Ứng dụng phần mềm shopmill để gia công khuôn khay đỡ sản phẩm trên máy phay cnc haas vf 1

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

LÂM VĂN THUYẾT

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM SHOPMILL ĐỂ GIA CÔNG KHUÔN
KHAY ĐỠ SẢN PHẨM TRÊN MÁY PHAY CNC HAAS VF-1

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí

Hà Nội – Năm 2019


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

LÂM VĂN THUYẾT

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM SHOPMILL ĐỂ GIA CÔNG KHUÔN
KHAY ĐỠ SẢN PHẨM TRÊN MÁY PHAY CNC HAAS VF-1

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
GS.TS. Trần Văn Địch

Hà Nội – Năm 2019

Dịng điện khơng đổi
LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tơi
được hồn thành dưới sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của GS.TS Trần Văn Địch.
Các dữ liệu sử dụng trong luận văn có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng quy
định. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn do tơi tự tìm hiểu, phân tích một cách
trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn. Các kết quả này chưa từng được
công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác, trừ những phần tham khảo đã được ghi
rõ trong luận văn.
Học viên

Lâm Văn Thuyết

Trang 1


Dịng điện khơng đổi
LỜI CẢM ƠN
Để có thể hồn thành đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh, bên cạnh sự
nỗ lực cố gắng của bản thân và sự nhiệt tình hướng dẫn của Thầy GS.TS Trần Văn
Địch, tơi cịn nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình của quý Thầy Cô, cũng như sự
động viên ủng hộ của gia đình, bạn bè và đồng nghiệp trong suốt thời gian học tập
nghiên cứu và thực hiện luận văn thạc sĩ.
Tơi xin chân thành bày tỏ lịng biết ơn đến Thầy GS.TS. Trần Văn Địch người
đã hết lòng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tơi hồn thành luận văn này.
Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến tồn thể q Thầy Cơ đã giảng dạy và giúp
đỡ tơi trong q trình nghiên cứu học tập Thạc sĩ tại trường Đại học Bách khoa Hà
Nội. Các Thầy Cơ đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cũng như tạo mọi

điều kiện thuận lợi nhất cho tơi trong suốt q trình học tập nghiên cứu và cho đến
khi hoàn thiện đề tài luận văn.
Cuối cùng, tơi xin chân thành cảm ơn đến gia đình, các anh chị, các bạn cùng
học và các đồng nghiệp đã hỗ trợ cho tơi rất nhiều trong suốt q trình học tập,
nghiên cứu và thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh.
Một lần nữa xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 22 tháng 04 năm 2019
Học viên

Lâm Văn Thuyết

Trang 2


Dịng điện khơng đổi
MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ............................................................................................ 2
Danh mục các kí hiệu, các chữ viết tắt ......................................................... 8
Danh mục hình vẽ....................................................................................... 9
Danh mục bảng biểu ................................................................................. 13
LỜI MỞ ĐẦU .......................................................................................... 14
Lý do chọn đề tài................................................................................... 14
Mục đích nghiên cứu ............................................................................. 14
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .......................................................... 14
Phương pháp nghiên cứu ....................................................................... 15
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC ............................................. 16
1.1 Khái quát máy công cụ thông thường và máy công cụ CNC .............. 16
1.1.1 Đặc điểm máy cắt kim loại CNC. ............................................... 16
1.1.2 Cấu tạo của máy công cụ NC ..................................................... 18

1.2 Hệ thống điều khiển CNC ................................................................ 19
1.2.1 Kết cấu và chức năng điều khiển CNC ....................................... 19
1.2.2 Phần cứng – máy tính ................................................................ 21
1.2.3 Các dạng điều khiển hình học trên máy cơng cụ CNC ................. 21
1.2.3.1 Điều khiển điểm điểm............................................................. 21
1.2.3.2 Điều khiển đường thẳng .......................................................... 22
1.2.3.3 Điều khiển dạng biên (điều khiển contour)............................... 23
1.3 Dụng cụ cắt trên máy phay CNC ...................................................... 25
1.3.1 Dao phay ngón .......................................................................... 25
1.3.2 Dao phay mặt đầu...................................................................... 26

Trang 3


Dịng điện khơng đổi
1.4 Đặc điểm, cấu tạo của máy phay CNC HAAS VF-1 .......................... 28
1.4.1 Đặc điểm chung của máy phay CNC HAAS VF-1 ...................... 28
1.4.2 Thông số kỹ thuật của máy phay CNC HAAS VF-1.................... 28
1.4.3 Những tính năng chính .............................................................. 29
1.4.4 Cấu tạo máy phay CNC HAAS VF-1 ......................................... 30
1.4.4.1 Các bộ phận bên ngoài của máy .............................................. 30
1.4.4.2 Các bộ phận cơ bản khác của máy ........................................... 30
1.4.4.3 Các phím chức năng trên bảng điều khiển của máy .................. 33
1.4.5 Điều kiện kỹ thuật làm việc của máy .......................................... 37
Kết luận chương 1 ................................................................................. 38
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH GIA CƠNG CHI TIẾT TRÊN
MÁY CNC ............................................................................................... 39
2.1 Cấu trúc chương trình NC ................................................................ 39
2.1.1 Tên chương trình....................................................................... 39
2.1.2 Số thứ tự ................................................................................... 39

2.1.3 Từ lệnh ..................................................................................... 39
2.1.4 Địa chỉ ...................................................................................... 39
2.1.5 Giá trị ....................................................................................... 40
2.1.6 Câu lệnh ................................................................................... 40
2.1.7 Phần chương trình ..................................................................... 40
2.1.8 Chương trình chính ................................................................... 40
2.1.9 Chương trình con ...................................................................... 42
2.2 Lập trình gia cơng. ........................................................................... 42
2.2.1 Ngơn ngữ lập trình .................................................................... 42
Trang 4


Dịng điện khơng đổi
2.2.2 Đo theo tọa độ tương đối và tọa độ tuyệt đối............................... 45
2.2.2.1 Đo theo tọa độ tuyệt đối: G90 ................................................. 45
2.2.2.2 Đo theo tọa độ tương đối: G91 ................................................ 45
2.2.2.3 Lệnh chạy dao không cắt gọt: G00 .......................................... 46
2.2.2.4 Lệnh cắt gọt thẳng: G01.......................................................... 47
2.2.2.5 Lệnh xác định mặt phẳng gia công: G17, G18, G19 ................. 47
2.2.2.6 Lệnh G02, G03....................................................................... 48
2.2.2.7 Lệnh trễ: G04 ......................................................................... 52
2.2.2.8 Các chức năng phụ: M ............................................................ 53
2.2.2.9 Chức năng chọn số vịng quay trực chính: S............................. 54
2.2.2.10 Chức năng chọn dao: T ......................................................... 55
2.2.2.11 Chức năng tự động trở về điểm gốc: G28............................... 55
2.2.2.12 Chức năng bù bán kính dao: G40; G41; G42.......................... 56
2.2.2.13 Chức năng bù chiều dài dao: G43; G44; G49 ......................... 59
2.2.2.14 Chu trình gia cơng ................................................................ 60
2.3 Chương trình chính và chương trình con. .......................................... 69
Kết luận chương 2 ................................................................................. 71

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM SHOPMILL ĐỂ GIA CÔNG CHI
TIẾT KHUÔN KHAY ĐỠ SẢN PHẨM.................................................... 72
3.1 Giới thiệu chung về phần mềm ShopMill và hệ điều khiển Siemens ... 72
3.2 Những ưu điểm khi lập trình gia cơng trên phần mềm ShopMill ........ 73
3.3 Các chức năng lập trình cơ bản của phần mềm ShopMill ................... 76
3.3.1 Chức năng Khoan và Tarô (Drilling, Tapping)............................ 76
3.3.1.1 Khoan tâm (Centering) ........................................................... 77
Trang 5


Dịng điện khơng đổi
3.3.1.2 Khoan doa (Drilling reaming) ................................................. 78
3.3.1.3 Khoan lỗ sâu (Depth hole drilling) .......................................... 78
3.3.1.4 Doa lỗ (Boring) ...................................................................... 79
3.3.1.5 Tarô ren (Tapping thread) ....................................................... 79
3.3.1.6 Vị trí lỗ (Positions) ................................................................. 80
3.3.2 Chức năng Phay ........................................................................ 81
3.3.2.1 Phay mặt phẳng (Face milling) ................................................ 81
3.3.2.2 Phay hốc (Pocket)................................................................... 82
3.3.2.3 Phay đảo (Spigot) ................................................................... 84
3.3.2.4 Phay rãnh (Groove) ................................................................ 85
3.3.2.5 Phay chữ (Engraving) ............................................................. 87
3.3.3 Phay contour (Phay theo biên dạng) ........................................... 88
3.3.3.1 Phay theo biên dạng (Path milling) .......................................... 89
3.3.3.2 Phay hốc (Milling Pocket) ...................................................... 90
3.3.3.3 Phay phần vật liệu thừa của hốc do nguyên công trước để lại
(Pocket.res.mat) ................................................................................. 91
3.3.3.4 Phay đảo (Mill spigot) ............................................................ 91
3.3.3.5 Phay đảo đã có sẵn (Spigot resid material) ............................... 92
3.3.4 Các chức năng khác (Vari-ous) .................................................. 92

3.3.4.1 Chức năng đánh dấu (Set mark) .............................................. 93
3.3.4.2 Chức năng thực hiện lặp lại (Repetition) .................................. 94
3.3.4.3 Chương trình con (Subprogram).............................................. 94
3.3.4.4 Điểm gốc phôi (Workp. zero).................................................. 94
3.3.4.5 Chức năng thiết lập (Setting)................................................... 95
Trang 6


Dịng điện khơng đổi
3.3.4.6 Chức năng biến đổi (Transfor mations).................................... 95
3.4 Gia công chi tiết khuôn khay đỡ sản phẩm trên phần mềm ShopMill.. 96
3.4.1 Bản vẽ tấm đẩy khuôn khay đỡ sản phẩm ................................... 96
3.4.2 Chương trình gia cơng tấm đẩy khuôn khay đỡ sản phẩm............ 96
3.4.2.1 Khai báo phôi và các tham số công nghệ ................................. 96
3.4.2.2 Gia công khỏa mặt chi tiết ...................................................... 97
3.4.2.3 Gia công tinh thành bao của chi tiết ......................................... 97
3.4.2.4 Gia công lỗ............................................................................. 98
Kết luận chương 3 ................................................................................103
Tài liệu tham khảo ...................................................................................105

Trang 7


Dịng điện khơng đổi
Danh mục các kí hiệu, các chữ viết tắt
CNC (Computer Numerical Control) – Điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính
NC (Numerical Control) – Điều khiển số
CAM (Computer Aided Manufacturing) – Chế tạo có sự trợ giúp máy tính
Oxyz – Hệ trục tọa độ
M – Điểm không của máy

R – Điểm không gốc tọa độ trên máy
W – Điểm không của chi tiết
AC (Alternating Current) – Dòng điện xoay chiều
DC (Direct Current) – Dòng điện một chiều
PLC (Programable Logic Controller) – Thiết bị điều khiển lập trình

Trang 8


Dịng điện khơng đổi
Danh mục hình vẽ
Hình 1.1: Cấu tạo máy phay thơng thường và máy phay CNC. ................................. 17
Hình 1.2: Hệ thống điều khiển CNC ............................................................................. 20
Hình 1.3: Điều khiển điểm – điểm ................................................................................. 22
Hình 1.4: Các dạng chạy dao trong điều khiển điểm – điểm ...................................... 22
Hình 1.5: Các dạng chạy dao trong điều khiển đường thẳng ...................................... 23
Hình 1.6: Các dạng chạy dao trong điều khiển theo contour ...................................... 24
Hình 1.7: Các dạng chạy dao trong điều khiển contour 2.5D ..................................... 24
Hình 1.8: Các dạng chạy dao trong điều khiển contour 3D ........................................ 25
Hình 1.9: Dao phay ngón đi trụ và dao phay ngón đi cơn .................................. 26
Hình 1.10: Một số kết cấu đặc biệt của dao phay ngón ............................................... 26
Hình 1.11: Một số loại dao phay mặt đầu ..................................................................... 27
Hình 1.12: Máy phay CNC HAAS VF-1 ...................................................................... 28
Hình 1.13: Một số bộ phận mặt trước của máy phay CNC HAAS VF-1.................. 30
Hình 1.14: Bảng điều khiển của máy phay CNC HAAS VF-1 .................................. 33
Hình 2.1: Đo theo tọa độ tương đối................................................................................ 45
Hình 2.2: Lệnh G00.......................................................................................................... 46
Hình 2.3: Đường đi của dao theo lệnh G01................................................................... 47
Hình 2.4: Xác định mặt phẳng gia công trên trung tâm gia cơng............................... 47
Hình 2.5: Lệnh G02, G03 ................................................................................................ 48

Hình 2.6: Lệnh G03(G02) viết theo thống số I, J ......................................................... 49
Hình 2.7: Lệnh G03(G02) viết theo thống số R ........................................................... 49
Hình 2.8: Lệnh G03(G02) viết theo thống số I, K ....................................................... 50
Hình 2.9: Lệnh G03(G02) viết theo thống số R ........................................................... 50
Hình 2.10: Lệnh G03(G02) viết theo thống số J, K ..................................................... 51
Hình 2.11: Lệnh G03(G02) viết theo thống số R ......................................................... 51
Trang 9


Dịng điện khơng đổi
Hình 2.12: Lệnh G03 viết theo I, J ................................................................................. 52
Hình 2.13: Đường đi của dao về điểm gốc của máy .................................................... 55
Hình 2.14: Đường đi thẳng của dao về điểm gốc của máy với G91 .......................... 56
Hình 2.15: Đường dịch chuyển của tâm dao khi bù..................................................... 57
Hình 2.16: Hướng bù của G41 và G42 .......................................................................... 57
Hình 2.17: Ví dụ bù bán kính dao .................................................................................. 58
Hình 2.18: Ví dụ bù chiều dài dao G43 ......................................................................... 59
Hình 2.19: Ví dụ bù chiều dài dao G44 ......................................................................... 59
Hình 2.20: Ví dụ bù chiều dài dao G43 ......................................................................... 60
Hình 2.21: Các điểm trong chu trình.............................................................................. 62
Hình 2.22: Điểm R và Z theo G90 và G91.................................................................... 62
Hình 2.23: Chu trình dùng G98 hoặc G99 .................................................................... 63
Hình 2.24: Chiều sâu q của mỗi lần cắt sau đó dừng lại để bẻ phoi… ..................... 64
Hình 2.25: Chu trình được lặp 4 lần............................................................................... 64
Hình 2.26: Lệnh M98 và M99 ........................................................................................ 70
Hình 2.27: Chương trình con được gọi 4 lần ................................................................ 71
Hình 3.1: Màn hình nhập các thơng số cơng nghệ ....................................................... 73
Hình 3.2: Chương trình NC............................................................................................. 74
Hình 3.3: Màn hình giao diện hiển thị các thơng số cơng nghệ ................................. 74
Hình 3.4: Màn hình mơ phỏng và gia cơng hốc ........................................................... 75

Hình 3.5: Màn hình mơ phỏng đường chạy dao ........................................................... 75
Hình 3.6: Màn hình Copy, Paste, … các bước cơng nghệ .......................................... 76
Hình 3.7: Màn hình giao diện chức năng Khoan – Ta rơ ............................................ 76
Hình 3.8: Màn hình giao diện chức năng khoan tâm. .................................................. 77
Hình 3.9: Màn hình giao diện chức năng khoan doa ................................................... 78

Trang 10


Dịng điện khơng đổi
Hình 3.10: Màn hình giao diện chức năng khoan lỗ sâu ............................................. 78
Hình 3.11: Màn hình giao diện chức năng doa lỗ. ....................................................... 79
Hình 3.12: Màn hình giao diện chức năng Tarơ ren .................................................... 79
Hình 3.13: Màn hình giao diện chức năng khoan theo tọa độ .................................... 80
Hình 3.14: Màn hình giao diện chức năng khoan theo đường thẳng ......................... 80
Hình 3.15: Màn hình giao diện chức năng khoan theo đường trịn............................ 80
Hình 3.16: Màn hình giao diện chức năng phay........................................................... 81
Hình 3.17: Màn hình giao diện chức năng phay hốc ................................................... 82
Hình 3.18: Màn hình giao diện chức năng phay hốc trịn ........................................... 83
Hình 3.19: Màn hình giao diện chức năng phay đảo hình chữ nhật .......................... 84
Hình 3.20: Màn hình giao diện chức năng phay đảo hình trịn .................................. 85
Hình 3.21: Màn hình giao diện chức năng phay rãnh dài............................................ 86
Hình 3.22: Màn hình giao diện chức năng phay rãnh theo đường trịn ..................... 87
Hình 3.23: Màn hình giao diện chức năng phay chữ ................................................... 88
Hình 3.24: Màn hình giao diện chức năng phay contour ............................................ 88
Hình 3.25: Màn hình giao diện chức năng phay theo biên dạng ................................ 89
Hình 3.26: Màn hình giao diện chức năng phay hốc ................................................... 90
Hình 3.27: Màn hình giao diện chức năng phay phần vật liệu thừa .......................... 91
Hình 3.28: Màn hình giao diện chức năng phay đảo ................................................... 91
Hình 3.29: Màn hình giao diện chức năng phay đảo đã có sẵn .................................. 92

Hình 3.30: Màn hình giao diện các chức năng khác .................................................... 93
Hình 3.31: Màn hình giao diện các chức năng đánh dấu ............................................ 93
Hình 3.32: Màn hình giao diện các chức năng thực hiện lặp lại ................................ 94
Hình 3.33: Màn hình giao diện chương trình con ........................................................ 94
Hình 3.34: Màn hình thơng số điểm gốc của phôi ....................................................... 94

Trang 11


Dịng điện khơng đổi
Hình 3.35: Màn hình giao diện chức năng thiết lập ..................................................... 95
Hình 3.36: Màn hình giao diện chức năng biến đổi ..................................................... 95
Hình 3.37: Chi tiết gia cơng - tấm đẩy ........................................................................... 96
Hình 3.38: Đặt tên chương trình NC .............................................................................. 96
Hình 3.39: Màn hình khi thiết lập phơi.......................................................................... 97
Hình 3.40: Thiết lập phay khỏa mặt cho chi tiết........................................................... 97
Hình 3.41: Thiết lập phay contour cho chi tiết ............................................................. 98
Hình 3.42: Thiết lập chương trình khoan tâm ............................................................... 98
Hình 3.43: Thiết lập chương trình khoan lỗ Φ8 ........................................................... 98
Hình 3.44: Thiết lập chương trình khoan lỗ Φ12 ......................................................... 99
Hình 3.45: Thiết lập chương trình khoan lỗ Φ19 ......................................................... 99
Hình 3.46: Chương trình gia cơng .................................................................................. 99
Hình 3.47: Chi tiết khi gia công.................................................................................... 103

Trang 12


Dịng điện khơng đổi
Danh mục bảng biểu
Bảng 1.1: Đặc trưng về mặt cấu tạo của các máy công cụ .......................................... 17

Bảng 1.2: So sánh về chức năng của các máy công cụ................................................ 17
Bảng 1.3. Thông số kỹ thuật máy phay CNC HAAS VF-1 ........................................ 28
Bảng 1.4: Một số bộ phận của máy phay CNC HAAS VF-1 ..................................... 30
Bảng 1.5. Hướng dẫn sử dụng bàn phím chức năng .................................................... 30
Bảng 2.1: Các lệnh G và ý nghĩa của các lệnh G ......................................................... 42
Bảng 2.2: Các lệnh M và ý nghĩa của các lệnh M ........................................................ 53
Bảng 2.3: Các loại chu trình............................................................................................ 61

Trang 13


Dịng điện khơng đổi
LỜI MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Trong sự phát triển không ngừng của các thành tựu khoa học – công nghệ, đặc
biệt là lĩnh vực điều khiển số và tin học đã cho phép các nhà chế tạo máy ứng dụng
vào máy cắt gọt các hệ thống điều khiển ngày càng tin cậy hơn với tốc độ xử lý
nhanh hơn và giá thành thấp hơn. Tự động hóa sản xuất, phương thức cao nhất của
nó là sản xuất linh hoạt (dây chuyền nền). Trong đó máy điều khiển số CNC
(Computer Numerical Control) đóng vai trị quan trọng nhất, sử dụng máy điều
khiển số CNC cho phép giảm khối lượng gia cơng chi tiết, nâng cao độ chính xác
gia công và hiệu quả kinh tế đồng thời cũng rút ngắn được chu kì sản xuất.
Chính vì vậy, ngành cơ khí chế tạo đa số các nước phát triển trên thế giới cũng
như nước ta hiện nay đầu tư các dây chuyền CNC ứng dụng vào sản xuất với hiệu
quả kinh tế rất cao. Vấn đề tài chính khơng còn là vấn đề đáng quan tâm của các
doanh nghiệp khi đầu tư các máy công cụ điều khiển theo chương trình số, ngay cả
các doanh nghiệp vừa và nhỏ cũng tự có thể trang bị được.
Mục đích nghiên cứu
Luận văn này trình bày về đề tài: “Ứng dụng phần mềm Shopmill để gia công
khuôn khay đỡ sản phẩm trên máy phay CNC Haas-VF1”. Mục đích của đề tài là:

Đưa ra những kiến thức cơ bản về tổng quan máy công cụ CNC (đặc điểm cấu tạo
máy công cụ, các loại dụng cụ cắt trên máy công cụ CNC…). Biết các chức năng
của máy phay CNC Haas-VF1 để sử dụng thành thạo máy phay CNC trong gia công
thực tiễn. Biết cách sử dụng một số phần mềm CAM, phần mềm Shopmill trong lập
trình gia cơng. Việc nghiên cứu về kỹ thuật lập trình trên máy phay CNC Haas-VF1
và sử dụng phần mềm Shopmill với hệ điều khiển Siemens nhằm nâng cao năng
suất trong sản xuất.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu khái quát chung về máy CNC.
- Khả năng công nghệ của máy phay CNC Haas-VF1.
- Kỹ thuật lập trình với hệ điều khiển Siemens bằng phần mềm Shopmill
V07.02 trên máy phay CNC Haas-VF1

Trang 14


Dịng điện khơng đổi
Phương pháp nghiên cứu
Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với
thực nghiệm trên máy phay CNC Haas-VF1 tại nhà máy cơ khí – Tập đồn cơng
nghệ Bkav.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết.
- Tiến hành thực nghiệm.
- Phân tích và đánh giá kết quả
Trong q trình làm luận văn có thể sẽ có nhiều vấn đề đặt ra mà trong phạm
vi khả năng của tác giả còn hạn chế nên rất mong được các Thầy Cơ chỉ bảo và góp
ý thêm.
Chân thành cảm ơn!
Học viên

Lâm Văn Thuyết

Trang 15


Dịng điện khơng đổi
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC
1.1 Khái quát máy công cụ thông thường và máy công cụ CNC
1.1.1 Đặc điểm máy cắt kim loại CNC.
Máy cắt kim loại CNC cho phép tập trung nguyên công ở mức độ cao nhất, do
máy có khả năng cơng nghệ cao, trên máy có thể thực hiện các ngun cơng như:
Tiện, Phay, Khoan, Doa, Ta rơ…
Tốc độ trục chính và tốc độ chạy dao được điều chỉnh vô cấp, do vậy việc lựa
chọn chế độ cắt rất hợp lý
Máy CNC cho độ chính xác gia cơng cao, nó thực hiện lượng dịch chuyển
chính xác tới 0,001 mm.
Đối với các cơng cụ thông thường để thực hiện gia công chi tiết người cơng
nhân thường dùng tay để điều khiển máy (có một số chuyển động cắt và chuyển
động chạy dao do máy thực hiện). Người công nhân căn cứ vào phiếu công nghệ để
thực hiện gia công chi tiết đạt các yêu cầu kỹ thuật đặt ra. Đối với máy công cụ
thông thường, năng suất và chất lượng sản phẩm phụ thuộc rất nhiều vào tay nghề
của công nhân. Mặc dù cịn nhiều hạn chế nhưng các máy cơng cụ thơng thường
hiện nay vẫn còn được sử dụng rất rộng rãi với lý do là vốn đầu tư thấp và phù hợp
với nền sản xuất cơ khí nhỏ.
Đối với các máy cơng cụ NC thì việc điều khiển các chức năng của máy được
quyết định bằng các chương trình đã lập sẵn.
Hình 1.1 cho thấy sự khác nhau về mặt cấu tạo giữa máy công cụ thường và
máy công cụ CNC.

Trang 16

Dịng điện khơng đổi

Hình 1.1: Cấu tạo máy phay thơng thường và máy phay CNC
- Những đặc trưng khác nhau về mặt cấu tạo như bảng sau:
Bảng 1.1: Đặc trưng về mặt cấu tạo của các máy công cụ
Máy công cụ truyền thống

Máy công cụ CNC

Truyền động Động cơ AC

Động cơ AC hoặc DC, động cơ

chính

servo

Truyền động - Thủ cơng (máy phay)

- Động cơ AC hoặc DC, động cơ

chạy dao

servo tịnh tiến bước

- Truyền động qua hộp số

- Truyền động vít me – đai ốc - Truyền động vít me – đai ốc bi.

Điều khiển

- Thủ công – vô lăng

- CNC

- Về các chức năng cơ bản giữa máy công cụ thường và máy công cụ NC,
CNC như bảng sau:
Bảng 1.2: So sánh về chức năng của các máy công cụ
Máy công cụ truyền
thống

Máy công cụ NC

Dữ liệu vào: Chỉnh Dữ

liệu

Máy cơng cụ CNC

vào: Dữ liệu vào: Chương trình NC nhập

thủ cơng máy cơng Chương trình NC vào bộ điều khiển qua bàn phím, đĩa
cụ theo bản vẽ, kẹp truyền vào bộ điều hoặc giao diện dữ liệu (Serial, bus).
phôi, dụng cụ và khiển

thơng

qua Một số chương trình NC được lưu ở bộ

sắp xếp tương quan bảng giao diện của nhớ trong.
giữa chúng.

máy.
Trang 17


Dịng điện khơng đổi
Điều

khiển

thủ Điều khiển NC: Bộ Điều khiển CNC: Cụm vi tính tích hợp

cơng:

Cơng

nhân điều khiển NC xử lý trong bộ điều khiển CNC và phần

đặt thủ công các giá thông tin về tốc độ, mềm tương ứng quản lý tất cả các
trị công nghệ (số lượng

chạy

dao chức năng điều khiển của máy CNC.

vịng quay, lượng ăn hành

trình

của Các bộ nhớ trong được sử dụng để lưu

dao,

lượng

dao),

điều

chạy chương

và chương trình, dữ liệu về thiết bị, dụng

khiển truyền các tín hiệu cụ; số liệu bù dao; chu kỳ tự do và chu

bằng các lăng tay điều
gạt.

trình

khiển

tương kỳ cố định. Phần mềm kiểm lỗi được

ứng tới các thành tích hợp trong bộ điều khiển CNC.
phần tương ứng của
máy NC.

Kiểm

tra

kích Kiểm

thước: Cơng nhân thước:
thỉnh

thoảng

tra
Máy

kích Kiểm tra kích thước: Máy CNC đảm
NC bảo độ ổn định kích thước chi tiết gia

đo đảm bảo độ ổn định cơng nhờ có sự phản hồi liên tục của

kiểm tra kích thước kích thước chi tiết hệ thống đo và các động cơ servo. Các
của chi tiết, trong gia cơng nhờ có sự cảm biến tích hợp, tạo khả năng kiểm
trường hợp cần thiết phản hồi liên tục sốt kích thước trong q trình gia
chi tiết được gia của hệ thống đo và công. Song song với gia công, bộ điều
công lại.

các động cơ servo khiển CNC có khả năng hoạt động liên
trong q trình gia tục kiểm nghiệm và tối ưu chương
cơng.

trình NC mới.

1.1.2 Cấu tạo của máy cơng cụ NC
- Trục chính của máy CNC cần để truyền công suất cần thiết gia công chi tiết,
tạo ra chuyển động quay chi tiết trên máy tiện và quay dao trên máy phay. Máy
CNC cần có một bộ truyền có tính ổn định cao để định vị gia công không bị thay
đổi khi tải gia công lớn và phải có tính động lực học đủ làm chủ sự thay đổi tốc độ
nhanh mà không bị quá đích. Để hiệu quả, động cơ cần phải đạt được momen max
trên toàn bộ khoảng thay đổi tốc độ. Điều này khó đạt vì thường momen của động
cơ giảm tại tốc độ cao (động cơ không đồng bộ), một số động cơ khơng có khả năng
cho momen cực đại tại điểm có tốc độ thấp (động cơ một chiều). Nhờ tiến bộ của
Trang 18


Dịng điện khơng đổi
cơng nghiệp vi điện tử. Ngày nay động cơ điện xoay chiều (AC) 3 pha thường được
sử dụng để chạy trục chính máy CNC. Nhược điểm điều khiển phức tạp, số vịng
quay của AC trở nên khơng đáng kể do sự giảm giá nhanh chóng các bộ điều khiển
điện tử (điều khiển tốc độ nhờ bộ chuyển đổi – convertor). Lợi thế đáng kể của AC
so với động cơ DC như: cùng kích thước nhưng số vịng quay cao hơn tới 3 lần và
công suất đầu ra tốt hơn. Động cơ này hoạt động khơng có chổi than, vịng góp nên
khơng cần những bảo dưỡng tương ứng.
- Các trục chạy dao thường đặt với kí tự X, Y, Z. Máy tiện CNC có ít nhất 2
trục chạy dao X, Z có thể điều khiển. Đó là chuyển động kết hợp của bàn trượt. Máy
phay CNC có 3 trục X, Y, Z, có thể điều khiển CNC, hai trong số đó là chuyển động
của bàn máy và trục thứ 3 là chuyển động trục chính.
- Các trục quay và trục chạy dao phụ: Bên cạnh các chuyển động thẳng dọc
trục X,Y, Z máy CNC cịn có thể thực hiện điều khiển chuyển động quay quanh các
trục. Các trục quay này được kí hiệu là A, B, C. Một số máy CNC có bàn máy hoặc
đầu trục quay. Trên đó phơi có thể được gia cơng theo một số góc nghiêng phù hợp.
Các trục này được điều khiển như các trục quay độc lập hoặc như các trục quay

phối hợp tạo nên những điều khiển 4,5 hoặc 6 trục. Các trung tâm gia cơng ngồi
các trục quay cơ bản cho bàn máy và đầu các trục chính, cịn có các trục chạy dao
bổ sung. Các trục chạy dao bổ sung chỉ có thể được điều khiển khi các bộ truyền
động của trục X, Y, Z ở trạng thái tĩnh. Chuyển động trục W chỉ có thể được sử
dụng để gia công lỗ khoan theo mọi hướng. Các trục chạy dao bổ sung cho các trục
X, Y, Z được gọi là U, V, W.
- Các phương tiện thay dao cụ: Máy công cụ CNC thường được trang bị với
bộ thay đổi tự động. Tùy theo phạm vi áp dụng và kiểu mà các bộ dụng cụ này có
thể đồng thời lấy một số dao cụ khác nhau vào việc đặt dao cụ vào vị trí làm việc
được gọi bởi câu lệnh của chương trình NC. Bộ thay đổi dụng cụ có thể ở dạng đài
dao hoặc magazine dụng cụ.
1.2 Hệ thống điều khiển CNC
1.2.1 Kết cấu và chức năng điều khiển CNC
Các chức năng của hệ CNC có thể được phân thành:
Trang 19


Dịng điện khơng đổi
+ Nhập dữ liệu vào
+ Xử lý dữ liệu
+ Xuất dữ liệu
Hệ thống điều khiển có thể chia thành 3 phần sau:
Bảng điều khiển
Người

Các kết nối để

điều

đọc vật mang tin

khiển

(Băng

đục

lỗ,

Giao
diện

Máy

điều

tính

khiển

Casset, đĩa mềm)

Nhập dữ liệu
1-CNC

nguồn

Máy
cơng
cụ

trục

Xử lý dữ liệu

Xuất dữ liệu

2-Xử lý công nghệ

4-Điều chỉnh dịch chuyển

Cung cấp

3-Xử lý hình học

5-Điều khiển các trục X,Y,Z

6-Giá trị hiện thời
Hình 1.2: Hệ thống điều khiển CNC
- Nhập dữ liệu liên quan đến giao diện: hệ điều khiển – người điều khiển. Hệ
điều khiển gồm: bảng điều khiển và một số nối kết với các bộ lưu trữ tin ngoài (đĩa
mềm, băng từ, máy in).
- Xử lý dữ liệu: máy tính là trái tim của hệ điều khiển CNC, xử lý dữ liệu, thực
hiện tất cả các phần tính tốn và những liên quan logic.
- Xuất dữ liệu: liên quan đến giao diện hệ điều khiển máy cơng cụ, xuất tín
hiệu điều khiển trục và nguồn cung cấp năng lượng.


Dịng điện khơng đổi
1.2.2 Phần cứng – máy tính

Máy tính chứa một hoặc một vài bộ vi xử lý và bộ nhớ trong. Bộ vi xử lý dữ
liệu chương trình nhập của người điều hành về dữ liệu công nghệ và hình học.
Các dữ liệu cơng nghệ được sử dụng là dao cụ, điều chỉnh tốc độ quay của trục
chính, hướng quay của trục chính, bật hoặc tắt dung dịch làm mát, thông qua bộ
truyền hở chúng được truyền tới thành phần tương ứng của máy công cụ CNC.
Các thông tin hình học của chương trình NC được truyền từ bộ điều khiển
CNC vào trong các giá trị thiết lập cho các bộ truyền động trục tịnh tiến (X, Y, Z)
có xem xét các giá trị chạy dao hiện thời. Các chuyển dịch được tạo ra như vậy
được kiểm tra liên tục bởi vịng quay điều khiển kín vị trí trục.
Ví dụ chương trình NC gồm các chỉ lệnh tác động để máy phay dịch chuyển
dụng cụ một khoảng (VD: 105 mm), máy tính sẽ thực hiện như sau:
1- Bộ vi xử lý đọc được chỉ thị này, tính vị trí đích và khởi động bộ truyền
động chạy dao tương ứng
2- Hệ thống đo di chuyển luôn phản hồi vị trí của dụng cụ tại thời điểm bất
kỳ về bộ điều khiển. Bộ vi xử lý so sánh vị trí đó với vị trí đích. Nếu chưa
đạt, truyền động chạy dao tiếp tục chạy. Nếu đã đạt, truyền động chạy
dao dừng và câu lệnh tiếp theo của chương trình NC được đọc.
3- Lặp lại các bước 1 và 2
Việc xử lý dữ liệu trong bộ vi xử lý có thể được người điều hành thay đổi tại
tất cả thời điểm thông qua bảng điều khiển (Tác động một chức năng cụ thể nào đó).
Có một số hệ điều khiển CNC được kết hợp với PLC (xử lý các mạng logic).
1.2.3 Các dạng điều khiển hình học trên máy cơng cụ CNC
Các máy NC khác nhau có khả năng gia cơng được các bề mặt khác nhau
như: các lỗ, mặt phẳng, các mặt định hình... . Do đó các dạng điều khiển của máy
cũng được chia ra thành: Điều khiển điểm – điểm, điều khiển theo đường thẳng và
điểu khiển theo contour (điều khiển biên).
1.2.3.1 Điều khiển điểm điểm
Điều khiển điểm – điểm (hay điều khiển theo vị trí) được dùng để gia công các
lỗ bằng phương pháp khoan, khoét, doa và cắt ren lỗ. Ở đây chi tiết gia công được
gá cố định trên bàn máy, dụng cụ cắt thực hiện chạy dao nhanh đến các vị trí đã lập

Trang 21


Dịng điện khơng đổi
trình. Khi đạt tới điểm đích dao bắt đầu cắt. Tuy nhiên cũng có trường hợp dao
khơng dịch chuyển mà bàn máy dịch chuyển. Mục đích cần đạt là các kích thước a,
b, c, d, đ, e phải chính xác, cịn quỹ đạo chuyển động là của dao hay của bàn máy
đều khơng có ý nghĩa. (hình 1.3).

Hình 1.3: Điều khiển điểm – điểm
Vị trí của các lỗ có thể được điều khiển đồng thời theo hai trục (hình 1.4a)
hoặc điều khiển kế tiếp nhau (hình 1.4b). Trong trường hợp chạy dao đồng thời theo
hai trục X, Y thì quỹ đạo chuyển động tạo thành một góc α so với trục nào đó (ví dụ
trên hình 1.4a góc hợp thành giữa quỹ đạo chuyển động của dao và trục X là α).

a) Điều khiển đồng thời theo 2 trục

b) Điều khiển kế tiếp

Hình 1.4: Các dạng chạy dao trong điều khiển điểm – điểm
Trong trường hợp chạy dao độc lập thì trước hết dao chạy song song với trục
Y tới điểm 1’ (lúc này tọa độ của X khơng thay đổi) sau đó dao chạy theo trục X để
tới điểm đích 2. Như vậy các chuyển động của dao theo các trục hoàn toàn độc lập
với nhau.
1.2.3.2 Điều khiển đường thẳng
Điều khiển đường thẳng là dạng điều khiển mà khi gia công dụng cụ cắt thực
hiện lượng chạy dao theo một đường thẳng nào đó. Trên máy tiện dụng cụ cắt
Trang 22

Dịng điện khơng đổi
chuyển động song song hoặc vng gócvới trục của chi tiết (trục Z), hình 1.5a. Trên
máy phay dụng cụ cắt chuyển động song song với trục Y hoặc song song với trục X
(quỹ đạo được xác định theo chiều mũi tên), hình 1.5b. Ta thấy trong cả hai trường
hợp trên đây dụng cụ cắt chuyển động độc lập theo từng trục một (khơng có quan hệ
ràng buộc với trục khác). Dạng điều khiển này được dùng cho các máy phay và máy
tiện đơn giản.

Hình 1.5: Các dạng chạy dao trong điều khiển đường thẳng
1.2.3.3 Điều khiển dạng biên (điều khiển contour)
Điều khiển theo biên dạng (theo contour) cho phép chạy dao trên nhiều trục
cùng lúc. Ví dụ, trên hình 1.6 cho thấy điều khiển theo contour trên máy tiện (hình
1.6a) và trên máy phay (hình 1.6b).
Trong cả hai trường hợp trên dụng cụ cắt chuyển động đồng thời theo cả hai
trục để tạo ra một biên vừa có phần thẳng, vừa có phần cong. Ở đây, các chuyển
động theo các trục có mối liên hệ hàm số ràng buộc với nhau. Dạng điều khiển này
được ứng dụng trên các máy tiện, máy phay và các trung tâm gia công. Tùy theo số
trục được điều khiển đồng thời khi gia công người ta phân biệt: điều khiển contour
1

2D, điều khiển contour 2 D và điều khiển contour 3D (D là Dimension hay kích
2

thước).

a) Trên máy tiện

b) Trên máy phay
Trang 23