có nguyên lý cấu trúc và xử lý dữ liệu
theo dạng điều khiển CNC.


Luận văn thạc sỹ khoa học

14

1.4. Hệ thống dữ liệu và cấu trúc chương trình làm việc trên máy điều khiển số
1.4.1. Hệ thống dữ liệu
Soạn thảo chương trình cho một hệ điều khiển số có nghĩa là đưa toàn bộ các
thông tin cần thiết để chế tạo một chi tiết xác định trên máy công cụ trở thành dạng
thức có thể hiểu được cho hệ điều khiển số theo một hình thức thích hợp.
Thực chất của công việc lập trình là thu thập, xử lý và soạn thảo những dữ liệu,
những thông tin yêu cầu. Các dữ liệu bao gồm:
o Các thông tin hình học (dữ liệu tạo hình hay các số liệu về đường dich
chuyển)
o Các thông tin công nghệ (số vòng quay trục chính, chiều quay, lượng chạy
dao chiều sâu cắt, hiệu chỉnh máy, thay dao, bơm tưới dung dịch trơn
nguội)
1.4.1.1. Hệ tọa độ
Để xác định các tương quan hình học trong vùng làm việc của máy người ta đưa
vào các hệ tọa độ và các điểm gốc chuẩn.
Hệ thống trục tọa độ và chiều chuyển động của chúng trên các máy công cụ điều
khiển số được tiêu chuẩn hóa.
Hệ thống tọa độ vuông góc trên máy công cụ điều khiển số được xác định theo
quy tắc bàn tay phải. Các chuyển động chính của máy điều khiển số được thiết lập
theo các trục tọa độ X,Y và Z. Theo quy tắc bàn tay phải ngón tay cái là trục X,
ngón trỏ là trục Y, ngón giữa là trục Z. Hệ thống tọa độ này có liên quan mật thiết
đối với chi tiết gia công trên máy ®iỊu khiĨn sè. Khi lËp tr×nh, ng­êi ta quy ­íc rằng

dụng cụ chuyển động tương đối so với hệ thống tọa độ, còn chi tiết đứng yên. Do
vậy có một nguyên tắc đơn giản mà người lập trình cần phải nắm vững là chi tiết
đứng yên và chỉ có dụng cụ chuyển động.
Các trục quay tương ứng với các trục X, Y, Z được ký hiệu là A, B, C. Chiều quay
quy định như sau: Nếu nhìn theo hướng dương của một trục thì chuyển động quay
theo chiều kim đồng hồ là chiều quay dương.Theo tiêu chuẩn DIN 66217, thứ tự của
các trục tọa độ và các chiều chuyển động được bố trí như sau:
Trục Z
o Nếu máy có trục chính cố định, không xoay nghiêng được thì trục Z nằm song
song với trục chính hoặc trùng với tâm đường trơc ®ã.


Luận văn thạc sỹ khoa học

15

o Nếu trục chính xoay nghiêng được và chỉ có một vị trí xoay nghiêng song
song với một trục tọa độ nào đó, thì chính trục tọa độ đó là trục Z.
o Nếu trục chính xoay nghiêng được song song với nhiều trục tọa độ khác nhau,
thì trục Z là trục là trục vuông góc với bàn kẹp chi tiết chính của máy (Khi
trục chính xoay nghiêng được theo một hướng nghiêng với chính nó thì trục
này kí hiệu là W).
o Nếu máy có nhiều trục chính công tác, ta sẽ chọn một trong số , trục Z là trục
chính theo cách ưu tiên trục nào có đường tâm vuông góc với bàn kẹp chi tiết.
o Nếu máy không có trục chính công tác ( máy bào, máy gia công điện hóa )
thì trục Z cũng là trục vuông góc với bàn kẹp chi tiết.

Hình 1.4 Ký hiệu các trục trên máy điều khiển số
Trục X
o Trục X là trục tọa độ nằm trên mặt định vị hay song song với bề mặt kẹp chi

tiết, thường ưu tiên theo phương nằm ngang. Chiều của trục X được xác định
như sau:
o Trên các máy có dao quay tròn.
ã Nếu trục Z đà nằm ngang thì chiều dương của trục X hướng về bên phải
nếu ta nhìn từ trục chính hướng vào chi tiết.
ã Nếu trục Z hướng thẳng đứng và máy có một thân máy thì chiều dương
của trục X hướng về bên phải khi ta nhìn từ trục chính hướng vào chi tiết.
Còn máy có hai thân máy thì chiều dương của trục X hướng về bên phải
nếu ta nhìn từ trục chính hướng về thân máy bên trái.
o Trên máy có chi tiết quay trßn.


Luận văn thạc sỹ khoa học

16

ã Trục X nằm theo phương hướng kính của chi tiết và đi từ trục chi tiết đến
bàn kẹp dao chính.
o Trên các máy không có trục chính công tác.
ã Trục X chạy song song theo hướng gia công chính.
Trục Y
o Trục Y được xác định theo quy tắc bàn tay phải sau khi đà biết trục X và trục
Z.
Các trục phụ
ã Nếu ngoài các trục X, Y, Z còn có các trục điều khiển ®éc lËp kh¸c ta
dïng ký hiƯu U(//X), V(//Y), W(//Z). C¸c trục song song khác (so với
trục tọa độ chính) nhận tiếp các ký hiệu P, Q, R.

Hình 1.5 Các trục phụ trên máy CNC

Luận văn thạc sỹ khoa học

a)

17

b)
Hình 1.6 Trục tọa độ trên một số máy cơ khí

a. Trục toạ độ trên máy tiện nghiêng
b. Trục toạ độ trên trung tâm gia công
1.4.1.2. Các điểm chuẩn
Trong vùng làm việc của các máy công cụ điều khiển số, cần xác định các điểm
chuẩn sau đây
a)Điểm 0 của máy M
Điểm 0 của máy là điểm gốc của hệ tọa độ máy, được nhà chế tạo quy định theo
một quan điểm có mục đích ( theo kết cấu động học của máy ) VD ở máy tiện
CNC, M là giao điểm của trục quay Z với mặt tỳ của của mâm cặp trên mặt bích trục
chính).
b)Điểm 0 của chi tiết W.
Điểm 0 của chi tiết là điểm gốc của hệ tọa độ chi tiết. Vị trí của điểm W do người
lập trình lựa chọn trên chi tiết. Đôi khi việc xác định trên chi tiết nhiều hệ tọa độ
khác nhau có các điểm gốc 0 tương ứng là W1 , W2 , W3 , lại thuận tiện và có ưu
điểm làm đơn giản hóa công việc lập trình.
c)Điểm chuẩn của máy R.
Điểm chuẩn là điểm xác định trong vùng làm việc của máy công cụ. Điểm này có
một khoảng cách xác định so với điểm 0 của máy và được đặt mốc trên mỗi trục nhờ
cữ chặn cố định hoặc cữ chặn có thể điều chỉnh được theo từng bước không đổi.
Điểm chuẩn là cần thiết trong trường hợp hệ điều khiển dùng phép đo vị trí kiểu

gia số. ở đây, cứ mỗi lần đóng mạch hệ điều khiển thì các trục phải chạy về điểm


Luận văn thạc sỹ khoa học

18

chuẩn của nó, có như vËy hƯ ®iỊu khiĨn míi cã mét ®iĨm khëi xt từ đó bắt đầu
đến các khoảng gia số.
Dịch chuyển trở về điểm chuẩn được thực hiện hoặc là nhờ một lệnh chương trình
chuyên dụng hoặc là nhờ một công tắc chuyên dụng trên bảng điều khiển.
d)Điểm chuẩn của dao - Điểm cắt của dụng cụ.
Để có thể xác định vị trí của dao trong vùng làm việc của máy, ta xác định điểm
chuẩn P của dao.
e)Điểm thay dao. Ww
Để tránh va đập vào chi tiết gia công khi thay dao tự động phải chạy đến điểm
thay dao.

Hình 1.7 Các điểm chuẩn M, W, R trên máy phay
f)Các điểm chuẩn khác.
Tuỳ theo dạng máy công cụ mà ta còn có các dạng điểm chuẩn khác nhau, xác
định có mục đích.
Điểm tỳ A
Điểm tỳ A là giao điểm của các đường trục và mặt phẳng tỳ. Trên các máy tiện,
mặt phẳng tỳ nằm ngay tại mâm cặp hoặc chấu cặp.
Điểm điều chỉnh dao E


Luận văn thạc sỹ khoa học

19

Khi sử dụng nhiều dao, các kích thước của dao phải được xác định trước trên thiết
bị điều chỉnh dao để có thông tin đưa vào trong hệ thống điều khiển nhằm hiệu
chỉnh tự động kích thước dao. Các kích thước hiệu chỉnh này gắn với điểm điều
chỉnh nằm trên chuôi dao.

Hình 1.8 Điểm điều chỉnh dao E
Điểm gá dao N
Khi dụng cụ được lắp vào giá dao điểm gá dao N và điểm điều chỉnh dao E sẽ
trùng nhau. Trên các máy phay điểm gá dao N nằm trên vành trục chính. Trên các
máy tiện, điểm gá dao N nằm tại các mặt phẳng của đầu Rơvonve.
Điểm cắt của dao
Điểm này là điểm đỉnh dao thực hoặc lý thuyết.
Điểm chuẩn của bàn trượt F
Tất cả các điểm ở trên bàn trượt đều liên quan đến điểm chuẩn này.
Điểm chuẩn của giá dao T
Vị trí của giá dao được xác định nhờ điểm này. Nó được dùng như là một điểm
xuất phát của tất cả các kích thước trên đầu Rơvonve.

Chương II
Máy Tiện CNC
2.1. Các thành phần của máy tiện CNC.


Luận văn thạc sỹ khoa học

20

Hình 2.1. Các thành phần của máy tiện cổ điển và máy tiện CNC

Luận văn thạc sỹ khoa học

21


Luận văn thạc sỹ khoa học

22

Hình 2.2. Sơ đồ kết cấu động học của máy tiện CNC
Từ sơ đồ kết cấu động học của máy tiện điều khiển số CNC bao gồm các bộ phận
cơ bản như sau: Cụm trục chÝnh, ơ trơc sau, hƯ thèng thay dao, hƯ thèng chạy dao
dọc, hệ thống chạy dao ngang, bộ điều khiển CNC.
Cụm trục chính là nơi gá đặt chi tiết gia công và tạo ra tốc độ cắt gọt. Trục chính
được dẫn động bởi động cơ điện servo có khả năng cung cÊp sè vßng quay bÊt kú
trong pham vi cho phép của máy. Trên trục chính thông thường có lắp đặt hệ thống
mâm cặp thuỷ lực hoặc khí nén nhằm giảm thời gian gá đặt chi tiết, một số máy có
thể được trang bị tay máy phục vụ gá đặt tự động chi tiết. Trong một số trường hợp
trên trục chính còn có hệ thống phanh khí nén, để nhằm thay ®ỉi tèc ®é quay cđa
trơc chÝnh trong thêi gian ngắn nhất. Tốc độ quay của trục chính luôn được các cảm
biến đo phản hồi về bộ điều khiển CNC và luôn được điều khiển, điều chỉnh bời bộ
điều khiển CNC với sự trợ giúp đắc lực của máy tính (1).
ụ trục sau (ụ động) của máy tiện CNC được lắp đặt đối diện với cụm trục chính,
trên ụ sau có thể lắp mũi tâm hoặc mâm cặp thứ hai có chuyển động như là trục
chính thứ hai. Dịch chuyển của ụ trục sau cũng được dẫn động bởi động cơ điện
servo và được điều khiển và điều chỉnh bởi bộ điều khiển CNC (2).
Hệ thống thay dao của máy tiện CNC thông thường là các đầu Rêvônve có khả
năng lắp đặt tới 16 hoặc 20 dụng cụ và có thể có đến 2 đầu Rêvônve. Khi chương

trình NC gọi một dụng cụ mới thì bộ điều khiển CNC điều khiển đầu Rêvônve lùi về


Luận văn thạc sỹ khoa học

23

vị trí thay dao và quay phân độ tới vị trí dụng cụ yêu cầu sau đó đưa nó vào vùng gia
công. Trên đầu Rêvônve có thể lắp đặt các dụng cụ có chuyển động cắt gọt như các
loại dao phay. Vị trí thay dao là một vị trí xác định trên máy và do nhà sản xuất qui
định nhằm không tạo ra khả năng va đập với chi tiết và các bộ phận khác của máy.
Hệ thống chạy dao dọc của máy tiện CNC có bàn dao dọc chuyển động tịnh tiến
được dẫn động bởi động cơ điện servo thông qua bộ truyền động biến chuyển động
quay thành chuyển động thẳng là trục vít me đai ốc bi với đặc điểm truyền lực
không có khe hở. Chuyển động quay của động cơ điện servo trục Z được điều khiển
và điều chỉnh bởi bộ điều khiển CNC (3).
Hệ thống chạy dao ngang của máy tiện CNC có bàn dao ngang, trên nó lắp đặt đầu
Rêvôve, thực hiện chuyển động tịnh tiến theo trục X, nó cũng được dẫn động bởi
động cơ điện servo thông qua cơ cấu trục vit me đai ốc bi và được ®iỊu khiĨn vµ
®iỊu chØnh bëi bé ®iỊu khiĨn CNC (4).
Bé điều khiển CNC có nhiệm vụ biên dịch chương trình NC do người sử dụng lập
và phân nhánh thành 2 hệ lệnh cơ bản đó là: Hệ lệnh đường đi- điều khiển các động
cơ chạy dao hình thành hình dáng hình học của chi tiết, và hệ lệnh đóng ngắt điều
khiển các thiết bị đảm bảo các thông số công nghệ của quá trình cắt gọt cũng như
điều kiện làm việc của máy.
Cấu trúc cơ bản của máy tiện CNC là trục chính thường bố trí nằm ngang hoặc
thẳng đứng, bàn máy có thể bố trí trên mặt phẳng nằm ngang hoặc trên mặt phẳng
nghiêng. Phôi được kẹp bằng mâm cặp hoặc được đặt trên 2 đầu chống tâm và đầu
chống tâm có khia nhám để truyền momen xoắn.
Máy tiện có thể có nhiều trục chính, một hoặc nhiều bàn xe dao và đầu

Revolve. Máy tiện CNC có khả năng công nghệ rộng như: tiện trơn, tiện ren, khoan,
khoét, doa, khoan tâm, cắt đứt, tiện mặt đầu, phay,


Luận văn thạc sỹ khoa học

24

Hình 1.12. Đầu Revolve trên máy tiện
2.2. Khả năng công nghệ của máy tiện CNC

Hình 1.13. Khả năng công nghệ của máy tiện.
2.3. Môđun trục chÝnh:
Trơc chÝnh lµ mét chi tiÕt quan träng trong hƯ thống truyền động, dùng để truyền
các dạng chuyển động và momen khác nhau đến dao cắt hoặc chi tiết gia công. Trục
chính là trục quan trọng nhất trong các loại trục, vì thế nên các yêu cầu, các phương
pháp tính toán đều nghiệm đối với các trục khác.
`2.3.1. Yêu cầu đối với trục chính :
Trục chính máy công cụ không những phải đầy đủ sức bền mà còn tuỳ thuộc theo
kết cấu, nó phải thoả mÃn các yêu cầu chủ yếu dưới đây :
a) Đảm bảo độ cứng vững :
Nếu trục chính hoặc trục nói chung không đủ độ cứng vững khi làm việc nó sẽ
bị cong, những bánh răng lắp trên nó sẽ không ăn khớp chính xác, tiếng ồn nhiều
, áp suất của ổ trượt tập trung ở hai đầu làm cho ổ trục chóng mòn. Nếu trên trục
có các chi tiết di trượt, khi bị cong các chi tiết ấy khó trượt.
Những biện pháp để tăng độ cứng vững của trục chính là:
- Tăng đường kính trục và rút ngắn chiều dài trục.
- Dùng những gối đỡ phụ xen vào hai ổ trục, để làm ngắn khoảng cách giữa
hai ổ trục.
- Làm cho trục chính tránh khỏi tác dụng của momen uốn như cho trục

chính lồng không trong trơc èng cã l¾p puli.