Nghiên cứu về kỹ thụât lập trình gia công NC và ứng dụng vào gia công CNC cho đối tượng cụ thể chi tiết tiện phay

..

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA H NI

PHNG VN DNG

Nghiên cứu về kỹ thuật lập trình gia
công NC và ứng dụng vào gia công CNC
cho đối t-ỵng cơ thĨ ( chi tiÕt tiƯn, phay )

Chun ngành: CƠ KHÍ CHẾ TẠO

LUẬN VĂN THẠC SỸ
NGÀNH CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS. TS: TRẦN XUÂN VIỆT

Hà Nội - 2005


1

MụC LụC
Trang
Mục lục.... 1
Mở đầu..... 3
Ch-ơng 1: Tổng quan về công nghệ trên máy gia công điều khiển CNC

5
1.1.
Khái niệm về gia công CNC .................................................................. 5
1.2.
Các loại máy gia công CNC .................................................................. 15
1.2.1. M¸y khoan ............................................................................................. 15
1.2.2. M¸y doa ................................................................................................. 16
1.2.3. M¸y phay ............................................................................................... 17
1.2.4. M¸y tiƯn ................................................................................................ 18
1.2.5. Trung tâm gia công khoan phay ............................................................ 19
Kết luận ch-ơng 1 ................................................................................ 21
Ch-ơng 2: Chuẩn bị công nghệ và lập trình gia công CNC ........................
2.1.
Chuẩn bị công nghệ gia công chi tiết cơ khí trên máy công cụ CNC.....
2.2.
Ch-ơng trình CNC và cấu hình ch-ơng trình NC ..................................
2.2.1. Ch-ơng trình CNC .................................................................................
2.2.2 Cấu hình ch-ơng trình CNC ..................................................................
2.3.
Các ph-ơng thức tạo lập ch-ơng trình CNC ..........................................
2.3.1. Lập trình thủ công trực tiếp tại máy gia công CNC (Manual Data Input)
2.3.2. Lập trình có trợ giúp của máy tính (Computer Aided NC programming)..
2.4.
Ngôn ngữ lâp trình CNC.........................................................................
2.4.1. Hệ mà lệnh NC cơ bản (iso 6983, DIN 66025) ...................................

22
22
23
23

23
29
29
29
33
34

2.4.2. Ngôn ngữ lập trình bËc cao (APT, EXAPT, SYMAP) .......................... 48
2.4.3. VÝ dô lËp ch-ơng trình gia công CNC theo ngôn ngữ APT................... 71
Kết luận ch-ơng 2 ................................................................................ 72
Ch-ơng 3: Kỹ thuật lập trình gia công CNC ................................................ 73
3.1.
Vòng lặp (Loops) ................................................................................... 73
Ch-ơng trình thø cÊp (Subroutine Subprogram) .................................... 75
3.2.
3.3.

VÜ lÖnh (Maro) ....................................................................................... 77
KÕt luận ch-ơng 3 ................................................................................ 87

Ch-ơng 4: Cơ sở lập trình phay vµ tiƯn CNC ................................................ 88


2

4.1.
4.1.1.
4.1.2.
4.2.
4.3.

4.4.

Cơ sở lập trình chung cho phay và tiện ..................................................
Nội suy cung tròn khi tiện và phay ........................................................
Một số thí dụ về nội suy cung tròn trên máy CNC - Denford ...............
Các chu trình phay phay CNC ...............................................................
Các chu trình tiện CNC .........................................................................

88
88
93
96
102
ứng dụng lập trình gia công CNC ......................................................... 125
4.4.1. Lập trình gia công phay CNC ................................................................ 125
4.4.2. Lập trình gia công tiện CNC ................................................................. 136
Kết luận ch-ơng 4 ................................................................................ 144
Kết luận chung ............................................................................................. 144
Tài liệu tham khảo .................................................................. 146


3

mở đầu
Trong một vài thập niên gần đây, cùng với sự phát triển của khoa học và công
nghệ, các sản phẩm cơ khí ngày càng phong phú về số l-ợng, chủng loại và chất
l-ợng. Để đáp ứng nhu cầu thịnh hiếu của ng-ời tiêu dùng về số l-ợng, Để đáp ứng
kịp thời thị hiếu của ng-ời tiêu dùng, các nhà sản xuất không thể chỉ dùng các thiết
bị công nghệ thông th-ờng.
Hiện nay, việc đ-a máy gia công điều khiển theo ch-ơng trình số (máy NC

hoặc máy CNC) vào quá trình chế tạo sản phẩm cơ khí là giải pháp có thể mang lại
hiệu quả kinh tế cao hơn máy gia công thông th-ờng và phù hợp với kinh tế phát
triển chung.
ở n-ớc ta, số l-ợng máy gia công NC - CNC đ-ợc nhập từ n-ớc ngoài về ngày
càng nhiều, trong đó có khá nhiều máy, trung tâm gia công CNC hiện đại và đắt
tiền. Vấn đề cấp thiết hiện nay là phải sử dụng và khai thác Các máy CNC đà đ-ợc
đầu t- nh- thế nào để đem lại hiệu quả kinh tế cao, đồng thời phải tổng kết kinh
nghiệm khai thác và sử dụng các loại máy hiện đại này trong sản xuất cơ khí để tìm
ra những giải pháp có hiệu quả hơn, nhất là công việc chuẩn bị nhân lực kỹ thuật để
tiếp nhận chuyển giao công nghệ - vận hành và dịch vụ bảo trì kỹ thuật trong quá
trình sử dụng máy.
Do vậy, trong lĩnh vực đào tạo kiến thức về công nghệ gia công các chi tiết cơ
khí trên máy điều khiển theo ch-ơng trình số (NC, CNC) là rất quan trọng. Tuy vậy
nội dung này lại rất mới mẻ và phức tạp, cần phải đ-ợc nghiên cứu tìm hiểu tổng
hợp và cụ thể những vấn đề có liên quan về nguyên lý gia công theo ch-ơng trình
số, máy và dung cụ gia công CNC, chuẩn bị công nghệ và lập trình gia công trên
máy CNC, v.v
Luận văn này với đề tài: " Nghiên cứu về kỹ thuật lập trình gia công NC và
ứng dụng vào gia công CNC cho đối t-ợng cụ thể (chi tiết tiện phay)" nhằm góp
phần nhỏ bé vào việc tổng hợp kiến thức chuyên môn phục vụ cho quá trình đào tạo
nhân lực kỹ thuật ngành cơ khí theo h-ớng đổi mới.
Nội dung của luận văn đ-ợc chia thành các phần ch-ơng nh- sau:
Mở đầu.
Ch-ơng 1. Tổng quan về công nghệ trên máy gia công điều khiển CNC.


4

Ch-ơng 2. Chuẩn bị công nghệ và lập trình gia công.
Ch-ơng 3. Kỹ thuật lập trình gia công CNC.

Ch-ơng 4. Cơ sở lập trình phay và tiện CNC.
Kết luận chung.
Do điều kiện khách quan và chủ quan nên luận văn này còn có những hạn chế
nhất định. Tác giả rất trân trọng đón nhận những ý kiến đóng góp để luận văn đ-ợc
hoàn thiện hơn.
Xin trân trọng cảm ơn
Hà Nội, Năm 2005


5

Ch-ơng 1
Tổng quan về công nghệ trên máy gia công
điều khiển theo ch-ơng trình số (NC, CNC)
1.1.

Khái niệm chung về gia công CNC
Điều khiển số (NC = Numerical Control) trong 30 năm qua đà tác động tới
ngành chế tạo máy, đà tao ra những máy mới và công cụ tự động hoá cơ khí mới.
Ngày nay, máy điều khiển số (CNC-Machine) là thành phần cơ bản của hệ thống gia
công linh hoạt. Để có thể đáp ứng yêu cầu cao, từng kiểu máy phải có khả năng đảm
nhận những chức năng điều khiển nhất định.
Trong thời kỳ đầu ch-a có máy điều khiển số phù hợp. Ng-ời ta ch-a nhận biết
đ-ợc những yêu cầu phụ phát sinh khi lắp đặt hệ thống điều khiển số (NC) vào máy
th-ờng và phải thay đổi gì về kết cấu máy. Do vậy ng-ời ta bắt đầu từ các máy phay
và tiện, những máy này đà đ-ợc chế tạo phù hợp với ph-ơng thức điều khiển theo
ch-ơng trình hoặc đ-ợc trang bị cơ cấu chép hình và trên cơ sở đó trang bị cho chúng
các hệ thống đo và hệ khởi động dùng cho chÕ ®é ®iỊu khiĨn sè (NC). Nhê ®ã, chØ sau
mét số năm một thế hệ máy mới ra đời, đó là máy điều khiển số (NCM = Numerical
Control Maschine).

ý t-ởng về điều khiển máy bằng các lệnh đ-ợc nhớ, nh- ngày nay đà đ-ợc thực
hiện ở các máy CNC có từ thế kỷ 14. Kỹ thuật này bắt đầu với các trò chơi đánh
chuông đ-ợc điều khiển bằng các trục quay có cắm các tăm điều khiển chạm vào
chuông.
Sau đây là các mốc quan trọng đáng ghi nhớ về quá trình phát triển kỹ thuật
điều khiển bằng số:
* Năm 1808: Joseph M. Jacquard đà dùng bìa tôn đục lỗ ®Ĩ ®iỊu khiĨn c¸c m¸y dƯt.
VËt mang tin cã thĨ thay thế đ-ợc dùng để điều khiển máy đà phát minh chính là bìa
tôn có đục các lỗ.
* Năm 1863: M. Fourneaux đà sáng chế ra đàn d-ơng cầm tự động, có tên gọi nổi
tiếng thế giới là Pianola, có dùng một băng giấy khổ rộng 30 cm, với các lỗ t-ơng ứng
để điều tiết khí nén, tác động lên hệ phím ấn cơ khí tạo ra nhạc điệu. Ph-ơng pháp này
đà đ-ợc tiếp tục phát triển để sau đó có thể điều khiển cả âm l-ợng, áp lực ấn các
phím và tốc độ cuộn của băng giấy. Băng giấy ®· trë thµnh vËt mang tin vµ kü tht
®iỊu khiĨn các chức năng phụ đà đ-ợc phát minh.
* Năm 1938: Claude E. Shannon đà đạt đ-ợc thành công với luận ¸n tiÕn sÜ ë viƯn
c«ng nghƯ M.I.T. (Massachusetts Institute of Technology) tính toán và chuyển giao
nhanh giữ liệu ở dạng nhị phân (binary date) có vận dụng lý thuyết đại số BOOL (Bool
Algebra) và xác nhận công tắc điện tử là thành phần hiện thực duy nhất cho giải pháp
này. Những nền tảng cơ sở của máy tính ngày nay, kể cả kỹ thuật điều khiển số đÃ
đ-ợc chuẩn bị.


6

* Năm 1946: Tiến sĩ John W. Mauchly và tiến sĩ J. Presper Eckert đà cung cấp máy
tính số điện tử đầu tiên có tên là ANIAC cho quân đội Mỹ. Cơ sở của kỹ thuật xử lý số
liệu điện tử đà đ-ợc tạo lập.
* Năm 1949-1952: John Parsons và Viện công nghệ MIT đà nghiên cứu theo hợp
đồng của không quân Mỹ (US Air Force) 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 gia công một chi tiết. Parsons đà công bố bốn luận điểm
cơ bản về ý t-ởng này nh- sau:
1. L-u trữ (nhớ) các vị trí đà tính toán ở bìa đục lỗ (Punched cards).
2. Các bìa đục lỗ đ-ợc đọc trên máy.
3. Các vị trí đà đ-ợc đọc phải đ-ợc thông báo liên tục và các giá trị trung gian
bổ sung phải đ-ợc tính toán, sao cho
4. Các động cơ SERVO (Servomotor) có thể điều khiển chuyển động của các
trục.
Các chi tiết tích hợp ngày càng phức tạp dùng trong công nghiệp máy bay cần
đ-ợc chế taọ với máy này. Những chi tiết này một phần đà đ-ợc mô tả chính xác với
các dữ liệu toán học, nh-ng rất khó gia công thủ công. Mối liên kết giữa máy tính
(Computer) và kỹ thuật NC đà là tiền đề khi khởi đầu quá trình phát triển này.
* Năm 1952: Trong viện công nghệ MIT đà vận hành máy công cụ điều khiển số
đầu tiên. Đó là máy CINCINNATI HYDROTEL có trục vit me thẳng đứng. Hệ điều
khiển có cấu tạo gồm nhiều đèn điện tử (electronic Tubes), tạo khả năng chuyển động
đồng thời ba trục, tức là nội suy đ-ờng thẳng đồng thời theo ba trục (3D
Linearinterpolation) và nhận dữ liệu qua băng đục lỗ mà nhị phân (Binary Code
Punched band).
* Năm 1954: Bendix đà mua các bản quyền phát minh của Parsons và chế tạo ra hệ
điều khiển NC hoàn chỉnh đầu tiên có dùng các đèn điện tử.
* Năm 1957: Không quân Mỹ (US Air Force) đà lắp đặt những máy phay NC đầu
tiên trong các x-ởng của mình.
* Năm 1958: Ngôn ngữ lập trình biểu t-ợng hoá (symbolish) đầu tiên là APT
(Automatically programmed Tool = Công cụ lập trình tự động) đà đ-ợc giới thiệu
trong quan hệ liên kết với máy tính IBM 704.
* Năm 1960: Các hệ điều khiển NC trong kỹ thuật đèn bán dẫn (transitor) đà thay thế
các hệ điều khiển cũ (dùng đèn relais và đèn điện tử ).
* Năm 1965: Giải pháp thay dụng cụ tự động ATC (Automatic Tool Change) đà nâng
cao trình độ tự động hoá khâu gia công.

* Năm 1968: Kỹ thuật mạch tích hợp IC (Integrated Circuits) đà làm cho hệ điều
khiển nhỏ gọn và tin cậy hơn.


7

* Năm 1969: Những giải pháp đầu tiên về điều khiển liên kết chung từ một máy tính
trung tâm DNC (Direct Numerical Control hoặc Distributed Numerical Control) đÃ
đ-ợc thiết lập ở Mỹ bằng hệ điều khiển Sundstrand Omnicontrol và máy tính IBM.
* Năm 1970: Giải pháp thay bệ/ phiến gá phôi tự động (Automatic Palete Change)
* Năm 1972: Những hệ điều khiển NC đầu tiên có lắp đặt một máy tính nhỏ
(Minicomputer) chế tạo hàng loạt đà tạo ra một thế hệ mới có tiềm lực mạnh hơn, đó
là hệ điều khiển số dùng máy tính nhỏ CNC (Computerised Numerical Control),
nh-ng thế hệ này lại bị thay thế nhanh bằng thế hệ mới hơn và mạnh hơn, đó là hƯ
®iỊu khiĨn sè dïng vi tÝnh cã hƯ vi xư lý (Microprocessors -CNC) sau này.
* Năm 1976: Các hệ vi xử lý (Microprocessors) tạo ra một cuộc cách mạng trong kỹ
thuật CNC.
* Năm 1978: Các hệ thống gia công linh hoạt ( Flexible Manufacturing Systems)
đ-ợc tạo lập hiện thực.
* Năm 1979: Những khớp nối liên hoàn CAC/CAM (Computer Aided Design/
Computer Aided Manufacturing = thiết kế và chế tạo có trợ giúp của máy tính) đầu
tiên xuất hiện.
* Năm 1980: Những công cụ trợ giúp lập trình tích hợp trong hệ ®iỊu khiĨn CNC ®·
t¹o ra cc tranh c·i vỊ quan điểm, xoay quanh vấn đề là cần hay không cần giải pháp
điều khiển có dùng cách nạp dữ liệu trực tiếp bằng tay.
* Năm 1984: Những hệ điều khiển CNC mạnh, có các công cụ trợ giúp lập trình đồ
hoạ (Graphic), đà đạt những chuẩn mực mới cao hơn đối với việc lập trình tại x-ởng
sản xuất.
* Năm 1985-1986: Những hệ điều khiển CNC với cách lập trình t-ơng tác đồ hoạ
(graphic interactive programming) đà làm cho việc lập trình tại x-ởng sản xuất hấp

dẫn hơn.
* Năm 1986-1987: Những giao diện tiêu chuẩn hoá (Standard Interfaces) mở ra con
đ-ờng tiến tới công x-ởng tự động hoá trên cơ sở trao đổi thông tin liên thông, nghĩa
là tiến tới tạo tập các giải pháp Tích hợp hoá và tự động sản xuất CIM (Computer
Integrated Manufacturing)
* Năm 1990: Các giao diện số (Digital interfaces), giữa hệ điều khiển NC và các hệ
khởi động, cải thiện độ chính xác và đáp ứng điều khiển của các trục NC (NC axsis)
và trục chính của máy.
* Năm 1992: Các hệ thống CNC hở (Open- ended Control) tạo khả năng và điều kiện
biến đổi thích ứng theo yêu cầu sử dụng.
* Năm 1993: Sử dụng theo tiêu chuẩn đầu tiên các hệ khởi động (động cơ) tuyến tính
(Linear) ở các trung tâm gia công MC (Manufacturing Centres)
Năm 1994:


8

Khép kín chuỗi quá trình CAD/CAM/CNC (CAD/CAM/CNC process chain)
bằng cách sử dụng hệ NURBS (Not Uniforme Rationale B-Splines) làm ph-ơng pháp
nội suy (interpolation method) trong các hệ CNC. NURBS là ph-ơng pháp dùng để
diễn tả toán học các bề mặt thông th-ờng và các bề mặt đặc biệt (ví dụ: Mặt trụ, mặt
cầu, mặt xuyến...) bằng các điểm (points) và các thông số (parameters) tạo thành mô
hình l-ới 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 NURBS, đ-ợc truy cập từ hệ CAD trong hệ CNC.
Giải pháp này giảm đ-ợc khối l-ợng dữ liệu, nâng cao chính xác và tốc độ xử lý, tạo
ra chuyển động đều đặn của máy, làm tăng tuổi thọ của máy và dụng cụ.
* Năm 1996: Điều khiển bộ khởi động số (Digital Motor Control) và nội suy chính
xác (Fine interpolation) với độ phân giải nhỏ hơn 0.001m và l-ợng tiến đạt tới giá trị
100 m/ phút.
Nói chung, gia công chi tiết cơ khí trên các máy công cụ điều khiển CNC có

những nét khác biệt so với máy công cụ thông th-ờng (không điều khiển
CNC), sau đây là những nét tóm tắt cần đ-ợc l-u ý.
* Đặc tr-ng cơ bản của các máy gia công CNC:
- Tự động hoá cao
- Tốc độ dịch chuyển, tốc độ quay lớn (lớn hơn 1000 vòng/phút)
- Độ chính xác cao (Sai lệch kích th-ớc < 1/1000 mm)
- Năng suất gia công cao (gấp 3 lần máy th-ờng)
- Tính linh hoạt cao, nghĩa là thích nghi nhanh với đối t-ợng gia công thay đổi,
thich nghi với sản xuất loạt nhỏ
- Tập trung nguyên công cao (Gia công nhiều bề mặt trên chi tiết trong một lần
gá phôi)
- Khả năng lặp lại công việc gia công (lập trình gia công một lần, sử dụng lặp
lại nhiều lần)
- Chuẩn bị công nghệ để gia công chi tiết có khác so với máy th-ờng là phải lập
ch-ơng trình NC để điều khiển máy theo ngôn ngữ mà hÃng chế tạo máy đÃ
cài đặt cho hệ điều khiển NC, CNC
- Máy gia công CNC có giá trị kinh tế rất lớn (máy rất đắt tiền, ví dụ: Máy hiện
đại của các n-ớc công nghiệp phát triển th-ờng bán với giá lớn hơn một vạn
USD t-ơng đ-ơng hàng trăn triệu đến vài tỷ đồng Việt Nam). Vận hành đơn
giản nh-ng bảo d-ỡng và sửa chữa phức tạp, tốn kém, phải có môi tr-ờng
điều hoà tốt (nhiệt độ không quá 450C ,độ ẩm không quá 75%), Không thích
hợp với trình độ sản xuất thấp, không nên dùng máy CNC để gia công chi tiết
đơn giản, vì chi phí máy lớn.
* Các thành phần chính của một hệ thống gia công CNC theo nguyên lý điều khiển
bằng số NC:


9

- Ch-ơng trình gia công chi tiết (Part program),

- Thiết bị nạp ch-ơng trình (Program Imput Device),
- Hệ điều khiển máy (MCU=Machine Control Unit),
- Hệ khởi động (Drive system),
- Máy gia công (Machine Tool),
- Hệ phản hồi (Feedback system).
* Các dạng tín hiệu điều khiển đ-ợc hệ CNC tạo lập:
- Các tín hiệu điều khiển số (Numerical control signals) về dữ liệu vị trí, dao cụ..
- Các tín hiệu điều khiển tiến trình (sequence control signals) để thực hiện các thao
tác rời rạc (discrete) đòi hỏi khả năng nhập/xuất bằng tín hiệu số của máy tính.
* Hệ điều khiển máy (MCU= Machine Control Unit) hoạt động trên cơ sở phần cứng
và phần mềm:
- Phần cứng: Hệ điều khiển và lập trình gia công CNC, ví dụ: hệ FANUC, hệ
MITSUBISHI, hệ HEIDENHAIN,
- Phần mềm điều khiển ch-ơng trình gia công CNC gồm có:
+ Phần mềm vận hànhGồm 4 ch-ơng trình (Ch-ơng trình giám sát; Ch-ơng trình
logich; Ch-ơng trình biên tập; Ch-ơng trình chuẩn đoán)
+ Phần giao diện máy (điều khiển máy)
+ Phần mềm ứng dụng, th-ờng đ-ợc gọi là ch-ơng trình chi tiết hoặc ch-ơng trình gia
công, đ-ợc tạo lập theo hai cách sau:
. Lập trình theo hệ mà lệnh G
. Lập trình theo thông số là dùng các biến số các địa chỉ và các lệnh lập trình khác
nh- các phép tính số học, quyết định, rẽ nhánh và các chức năng điều khiển, để tạo
lập một ch-ơng trình thứ cấp (Subprogram) hoặc một ch-ơng trình vĩ lệnh (Macro
program) để gia công một nhóm bề mặt hoặc chi tiết trùng lặp nhau.
Mặt khác, nếu xét về ph-ơng thức lập trình thì có lập trình thủ công và lập trình
tự động:
. Lập trình thủ công là dùng tay trực tiếp soạn thảo ch-ơng trình gia công NCvới bàn
phím của máy vi tính hoặc với bàn phím CNC của máy gia công. Ph-ơng thức
nàyđ-ợc gọi là lập trình bằng cách nạp dữ liệu bằng tay.
. Lập trình tự động là dùng ngôn ngữ lập trình bậc cao, nh-: APT (Atomaticaly

Programmed Tool), ví dơ APT I, APT II, APT III, APT IV, vµ các ngôn ngữ lập trình
bậc cao khác t-ơng đ-ơng nh- SPLIT, AXAPT, COMPACT II, ADAPT, Những năm
gần đây lập trình CAD/CAM - CNC có cơ sở là ngôn ngữ lập trình bậc cao APTđ-ợc
coi là giải pháp lập trình tự động trọn gói hữu hiệu. Đến nay đà có hàng trăm hệ phần
mềm CAD/CAM - CNC đ-ợc các n-ớc tạo lËp, vÝ dơ: DENFORD (Anh) BOXFORD
PORTFIOLIO (Anh), HAIDENHAIN (§øc,) CIMATRON (israel), MASTERCAM


10

(Mỹ),v.vPhần lớn các hệ này dùng trên máy vi tính, một số hoạt động trên máy nhỏ
(Minicomputer) hoặc máy tính lớn (Mainframe) trên cơ sở hệ dữ liệu hình học, kỹ
thuật, công nghệ thống nhất chung cho cả hai khâu liên thông là thiết kế kết cấu chi
tiết (CAD) và chuẩn bị công nghệ chi tiết (CAM) bao gồn việc tạo lập quỹ đạo cắt của
dao và tạo lập ch-ơng trình gia công NCcho chi tiết cần chế tạo theo ngôn ngữ lập
trình phù hợp với máy gia công CNC đ-ợc sử dụng.
* Ph-ơng tiện l-u giữ ch-ơng trình NC:
Bìa lỗ
(punched card)
Băng lỗ
(punched tape)
Đĩa mềm
(diskette)
Băng từ
(Magnetic tape)
Nạp dữ liệu bằng tay
(MDI=Manual
Data Input)

Bộ đọc bìa lỗ

(punched card reader)
Bộ đọc băng lỗ
(punched tape reader)
Máy vi tính
(PC)

Hệ điều khiển
CNC
(CNC control unit)

Bộ đọc băng từ
(Magnetic tape reader)
Bàn phím CNC
hoặc bàn phím máy tính
(CNC desk top tutor, PC keyboard)

* Phân biệt giữa máy gia công NC và máy gia công CNC
- Máy gia công NC và máy gia công CNC đều theo nguyên lý điều khiển theo
ch-ơng trình số, chỉ khác ở hệ điều khiển: máy gia công NC dùng hệ NC, còn
máy gia công CNC dïng hƯ ®iỊu khiĨn CNC
- HƯ ®iỊu khiĨn CNC linh hoạt hơn và mạnh hơn hệ NC, d-ợc chế tạo theo các
môdun khác nhau, có khả năng lập trình tại x-ởng sản xuất, có công cụ trợ
giúp lập trình đồ hoạ rất mạnh toạ khả năng mô phỏng 2D hoặc 3D trên màn
hình quá trình gia công tr-ớc khi cắt phôi.
- Hệ CNC rất nhanh nhạy vì có tốc ®é chun tiÕp d÷ liƯu cao, thêi gian thùc
hiƯn chu trình gia công ngắn, tốc độ phát động của bộ servo cao, thời gian
chu kỳ của hệ điều khiển lôgích (PLC=Programmable Logic Kontroller có
khả năng lập trình tự do ngắn.
- Các trục điều khiển NC Của máy gia công NC hoặc CNC phải đảm bảo hai
tiền đề sau:

+ Mỗi trục NC cần có một hệ điện tử để cho dịch chuyển,
+Mỗi trục NC cần có một bộ phát động điều chỉnh đ-ợc và điều khiển đ-ợc,
ví dụ: động cơ một chiều, động cơ b-ớc,


11

- Máy gia công NC hoặc CNC hoạt động theo nguyên lý vòng tròn điều khiển
khép kín.
Đối với các n-ớc có nền công nghiệp phát triển, việc sử dụng máy NC trong sản
xuất từ nhiều năm đà không còn là giải pháp tiềm ẩn rủi ro về kỹ thuật hoặc về kinh tế
nữa. Tuy vậy, nếu muốn lắp đặt và sử dụng lần đầu tiên máy NC cần xét kỹ các tiền đề
chính của cơ sở sản xuất.
Những kinh nghiệm tích luỹ nhiều năm của các nhà chế tạo máy công cụ, của
các nhà chế tạo hệ thống điều khiển và của những ng-ời sử dụng ở mọi lĩnh vực công
nghiệp đà xác nhận là việc sử dụng máy NC ngày nay không còn là một khoản đầu tlớn kèm theo rủi ro để thử nghiệm một công nghệ mới. Quyết định đầu t- để sử dụng
máy NC có thể dựa trên những cân nhắc và suy xét thận trọng về mặt kinh tế xí
nghiệp, nghĩa là tr-ớc hết phải tính toán chi phí đầu t- và lợi nhuận thu đ-ợc.
Máy công cụ điều khiển số (NC Machine Tool) là giải pháp tối -u về tự động
hoá sản xuất hàng loạt nhỏ và đơn chiếc, nh-ng phải có tiền đề và quy hoạch sử dụng
có tình bao quát rộng. Nhiều tài liệu chuyên môn đ-ợc công bố trong những năm qua
đà đề cập đến câu hỏi là: Giải pháp sử dụng máy NC liệu có lợi thực sự không? Những
năm đầu của thập niên 60, những nhà tiên phong NC đà báo cáo kinh nghiệm đầu tiên
của họ, nh-ng lại không phải luôn luôn là kinh nghiệm tích cực. Từ đó, mọi phía liên
quan cần phải phối hợp với nhau.
HÃng chế tạo máy cần l-u ý xem việc hoàn thiện / bổ sung các kiểu loại máy sẵn
có bằng các hệ phát động điều khiển đ-ợc và các công cụ kiểm tra có thể dẫn đến kết
quả chấp nhận đ-ợc hay không và tr-ớc hết trên cơ sở đề án máy NC có thể tạo b-ớc
đi phù hợp trong kỹ thuật NC.
HÃng điện tử không còn chỉ dựa vào các đại l-ợng điện thông th-ờng đ-ợc nữa,

mà cần phải có máy ghi dao động (Oszillograph) dùng tia Catốt để thực hiện các phép
đo của mình và phải am hiểu các đơn vị vật lý không thông dụng, những khái niệm
mới nh-: Momen quay, xoắn tr-ợt (Stick - Slip), hệ số ma sát v.v..., mặt khác cũng cần
phải nhận thức là thiết bị của mình phải hoạt động và làm việc trong môi tr-ờng khắc
nghiệt có nhiều bụi kim loại nhỏ, có dầu và chất làm mát, có nhiệt độ thay ®ỉi lín...
víi ®é tin cËy cao nhÊt.
Ng-êi sư dơng trong hết các tr-ờng hợp là đối kháng với hộp đen điều khiển,
không có khả năng tác động hiệu chỉnh trong khi quá trình gia công diễn ra tự động.
Qua đó, các phía (hÃng chế tạo máy, hÃng điện tử, ng-ời sử dụng) đà nhận thức
đ-ợc một điều là phải phối hợp với nhau tốt và tạo điều kiện hỗ trợ lÉn nhau. Tr-íc
hÕt, viƯc trao ®ỉi kinh nghiƯm réng r·i sẽ tạo điều kiện để công nghệ NC đạt tới trình
độ ngày nay của nó. Sự thay đổi kinh nghiệm này là cần thiết và nhờ đó v-ợt qua các
giới hạn của cơ sở sản xuất và của ngành
Ngày nay, việc đầu t- sử dụng một máy công cụ điều khiển NC không còn đặt ra
những vấn đề khó nhận biết đối với năng lực của cơ sở sản xuất. Các đề án rõ ràng và


12

nghiêm túc đà đ-ợc tạo lập và độ tin cậy của máy, hệ điều khiển đà đ-ợc kiểm nghiệm
và chứng minh nhiều lần. Thực tế cho thấy là sau khi hoà nhập thiết bị NC đầu tiên
vào quá trình sản xuất thì chỉ một thời gian không lâu nhiều thiết bị khác tiếp theo
cũng đ-ợc đ-a vào sử dụng. Lý do ở đây là dễ hiểu: Các máy công cụ điều khiển NC
gia công nhanh hơn, tin cậy hơn và chính xác hơn với chi phí ít hơn. Điều đó có giá trị
ít nhất là cho hầu hết các máy NC hiện đ-ợc giới thiệu trên thị tr-ờng. Những máy này
chiếm tỷ trọng t-ơng đối lớn trong ngành sản suất máy công cụ xét về mặt giá trị tại
các n-ớc công nghiệp phát triển.
Ng-ời mua máy NC để sử dụng chỉ cần quan tâm đến những vấn đề gia công và
giải pháp gia công, mà không cần phải tìm hiểu quá sâu về cấu tạo của máy.
Điều cần thiết ở đây là phải xem xét và cân nhắc khi nào giải pháp đầu t- sử

dụng một máy công cụ NC, CNC đem lại hiệu quả kinh tế.
Mỗi một máy công cụ có đặc điểm mà nó đ-ợc cấu tạo từ một tổ hợp nhiều trục
thẳng và quay (linear and rotate axises). Để có thể điều khiển các trục này bằng số
(NC = numerical Control) phải có hai tiền đề sau cho mỗi trục NC (NC axis):
1. Mỗi trục NC cần có một hệ thống đo điện tử về dịch chuyển,
2. Mỗi trục NC cần có một bộ phát động điều chỉnh đ-ợc và điều khiển đ-ợc.
Hệ thống đo về dịch chuyển và bộ phát động đ-ợc nối trực tiếp với hệ điều
khiển số (NC, CNC).
Nhiệm vụ của hệ NC là so sánh các giá trị cần đạt về vị trí đà định tr-ớc với
các giá trị thực tế về vị trí do hệ thống đo về dịch chuyển thông báo và khi có sai lệch
giữa hai giá trị này (giá trị cần và giá trị thực) sẽ phát ra một tín hiệu điều chỉnh truyền
đạt tới các bộ phát động của các trục để cân bằng sai lệch đó. Nguyên lý nạp và xử lý
các thông tin hình học trong một vòng điều khiển khép kín (Control Cycle) có thể nhhình 1-1.
Điều khiển theo quỹ đạo liên tục thông báo những giá trị vị trí mới mà các trục
điều khiển phải đạt tới, nhờ đó có thể đạt đ-ợc những chuyển động liên tục theo quỹ
đạo.
ở máy tiện, trục chính của máy cũng đ-ợc xác lập là trục NC (NC axis) nếu
những trục dụng cụ đ-ợc phát động để khoan và phay.
Phần lớn các trung tâm gia công đ-ợc trang bị bàn tròn quay điều khiển NC.
Bàn tròn quay theo nhịp, ví dụ nhịp quay 4 900 hoặc 12 300, không tính vào các
trục điều khiển NC.
Cấu trúc điện tử của các hệ điều khiển CNC ngày nay đ-ợc thiết lập trên cơ sở
sử dụng các bộ vi sử lý (microprocessors) 16 và 32 bit và các mạch tÝch hỵp IC


13

(Intergrated Circuit). Số l-ợng các bộ vi sử lý đ-ợc sử dụng cho hệ CNC th-ờng là
2...5.
Bộ đọc băng lỗ

Nạp dữ liệu trực tiếp bằng tay
Bộ nhớ
ch-ơng trình

X 2 4 6 0
Bàn điều
khiển máy NC

Giá trị yêu cầu
Giá trị thực

Sai lệch

+
_

Hệ đo
dịch chuyển

Bàn máy

Động cơ

Hình 1-1. Nguyên lý nạp và xử lý các dữ kiện hình học
trong một vòng tròn điều khiển khép kín
Những hệ CNC còn sử dụng ngôn ngữ lập trình tích hợp (integrated programming
language) t-ơng tự nh- các ngôn ngữ lập trình BASIC và pascal tạo điều kiện thực
hiện các giải pháp chuyên dụng. Nh- vậy các nhà chế tạo máy NC có khả năng đ-a tri
thức vµ kinh nghiƯm (know-how) cđa hä vËn dơng vµo hƯ điều khiển và đ-a ra những
giải pháp hiệu dụng cho các vấn đề gia công đặc biệt, kể cả vận dụng kỹ thuật màn

hình đồ hoạ.
Máy NC, CNC là máy có khả năng lập trình tự do, nghĩa là các chuyển động theo
từng trục đ-ợc định tr-ớc theo một ch-ơng trình (program). Những hệ điều khiển số
nh- ngày nay đ-ợc thiết lập trên cơ sở sử dụng máy vi tính, còn đ-ợc gọi là hệ điều
khiển CNC (Computerised Numerical Control), tức là điều khiển số bằng máy tính .
Để nạp và xuất dữ liệu tự động, các hệ điều khiển CNC đ-ợc trang bị những giao diện
(interfaces) khác nhau mạnh và hữu hiệu.
Hệ điều khiển NC và CNC đều dựa trên nguyên lý chung nên có thể coi nh- các
khái niệm NC và CNC là đồng nghĩa với nhau.


14

CNC là hệ điều khiển số mà mọi chức năng điều khiển đ-ợc thực hiện bằng một
hoặc nhiều máy vi tính tích hợp và một phần mềm (software) phù hợp.
Những đặc điểm của CNC so với NC là:
- Có một hoặc nhiều màn hình một hoặc nhiều màu sắc,
- Phần lớn với đồ hoạ nhiều mầu để lập trình và thử nghiệm ch-ơng trình,
- Có một bộ nhớ điện tử để l-u trữ các ch-ơng trình, có dung l-ợng tới 0,5 hoặc
1 Mbyte,
- Có khả năng hiệu chỉnh trong các ch-ơng trình đ-ợc l-u trữ,
- Những hiệu chỉnh dụng cụ (bù dao) về chiều dài, đ-ờng kính, tuổi bền, vv... có
thể l-u trữ (nhớ),
- Có nhiều nhất là 5 - 10 phím mềm (softkeys) với các chức năng thay đổi,
- Có thể cắm một hệ phím bấm ASCII tích hợp hoặc tuỳ chọn,
- Không có công tắc thập phân (decade switch) và cũng th-ờng không có công
tắc (núm) xoay,
- Thể tích nhỏ hơn và ít phát sinh nhiệt hơn,
- Có phạm vi chức năng rộng hơn nhiều,
- Có phạm vi t chän thÝch øng theo nhu cÇu sư dơng cđa khách hàng và có

phạm vi dành để mở rộng,
- Có các chu trình (cycles) gia công và đo kiểm có khả năng l-u trữ truy cập
(nhớ),
- Có nhiều chức năng mới khác đ-ợc bổ sung .
Các hệ CNC đ-ợc chế tạo theo mô - đun có khả năng đáp ứng tuỳ chọn nhiều
chức năng và khả năng. Khách hàng phải kiểm tra xem mình dùng mô - đun nào cho
phù hợp và có hiệu quả nhất.
Những hệ CNC có khả năng lập trình tại x-ởng (workshop programable CNC)
có những công cụ trợ giúp lập trình đồ hoạ rất mạnh.
Các hệ CNC sử dụng nhiều bộ nhớ đa dạng và hoàn hảo về cấu tạo cho những
mục sau:
- Ch-ơng trình sản xuất của xí nghiệp,
- Các ch-ơng trình gia công chi tiết (partprograms) có thể nạp lại tự động,
- Các chu trình cố định và thay đổi,
- Những chỉ dẫn thích hợp cho ng-ời vận hành,
- Phần mềm chuẩn đoán (diagnose software) và những trợ giúp tìm lỗi,
- Những dữ liệu về máy và xí nghiệp,
- Chỉ dẫn và hiển thị sai số với văn bản rõ ràng,
- Quản trị dụng cụ và quản trị bệ / Phiến gá phôi (palete),
- Các chuyển dịch điểm không, bù dao, các dữ liệu dung cô ...,


15

- Các thông số máy, v.v...
Những giao diện dữ liệu (datainterfaces) cã mét ý nghÜa rÊt lín ®Ĩ nèi víi các
thiết bị ngoại vi (pheripheries) cần thiết.
Điểm đặc tr-ng quan trọng về tính nhanh nhạy của một hệ CNC là tốc độ
chuyển tiếp dữ liệu, thời gian thực hiện chu trình gia công (blockcycletime) tốc độ
phát động của bộ SERVO và thời gian chu kỳ của hệ điều khiển khả năng lập trình

PLC (Programable Logic Controller).
Máy CNC là những máy gia công tự động và lập trình tự do, đặc biệt phù hợp để
tự động hoá gia công hàng loạt vừa và nhỏ, -u điểm của máy gia công CNC là khả
năng điều chỉnh nhanh để thích nghi với ch-ơng trình gia công thay đổi, mà không
cần phải tác động thủ công hoặc thay đổi máy.
1.2.Các loại máy gia công CNC
Hiện nay, trên thế giới có nhiều hÃng chế tạo các loại máy công cụ và hệ dụng cụ
điều khiển sè dïng kü tht vi tÝnh (CNC), ®Ĩ phơc vơ quá trình gia công các chi tiết
cơ khí. Song ở đây chỉ giới thiệu một số khái quát đặc điểm cấu trúc về một số loại
máy công cụ và hệ dụng cụ CNC, nhằm cung cấp những thông tin tổng quan cần thiết
cho khâu chuẩn bị công nghệ để gia công các chi tiết cơ khí trên máy CNC thông
dụng.
1.2.1. Máy khoan
Các loại máy khoan có hai đặc điểm cề kết cấu nh- sau:
1. Có một đầu trục chính với trục khoan thẳng đứng, lắp dụng cụ gia công và
thực hiện chuyển động tiến dao (tiến thẳng đứng theo trục Z).
2. Có một bàn máy, trên đó gá đặt (định vị và kẹp trặt) phôi gia công và xác
định vị trí của phôi theo các trục X và Y.
Nh- vậy, áp lực khoan tác động thẳng góc lên bàn máy, làm cho phôi bị ép chặt
trên bàn máy và không có những chuyển dịch ngang trên phôi, đồ gá và động cơ của
các trục.
Máy khoan có đặc điểm phù hợp để gia công phôi có dạng tấm và có thể gia
công với dụng cụ một hoặc nhiều trục. Ngoài ra, máy khoan có khả năng thực hiện các
công việc phay nhẹ.
Kết cấu đơn giản nhất của máy khoan CNC là kết cấu chỉ có một bàn toạ độ
điều khiển số (CNC Coordinate Table). Chiều sâu khoan đ-ợc tính sẵn (điều chỉnh)
tr-ớc khi gia công bằng cữ hoặc rÃnh cam. ở những máy khoan này, chu trình khoan
(boring/ drilling Cycle) đ-ợc phát lệnh thực hiện, sau khi đà thực hiện đúng vị trí gia
công, bằng tín hiện Table in position (bàn đà vào vị trí). Chu kỳ khoan tiến triển mà
không có tác động của hệ NC, nhờ hệ cơ khí hoặc điện.

Một kết cấu khác của máy khoan NC, nh-ng lại kèm thêm phí tổn, cũng đ-ợc
đòi hỏi và yêu cầu là thay đổi dụng cụ tự động. Yêu cầu đòi hỏi này chỉ đ-ợc đáp ứng


16

nếu phạm vi chức năng của ng-ời thợ gia công đ-ợc giới hạn và chỉ còn là giám sát
quá trình gia công. Với hệ thay đổi dụng cụ tự động (Automatic tool changer), quá
trình gia công mới thực sự là tự động.
Ngoài ra, máy khoan còn phải có khả năng thực hiện các chu trình khoan lặp đi
lặp lại. Các chu trình có tính chất lặp lại này th-ờng ở dạng các ch-ơng trình NC thứ
cấp (NC subprograms), với các ph-ơng án khác nhau và truy cập (gọi) thông qua các
từ lệnh, ví dụ theo tiêu chuẩn Đức DIN 66025 từ G81 đến G89, và ứng với từng vị trí
X/ Y t-ơng ứng sẽ lặp lại tự động. Với từ lệnh G80 (theo DIN 66025) chức năng
khoan tự động sẽ kết thúc. Hình 1-2 là thí dụ về máy khoan CNC.

Hình 1-2. Máy khoan CNC
1.2.2. Máy doa
Loại máy này th-ờng là rất lớn, có trục chính nằm ngang, có các phôi gia công rất lớn.
Các phôi gia công cũng lớn và không cho phép thay đổi phôi tự động. Từng phôi đ-ợc
gá kẹp, đ-ợc gia công riêng (hình1-3)


17

M¸y doa 3 trơc NC (3D)

M¸y doa 4 trơc NC (4D)

Hình 1-3. Máy doa CNC

ã
ã
ã
ã
ã
ã

Các máy doa có những chức năng cần thiết sau:
Teach In các hệ lỗ phức tạp có phép đối xứng g-ơng, ví dụ để tạo ra các lỗ trên vỏ
máy có dạng khối hộp và các nắp đậy t-ơng ứng,
Hiệu chỉnh độ nghiêng để cân bằng dung sai gá kẹp,
Phay các lỗ,
Phay ren,
Chu trình đo dùng các đầu đo dạng đóng/ gắt,
Lập trình đồ hoạ có mô phỏng quá trình gia công trên máy.

1.2.3. Máy phay

Các trục CNC trên máy phay đứng


18

Máy phay có trục chính thẳng đứng, có đầu quay và bàn xoay, 5 trục NC (5D)
Hình1- 4. Máy phay CNC
Các máy phay ngày nay đ-ợc trang bị hệ điều khiển theo biên dạng (quỹ đạo)
với ít nhất là 3 ®Õn 5 trơc ®iỊu khiĨn, víi phÐp néi suy (interpolation) không gian
(đồng thời) cho mọi trục điều khiển, khâu lập ch-ơng trình gia công (programming).
Do vậy, đ-ợc thực hiện nhờ các hệ lập trình có máy tính trợ giúp và c¸c hƯ xư lý thÝch
nghi (hËu xư lý), post processors, phù hợp với máy.

Máy phay có nhiều dạng kết cấu. Tr-ớc hết, ng-ời ta phân chia các máy phay
theo vị trí của trục phay, nghĩa là có máy phay đứng và máy phay ngang, máy phay
ngang th-ờng có trụ máy đứng, còn máy phay đứng th-ờng có dầm ngang (gantry).
Một số trục chính song song th-ờng hoạt động đồng thời (hình 1-4)
1.2.4. Máy tiện
Máy tiện luôn là máy đa dạng và tự động hoá cao, nh-ng nhờ hệ NC và đặc biệt
là hệ CNC chúng đà trở thành máy vạn năng hơn và linh hoạt hơn.
Mức độ tự động hoá cđa c¸c m¸y tiƯn cịng cã thĨ kh¸c nhau. Do đó máy tiện có
thể đ-ợc trang bị các bộ phận tự động hoá sau đây:
- ổ tích phôi có chức năng thay đổi phôi tự động,
- ổ tích dao có chức năng thay đổi dụng cụ giữa đầu dao revolver và ổ tích
dao,
- Các dụng cụ đ-ợc khởi động th-ờng là kết hợp với một trục NC khác và trục
chính đ-ợc điều khiển thành trục C,
- Giám sát dụng cụ tự động,
- Thay đổi các trấu kẹp tự động trong mâm cặp,
- Luy-nét và ụ động đ-ợc điều khiển số,
- Các thiết bị để liên kết nhiều máy giống nhau hoặc khác nhau.
1.2.5. Trung tâm gia công (Manufacturing Center) phay/khoan
Trung tâm gia công (MC= Manufacturing Center) là một máy công cơ cã Ýt nhÊt
3 trơc ®iỊu khiĨn sè (NC) ®Ĩ phay và khoan, có thể thực hiện các công việc cắt gọt cần
thiết trên ít nhất 4 mặt của một phôi có hình khối vuông mà không có tác động của
con ng-ời. Thiết bị thay đổi dụng cụ tự động đ-a các dụng cụ cần thiết, điều khiển
theo ch-ơng trình, theo thứ tự lần l-ợt, từ một ổ tích dụng cụ tới trục chính của máy và
ng-ợc lại (từ trục chÝnh cđa m¸y trë vỊ ỉ tÝch dơng cơ). Khi các phôi/chi tiết gia công
đ-ợc kẹp trên đồ gá lắp trên bệ/phiến gá chuẩn (palette), đ-ợc chuyển tới và chuyển đi
tự động thì trung tâm gia công t-ơng ứng và hệ cung ứng phôi, dụng cụ tự động nhvậy sẽ tạo thành một tế bào gia công (Manufacturing Cell).
Ng-ời ta phân loại các trung tâm gia công theo dạng kết cấu của chúng nh- sau
(hình 1-5):
- Theo vị trí của trục chính máy: trung tâm gia công ngang, trung tâm gia

19

công đứng,

Máy tiện 2 trục NC (2D)

Máy tiện đứng 2 trục NC (2D)

Máy tiện 3 trục NC (3D

Máy tiện đứng 3x2 trục NC

Máy tiện ngang 2 x 2 trục NC
Hình 1-5. Máy tiện CNC
- Trung tâm gia công có bàn toạ độ, nghĩa là chuyển động X/Y của phôi và
chuyển ®éng Z cđa dơng cơ,


20

- Trung tâm gia công có trục đứng chuyển dịch, ở đây: dụng cụ thực hiện các
chuyển động X, Y và Z; còn phôi tuỳ theo yêu cầu, nghiêng hoặc quay theo 1
hoặc 2 trục (ở các trung tâm gia công 5 trục)
- Trung tâm gia công có dầm ngang cố định hoặc dịch chuyển.
Những đặc điểm của trung tâm gia công là:
1. Ba trục NC thẳng (linear NC-axises) và một bàn tròn quay đ-ợc để gia công 4 mặt
trên các phôi trên hình khối vuông trong một lần gá. Khi sử dụng một đầu lắp dụng
cụ (đầu dao) có thể nghiêng theo ph-ơng ngang hoặc đứng, có thể gia công cả trục

NC thứ 5.
2. Có thể thực hiện mọi công việc gia công (phay, khoan, tiện, cán phẳng, cắt ren),
víi kÕt cÊu më réng phï hỵp cã thĨ phay biên dạng, khoan nghiêng hoặc tiện ren.
Tốc độ và tốc độ tiến daophải đ-ợc lập trình cho từng dụng cụ.

Trung tâm gia công 4 trục NC (4D)

Trung tâm gia công 5 trục NC (5D)

Các trục NC trên trung tâm gia c«ng (6D)


21

Hình 1-6. Trung tâm gia công CNC
3. Các dụng cụ đ-ợc đ-a vào ổ tích dao nối ghép với máy gia công đ-ợc truy cập theo
ch-ơng trình và thay đổi vào trục chính của máy. Kết cấu và khả năng thu nhËn cđa
ỉ tÝch dơng cơ (toolmagazine) rÊt kh¸c nhau. Trong thực tế th-ờng phải sử dụng
các ổ tích dụng cụ dạng băng xích, dạng đĩa tròn và dạng hộp cassette.
4. Có thêm thiết bị thay đổi phôi, th-ờng là thiết bị thay đổi bệ/phiến gá (palette
changer), để giảm thời gian dừng máy do phải thay đổi phôi gia công.Việc gá kẹp
và tháo dỡ phôi đ-ợc thực hiện trong thời gian cắt vật liệu (thời gian cơ bản) ở bên
ngoài phạm vi gia công của máy.
5. Những trung tâm phức tạp hơn còn có thêm các thiết bị khác, nh- có thêm bàn tròn
thứ hai quay đ-ợc, có thêm đồ gá nghiêng dùng cho phôi, hoặc có thêm một đầu
lắp dao ngang hoặc đứng có thể điều chỉnh theo góc bất kỳ.
Tính vạn năng của một trung tâm gia công đ-ợc chỉ tận dụng nhờ điều khiển theo
quỹ đạo, trong nhiều tr-ờng hợp, điều khiển 2 12 D đà là đủ. Do độ phức tạp của chi
tiết cơ khí tăng lên, những trung tâm gia công hiện nay cần có dạng điều khiển 3D, ít
nhất là các trục có thể nội suy đ-ờng thẳng (linear interpolate) đồng thời. Khi sử dụng

một đầu dao nghiêng phải nội suy đ-ờng thẳng theo 3 trục đối với lỗ nghiêng. Khi
dùng các đầu dao tiện mặt đầu còn có thêm một hoặc hai loại trục khác.

Kết luận ch-ơng 1
Ch-ơng 1 giới thiệu khái quát các mốc lịch sử phát triển đáng ghi nhớ của
kỹ thuật điều khiển bằng số. Một trong các nét đặc tr-ng cơ bản của máy công cụ
điều khiển theo ch-ơng trình số (NC & CNC) là hệ điều khiển bằng số và ph-ơng
thức điều khiển phụ thuộc vào hệ điều khiển số. ở máy công cụ NC dùng vật
mang tin chủ yếu là: Bìa đục lỗ (Punched Card); Băng đục lỗ (Punched band);
Băng từ (Magnetic band). Ch-ơng trình NC ghi trên bìa, băng đục lỗ không thể
sửa đ-ợc khi bị lỗi, ghi trên băng từ dễ xoá dễ sửa hơn. ở máy công cụ CNC, các
chức năng điều khiển, quá trình xử lý tính toán nhờ có cụm vi xử lý/vi tính
(microprocessor), cụm vi xử lý vi tính đ-ợc lắp trực tiếp vào hệ điều khiển của
máy, ch-ơng trình NC đà lập đ-ợc l-u giữ trên các đĩa từ có thể sửa đổi hiệu
chỉnh nhanh. Các quy định về trục toạ độ đ-ợc quốc tế hoá dựa trên định lý ba
ngón tay của bàn tay phải. Các quá trình xử lý số và bản chất của quá trình điều
khiển máy công cụ NC, CNC đ-ợc chia làm hai giai đoạn: xử lý số ở bên ngoài
và ở bên trong máy. Việc chuẩn bị công nghệ cho quá trình gia công chi tiết cơ
khí trên máy công cụ NC, CNC cần đặc biệt chú ý: Cách ghi kích th-ớc trên bản
vẽ chế tạo chi tiết. Thông th-ờng, kích th-ớc ghi trên bản vẽ chi tiết dùng cho
máy gia công NC, CNC ghi theo kích th-ớc tuyệt đối (các kích th-ớc đều đ-ợc
xuất phát từ một điểm chuẩn trùng với điểm không của phôi "W"), còn cách ghi


22

kích th-ớc t-ơng đối (Các kích th-ớc liên tiếp nhau) cũng đ-ợc sử dụng và có sai
số tích luỹ. Ngoài ra các hệ toạ độ và các điểm gốc của máy cũng đ-ợc quy định,
tạo điều kiện thuận lợi cho việc lập trình khi gia công các chi tiết cơ khí. Vậy,
muốn lập trình tốt, ng-ời lập trình cần phải nắm bắt đ-ợc các quy định nêu trên.

22

Ch-ơng 2:
Chuẩn bị công nghệ và lập trình gia công CNC
2.1. Chuẩn bị công nghệ gia công chi tiết cơ khí trên máy công cụ CNC
Điều cần l-u ý ở đây là công việc chuẩn bị công nghệ để gia công chi tiêt cơ
khí trên các máy công cụ NC, CNC về cơ bản vẫn phải tuân thủ theo ph-ơng pháp
và những nguyên tắc về chuẩn bị công nghệ đối với máy công cụ thông th-ờng (
chọn chuẩn công nghệ định vị và kẹp chặt phôi gia công trên máy, xác định ph-ơng
pháp, trang bị, dụng cụ, chế độ gia công ... ) nh-ng lại còn phải lập ch-ơng trình
gia công NC ứng với máy NC, CNC cụ thể theo ngôn ngữ lập trình đ-ợc cài đặt
trong hệ điều khiển NC,CNC của máy gia công.
Nói chung, các công việc lập trình gia công NC gồm :
- Lập sơ đồ gá đặt chi tiết gia công trên máy công cụ NC,CNC (xác định số bậc tự
do chuyển động cần hạn chế của phôi gia công, xác định điểm kẹp và lực kẹp phôi
gia công); xác định điểm gốc của phôi gia công.
- Lập sơ đồ toạ độ (xác định quan hệ về vị trí giữa các yếu tố: điểm không của máy,
điểm không của chi tiết, toạ độ các điểm gia công...).
- Lập tiến trình công nghệ gia công chi tiết ( các nguyên công, thứ tự các nguyên
công).
Tiến trình
công nghệ

Phiếu
dụng cụ

Sơ đồ toạ
độ

Ng-ời lập trình NC

Chuẩn bị công
nghệ tr-ớc khi
lập ch-ơng trình
gia công NC
Lập
- Chỉ dẫn
ch-ơng
lập trình NC
trình
- Bảng Code
gia
(ISO Code)
công

Sơ đồ gá
đặt

Ch-ơng trình NC

Bộ điều khiển số (nc, cnc)

Máy công cụ nc, cnc

Hình 2-1. Nội dung chuẩn bị công nghệ và lập trình gia công NC


23

2.2. Ch-ơng trình CNC và cấu hình ch-ơng trình CNC
2.2.1. Ch-ơng trình CNC
Máy công cụ NC và CNC không có sự khác nhau cơ bản về ngôn ngữ lập trình và
công nghệ gia công của máy công cụ; do vậy, khái niệm:" Ch-ơng trình NC được
dùng chung cho cả thế hệ máy này.
Ch-ơng trình NC là tập hợp những chỉ dẫn cần thiết cho quá trình gia công
một chi tiết cơ khí trên máy công cụ điều khiển NC hoặc CNC .
Cấu trúc của ch-ơng trình NC, câu lệnh NC từ lệnh NC đ-ợc quy định theo
tiêu chuẩn quốc tế ISO 6983 (t-ơng đ-ơng tiêu chuẩn Đức DIN - 66025).
Ch-ơng trình NC gồm nhiều câu lệnh NC. Mỗi câu lệnh NC lại có nhiều từ
lệnh NC.
Câu lệnh NC là sự ghép nối tối thiểu các từ lệnh cần thiết các từ lệnh cần thiết
để thực hiện một chuyển dịch hoặc một chức năng khác của maý công cụ NC,
CNC; ví dụ:
N10 G00 Z- 25000X60250 ;
(N10 là câu lệnh số 10 ; G00 là lệnh chạy nhanh không cắt ; Toạ độ cần dịch tới
là : Z = -25mm, X = 60,25mm; còn dấu(;) là dấu kết thúc câu lệnh NC ).
Từ lệnh NC là sự phối hợp các con số và chữ cái, để l-ợng hoá chính xác các
chức năng yêu cầu thực hiện, ví dụ:
X420,000( nghĩa là dịch chuyển trên trục X một đoạn 420mm ).
Sau đây là ví dụ về cú pháp tổng quát của một câu lệnh NC trong ch-ơng trình
NC :
N....G....XYZ....ABC....IJK....HD....T....M....S......F......CRLF.
Trong đó: N...
là thứ tự của câu lệnh NC trong ch-ơng trình NC,
G...
là điều kiện/dữ liệu dịch chuyển,
XYZ...
là các toạ độ thẳng (vị trí) ,
ABC...

là các toạ độ góc (góc quay),
IJK...
là thông số nội suy, ví dụ: khi cắt cung tròn từ lệnh
có I...J..., hoặc I...K..., hoặc J....K...cho biết toạ độ tâm cung so
tâm cung so với điểm đầu cung,
HD....
là hiệu chỉnh, bù dao
ví dụ: bù chiều dài dao (H), bù đ-ờng kính dao (D),
T....
là lệnh về dụng cụ gia công,
M...
là lệnh về chức năng phụ (quay trục, dừng, tháo
dao...),
S....
là thông số về tốc độ quay của trục dao hoặc vận
tốc cắt ,
F....
là thông số về tốc độ chạy dao (l-ợng tiến dao ),
CRLF hoặc dấu(;) là hết câu lệnh và xuống câu lệnh sau