Nghiên cứu máy phay CNC và xây dựng hệ thống các bài thực hành và thí nghiệm gia công cắt gọt trên máy phục vụ chương trình đào tạo tại trường đại học và cao đẳng công nghệ

..

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

TÁC GIẢ
Đỗ Anh Tuấn

TÊN ĐỀ TÀI
Nghiên cứu máy phay CNC và xây dựng các hệ thống bài
thực hành và thí nghiệm gia cơng cắt gọt trên máy, phục
vụ chương trình đào tạo tại các trường đại học, cao đẳng
cơng nghệ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS Tăng Huy
Hà Nội, năm 2011

-1-


MỤC LỤC
Nội dung

Trang

Trang phụ bìa

0

Lời cam đoan

4

Hệ thống danh mục các bảng biểu

5

Hệ thống danh mục các hình vẽ

6

PHẦN MỞ ĐẦU

12

PHẦN NỘI DUNG

14

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CNC

14

1.1. Vài nét về tình hình khai thác sử dụng máy CNC hiện nay

14

1.2. Sự thích hợp của các hệ thống CNC đối với các nước đang phát triển.

15

1.3. Đặc trưng cơ bản và vai trò của máy CNC đối với tự động hố

17

1.3.1. Tính năng tự động cao

17

1.3.2. Tính năng linh hoạt cao

17

1.3.3. Tính năng tập trung ngun cơng

17

1.3.4. Tính năng chính xác, đảm bảo chất lượng cao

17

1.3.5. Gia công biên dạng phức tạp

18

1.3.6. Tính năng hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao

18

1.4. Một số nét cơ bản về máy công cụ vạn năng và máy CNC

18

1.5. Mơ hình khái qt của một máy CNC (hình 1.1).

20

1.5.1. Phần điều khiển

20

1.5.2. Phần chấp hành

20

1.6 Các phương pháp điều khiển trong máy CNC

21

1.7. Hệ toạ độ và các điểm gốc lập trình gia cơng CNC

23

1.7.1. Hệ toạ độ

23

1.7.2. Các điểm gốc lập trình gia cơng CNC

24

1.8 Lập trình gia cơng CNC

25

1.8.1 Cấu trúc chương trình CNC

25

1.8.2 Trình tự để thiết lập một chương trình gia cơng

29

1.9. Hiệu quả kinh tế khi gia cơng trên máy CNC

30

1.10. Kết luận chương 1

31

1


Nội dung

Trang

Chương 2. NGHIÊN CỨU VỀ MÁY PHAY CNC X.MILL 640
2.1. Giới thiệu về máy phay CNC X.Mill 640

32
32

2.1.1. Thông số kỹ thuật của máy phay CNC X.Mill 640 (bảng 2.1)

32

2.1.2. Những tính năng chính

33

2.1.3. Một số bộ phận cơ bản của máy phay CNC X.Mill 640 (bảng 2.2)

34

2.2. Hướng dẫn vận hành máy phay CNC X.Mill 640

37

2.2.1. Điều kiện kỹ thuật làm việc

37

2.2.2. Hướng dẫn vận hành bật máy (bảng 2.3)

38

2.2.3. Hướng dẫn vận hành tắt máy (bảng 2.4)

39

2.2.3 Hướng dẫn sử dụng hộp vô lăng điều khiển dẫn tiến bằng tay (bảng 2.5)

40

2.3. Hệ điều khiển trong máy phay CNC X.Mill 640

41

2.3.1 Bảng điều khiển trong máy phay CNC X.Mill 640

41

2.3.2 Giới thiệu về các nút chức năng trong bảng điều khiển

41

2.3.2.1. Bàn phím MDI (MDI keyboard) (bảng 2.6)

41

2.3.2.2. Các phím chức năng (Function keys) (bảng 2.7)

44

2.3.2.3. Các phím mềm

49

2.3.3 Hệ điểu khiển trong máy phay CNC X.Mill 640

59

2.3.3.1. Nguyên lý làm việc của hệ điều khiển điện

60

2.3.3.2. Các tham số của hệ điều khiển FANUC Oi Mate MD (bảng 2.14)

62

2.3.3.3. Bảng mã lệnh G (trong hệ điều khiển FANUC Oi Mate MD)

62

2.3.3.4. Thao tác vào/ra một chương trình

66

2.3.3.5. Tạo một chương trình sử dụng bàn phím MDI

67

2.3.3.6. Xố một chương trình

68

2.4. Kết luận chương 2

68

Chương 3. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TOPSOLID’CAM TRONG LẬP
TRÌNH GIA CƠNG TỰ ĐỘNG NHỮNG CHI TIẾT PHỨC TẠP 2D, 3D

69

3.1. Giới thiệu về phần mềm TOPSOLID 2009

69

3.1.1. Cách cài đặt phần mềm từ đĩa DVD

69

3.1.2. Giới thiệu về phần mềm TOPSOLID

77

3.1.3. Giao diện trong phần mềm Topsolid’Cam

77

2

Nội dung

Trang

3.2. Lập trình gia cơng phay 2D

79

3.2.1 Trình tự các bước thực hiện

79

3.2.2 Lập trình gia cơng phay 2D

79

3.2.2.1 Nghiên cứu bản vẽ và các yêu cầu

80

3.2.2.2 Chuẩn bị trước khi lập trình gia cơng

81

3.2.2.3. Lập trình gia cơng tự động 2D

88

3.2.2.3. Xuất ra chương trình NC

104

3.3. Lập trình gia cơng phay 3D

107

3.3.1 Trình tự các bước thực hiện

107

3.3.2 Lập trình gia cơng phay 3D

107

3.3.2.1 Nghiên cứu bản vẽ và các yêu cầu

107

3.3.2.2. Chuẩn bị trước khi lập trình gia cơng 3D

107

3.3.2.3. Lập trình gia cơng 3D

108

3.4. Kết luận chương 3

117

Chương 4. MỘT SỐ BÀI THỰC HÀNH VÀ THÍ NGHIỆM GIA CÔNG
CẮT GỌT TRÊN MÁY PHAY CNC X.MILL 640

118

4.1. Bài 1 - Thực hành “Thay và lắp dao” trên máy phay CNC X.Mill 640

118

4.2. Bài 2 - Thực hành “Xét gốc phôi và bù chiều dài dao” trên máy phay
CNC X.Mill 640

120

4.3. Bài 3 - Lập trình gia cơng trực tiếp trên máy phay CNC X.Mill 640

125

4.4. Bài 4 - Lập trình bằng tay và gia cơng trên máy phay CNC X.Mill 640

127

4.5. Bài 5 - Lập trình tự động 2D và gia công trên máy phay CNC X.Mill 640

132

4.6. Bài 6 - Lập trình tự động 3D và gia công trên máy phay CNC X.Mill 640

136

4.7. Kết luận chương 4

140

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

141

TÀI LIỆU THAM KHẢO

142

3


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng những nội dung trong luận văn này là trung thực và là
cơng trình nghiên cứu của tôi.

Hà Nội, ngày 20 tháng 3 năm 2011
Học viên

Đỗ Anh Tuấn

4


HỆ THỐNG CÁC DANH MỤC BẢNG BIỂU
Chương 1: Tổng quan về CNC
Bảng 1.1 So sánh máy công cụ vạn năng và máy CNC........................................... 19

Bảng 1.2 Trình tự thiết lập một chương trình gia cơng ........................................... 29
Chương 2: Nghiên cứu về máy phay CNC X.Mill 640
Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật máy phay CNC X.Mill 640 ....................................... 32
Bảng 2.2 Một số bộ phận cơ bản của máy phay CNC X.Mill 640 .......................... 35
Bảng 2.3 Hướng dẫn vận hành bật máy ................................................................... 38
Bảng 2.4 Hướng dẫn vận hành tắt máy.................................................................... 39
Bảng 2.5 Hướng dẫn sử dụng hộp vô lăng điều khiển dẫn tiến bằng tay ................ 40
Bảng 2.6 Hướng dẫn sử dụng bàn phím MDI ......................................................... 42
Bảng 2.7 Hướng dẫn sử dụng bảng các phím chức năng......................................... 44
Bảng 2.8 Hướng dẫn dùng phím mềm trong chức năng POS.................................. 51
Bảng 2.9 Hướng dẫn sử dụng phím mềm trong chức năng PORG.......................... 52
Bảng 2.10 Hướng dẫn sử dụng phím mềm trong chức năng OFS/SET................... 54
Bảng 2.11 Hướng dẫn sử dụng phím mềm trong chức năng System ...................... 56
Bảng 2.12 Hướng dẫn sử dụng phím mềm trong chức năng message..................... 58
Bảng 2.13 Hướng dẫn sử dụng phím mềm trong chức năng GRPH........................ 59
Bảng 2.14 Các tham số của hệ điều khiển FANUC OIMD ..................................... 62
Bảng 2.15 Danh sách mã G..................................................................................... 64
Chương 4: Một số bài thực hành và thí nghiệm gia cơng cắt gọt trên máy phay
CNC X.Mill 640
Bảng 4.1 Hướng dẫn thay lắp dao trên máy phay CNC X.Mill 640.......................118
Bảng 4.2 Hướng dẫn xét gốc phôi và bù chiều dài dao ........................................147

5


HỆ THỐNG CÁC DANH MỤC HÌNH VẼ
Chương 1. Tổng quan về CNC
Hình 1.1. Mơ hình khái qt của một máy CNC. .................................................... 20
Hình 1.2. Điều khiển theo điểm ............................................................................... 21
Hình 1.3. Điều khiển theo đường thẳng ................................................................... 22

Hình 1.4. Điều khiển theo Contour .......................................................................... 22
Hình 1.5. Hệ toạ độ trong máy CNC........................................................................ 23
Hình 1.6. Điểm gốc và điểm cắt của dao ................................................................ 25
Hình 1.7. Chương trình chính và chương trình con ................................................. 27
Chương 2. Nghiên cứu về máy phay CNC X.Mill 640
Hình 2.1. Máy phay CNC X.mill 640 ...................................................................... 32
Hình 2.2. Một số bộ phận cơ bản của máy phay CNC X.Mill 640.......................... 34
Hình 2.3. Bảng điều khiển của máy phay CNC X.mill 640..................................... 41
Hình 2.4. Bàn phím MDI ......................................................................................... 41
Hình 2.5. Bảng các phím chức năng ........................................................................ 41
Hình 2.6. Màn hình LCD của bảng điều khiển ........................................................ 49
Hình 2.7. Phím mềm trong chức năng POS ............................................................. 51
Hình 2.8. Phím mềm trong chức năng SYSTEM .................................................... 51
Hình 2.9. Phím mềm trong chức năng SYSTEM .................................................... 51
Hình 2.10. Phím mềm trong chức năng POS ........................................................... 52
Hình 2.11. Phím mềm trong chế độ MEM/RMT..................................................... 52
Hình 2.12. Phím mềm trong chế độ MDI ................................................................ 53
Hình 2.13. Phím mềm trong chế độ EDIT/JOG/THND .......................................... 53
Hình 2.14. Phím mềm trong chế độ JOG/HND/REF............................................... 53
Hình 2.15. Phím mềm trong chế độ OFS/SET......................................................... 53
Hình 2.16. Phím mềm trong chức năng SYSTEM .................................................. 55
Hình 2.17. Phím mềm trong chức năng MESSAGE................................................ 58

6


Hình 2.18. Phím mềm trong chức năng GRPH........................................................ 59
Chương 3. Ứng dụng phần mềm Topsolid’Cam trong lập trình gia cơng tự
động những chi tiết phức tạp 2D, 3D
Hình 3.1 Đĩa cài phần mềm TopSolid 2009 69

Hình 3.2. Giao diện chính cài đặt bộ phần mềm TopSolid 2009 ............................ 69
Hình 3.3 Chọn ngơn ngữ sử dụng trong phần mềm................................................. 70
Hình 3.4 Cài đặt phần mềm TopSolid 2009............................................................. 70
Hình 3.5. Thơng tin sử dụng phần mềm................................................................... 70
Hình 3.6. Chọn license trong khi cài đặt.................................................................. 71
Hình 3.7. Chọn cài đặt các phần mềm hỗ trợ........................................................... 71
Hình 3.8. Chọn ổ cài đặt phần mềm......................................................................... 72
Hình 3.9. Tiếp tục cài đặt phần mềm ....................................................................... 72
Hình 3.10. Chọn các modul trong phần mềm TopSolid 2009 ................................. 73
Hình 3.11. Chọn đơn vị sử dụng trong phần mềm................................................... 73
Hình 3.12. Tiếp tục cài đặt phần mềm ..................................................................... 74
Hình 3.13. Chọn mã mở trong phần mềm................................................................ 74
Hình 3.14. Chọn hình thức cài đặt phần mềm ......................................................... 75
Hình 3.15. Bắt đầu quá trình cài đặt ........................................................................ 75
Hình 3.16. Màn hình chờ trong quá trình cài đặt ..................................................... 76
Hình 3.17. Kết thúc quá trình cài đặt ....................................................................... 76
Hình 3.18. Mở phần mềm TopSolid 2009 ............................................................... 78
Hình 3.19. Chọn mở một file mới ............................................................................ 78
Hình 3.20. Chọn mở phần mềm TopSolid’Cam ...................................................... 78
Hình 3.21. Màn hình giao diện chính trong phần mềm TopSoild’Cam 2009 ......... 79
Hình 3.22. Bản vẽ chi tiết phay 2D.......................................................................... 80
Hình 3.23. Nhấn chọn cơng cụ start working .......................................................... 81
Hình 3.24. Nhấn chọn chức năng chọn máy gia cơng ............................................. 81

7


Hình 3.25. Chọn máy cần gia cơng .......................................................................... 81
Hình 3.26. Chọn dao cần thiết lâp thơng số ............................................................. 82
Hình 3.27. Thiết lập thơng số cho dao ..................................................................... 82

Hình 3.28. Chọn đường kính dao cần dùng khi gia cơng ........................................ 82
Hình 3.29. Thiết lập thông số cho các dao khác ...................................................... 83
Hình 3.30. Chọn đồ gá cho q trình gia cơng ........................................................ 83
Hình 3.31. Chọn kiểu loại đồ gá .............................................................................. 83
Hình 3.32. Chọn kiểu ê tơ cần dùng......................................................................... 84
Hình 3.33. Định vị ê tơ lên bàn máy ........................................................................ 84
Hình 3.34. Chọn bề mặt định vị trên ê tơ................................................................. 84
Hình 3.35. Chọn bề mặt định vị trên bàn máy ......................................................... 85
Hình 3.36. Gá phơi lên ê tơ ...................................................................................... 85
Hình 3.37. Chọn chi tiết cần gá lên ê tơ ................................................................... 85
Hình 3.38. Hiệu chỉnh khoảng cách bề mặt định vị phôi lên ê tơ 86
Hình 3.39. Tạo phơi ................................................................................................. 87
Hình 3.40. Chọn vật liệu của phơi ........................................................................... 87
Hình 3.41. Điều chỉnh lượng dư của phơi................................................................ 87
Hình 3.42. Chọn gốc phơi ........................................................................................ 88
Hình 3.43. Hồn thành bước chuẩn bị trước khi lập trình ....................................... 88
Hình 3.44. Chọn phương thức gia cơng 2D ............................................................. 88
Hình 3.45. Chọn dao phay mặt đầu (dao số 6)......................................................... 89
Hình 3.46. Thiết lập lượng dư khi phay mặt đầu ........................................................ 89
Hình 3.47. Thiết lập điều kiện cắt khi phay mặt đầu .............................................. 90
Hình 3.48. Chọn phương thức gia cơng hốc hở ...................................................... 90
Hình 3.49. Chọn dao để gia cơng hốc hở ................................................................. 91
Hình 3.50. Thiết lập lượng dư khi phay hốc hở ...................................................... 91
Hình 3.51. Thiết lập điều kiện cắt khi phay hốc hở ..................................................... 92

8


Hình 3.52. Chọn phương thức gia cơng hốc hở ....................................................... 92
Hình 3.53. Chọn dao để gia cơng hốc hở (dao số 3)................................................ 93

Hình 3.54. Thiết lập lượng dư khi phay hốc hở ...................................................... 93
Hình 3.55. Thiết lập điều kiện cắt khi phay hốc hở ..................................................... 94
Hình 3.56. Chọn phương thức gia cơng hốc kín ...................................................... 94
Hình 3.57. Chọn dao đê gia cơng hốc kín................................................................ 95
Hình 3.58. Thiết lập lượng dư khi phay hốc kín ..................................................... 95
Hình 3.59. Thiết lập điều kiện cắt khi phay hốc kín ............................................... 96
Hình 3.60. Chọn phương thức gia cơng rãnh........................................................... 96
Hình 3.61. Chọn dao để gia cơng rãnh (dao số 3).................................................... 96
Hình 3.62. Thiết lập lượng dư khi cắt rãnh.............................................................. 97
Hình 3.63. Thiết lập điều kiện cắt khi cắt rãnh ........................................................ 97
Hình 3.64. Chọn phương thức gia cơng hốc hở ....................................................... 98
Hình 3.65 Chọn dao để gia cơng hốc hở (dao số 7)................................................. 98
Hình 3.66. Thiết lập lượng dư khi phay hốc hở ....................................................... 99
Hình 3.67. Thiết lập điều kiện cắt khi phay hốc hở............................................................99
Hình 3.68. Chọn phương thức gia cơng lỗ.............................................................100
Hình 3.69. Chọn dao để gia cơng lỗ.......................................................................100
Hình 3.70. Thiết lập lượng dư khi khoan...............................................................101
Hình 3.71. Thiết lập chế độ bẻ phoi .......................................................................102
Hình 3.72. Thiết lập điều kiện cắt khi khoan lỗ.....................................................102
Hình 3.73. Bật chế độ kiểm tra đường chạy dao....................................................103
Hình 3.74. Kiểm tra đường chạy dao theo từng bước............................................103
Hình 3.75. Kích hoạt chế độ chạy mơ phỏng.........................................................104
Hình 3.76. Bảng điều khiển q trình chạy mơ phỏng ..........................................104
Hình 3.77. Kích hoạt chế độ xuất dữ liệu sang chương trình NC..........................105

9


Hình 3.78. Giao diện chính của phần mềm xuất dữ liệu........................................105
Hình 3.79. Số file chương trình cần xuất dữ liệu...................................................105

Hình 3.80. Lưu tên cho chương trình xuất.............................................................105
Hình 3.81. Chương trình NC gia cơng 2D .............................................................106
Hình 3.82. Chi tiết phay 3D đã được thiết kế sẵn ..................................................107
Hình 3.83. Chọn phương thức gia cơng phay 3D ..................................................108
Hình 3.84. Thiết lập lượng dư khi gia cơng thơ.....................................................108
Hình 3.85. Thiết lập vùng chạy dao khi gia cơng thơ.....................................................109
Hình 3.86. Thiết lập điều kiện cắt khi gia cơng thơ ...............................................109
Hình 3.87. Thiết lập đường chạy dao khi gia cơng thơ ...................................................110
Hình 3.88. Thiết lập điều kiện cắt khi gia cơng bán tinh................................................110
Hình 3.89. Thiết lập đường chạy dao khi gia cơng bán tinh...............................................................111
Hình 3.90. Thiết lập vùng chạy dao khi gia cơng bán tinh.............................................................111
Hình 3.91. Chọn phương thức Zlevel khi gia cơng tinh..................................................112
Hình 3.92. Thiết lập đường chạy dao khi gia cơng tinh ..................................................112
Hình 3.93 Thiết lập vùng chạy dao khi gia cơng tinh ...........................................113
Hình 3.94. Thiết lập điều kiện cắt khi gia cơng tinh..............................................113
Hình 3.95. Kích hoạt chế độ chạy mơ phỏng.........................................................114
Hình 3.96. Bảng điều khiển q trình chạy mơ phỏng ..........................................114
Hình 3.97. Kích hoạt chế độ xuất dữ liệu sang chương trình NC..........................115
Hình 3.98. Giao diện chính của phần mềm xuất dữ liệu........................................115
Hình 3.99. Số file chương trình cần xuất dữ liệu...................................................115
Hình 3.100. Lưu tên cho chương trình xuất...........................................................116
Hình 3.101. Chương trình NC gia công 3D ...........................................................116
Chương 4. Một số bài thực hành và thí nghiệm gia cơng cắt gọt trên máy phay
CNC X.Mill 640

10


Hình 4.1 Chi tiết gia cơng số 1...............................................................................126
Hình 4.2 Chi tiết gia cơng số 2...............................................................................128

Hình 4.3 Giao diện chính của Notepal...................................................................128
Hình 4.4. Lập trình bằng tay trong Notepal ...........................................................129
Hình 4.5. Giao diện chính của phần mềm truyền dữ liệu sang máy phay CNC ....130
Hình 4.6. Chọn file cần truyền ...............................................................................130
Hình 4.7. Truyền chương trình sang máy phay CNC ............................................131
Hình 4.8 Chi tiết gia cơng số 3 (2D) ......................................................................132
Hình 4.9. Chương trình gia cơng 2D NC ...............................................................133
Hình 4.10. Giao diện chính của phần mềm truyền dữ liệu sang máy phay CNC .134
Hình 4.11. Chọn file cần truyền (file Gia cong 2D) ..............................................134
Hình 4.12. Truyền chương trình (Gia cong 2D) sang máy phay CNC ..................135
Hình 4.13. Chi tiết gia cơng số 4 (3D) ...................................................................136
Hình 4.14. Chương trình gia cơng 3D NC .............................................................137
Hình 4.15. Giao diện chính của phần mềm truyền dữ liệu sang máy phay CNC .138
Hình 4.16. Chọn file cần truyền (file GC 3D AM TRE) .......................................138
Hình 4.17. Truyền chương trình (GC 3D AM TRE) sang máy phay CNC ...........139

11


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển, các máy công cụ điều
khiển số (NC và CNC) hiện đang được sử dụng phổ biến tại hầu hết các nước.
Trong những năm gần đây các máy CNC được nhập vào Việt Nam với số lượng
ngày càng nhiều. Việc tìm hiểu khai thác khả năng công nghệ gia công trên các máy
CNC nhằm đạt hiệu quả kinh tế cao đang là nhiệm vụ cấp bách.
Trường Đại học Kinh tế Kỹ thuật Công nghiệp là một trường đại học công
nghệ mới được thành lập (trường lên đại học tháng 9 năm 2007). Việc ứng dụng các
phần mềm CAD/CAM/CNC và khai thác khả năng công nghệ gia công trên máy
CNC được Nhà trường hết sức quan tâm, nhằm đạo tạo ra đội ngũ kỹ sư và cử nhân

cơ khí có kiến thức và tay nghề về công nghệ cao. Trước đây việc tiếp cận về máy
CNC chỉ được làm trên máy CNC mơ hình dùng cho dạy học, năm 2010 Nhà
trường đã đầu tư mới một máy phay CNC công nghiệp để phục vụ quá trình giảng
dạy, học tập và nghiên cứu. Do đó, theo yêu cầu của Nhà trường và để đáp ứng nhu
cầu của xã hội tác giả quyết định chọn đề tài: “Nghiên cứu máy phay CNC và xây
dựng hệ thống các bài thực hành và thí nghiệm gia cơng cắt gọt trên máy, phục vụ
chương trình đào tạo tại các trường đại học và cao đẳng công nghệ”
2. Lịch sử nghiên cứu
Nghiên cứu về máy phay CNC và xây dựng hệ thống các bài thực hành và thí
nghiệm gia cơng cắt gọt trên máy trong trường đại học Kinh tế Kỹ thuật Cơng
nghiệp nói riêng và tại các trường đại học và cao đẳng cơng nghệ nói chung cịn khá
mới mẻ.
3. Mục đích nghiên cứu:
Đưa ra những được những kiến thức cơ bản về: Tổng quan về CNC (đặc
trưng cơ bản và vai trò của máy CNC, các phương pháp điều khiển trong máy CNC,
lập trình gia cơng CNC...). Biết cách vận hành và sử dụng thành thạo máy phay
CNC công nghiệp. Biết cách sử dụng một phần mềm CAM trong lập trình gia cơng
tự động. Và đưa ra được một số bài thí nghiệm và thực hành gia cơng cắt gọt trên

12


máy, bước đầu tiếp cận với công nghệ cao, rèn luyện tác phong làm việc cẩn thận,
an toàn, khoa học và công nghiệp hiện đại cho các sinh viên ngành Cơ khí.
4. Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là máy phay CNC X.Mill 640, và một số bài
thực hành và thí nghiệm gia cơng cắt gọt trên máy.
5. Ý nghĩa đề tài:
- Nhằm đạo tạo ra đội ngũ kỹ sư và cử nhân cơ khí có kiến thức và tay nghề
về công nghệ cao.

- Nâng cao khả năng hiểu biết về tự động hóa cơng nghiệp và tác phong công
nghiệp cho sinh viên khi ra trường.
- Đáp ứng nhu cầu hiểu biết công nghệ CAD/CAM mà một xã hội đang phát
triển cần có.
6. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về gia công CNC, nghiên cứu về máy phay
CNC, và tiếp cận với phần mềm TopSolid’Cam 2009.
- Xây dựng một số bài thí nghiệm và thực hành gia công cắt gọt trên máy
phay CNC phục vụ chương trình đào tạo tại trường đại học Kinh tế Kỹ thuật Cơng
nghiệp nói riêng và các trường đại học và cao đẳng cơng nghệ nói chung.
- Gia cơng cắt mẫu.
- Phân tích kết quả.
Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Tăng
Huy đã giúp đỡ tận tình để tơi hồn thành luận văn này. Tơi xin cảm ơn lãnh đạo
nhà trường và các thầy cơ khoa Cơ khí Trường Đại học Kinh tế Kỹ thuật Công
nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, ngày 20 tháng 3 năm 2011
Tác giả

13


PHẦN NỘI DUNG
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CNC
1.1. Vài nét về tình hình khai thác sử dụng máy CNC hiện nay
Ở Việt Nam chúng ta, trước đây hệ thống sản xuất cơ khí quá lạc hậu, năng
suất thấp, chất lượng kém nhưng giá thành lại cao, sản xuất chưa đáp ứng được thị
trường trong nước chứ đừng nói gì đến vươn ra thị trường ngoài nước. Nhận thức từ
vấn đề đó, sau Đại hội Đảng tồn quốc lần thứ VI (1986) với chủ trương đổi mới,

nhiều chính sách ra đời đó tạo cho doanh nghiệp sự chủ động, sáng tạo.. Rất nhiều
doanh nghiệp trong nước và liên doanh với nước ngồi đã đưa máy gia cơng có mức
độ tự động hố cao vào sản xuất. Ngành cơ khí nước ta nói riêng và tất cả các ngành
khác nói chung đã có bước phát triển mới. Sản phẩm chế tạo ra có chất lượng cao
hơn, thời gian chế tạo nhanh hơn. Tuy nhiên, tìm hiểu một số doanh nghiệp sử dụng
kỹ thuật CNC thì thấy có một số hạn chế sau:
- Chủng loại máy, nguồn gốc máy đa dạng nhưng chủ yếu là các máy của:
Đức, Nhật, Trung quốc, Đài loan. Đáng chú ý là có một số máy khơng rõ nguồn gốc
vì việc mua bán máy qua nhiều trung gian, tài liệu thất lạc...
- Hệ điều khiển của máy chủ yếu là FANUC, HEIDENHAIN,
MITSUBISHI..
- Việc chuyển giao kỹ thuật từ các chuyên gia nước ngoài cho đối tác tại Việt Nam
khơng đầy đủ. Chủ yếu chỉ hướng dẫn lập trình cơ bản và thao tác vận hành máy.
- Ngoại trừ một số doanh nghiệp liên doanh, doanh nghiệp 100% vốn nước
ngồi trong sản xuất có mặt hàng truyền thống thì chương trình gia cơng CNC được
chuẩn bị trước từ nước ngồi đưa vào, cịn lại chủ yếu do người vận hành máy lập
trình trực tiếp trên máy.
- Một số doanh nghiệp chưa thực sự chú ý đến khai thác máy một cách hiệu
quả, thời gian máy hoạt động không nhiều.
- Các máy gia công sử dụng kỹ thuật CNC thường được nhập ngoại với giá
thành rất cao, hiệu quả khai thác sử dụng máy còn hạn chế, giá thành sản phẩm cao
vì mức khấu hao lớn.

14


Thực tế đó cho thấy việc “nghiên cứu về máy phay CNC và xây dựng hệ thống
các bài thực hành và thí nghiệm gia cơng cắt gọt trên máy, phục vụ chương trình
đào tạo tại các trường đại học và cao đẳng công nghệ” nhằm đạo tạo ra đội ngũ kỹ
sư và cử nhân có kiến thức và tay nghề về công nghệ cao là việc làm hết sức cần

thiết.
1.2. Sự thích hợp của các hệ thống CNC đối với các nước đang phát triển.
Hiện nay, mức độ phát triển của các hệ thống CNC đảm bảo rằng sự áp dụng
chúng ở các nhà máy mang lại lợi ích rõ ràng. Cũng cần ghi nhận hiệu quả trực
tiếp và trực quan của tự động hoá, nghĩa là sự giảm lao động con người. Đây là
một mối lợi nữa cho các nước đang phát triển với công lao động thấp và nguồn
nhân lực dồi dào (mà nguồn lao động này đa số là khơng có kỹ thuật cao).
Trong thực tế, tầm quan trong của các lợi ích có thể tóm tắt trong những điểm
sau:
- Thiết bị công nghệ CNC làm giảm sự cần thiết phải có người đứng máy với tay
nghề cao.
- Do năng suất của các máy CNC cao, nên chúng giải phóng nhanh các ùn tắc đâu
đó trong nhà máy.
- Máy NC đảm bảo tính lặp lại rất cao của chi tiết, độ chính xác kích thước và độ ổn
định của sản phẩm cuối cùng, điều không thể trông đợi ở máy thông thường.
- Do áp dụng các hệ thống NC được đặc trưng bởi sự điều khiển theo vịng trịn kín
nên những địi hỏi về kiểm tra, mà thường cần người có tay nghề cao, nay có thể
loại bỏ.
- Các thiết bị cơng nghệ NC có u cầu rất cao. Do giá thành máy cao nên chúng
cần phải đầy tải. Yêu cầu này cúng với năng suất cao, cần có một kế hoạch sản xuất
tốt. Do đó cần nghĩ đến computer để hỗ trợ sản xuất, lập kế hoạch và điều khiển,
thực tế là nghĩ đến một hệ thống computer hoá, từ thời điểm bắt đầu giới thiệu kỹ
thuật NC đến các hoạt động công nghiệp. Đây là thời điểm bắt đầu sự phối hợp các
hoạt động công nghiệp.

15


- Cũng đã có những ý tưởng tốt được nói về quá trình phối hợp qua hệ thống
CAD/CAM và các hệ thống điều khiển quản lý/thơng tin. Điều đó được làm

chủ yếu với nhà máy hoàn toàn tự động mà mục đích chủ yếu là dùng cho tự
động hố. Sự áp dụng các nhà máy như thế không luôn luôn là giải pháp tốt
nhất ở các nước đang phát triển. Chúng ta tin rằng có những lý do sâu sắc hơn
để tiếp cận vấn đề này so với sự giảm chi phí nhân lực do tự động hố. Các lý
do quan trọng nhất là:
+ Chấp hành các kỷ luật công nghệ bên trong tổ chức sản xuất (như các hệ thống
computer thường liên quan đến các số liệu đầu vào được yêu cầu rất chuẩn mực, các
quy trình kỹ thuật...).
+ Tính linh hoạt lơn hơn trong q trình chế tạo, nghĩa là nâng cao khả năng của
chúng, đáp ứng nhanh chóng và có hiệu quả với mọi thay đổi về kỹ thuật, các yêu
cầu cả thị trường thay đổi và các sản phẩm mới.
+ Đảm bảo khơng có khuyết tật và các dữ liệu chính xác dùng cho sự điều khiển
quản lý.
+ Đảm bảo sản xuất chính xác cao thậm chí của các chi tiết phức tạp hoặc các
ngun cơng phức tạp (độc lập với tay nghề người đứng máy).
+ Tăng hiệu quả kinh tế của q trình cơng nghệ qua việc lập kế hoạch tốt hơn,
khuyển khích sản xuất tối ưu...
- CNC là chìa khố để tiếp cận các hệ thống kỹ thuật công nghiệp và rằng sự phối
hợp CAD/CAM/CIM có thể được tạo nên chỉ thơng qua kỹ thuật CNC.
- Sự thay đổi lớn trong gia công kim loại có thể gán cho sự phát triển nhanh chóng trong
thiết kế máy công cụ vào trong công nghệ, kỹ thuật điều khiển và sản xuất.
- Trong thực tế, sự phát triển liên quan tới các vật liệu mới, các dụng cụ cắt mới...
không chỉ ảnh hưởng lên quan điểm gia cơng mà cịn bổ sung một tầm nhìn mới cho
sự thiết kế máy công cụ và hệ điểu khiển máy công cụ.

16


1.3. Đặc trưng cơ bản và vai trò của máy CNC đối với tự động hố
1.3.1. Tính năng tự động cao

Máy CNC có năng suất cắt gọt cao và giảm được tối đa thời gian phụ, do mức độ tự
động được nâng cao vượt bậc. Tuỳ từng mức độ tự động, máy CNC có thể thực hiện
cùng một lúc nhiều chuyển động khác nhau, có thể tự động thay dao, hiệu chỉnh sai
số dao cụ, tự động kiểm tra kích thước chi tiết và qua đó tự động hiệu chỉnh sai lệch
vị trí tương đối giữa dao và chi tiết, tự động tưới nguội, tự động hút phoi ra khỏi
khu vực cắt...
1.3.2. Tính năng linh hoạt cao
- Chương trình có thể thay đổi dễ dàng và nhanh chóng, thích ứng với các loại chi
tiết khác nhau. Do đó rút ngắn thời gian phụ và thời gian chuẩn bị sản xuất, tạo điều
kiện thuận lợi cho việc tự động hoá sản xuất hàng loạt nhỏ.
- Bất cứ lúc nào cũng có thể sản xuất nhanh chóng những chi tiết đã có chương
trình. Vì thế, khơng cần phải sản xuất chi tiết dự trữ, mà chỉ lấy chương trình của
chi tiết đó.
- Máy CNC gia công được những chi tiết nhỏ, vừa, phản ứng một cách linh hoạt khi
nhiệm vụ công nghệ thay đổi và điều quan trọng nhất là việc lập trình gia cơng có
thể thực hiện ngồi máy, trong các văn phịng có sự hỗ trợ của kỹ thuật tin học
thơng qua thiết bị vi tính, vi xử lý...
1.3.3. Tính năng tập trung ngun cơng
Đa số các máy CNC có thể thực hiện số lượng lớn các nguyên công khác nhau mà
khơng cần thay đổi vị trí gá đặt của chi tiết. Từ khả năng tập trung các nguyên công,
các máy CNC đã được phát triển thành các trung tâm gia cơng CNC.
1.3.4. Tính năng chính xác, đảm bảo chất lượng cao
- Giảm được hư hỏng do sai xót của con người. Đồng thời cũng giảm được cường
độ chú ý của con người khi làm việc.
- Có khả năng gia cơng chính xác hàng loạt. Độ chính xác lập lại, đặc trưng cho
mức độ ổn định trong suốt quá trình gia công là điểm ưu việt tuyệt đối của máy CNC.

17

- Máy CNC với hệ thống điều khiển khép kín có khả năng gia cơng được những chi
tiết chính xác và về hình dáng đến kích thước. Những đặc điểm này thuận tiện cho
việc lắp lẫn, giảm khả năng tổn thất phôi liệu ở mức thấp nhất.
1.3.5. Gia công biên dạng phức tạp
Máy CNC có thể gia cơng chính xác và nhanh các chi tiết có hình dạng phức tạp
như các bề mặt 3 chiều.
1.3.6. Tính năng hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao
- Cải thiện tuổi bền dao nhờ điều kiện cắt tối ưu. Tiết kiệm dụng cụ cắt gọt, đồ gá và
các phụ tùng khác.
- Giảm phế phẩm.
- Tiết kiệm tiền thuê mướn lao động do không cần yêu cầu kỹ năng nghề nghiệp
nhưng năng suất gia cơng cao hơn.
- Sử dụng lại chương trình gia cơng.
- Giảm thời gian sản xuất.
- Thời gian sử dụng máy nhiều hơn nhờ vào giảm thời gian dừng máy
- Giảm thời gian kiểm tra vì máy CNC sản xuất chi tiết chất lượng đồng nhất.
- CNC có thể thay đổi nhanh chóng từ việc gia cơng loại chi tiết này sang loại khác
với thời gian chuận bị thấp nhất.
Tuy nhiên bên cạnh đó máy CNC cũng có một số hạn chế như:
- Sự đầu tư ban đầu cao: Nhược điểm lớn nhất trong việc sử dụng máy CNC là tiền
vốn đầu tư ban đầu cao cùng với chi phí lắp đặt.
- Yêu cầu bảo dưỡng cao: Máy CNC là thiết bị kỹ thuật cao và hệ thống cơ khí, điện
của nó rất phức tạp. Để máy gia cơng được chính xác cần thường xuyên bảo dưỡng.
Người bảo dưỡng phải tinh thông cả về cơ và điện.
- Hiệu quả thấp với những chi tiết đơn giản.
1.4. Một số nét cơ bản về máy công cụ vạn năng và máy CNC
- Về cơ bản máy công cụ vạn năng và máy công cụ điều khiển số có kết cấu khung
giống nhau, đó là: Thân máy, đế máy, bàn trượt, đầu trục chính

18

- Ngồi ra chúng cịn có một số điểm khác nhau, cụ thể (bảng 1.1):
Bảng 1.1: So sánh máy công cụ vạn năng và máy CNC
TT

1

Nội dung

Máy công cụ vạn năng

Máy CNC

Nguồn động lực - Động cơ 3 pha - Động cơ DC điều khiển vô
cấp hoặc AC biến tần theo

thường

điều khiển vô cấp
- Động cơ bước và động cơ
thuỷ lực
- Động cơ Servo
2

Tốc độ truyền - Phân cấp

- Vô cấp

dẫn

3

Truyền động

- Kiểu nối tiếp (thông - Độc lập
qua hộp số)

4

Bộ truyền dẫn

- Thanh răng/bánh răng

- Thanh răng/bánh răng yêu

thường

cầu có cơ cấu kẹp khử khe

- Vít me/đai ốc thường

hở
- Vít me/đai ốc bi

5

Điều khiển

- Bằng tay (cơng tắc, - Bằng máy tính với hệ điều
tay gạt cơ khí)

khiển số (bảng điều khiển và
màn hình điều khiển)

6

Tính điển hình - Dài, thông qua nhiều - Ngắn hơn rất nhiều do
của xích động

cơ cấu

khơng phải thơng qua nhiều

- Cứng, khó thay đổi

cơ cấu
- Mềm dẻo, linh hoạt cao

19


1.5. Mơ hình khái qt của một máy CNC (hình 1.1).

Hình 1.1. Mơ hình khái qt của một máy CNC.
Máy CNC gồm hai phần chính
1.5.1. Phần điều khiển: Gồm chương trình điều khiển và các cơ cấu điều khiển
- Chương trình điều khiển: Là tập hợp các tín hiệu (gọi là lệnh) để điều khiển máy,
được mã hoá dưới dạng chữ cái, số và một số ký hiệu khác như dấu cộng, trừ, dấu
chấm, gạch nghiêng... Chương trình này được ghi lên cơ cấu mang chương trình
dưới dạng mã số và được lưu lại.

- Các cơ cấu điều khiển: Nhận tín hiều từ cơ cấu đọc chương trình, thực hiện các
phép biến đổi cần thiết để có được tín hiệu phù hợp vơi điều kiện hoạt động của cơ
cấu chấp hành, đồng thời kiểm tra sự hoạt động của chúng thơng qua các tín hiệu
được gửi về từ các cảm biến liên hệ ngược. Bao gồm các cơ cấu đọc, cơ cấu giải
mã, cơ cấu chuyển đổi, bộ xử lý tín hiệu, cơ cấu nội suy, cơ cấu so sánh, cơ cấu
khuếch đại, cơ cấu đo hành trình, cơ cấu đo vận tốc, bộ nhớ và các thiết bị xuất
nhập tín hiệu.
Đây là thiết bị điện - điện tử rất phức tạp, đóng vai trị cốt yếu trong hệ thống điều
khiển của máy NC. Việc tìm hiểu nguyên lý cấu tạo của các thiết bị này địi hỏi có
kiến thức từ các giáo trình chuyên ngành khác, cho nên ở đây chỉ giới thiệu khái quát.
1.5.2. Phần chấp hành: gồm máy cắt kim loại và một số cơ cấu phục vụ vấn đề tự
động hoá như các cơ cấu tay máy, ổ chứa dao, bôi trơn, tưới trơn, thổi phoi, cấp phôi...

20


- Cũng như các loại máy cắt kim loại khác, đây là bộ phận trực tiếp tham gia cắt gọt
kim loại để tạo hình chi tiết. Tuỳ theo khả năng cơng nghệ của loại máy mà có các
bộ phận: Hộp tốc độ, hộp chạy dao, thân máy, sống trượt, bàn máy, trục chính, ổ
chứa dao, các tay máy...
- Kết cấu từng bộ phận chính chủ yếu như máy vạn năng thơng thường, nhưng có
một vài khác biệt nhỏ để đảm bảo quá trình điều khiển tự động được ổn định, chính
xác, năng suất và đặc biệt là mở rộng khả năng công nghệ của máy.
+ Hộp tốc độ: Phạm vi điểu chỉnh tốc độ lớn, thường là truyền động vô cấp, trong
đó sử dụng các lý hợp điện tử để thay thế tốc độ được dễ dàng.
+ Hộp chạy dao: Có nguồn dẫn động riêng, thường là các động cơ bước. Trong xích
truyền động, sử dụng các phương pháp khử khe hở của các bộ truyền như vít me đai ốc bi.
+ Thân máy cứng vững, kết cấu hợp lý để dễ thải phoi, tưới trơn, dễ thay dao tự
động. Nhiều máy có ổ chứa dao, tay máy thay dao tự động, có thiết bị tự động hiệu
chỉnh khi dao bị mịn...

Trong các máy CNC có thể sử dụng các dạng điểu khiển thích nghi khác nhau bảo
đảm một hoặc nhiều thông số tối ưu như các thành phần lực cắt, nhiệt độ cắt, độ
bóng bề mặt, chế độ cắt tối ưu, độ ồn, độ rung...
1.6 Các phương pháp điều khiển trong máy CNC
* Điều khiển theo điểm (hình 1.2): Là phương thức điều khiển nhanh đồng thời theo các
trục nhằm xác định một vị trí nào đó theo u cầu. Dạng điều khiển này thường áp dụng
để gia công các lỗ bằng các phương pháp như: Khoan, khoét, doa hay cắt ren lỗ...

Hình 1.2. Điều khiển theo điểm

21


* Điều khiển theo đường thẳng (tuyến tính): Là dạng điều khiển mà khi gia công
dụng cụ cắt thực hiện lượng chạy dao theo một đường thẳng nào đó song song với
một trục toạ độ (hình 1.3). Dạng điều khiển này thường dùng cho các máy phay và
máy tiện đơn giản.

Hình 1.3. Điều khiển theo đường thẳng

* Điều khiển theo biên dạng (contour): Dạng điều khiển theo điểm, theo
đường có rất nhiều hạn chế khi gia công các bề mặt phức tạp như mặt cong,
mặt nghiêng... Dạng điều khiển theo contour (hình 1.4) cho phép khắc phục
được các hạn chế này. Bằng hình thức điều khiển này, ta có thể tạo ra các
contour hoặc đường thẳng hay đường cong tuỳ ý trong mặt phẳng nào đó hoặc
trong khơng gian. Như thế có nghĩa là sẽ có nhiều trục chuyển động đồng thời
và các trục đó có mối quan hệ với nhau về mặt toán học (hàm số). Tuỳ theo số
lượng các trục được điều khiển đồng thời mà điều khiển theo contour được
chia ra làm các loại 2D, 3D, 4D, 5D...

Hình 1.4. Điều khiển theo Contour

22


1.7. Hệ toạ độ và các điểm gốc lập trình gia công CNC
1.7.1. Hệ toạ độ
- Theo tiêu chuẩn ISO, các chuyển động cắt gọt khi gia công chi tiết trên máy CNC
phải nằm trong một hệ trục toạ độ Descarte theo quy tắc bàn tay phải (hình 1.5).
Trong đó có ba chuyển động tịnh tiến theo các trục và ba chuyển động quay theo
các trục tương ứng.

Hình 1.5. Hệ toạ độ trong máy CNC
- Khi lập trình người ta quy ước rằng dụng cụ chuyển động tương đối so với hệ
thống toạ độ còn chi tiết đứng yên. Do vậy có quy tắc mà người lập trình phải ln
nhớ “ Chi tiết đứng yên, chỉ có dụng cụ chuyển động”.

- Trên các máy gia công điều khiển theo chương trình số cịn có các trục quay như:
Trục của bàn quay, ụ quay. Các trục này được ký hiệu bằng các chữ cái A, B, C, và
các trục này có thứ tự tương ứng với các trục tịnh tiến X, Y, Z. Nếu ta nhìn theo
hướng dương của trục thì chuyển động quay theo chiều kim đồng hồ là chiều quay
dương.
- Quy định các trục toạ độ trên máy:
+ Trên máy tiện trục chính mang chi tiết quay trịn, dụng cụ cắt (ví dụ: dao tiện)
thực hiện chuyển động tịnh tiến theo hướng X, Z. Trục Z chạy song song với trục

23


chính máy, chiều dương của trục Z (+Z) chạy từ chi tiết đến dụng cụ tiện (dụng cụ

tiến xa chi tiết). Chiều dương của trục X (+X) chạy từ chi tiết (tâm quay) đến giá
dao. Như vậy chiều của trục X sẽ khác nhau khi gá dao ở phía trước hoặc phía sau
tâm quay.
+ Trên máy pháy trục chính mang dụng cụ cắt quay. Trục Z có phương tương tự
như đối với máy tiện, nghĩa là trục Z chạy song song với trục máy. + Z chạy từ chi
tiết đến dụng cụ tức là khi cho dao cắt vào chi tiết thì lúc đó trục Z có giá trị âm.
Đối với trục X thì cịn tuỳ thuộc vào máy phay đó là máy nằm hay máy phay đứng.
Sau khi xác định được chiều của trục X, Z ta có thể xác định chiều của trục Y theo
quy tắc bàn tay phải.
1.7.2. Các điểm gốc lập trình gia cơng CNC.
Vị trí chính xác của các hệ thống toạ độ do các điểm 0 quyết định. Để đơn giản hoá
việc vận hành máy và lập trình NC ngồi các điểm 0 cịn các điểm chuẩn khác.
- Các điểm 0 của máy M (machine point): là điểm gốc của các toạ độ máy và do
nơi chế tạo ra máy đó xác định theo kết cấu động học của máy. Trên máy phay
điểm 0 của máy thường nằm tại điểm giới hạn dịch chuyển của bàn máy.
- Điểm 0 của chi tiết W (work point): là gốc của hệ thống toạ độ gắn lên chi tiết. Vị
trí của điểm W do người lập trình tự do lựa chọn và xác định sao cho các kích
thước trên bản vẽ gia cơng trực tiếp là giá trị toạ độ của hệ thống toạ độ.
- Điểm gốc tham chiếu của máy R (reference point): Điểm gốc tham chiếu của máy
còn được gọi là điểm chuẩn của máy hay điểm gốc quay về. Dùng để đóng kín
khơng gian làm việc của máy. Không thể thay đổi. Điểm gốc này có một vị trí

xác định trước so với điểm M mà hệ điều khiển nhận biết được. Đây là điểm
rất quan trọng trong việc vận hành máy. Trước khi cho máy chạy phải thực
hiện lệnh cho dao về điểm gốc R. Đồng thời trong q trình gia cơng phải lưu
ý vấn đề sau:
+ Khi bắt đầu sử dụng máy, gá dao xong phải cho máy trở về điểm R trước
khi thực hiện đo kích thước dao.

24