Nghiên cứu công nghệ CNC và lập trình gia công một số chi tiết trên trung tâm gia công CNC

..

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

NGUYỄN HÙNG TÂM

NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ CNC VÀ LẬP
TRÌNH GIA CÔNG MỘT SỐ CHI TIẾT TRÊN
TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC

CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
MÃ SỐ ĐỀ TÀI: CTM15B-06

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2017


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

NGUYỄN HÙNG TÂM

NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ CNC VÀ LẬP
TRÌNH GIA CÔNG MỘT SỐ CHI TIẾT TRÊN
TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
MÃ SỐ ĐỀ TÀI: CTM15B-06

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học:
GS.TS TRẦN VĂN ĐỊCH

HÀ NỘI - 2017


MỞ ĐẦU
Với sự phát triển không ngừng của các ngành khoa học – công nghệ, đặc
biệt trong lĩnh vực điều khiển số và tin học, đã cho phép các nhà chế tạo máy nói
chung chế tạo máy cơng cụ nói riêng, thiết kế các hệ thống điều khiển ngày càng
tin cậy hơn. Máy điều khiển số CNC (Computer Numerical Control) đóng vai trị
quan trọng trong sản xuất linh hoạt, sử dụng máy điều khiển số CNC cho phép
giảm khối lƣơng, thời gian gia cơng chi tiết, nâng cao độ chính xác gia công và
đạt hiểu quả kinh tế đồng thời rút ngắn chu kỳ sản xuất.
Chính vì vậy, ngành cơ khí chế tạo phát triển rất mạnh trên thế giới cũng
nhƣ trong nƣớc ta hiện nay, đầu tƣ các dây chuyền tự động, các trung tâm CNC
là một vấn đề thiết yếu cho sử phát triển của nƣớc ta. Tài chính khơng cịn là vấn
đề lớn nhất đối với các doanh nghiệp khi đầu tƣ vào máy công cụ điều khiển
theo chƣơng trình số. Nhƣng để vận hành, khai thác sử dụng hiệu quả các máy
công cụ CNC trong gia cơng một số chi tiết có bề mặt phức tạplà vấn đề cấp thiết
mà nhiều doanh nghiệp mong muốn các nhà khoa học tham gia giải quyết.
Từ những cấp thiết trên chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu với đề tài
"Nghiên cứu cơng nghệ CNC và lập trình gia cơng một số chi tiết trên trung
tâm gia công CNC" với mục tiêu đặt ra là nghiên cứu công nghệ máy CNC,
phƣơng pháp lập trình và thực hiên cắt thử chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy
phay CNC. Tác giả đi sâu giải quyết các vấn đề chính sau:
Chƣơng 1. Tổng quan về điều khiển số và công nghệ CNC
Chƣơng 2. Giới thiệu trung tâm gia công

Chƣơng 3. Phƣơng pháp lập trình trên máy phay CNC
Chƣơng 4. Lập trình gia công bề mặt phức tạp trên máy phay CNC
Tác giả rất mong muốn nhận đƣợc sự góp ý của q thầy cơ và các đồng
nghiệp để cơng trình đƣợc hoàn thiện hơn.

1


Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ CÔNG NGHỆ CNC
1.1. Bản chất của điều khiển số
Khi gia công trên các máy cơng cụ, thì chi tiết và các dụng cụ cắt thực hiện
các chuyển động tƣơng đối với nhau. Những chuyển động (hay dịch chuyển)
tƣơng đối đƣợc lặp lại nhiều lần khi gia công mỗi chi tiết đƣợc gọi là chu kỳ gia
cơng. Để có một chu kỳ gia công ta phải xác định một đại lƣợng và một thứ tự
của hành trình. Phần "thứ tự" đƣợc gọi là phần điều khiển. Thật vậy, chƣơng
trình làm việc của bất kỳ một máy tự động nào cũng cần có hai loại thơng tin: Về
kích thƣớc (xác định hành trình của chu kỳ), về điều khiển (xác định thứ tự của
hành trình theo thời gian) .
Ngƣời ta chia các hệ thống điều khiển máy công cụ ra hai loại:
- Điều khiển khơng theo số (hay cịn gọi là điều khiển truyền thống, điều
khiển liên tục);
- Điều khiển số.
1.1.1. Điều khiển khơng theo số
Hệ thống điều khiển khơng theo số có các loại nhƣ sau: điều khiển bằng các
cam, điều khiển bằng quãng đƣờng, điều khiển theo thời gian và điều khiển theo
chu kỳ.
* Hệ thống điều khiển theo cam (Hình 1.1)
Theo hệ thống này thì quãng
đƣờng (hành trình) L đƣợc xác định
theo công thức:

L = S0.K

(1.1)

Ở đây: So - khoảng nâng Prôfin
của cam (mm)
K - Tỷ số truyền trung gian (trên

Hình 1.1 Điều khiển theo cam

hình 1.1 ta có K = L2/L1)

* Hệ thống điều khiển theo quãng đường (Hình 1.2)

2


Hình 1.2 Điều khiển theo quãng đường
Ở đây, đại lƣợng hành trình của cơ cấu chấp hành đƣợc giới hạn bởi hai bộ
chuyển hành trình KBB và KBH: KBB giới hạn di chuyển của cơ cấu chấp hành
về bên trái hay về phía trƣớc; KBH giới hạn di chuyển cơ cấu chấp hành về bên
phải hay phía sau. Đại lƣợng hành trình L đƣợc xác định nhƣ sau:
L = b - a = b1 + b2 - a2 + a1

(1.2)

Ở đây: a1, a2, b1, b2 - toạ độ của các chốt và các bộ chuyển hành trình (mm);
a - Khoảng cách giữa các chốt trên cơ cấu chấp hành;
b - Khoảng cách giữa hai bộ chuyển hành trình.
* Hệ thống điều khiển thời gian (Hình 1.3)

Trong hệ thống điều khiển này, cơ cấu
chấp hành đƣợc điều khiển bằng bộ điều
khiển. Bộ điều khiển ở đây là một chi tiết
hình tang trống mà trên nó có một số đƣờng
rãnh nhất định. Trên các đƣờng rãnh này có
gá các cam. Các cam này đƣợc lắp với các cữ
hành trình (bộ chuyển hành trình). Cữ hành
trình điều khiển mỗi chu kỳ gia cơng theo các
lệnh điều khiển "dịch chuyển về bên trái"

Hình 1.3.Điều khiển thời gian

(theo cữ KBB) hoặc điều khiển "dịch chuyển
về bên phải" (theo cữ KBH).

Theo hình 1.3, chiều dài hành trình đƣợc xác định theo cơng thức:

L

 .V .T
(1.3)

360
3


Ở đây: T - thời gian quay một vòng của bộ điều khiển (ph);
- góc gá cam (0);
V - tốc độ trung bình của cơ cấu chấp hành (m/ph).
* Hệ thống điều khiển theo chu kỳ (Hình 1.4)

Hệ thống điều khiển này là tổng hợp
của hai hệ thống điều khiển theo quãng
đƣờng và thời gian. Đại lƣợng hành trình
đƣợc xác định bằng các cữ hành trình
trong hệ thống điều khiển theo quãng
đƣờng hoặc bởi bộ điều khiển trong hệ
thống điều khiển thời gian. Trên hình 1.4
ta thấy, khi bộ điều khiển tác động vào rơ
le "tiến" thì cơ cấu chấp hành dịch chuyển

Hình 1.4 Điều khiển theo chu kỳ

phía trƣớc, khi bộ điều khiển tác động vào rơ le "lùi" thì cơ cấu chấp hành dịch
chuyển sang phía sau (về bên phải). Dĩ nhiên, bộ điều khiển chỉ tác động vào rơ
le "lùi" khi cơ cấu chấp hành chạm vào cữ hành trình KBB. Khi cơ cấu chấp
hành dịch chuyển về bên phải thì rơ le "tiến" khơng làm việc. Rơ le "tiến" chỉ
hoạt động khi cơ cấu chấp hành chạm vào cữ hành trình KBH và lúc ấy chu kỳ
mới đƣợc lặp lại. Ta thấy các hệ thống điều khiển trên đây tuy không giống nhau
nhƣng đại lƣợng hành trình lại đƣợc điều khiển giống nhau (liên tục). Điều đó có
nghĩa là điều khiển theo chƣơng trình số.
1.1.2. Điều khiển số
Điều khiển số là hệ thống điều khiển mà mỗi hành trình đƣợc điều khiển
theo số. Mỗi thơng tin đơn vị ứng với một dịch chuyển gián đoạn của cơ cấu
chấp hành. Đại lƣợng này có tên gọi là "khả năng giải quyết" của hệ thống hay là
giá trị xung. Cơ cấu chấp hành có thể dịch chuyển với một đại lƣợng bất kỳ nào
ứng với giá trị xung. Nhƣ vậy, khi biết giá trị xung q và đại lƣợng dịch chuyển L
của cơ cấu chấp hành, ta có thể xác định số lƣợng xung N cần thiết tác động để
có lƣợng dịch chuyển L:
L = q.N.

(1.4)

Số lƣợng xung N đƣợc ghi trên kênh thông tin đƣợc gọi là một chƣơng
trình xác định đại lƣợng thơng tin kích thƣớc. Các thông tin cần thiết đƣợc ghi
4


trên băng đục lỗ hoặc băng từ. Số lƣợng thông tin đƣợc ghi trong một hệ thống
mã hoá nhất định.
1.1.3. Mã hố thơng tin
Con ngƣời và máy quan hệ với nhau bằng một ngơn ngữ mà máy có thể
hiểu đƣợc. Máy phải đọc đƣợc chƣơng trình do con ngƣời ghi và thực hiện theo
chƣơng trình đó. Khi cơ cấu điều khiển số bị hỏng, chƣơng trình có sai sót thì
điều khiển số sẽ truyền thông tin về nguyên nhân ngừng hoạt động.
* Chữ cái
Chữ cái của mã số là tập hợp các ký hiệu đƣợc dùng khi mã hoá. Các phần
tử mới hiện nay của tự động hố chỉ có hai trạng thái ổn định: Cơng tắc kín hoặc
cơng tắc hở, trong mạng của băng đục lỗ có thể có hoặc khơng có lỗ.... Một trạng
thái ứng với ký hiệu 1 (cấp dòng năng lƣợng chẳng hạn), còn trạng thái khác ứng
với ký hiệu 0 (ngắt dòng năng lƣợng chẳng hạn). Vì vậy chữ cái của mã số chỉ
chứa hai ký hiệu {0,1}.
* Mã thập phân
Cơ sở của hệ thập phân (mã thập phân) là số 10. Hệ thống này có 10 ký tự:
0,1,2,3,4,5,6,7,8,9. Ngƣời ta chọn hệ thập phân để tính là xuất phát từ lịch sử
tính tốn bằng 10 ngón tay.
Theo hệ thập phân thì số 3807,45 đƣợc viết nhƣ sau: 3.103 + 8.102 + 0.101
+ 7.100 + 4.10-1 + 5.10-2. Ta thấy, ví trị đầu tiên bên trái dấu phẩy ứng với số
mũ 0 đi vè bên trái của dấu phẩy, các số mũ luỹ thừa tăng dần (2,3). Đi về bên
phải của dấu phẩy số mũ lũy thừa giảm dần: - 1, -2, -3... Ví dụ, trong trƣờng hợp
phân tích số 3807,45 thì số mũ luỹ thừa giảm nhƣ sau: -1, -2 (bằng các chữ số

đứng đằng sau dấu phẩy). Mã số thập phân tuy chứa đƣợc nhiều dung lƣợng
nhƣng lại rất phức tạp khi tính toán.
* Mã số đơn vị
Mã số đơn vị là một loại mã số trong đó mỗi số đƣợc biểu thị bằng số lƣợng
các ký hiệu chữ số 1.
Ví dụ:
1

1

5

11111

9

2

11

6

111111

10 1111111111

3

111

7

1111111
5

111111111


4

1111

8

11111111

Hệ thống mã số đơn vị có ƣu điểm là đơn giản, dễ sử dụng. Nó đƣợc sử
dụng để ghi số lƣợng các xung trên băng từ. Tuy nhiên, mã số đơn vị có nhƣợc
điểm là cồng kềnh, phức tạp. Ví dụ để biểu diễn số trong hệ thập phân 358610
bằng mã số đơn vị thì phải cần tới 3586 ký hiệu 111....111....111.
* Mã nhị phân
Cơ sở của mã nhị phân là số 2. Đa số 2 lên cấp có số mũ nguyên dƣơng
(0,1,2,3...) ta sẽ đƣợc dãy số 20, 21, 23, 24... ứng với dãy số 1,2,3,4,8,16... Bất
kỳ một số nào trong hệ nhị phân là tổ hợp của chữ số 0 và 1. Để chuyển số từ hệ
tính thập phân sang hệ tính nhị phân cần phải chia tuần tự số thập phân cho 2
nhƣ ví dụ cho số 43 sau đây:
43: 2 = 21 lẻ 1
21: 2 = 10 lẻ 1
10:2 = 5

lẻ 0

5: 2 = 2

lẻ 1

2: 2 = 1

lẻ 0

1: 2 = 0

lẻ 1

Vậy giá trị số tƣơng ứng trong hệ nhị phân số 4310 đƣợc diễn là 1101011.
Ngƣợc lại, số trong hệ nhị phân 1010112 có thể biểu diễn sang hệ thập phân nhƣ
sau:
1010112 = 1.25 + 0.24 + 1.23 + 0.22 + 1.21 + 1.20 = 43
1.1.4. Máy công cụ điều khiển theo chƣơng trình NC
Là máy cơng cụ đƣợc điều khiển theo chƣơng trình viết bằng chữ mã ký tự
số. Chữ cái và các kí tự chun dụng khác trong đó hệ thống điều khiển có cài
đặt các bộ vi xử lý MP (Micro processor) làm việc với các chu kỳ thời gian từ 1
đến 20 và có bộ nhớ tổi thiểu 4KByte, đảm nhiệm các chức năng cơ bản của
chƣơng trình điều khiển số nhƣ: Tính tốn toạ độ trên các trục điều khiển theo
thời gian thực giám sát các trạng thái của máy, tính tốn các giá trị chỉnh lý dao
cụ, tính tốn nội suy trong điều khiển quỹ đạo biên dạng, thực hiện so sánh các
cặp giá trị cần và giá trị thực (Hình 1.5) là sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy
gia công CNC.

6

Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy gia công CNC

* Hệ thống điều khiển NC
Hệ thống NC đầu tiên ra đời do nhu cầu chế tạo các chi tiết phức tạp với số
lƣợng ít. Trong hệ thống NC các thơng số hình học của chi tiết và các lệnh điều
khiển máy đƣợc cho dƣới dạng dãy các con số.
+ Đưa dữ liệu vào hệ thống
Toàn bộ các chỉ dẫn gia công đƣợc in vào băng đục lỗ dƣới dạng các câu
lệnh của chƣơng trình. Mỗi câu lệnh đƣợc đọc trong hệ thống điều khiển NC,
đồng thời đƣa vào các bộ phận hiệu chỉnh dụng cụ cần thiết và xê dịch các điểm (0).
+ Xử lý dữ liệu và đưa dữ liệu ra
Các thông tin đƣa vào hệ thống điều khiển đƣợc mã hố và tách thành
thơng tin hình học và thơng tin cơng nghệ (hình 1.6). Các thơng tin hình học dịch
chuyển dụng cụ. Các thơng tin công nghệ điều khiển các chức năng vận hành
máy.

7


Hình 1.6. Chu trình điều khiển trong các hệ điều khiển NC
Mỗi một bàn trƣợt của máy có trang bị một hệ thống dị dịch chuyển để xác
định vị trí của bàn trƣợt và báo cho thiết bị so sánh giá trị thực với giá trị đã cho
trong bộ so sánh của hệ thống điều khiển, sai lệch này sẽ đƣợc biến đổi thành các
tác động điều khiển cụm chạy dao. Khi sai lệch điều khiển bằng 0 tức là đã đạt
đƣợc vị trí đã cho, động cơ chạy dao sẽ dừng. Chu trình điều khiển tốc độ cũng
dựa trên cơ sở của chu trình điều khiển vị trí. Số vòng quay thực đƣợc xác định
nhờ máy phát đo tốc độ lắp trong động cơ chạy dao.
+ Bộ thích nghi

Các thơng tin hình học và thơng tin cơng nghệ chuyển qua bộ thích nghi.
Bộ thích nghi có chức năng nhƣ một mắt xích nối giữa máy CNC và hệ thống
điều khiển. Kết nối các lệnh điều khiển NC với các thơng báo từ máy trở lại.
Chúng có chức năng chính nhƣ là các chuyển đổi liên động, cho khả năng tránh
đƣợc việc thực hiện các lệnh khơng hợp lý. Ví dụ: khi mâm cặp của máy tiện
chƣa kẹp chặt. Bộ thích nghi khơng phát lệnh chạy dao mặc dù hệ thống điều
khiển có phát lệnh dịch chuyển.
* Hệ thống điều khiển CNC
Điều khiển NC có nhƣợc điểm là kém linh hoạt, tốn thời gian trong việc
thay đổi chƣơng trình vì phải sửa lại các băng đục lỗ. Ngày nay hệ thống điều
khiển NC đƣợc thay thế rộng rãi bằng các hệ thống điều khiển CNC là có sự can
thiệp của máy tính. Trong các hệ thống điều khiển này có một chƣơng trình hệ
8


thống CNC do nhà chế tạo cài đặt trong máy tính. Thơng qua các phần mềm
riêng lẻ, ví dụ: chƣơng trình giải mã và hệ điều hành chƣơng trình mà các chức
năng CNC riêng lẻ đƣợc thực hiện.
+ Đưa dữ liệu vào hệ thống
Trong hệ thống NC thông thƣờng chƣơng trình gia cơng làm chỉ một lần
trên băng đục lỗ và nằm trong bộ phận lƣu giữ chƣơng trình. Hệ thống điều
khiển CNC chƣơng trình gia cơng có thể đƣa vào trong hệ thống điều khiển của
hệ điều khiển số khi lập trình, xử lý dữ liệu và đƣa dữ liệu ra.

Hình 1.7. Các dịng thơng tin trong điều khiển CNC
Chƣơng trình gia cơng đƣợc đƣa vào có thể gọi ra bất cứ lúc nào từ bộ phận
lƣu trữ chƣơng trình gia cơng. Việc sửa chữa, thay đổi và tối ƣu một chƣng trình
có thể tiến hành bất kỳ lúc nào ngay tại máy.
Việc kiểm tra tính tốn nhận biết mã và tách ra thành các dự liệu hình học,
dữ liệu cơng nghệ là do chƣơng trình điều hành đối với bộ phận lƣu giữ chƣơng

trình sẽ điều khiển bộ chỉ dẫn các câu lệnh, chỉ dẫn các câu lệnh, chỉ dẫn các
chƣơng trình con và nội dung các chƣơng trình gia cơng đang có trong bộ lƣu
giữ chƣơng trình.

9


Điều khiển CNC hiện đại có một màn hình đồ hoạ, mơ phỏng động học q
trình cắt gọt. Nhờ bàn phím và giao diện trực tiếp với hệ thống điều khiển cho
phép đƣa chƣơng trình vào một cách nhanh chóng và tránh đƣợc các sai sót.
+ Bộ thích nghi
Bộ thích nghi trong hệ điều khiển NC thông thƣờng là một bộ chuyển đổi
liên động. Trong hệ điều khiển CNC bộ chuyển đổi liên động đƣợc thay thế bằng
bộ điều khiển chƣơng trình lƣu trữ, bộ điều khiển chƣơng trình đã đƣợc lƣu trữ
sẽ theo dõi và ghép nối chức năng vận hành máy đến từ hệ điều hành khiển CNC
và máy.
+ Sơ đồ hệ điều khiển CNC
Các hệ điều khiển CNC hiện nay đƣợc cấu tạo để khi mở rộng hệ điều
khiển có thể bổ sung thêm cho các chức năng đã có các mơ đun mở rộng. Vì vậy
các hệ điều khiển đƣợc thiết kế thích hợp cho việc lắp vào phần mềm hoặc sử
dụng các linh kiện điện tử hiện đại thích hợp. Trong các hệ điều khiển nhiều bộ
vi xử lý thƣờng sử dụng cả phần cứng lẫn phần mềm.
* Hệ thống DNC
DNC viết tắt (Direct Numerical Control) để biểu thị một hệ thống trong đó
nhiều máy CNC đƣợc nối với một máy tính gia cơng.
Các chƣơng trình NC sẽ đƣợc sử dụng, lƣu giữ trên các đĩa cứng của các
máy tính, bố trí trên hệ thống DNC và có thể gọi ra trực tiếp tuỳ theo nhu cầu
của từng máy.

Hình 1.8. Phương án nhiều bộ vi xử lý

10


Trong các phân xƣởng có hệ thống DNC các chƣơng trình NC đƣợc lập và
đƣa thẳng vào trong máy tính. Phần lớn các hệ điều khiển CNC có các ngơn ngữ
lập trình khác nhau vì vậy khi lập trình bằng tay cần có phần mềm tƣơng ứng
cho việc biên dịch DNC cung cấp cho cho các máy CNC riêng biệt các thơng tin
điều khiển.

Hình 1.9. Hệ thống DNC
NC lập trình bằng máy đòi hỏi đối với từng kiểu điều khiển một chƣơng
trình dịch riêng (Postprocessor). Trong phân xƣởng có nhiều máy CNC, các
trang bị công nghệ đƣợc lƣu giữ và điều hành trong một ngân hàng giữ liệu trung
tâm của máy tính [4].
Nhờ đó, các dữ liệu về dụng cụ và trang thiết bị công nghệ đƣợc gọi ra trên
màn hình. Các hệ thống DNC có các ƣu điểm sau:
- Có một ngân hàng dữ liệu trung tâm cho biết các thơng tin của chƣơng
trình, chi tiết gia cơng và dụng cụ;
- Truyền dữ liệu nhanh, tin cậy phát huy tốt hiệu quả của các máy CNC;
- Điều khiển và lập kế hoạch gia cơng;
- Có khả năng ghép nối vào hệ thống gia cơng linh hoạt.
* Điều khiển thích nghi AC (Adaptive Control)
Điều khiển thích nghi AC là điều khiển tự động q trình gia cơng khơng
có tác động của ngƣời vận hành máy. Nhằm tự động thay đổi các thông số gia
công theo ảnh hƣởng không thể dự kiến trƣớc trong q trình gia cơng. Ví dụ:
Kích thƣớc phơi thay đổi khi điều khiển thích nghi sẽ thay đổi tốc độ chạy dao

11

cho phù hợp. Tuỳ theo mục tiêu sử dụng ngƣời ta phân chia các hệ thống điều
khiển thích nghi thành:
- Điều khiển thích nghi cƣỡng bức ACC (Adaptive Control Constrain);
- Điều khiển thích nghi tối ƣu ACO (Adaptive Control Optimation).
ACC dùng để điều khiển giới hạn của các thông số cắt gọt. Ví dụ: khi tiện
cơn, chiều sâu cắt gọt thay đổi do vậy lƣợng chạy dao và số vòng quay của dao
phải đƣợc điều khiển sao cho đảm bảo công suất cắt tối đa cho phép.
ACO dùng cho việc tối ƣu hố các q trình gia cơng nhằm giảm thời gian
gia cơng hoặc giảm giá thành gia cơng có chú ý đến nhiều yếu tố ảnh hƣởng
ngƣợc nhau (công suất cắt cao sẽ làm giảm tuổi bền của dụng cụ cắt). Hiện nay
các hệ thống ACO ứng dụng nhiều trong gia công bằng mài và gia công bằng tia
lửa điện. Hệ thống điều khiển thích nghi đƣợc ứng dụng rộng rãi cho các chức
năng bổ sung thêm của các hệ điều khiển CNC nhƣ tự động theo dõi dụng cụ cắt
và đo chi tiết trong q trình gia cơng.
* Hệ thống gia công linh hoạt FMS (Flexble manufaceturing systems)
Sự đa dạng của sản phẩm dẫn đến giảm số lƣợng chi tiết gia công trong một
loạt và làm tăng giá thành. Một số ngành công nghiệp chế tạo do số lƣợng kiểu
sản phẩm và các phƣơng án mẫu ngày càng tăng. Dây chuyền sản xuất truyền
thống không hiệu quả kinh tế đối với khối lƣợng chủng loại chi tiết.
Các hệ thống gia cơng linh hoạt có khả năng gia cơng các chi tiết khác nhau
trong cùng một họ chi tiết với số lƣợng chi tiết và thứ tự gia công tuỳ ý. Giá
thành chế tạo chi tiết kể cả trong điều kiện gia công loạt nhỏ vẫn đạt hiệu quả
kinh tế.
Tuỳ theo tính linh hoạt và năng suất, ngƣời ta phân loại các hệ thống gia
công linh hoạt thành:
- Các tế bào gia công linh hoạt;
- Các cụm gia công linh hoạt;
- Các dây chuyền gia công linh hoạt.
Một hệ thống gia cơng linh hoạt thƣờng có ba thành phần chính:
- Một hay nhiều cụm gia cơng;

- Các hệ thống vận chuyển chi tiết và dụng cụ;
- Máy tính của hệ thống DNC đóng vai trị là thiết bị chỉ đạo.
12


Hạt nhân của tế bào gia công là máy CNC, một trung tâm gia cơng có trang
bị ổ chứa dụng cụ, các trang bị thay đổi gá lắp. Hệ thống thay đổi dụng cụ và chi
tiết tạo thành một hệ thống gia cơng linh hoạt làm việc tự động địi hỏi các thiết
bị giám sát và đo lƣờng tự động nhƣ: đo kích thƣớc dụng cụ ở trên máy; theo dõi
tự động tuổi bền của dao; đo chi tiết.
1.2. Lịch sử phát triển của các máy CNC (Hình 1.10)
Ý tƣởng điều khiển một dụng cụ thông qua chuỗi lệnh kế tiếp liên tục, mà
chúng đƣợc ứng dụng trong các máy điều khiển CNC ngày nay đã đƣợc phát
triển từ thế kỷ thứ 14. Bắt đầu từ những cụm chuông đƣợc điều khiển bởi các
trục đục lỗ.
1808 Josehp M. Jacqard đã dùng bìa tơn có đục lỗ để điều khiển các máy
dệt. Vật mang tin có thểthay thế đƣợc dùng để điều khiển máy đã đƣợc phát
minh.
1863 M. Fourneaux đã sáng chế ra đàn Dƣơng Cầm tự động, có dùng một
bìa giấy khổ 30cm với các lỗ tƣơng ứng để điều tiết khí nén, tác động lên hệ
phím ấn cơ khí tạo ra nhạc điệu. Phƣơng pháp này đã đƣợc tiếp tục phát triển để
sau đó có thể điều khiển cả âm lƣợng. Băng giấy đã trở thành vật mang tin và kỹ
thuật điều khiển các chức năng phụ đã đƣợc phát minh.
1938 Claude E. Shanon đã thành cơng việc tính tốn và chuyển nhanh dữ
liệu ở dạng nhị phân có vận dụng lý thuyết đại số BOOL và xác nhận công tắc
điện tử là thành phần hiện thực duy nhất cho giải pháp này.
1946 Tiến sĩ John W.Mauchyly và J.Preper Eckrt đã cung cấp máy tính số
điện tử đầu tiên có tên là ENIAC cho quân đội Hoa Kỳ. Cơ sở của kỹ thuật xử lý
dữ liệu điện tử đã đƣợc tạo lập.
1949 - 1952 Jonh Parsons và viện công nghệ MIT đã nghiên cứu theo hợp

đồng của không lực Hoa Kỳ một hệ thống dùng cho các máy công cụ để điều
khiển trực tiếp vị trí của các trục vít - me bằng đầu ra của một máy tính và chứng
minh chức năng thông qua công một chi tiết. Parons đã công bố luận điểm cơ
bản về ý tƣởng này nhƣ sau:
- Lƣu trữ các vị trí đã tính tốn ở bìa đục lỗ;
- Bìa đục lỗ đƣợc đọc tự đồng trên máy;

13


- Các vị trí đã đƣợc đọc phải đƣợc thơng báo liên tục và các giá trị trung
gian bổ sung phải đƣợc tính tốn cho các giá trị trung gian nội sao cho động cơ
Servo (vơ tốc độ) có thể điều khiển chuyển động của các trục.
Với một máy nhƣ vậy cần phải chế tạo đƣợc các phần tử thích hợp ngày
càng phức tạp hơn. Những chi tiết đó vào thời kỳ này đã đƣợc miêu tả chính xác
với một số ít các dữ liệu tốn học. Nhƣng việc chế tạo chúng bằng tay rất khó
khăn.
Năm 1952 Viện Cơng nghệ MIT đã vận hành máy công cụ điều khiển số
đầu tiên. Đó là máy Cincinati Hydrotel có trục vít - me thẳng đứng, hệ điều
khiển có cấu tạo gồm nhiều đèn điện tử, tạo khả năng chuyển động đồng thời ba
trục, tức là nội suy đƣờng thẳng đồng thời theo ba trục và nhận dữ liệu thông qua
băng đục lỗ mã nhị phân (Benary Code Punched Band).
1954 Bendix chế tạo ra hệ điều khiển NC hồn chỉnh đầu tiên có dùng các
đèn điện tử.
1957 Không lực Hoa Kỳ đã lắp đặt những máy phay NC đầu tiên.
1958 ngôn ngữ lập trình biểu tƣợng hố (Symbolish) đầu tiên là cơng cụ lập
trình tự động APT (Automatically Programmed Tool) đã đƣợc giới thiệu trong
quan hệ liên kết với máy tính IBM 704.
1960 các hệ điều khiển NC trong kỹ thuật đèn bán dẫn (Transitor) đã thay
thế các hệ điều khiển cũ (dùng đèn điện tử).

1965 giải pháp thay dụng cụ tự động ATC (Automatic Tool Change) đã
nâng cao trình độ tự động hố khâu gia cơng.
1968 kỹ thuật mạch tích hợp IC (Intergated Circuits) làm cho các hệ điều
khiển có kích thƣớc nhỏ, gọn và tin cậy hơn.
1969 những giải pháp đầu tiên về điều khiển liên kết chung từ một máy tính
trung tâm DNC đã đƣợc thiết lập tại Mỹ bằng hệ điều khiển Sundstrand và máy
tính IBM. Giải pháp thay bệ phiến gá phôi tự động (Automatic Palete Change).
1972 hệ điều khiển NC đầu tiên có lắp đặt một máy tính nhỏ đƣợc chế tạo
hàng loạt đã tạo ra một thế hệ mới có tiềm lực mạnh hơn, đó là điều khiển số
dùng máy tính nhỏ CNC nhƣng thế hệ này lại đƣợc thay thế nhanh bởi thế hệ
mới, mạnh hơn. Đó là hệ điều khiển số dùng máy tính có hệ vi xử lý
Microprocessor CNC sau này.
1976 các hệ xử lý tạo ra một cuộc cách mạng trong kỹ thuật CNC.
14


1978 các hệ thống gia công linh hoạt FMS.
1979 các khớp nối liên hồn CAD/CAM đầu tiên xuất hiện.
1980 cơng cụ trợ giúp lập trình tích hợp trong hệ điều khiển CNC đã tạo ra
cuộc tranh luận về quan điểm, xoay quanh vấn đề cần hay không cần giải pháp
điều khiển có dùng cách nạp dữ liệu bằng tay.
1984 hệ điều khiển CNC mạnh, có các cơng cụ trợ giúp lập trình độ hoạ, đã
đạt những chuẩn mực mới cao hơn đối với việc lập trình tại xƣởng sản xuất.
1985/1986 hệ điều khiển CNC với các lập trình tƣơng tác đồ hoạ
(Graphicinteeractive progamming) tiến thêm một bƣớc phát triển "lập trình tại
phân xƣởng".
1986/1987 các dao diện tiêu chuẩn hóa (Standard interfaces) mở ra con
đƣờng tiến tới công xƣởng tự động hóa trên cơ sở một hệ thống trao đổi thơng
tin liên thông CIM.
1990 Các giao điện số (Digital intefaces) giữa các hệ điều khiển NC và các

hệ khởi động, cải thiện độ chính xác và đáp ứng điều kiện của các trục NC và
trục chính của máy.
1992 Các hệ thống của CNC hở (Open - ended control) tạo khả năng và
biến đổi thích ứng theo yêu cầu sử dụng.
1993 Sử dụng theo tiêu chuẩn các hệ thống khởi động cơ tuyến tính ở các
trung tâm gia cơng MC (Manufacturing centres).

Hình 1.10. Lịch sử phát triển của CNC
15


1994 Kép khín chuỗi q trình CAD/CAM/CNC bằng cách sử dụng hệ
NURBS (Not Uniforme Rationale B - Splines) làm phƣơng pháp nội suy
(interpolation method) trong các hệ CNC. NURBS là phƣơng pháp dùng để diễn
tả toán học đối với các bề mặt thông thƣờng và các bề mặt đặc biệt bằng các
điểm và các thông số (parameters) tạo thành mô hình lƣới gồm nhiều nút để diễn
tả bề mặt đạt độ mịn và độ sắc nét cao. Những hệ thống CAD/CAM mới xử lý
trực tiếp từ hệ CAD. Trong hệ CNC giải pháp này giảm đƣợc khối lƣợng dữ
liệu,nâng cao độ chính xác và tốc độ xử lý tạo ra chuyển động đều đặn của máy,
tăng tuổi thọ của máy và dụng cụ.
1.3. Hƣớng phát triển của máy CNC trên thế giới và Việt Nam
So với các máy tự động điều kiển theo chƣơng trình cứng (dùng cam,
dƣỡng cữ chặn, trục gài bi, cơng tắc hành trình....) Máy CNC có tính linh hoạt
cao trong cơng việc lập trình, đặc biệt có trợ giúp của máy tính, tiết kiệm đƣợc
thời gian điều chỉnh máy, tính kinh tế cao ngay cả với loạt sản phẩm nhỏ.
Ƣu điểm chỉ có trong máy CNC là phƣơng thức làm việc với hệ thống xử lý
thông tin "điện tử - số hóa" cho phép nối ghép với hệ thống xử lý số trong phạm
vi quản lý tồn xí nghiệp, tạo điều kiện tự động hóa tồn bộ quá trình sau sản
xuất. Ứng dụng các kỹ thuật quản lý hiện đại thông qua mạng liên thông cục bộ
LAN (Location Area Network) hay mạng liên thơng tồn cầu WAN (World area

Network).
Cùng với sự phát triển của ngành điện tử, cơng nghệ tơng tin các chức năng
tính tốn trong hệ thống CNC ngày càng hoàn thiện và đạt tốc độ xử lý cao nhờ
ứng dụng những thành tựu phát triển của vi xử lý. Các hệ thống CNC đƣợc chế
tạo hàng loạt lớn theo phƣơng thức xử lý đa chức năng dùng cho nhiều mục đích
điều khiển khác nhau. Vật mang tin từ băng đục lỗ, băng từ, đĩa từ, tiến tới đĩa
Compact (CD) có dung lƣợng nhớ lớn, độ tin cậy ngày càng cao. Việc cài đặt
các cụm vi sử lý trực tiếp vào hệ NC để trở thành CNC đã tạo điều kiện ứng
dụng máy công cụ CNC ngay cả trong xí nghiệp nhỏ, khơng có phịng lập trình
riêng, ngƣời điều khiển máy có thể lập trình trực tiếp trên máy. Dữ liệu nạp vào,
với dung lƣợng nhớ lớn, độ tin cậy ngày càng cao. Việc cài đặt các cụm vi sử lý
trực tiếp NC để trở thành hệ CNC đã tạo điều kiện ứng dụng máy cơng cụ CNC
có thể lập trình trực tiếp trên máy. Dữ liệu nạp vào, nội dung lƣu trữ, thông báo
16


về tình trạng hoạt động của máy cùng các chỉ dẫn cần thiết khác cho ngƣời điều
khiển đều đƣợc hiển thị trên màn hình. Màn hình ban đầu là đen trắng nay đã
dùng màn hình màu đồ hoạ (mơ phỏng tĩnh hay động), biên dạng của chi tiết gia
công, chuyển động của dao cụ đều đƣợc hiển thị.
1.3.1. Từ các máy CNC tới FMS
Do có tính linh hoạt cao, trên máy CNC có thể thực hiện nhiều chức năng
cơng nghệ khác nhau và việc chuyển đổi giữa các chức năng dễ dàng. Trên một
máy có thể thực hiện đƣợc nhiều loại sản phẩm khác nhau. Máy CNC có khả
năng tập trung nguyên công cao để gia công các chi tiết phức tạp. Nhờ tính linh
hoạt cao máy CNC đƣợc sử dụng phổ biến trên các dây chuyền. Trong các tế bào
sản xuất tự động
Để nâng năng suất của máy CNC, vào những năm 1970 - 1980 ngƣời ta
nhóm các máy này thành các hệ thống sản xuất linh hoạt, có năng suất gần bằng
năng suất của dây chuyền tự động sản xuất lớn và loại trừ đƣợc nhƣợc điểm của

dây chuyền tự động là chế tạo một chủng loại sản phẩm. Trên cơ sở của các hệ
thống tự động hoá đó ngƣời ta đã xây dựng cơng nghệ điều chỉnh linh hoạt. Với
cơng nghệ này thì bất kì chi tiết nào (trong phạm vi đặc tính kỹ thuật của máy)
cũng có thể đƣợc đƣa vào hệ thống FMS theo bất kỳ tuần tự nào và đƣợc gia
công với bất kỳ sản lƣợng nào.
Khi làm việc trên máy CNC ngƣời công nhân thực hiện chức năng cấp phôi
cho máy, tháo chi tiết sau khi gia công, thay đồ gá, mở máy, kiểm tra chi tiết và
quan sát chung hoạt động của máy. Nếu các chức năng đó đƣợc tự động hố thì
tỷ lệ thời gian máy tăng lên, do đó tăng đƣợc năng suất của thiết bị.
Hệ thống FMS dùng để chế tạo nhiều chủng loại chi tiết với sản lƣợng nhỏ
và vừa. FMS gồm các máy CNC để gia công tự động, hệ thống cấp và tháo phôi,
hệ thống vận chuyển phơi, các máy tính, hệ thống cung cấp chƣơng trình để điều
khiển tồn bộ cơng việc .
Điều chỉnh linh hoạt trên các máy CNC đƣợc thực hiện theo các hƣớng sau:
1. Trang bị ổ tích dụng cụ cho máy (magazin dụng cụ);
2. Trang bị cho máy cơ cấu vệ tinh thay đổi;
3. Chế tạo máy nhiều trục chính;
4. Gia công đồng thời bằng nhiều dao;
17


5. Điều khiển các máy CNC bằng máy tính;
6. Tập hợp các máy CNC thành từng nhóm và điều khiển chúng bằng máy
tính;
7. Tập hợp các máy CNC thành hệ thống FMS.
* Trang bị ổ tích dụng cụ cho máy
Ổ tích dụng cụ (Tools magazin) với cơ cấu thay dao tự động cho phép gia
công nhiều bề mặt của chi tiết trong một hoặc một số lần gá, do đó giảm đƣợc
thời gian gia công. Những magazin dụng cụ đầu tiên đã đƣợc sử dụng trong các
máy nhiều nguyên công. Khi số lƣợng dụng cụ 30 thì các magazin dụng cụ đƣợc

chế tạo dƣới dạng tang trống, số lƣợng dụng cụ 30 magazin dụng cụ đƣợc chế
tạo dƣới dạng bằng xích. Hiện nay các ma gazin dụng cụ đƣợc sử dụng hầu hết
trong các loại máy công cụ và số lƣợng dụng cụ trong magazin dụng cụ tang
trống chứa 80 dụng cụ. Hãng Sandstrand (Hoa Kỳ) đã chế tạo máy nhiều nguyên
công với số lƣợng dụng cụ trong magazin dụng cụ là 215. Máy nhiều ngun
cơng của Nga có magazin chứa 80 dụng cụ.
Khi tăng dung lƣợng của magazin dụng cụ thì kết cấu của máy cồng kềnh
hơn, giá thành của máy tăng, giảm đƣợc độ dịch chuyển của các xích chuyển
động, tăng thời gian chọn dao cần thay thế. Nhƣ vậy, magazin dụng cụ giảm
đƣợc chức năng của con ngƣời và nó là một bƣớc phát triển trong cơng nghệ sản
xuất linh hoạt.
* Trang bị cho các máy cơ cấu vệ tinh thay đổi
Cơ cấu vệ tinh thay đổi là cơ cấu cấp phôi tự động và đẩy chi tiết gia cơng
đến vị trí xác định. Cơ cấu vệ tinh cho phép làm trùng thời gian phụ (thời gian
tháo và thời gian gá đặt phôi trong đồ gá) với thời gian máy khi gia cơng. Cơ cấu
vệ tinh có kết cấu tiêu chuẩn để có thể gá và kẹp chặt trên bàn máy. Một số cơ
cấu vệ tinh đƣợc gá trên máy nhiều nguyên công.
Phôi đƣợc gá trên đồ gá, đồ gá đƣợc lắp trên cơ cấu vệ tinh và cơ cấu vệ
tinh này đƣợc đặt ở vị trí xác định. Cơ cấu vệ tinh khác đƣợc lắp cũng có đồ gá
với chi tiết gia cơng. Các cơ cấu vệ tinh đổi chỗ cho nhau (theo lệnh điều khiển)
nhờ cơ cấu thay đổi các vệ tinh.
Sơ đồ cơ cấu vệ tinh thay đổi tăng theo mức độ hiện đại của máy nhiều
nguyên công. Sử dụng Magazin với các cơ cấu vệ tinh cho phép thực hiện công
18


nghệ điều chỉnh linh hoạt. Tuy nhiên, sử dụng magazin với cơ cấu vệ tinh có một
số nhƣợc điểm nhƣ: khi gia công các chi tiết giống nhau cần phải có số đồ gá
bằng số cơ cấu vệ tinh, điều kiện này làm tăng chi phí và khơng đảm bảo độ
chính xác cao của các chi tiết đƣợc gia cơng các máy với Magazin vệ tinh chiếm

diện tích sản xuất lớn hơn so với máy thông thƣờng khác.
Thực tế cho thấy số lƣợng cơ cấu vệ tinh thay đổi của máy từ 2 - 3 là kinh
tế nhất. Vì nó cho phép mở rộng khả năng phục vụ nhiều máy và khả năng lắp
máy với hệ thống di chuyển cơ cấu vệ tinh từ ổ chứa tới vị trị yêu cầu. Nhƣ vậy
có thể giải quyết đƣợc nhiều vấn đề cơng nghệ điều chính linh hoạt và máy có
khả năng làm việc liên tục.
* Chế tạo máy nhiều trục chính
Máy nhiều trục chính thƣờng là các máy phay chuyên dùng, đƣợc sử dụng
để gia công đồng thời nhiều chi tiết giống nhau hoặc gia công đồng thời nhiều bề
mặt của một chi tiết bằng nhiều dao với năng suất gia cơng cao.
Do nhiều trục chính nên lực tác động tới các cơ cấu của máy cũng tăng lên.
Vì vậy, máy phải có độ cứng vững đảm bảo, nghĩa là phải tăng kích thƣớc của
các cơ cấu máy và khối lƣợng của vật liệu để chế tạo các cơ cấu đó. Đồng thời
với số trục chính tăng lên thì thời gian chuẩn bị - kết thúc cho một trục chính
cũng tăng lên (do không thể chuẩn bị công việc cùng lúc cho tất cả các trục
chính). Cho nên mà các máy thƣờng chỉ đƣợc trang bị 2 - 4 trục chính trong điều
kiện gia cơng nhẹ và trung bình.
* Gia cơng đồng thời bằng nhiều dao (Hình 1.11)
Chi tiết trong cùng một thời gian đƣợc gia công bằng nhiều dao khác nhau.
Hình 1.11 là máy CNC điều chỉnh nhiều ngun cơng với nhiều trục chính thay
đổi. Trên rãnh chữ T của thân máy có bàn 2. Trên bàn 2 cịn có thân hình vịm 3
với magazin gồm các ụ trục chính thay đổi 5. Các ụ trục chính đƣợc chuyển từ
magazin tới ụ 4 và ngƣợc lại nhờ cánh tay quả lắc 6 và bộ định vị tự động Robot
7. Trên phần ngang của thân 1 có bàn 10 và trên phần trƣợt của bàn 10 có bàn
phân độ 9. Trên bàn phân độ 9 có lắp các đồ gá với chi tiết gia công.

19


Hình 1.11. Máy CNC điều chỉnh nhiều ngun cơng với ụ trục chính thay đổi

Q trình gia cơng đƣợc thực hiện nhờ di chuyển theo phƣơng ngang của ụ
4 với trục chính 8. Gá đặt phơi theo toạ độ đƣợc thực hiện nhờ dịch chuyển của
bàn 10 còn gá đặt phôi theo mặt phẳng gia công đƣợc thực hiện bằng cách xoay
bàn phân độ 9 đi một góc. Điều chỉnh máy đƣợc thực hiện bằng cách thay đổi
các ụ chính với các dụng cụ và các phiếu dẫn đồ gá với chi tiết gia cơng. Q
trình gia cơng đƣợc thực hiện nhờ di chuyển theo phƣơng ngang của ụ 4 với trục
chính 8. Gá đặt phơi theo toạ độ đƣợc thực hiện nhờ dịch chuyển của bàn 10 còn
gá đặt phôi theo mặt phẳng gia công đƣợc thực hiện bằng cách xoay bàn phân độ
9 đi một góc. Điều chỉnh máy đƣợc thực hiện bằng cách thay đổi các ụ chính với
các dụng cụ và các phiến dẫn, đồ gá vệ tinh và phân tử mang chƣơng trình.
Do tất cả các dụng cụ của ụ trục chính đƣợc di chuyển theo một chƣơng trình
và máy có khả năng chun mơn hố hẹp cùng với nhiều cơng việc điều chỉnh
chƣa đƣợc tự động hoá, cho nên máy này dùng để gia công các chi tiết loạt vừa
và loạt lớn.
Các máy tổ hợp CNC cho phép tăng hệ số tải trọng lên tới 0.8 - 0.9 và tăng hiệu
quả lên tới 5 - 6 lần so với các máy tổ hợp truyền thống khác. Hiệu quả cao khi
20


sử dụng máy tổ hợp CNC là nhờ gia công bằng nhiều dao và mỗi dao thực hiện
gia công theo chƣơng trình riêng, cịn dịch chuyển của các trục chính và bàn
quay đƣợc điều khiển chung bằng một cơ cấu điều khiển số. Hiệu quả cao khi sử
dụng các máy tổ hợp CNC đƣợc xác định bằng các thông số cơng nghệ và nó
khơng dùng cho mọi trƣờng hợp. Nhƣ vậy, gia công đồng thời bằng nhiều dao
cho phép nâng cao năng suất của máy và cho phép thực hiện điều chỉnh linh
hoạt.
* Điều khiển máy CNC bằng máy tính
Điều khiển máy CNC bằng máy tính cho phép thực hiện công nghệ điều
chỉnh linh hoạt (nhờ nối kết với máy tính, khả năng điều khiển thích nghi và điều
khiển di chuyển của các vệ tinh thay đổi) giảm kích thƣớc của máy, nâng cao

đƣợc năng suất và chất lƣợng gia
công (Hình 1.12).
1. Ụ trục chính
2. Cơ cấu vận chuyển - tích trữ
3. Cánh tay tự động

Hình 1.12. Dây chuyền tự động điều chỉnh

* Tập hợp các máy CNC thành nhóm và điều khiển chúng bằng máy tính
Điều khiển máy nhóm máy CNC bằng máy tính cho phép hiệu chỉnh
chƣơng trình trực tiếp trên máy và điều chỉnh công việc của các máy.
Hiệu quả kinh tế, kỹ thuật của điều khiển nhóm máy này bằng máy tính
đƣợc thể hiện qua những ƣu điểm sau:
- Giảm chu trình lập trình;
- Loại bỏ các băng từ;
- Giảm số dụng cụ sử dụng;
- Nâng cao năng suất và chất lƣợng gia công.
* Tập hợp các máy CNC thành hệ thống FMS
+ Dây chuyền tự đồng điều chỉnh

21


Hệ thống FMS bao gồm hệ thống vận chuyển tự động và điều khiển trung
tâm bằng máy tính, nhằm tự động hố các ngun cơng chính, ngun cơng phụ
trong sản xuất hàng loạt nhỏ và loạt vừa. Hình 1.13 là dây chuyền tự động điều
chỉnh đƣợc dùng để gia công các chi tiết dạng hộp. Dây chuyền này bao gồm các
máy CNC với các ụ trục chính 1, các cánh tay tự động 3 và các cơ cấu vận
chuyển - tích trữ 2.
Điều chỉnh dây chuyển đƣợc thực hiện bằng điều chỉnh các máy CNC thay

thế các đồ gá, thay thế các cánh tay tự động, các phần tử mang chƣơng trình
trong cơ cấu điều khiển số.
+ Hệ thống FMS với kho chứa phơi và dụng cụ (hình 1.13).
Hệ thống FMS với kho chứa phôi và dụng cụ đƣợc dùng để gia công các
chi tiết dạng hộp Hệ thống này gồm 6 máy, máy số 3 có 3.5 toạ độ với các hành
trình lớn nhất theo các toạ độ x, y, z là 900, 700 và 650 mm. Giới hạn lƣợng
chạy dao theo các toạ độ là 2 - 500m/phút và toạ độ dịch chuyển nhanh là
10m/phút. Bàn quay của máy có 72 vị trí đƣợc khắc dấu và thiết kế cho các cơ
cấu vệ tinh có kích thƣớc bề mặt làm việc là 800 x 800 mm. Truyền động chính
có cơng suất 12KW, số vịng quay trục chính từ 12.5 - 1600V/phút. Dung lƣợng
của một magazin dụng cụ là 36, khi gia công chi tiết, sai số khoảng cách tâm của
lỗ nằm trong khoảng 0,03mm trên 500mm chiều dài. Các máy đƣợc trang bị các
cơ cấu cấp phôi tự động (4) các cơ cấu này đƣợc gá trên các đồ gá vệ tinh dạng
tấm.
Ngồi nhóm máy CNC trong hệ thống FMS trên hình 1.13 cịn có: bộ phận
kiểm tra phôi và lấy dấu (1). Máy chuẩn bị phôi (2), bộ phận kiểm tra lần cuối
bằng máy kiểm tra (7).
Công đoạn chuẩn bị sản xuất trong hệ thống có: bộ phận lƣu giữ các cơ cấu
vệ tinh dạng tấm; Các chi tiết của đồ gá điều chỉnh, lắp ráp - vạn năng; Bộ phận
lắp ráp và lƣu giữ đồ gá, bộ phận lắp ráp và điều chỉnh dụng cụ, có thể lắp ráp
thành nhiều đồ gá cùng lúc cho tất cả các máy của hệ thống.
Điều chỉnh kích thƣớc của dụng cụ đƣợc thực hiện bằng các thiết bị quang
học. Dọc theo dây chuyền của các máy có kho chứa phôi và chi tiết (6). Phôi và
chi tiết đƣợc chuyển tới bằng máy cần trục tự động (5).
Hệ thống điều khiển FMS trên hình 1.13 đƣợc thực hiện ở hai mức cao và
thấp ở mức cao cho phép lập trình, kiểm tra, hiểu chỉnh và lữu giữ chƣơng trình,
22


lập tài liệu công nghệ, lập kế hoạch và tiến trình sản xuất, điều khiển tính cơ

động của các máy CNC, điều khiển các cơ cấu vận chuyển và cấp phơi. Phía đối
diện kho chứa phơi và chi tiết (6), các máy vạn năng đƣợc lắp đặt để chỉnh sửa
phôi trƣớc khi đi vào dây chuyền.

Hình 1.13. Hệ thống điều khiển FMS
1. Máy lấy dấu ; 2. Máy chuẩn bị phôi; 3. Các máy CNC gia công;
4. Cơ cấu cấp phôi tự động; 5. Cần trục tự động ;
6. Kho chứa phôi và chi tiết; 7. Máy kiểm tra tự động.
Hệ thống FMS ở trên so với tổ hợp các máy CNC (10 máy): số công nhân
đứng máy giảm từ 14 xuống 9; năng suất gia công tăng 164% đối với mỗi máy,
tăng năng suất lên 164% đối với mỗi nhân viên phục vụ.
1.3.2. Tính ƣu việc của máy CNC
Một trong những hƣớng của tự động hoá trong sản xuất vừa là sử dụng các
máy CNC. Hiệu quả kinh tế khi sử dụng có thể đạt đƣợc đối với cả trƣờng hợp
gia công loạt nhỏ chi tiết (20 - 40 chi tiết). Tuy nhiên, trong sản xuất đơn chiếc
thì hiệu quả kinh tế khi gia công trên các máy vạn năng chiếm ƣu thế hơn:
- Máy CNC cho phép hiệu chỉnh chƣơng trình gia cơng ngay tại chỗ làm
việc. Trong sản xuất gia cơng cao, thay thế một cách có hiệu quả các máy vạn
năng thông thƣờng. Tất cả các nguyên công tiện trên các máy CNC đều đƣợc
thực hiện bằng các dạo tiện tiêu chuẩn mà không dùng các dao định hình và cữ
chặn.
Sử dụng CNC cho phép giảm nhẹ điều kiện lao động của nhân cơng, giải
phóng cơng nhân khỏi việc có tính chất đơn điệu, lặp lại nhiều lần.
23