(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế máy phay CNC

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.7 MB, 99 trang )

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÁY PHAY CNC

Người hướng dẫn: ThS. TRẦN NGỌC HẢI
Sinh viên thực hiện: MAI ĐÌNH THIỆN

Đà Nẵng, 2019

TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Tên đề tài:

Thiết kế máy phay CNC

Sinh viên thực hiện: Mai Đình Thiện
Sớ thẻ sinh viên:
101140118
Lớp:
14C1B
NỢI DUNG ĐỀ TÀI
1. Tính cấp thiết của đề tài
Công nghệ gia công điều khiển số CNC ra đời như đánh dấu sự phát triển mạnh
mẽ của ngành cơ khí nói chung và gia công chính xác nói riêng. Nó đã cho thấy
được sự linh hoạt và hiệu quả cực cao trong việc gia công các chi tiết máy. Bên

cạnh đó việc máy CNC ra đời đòi hỏi thêm một vấn đề đó là lập trình gia cơng cho

C
C

máy. Để giải qút các vấn đề khó khăn và hạn chế khi lập trình tay cho máy CNC
thì việc nghiên cứu lập trình nâng cao Macro như là một giải pháp tối ưu. Chính vì
thế em đã nảy sinh ý tưởng và chọn đề tài đờ án tớt nghiệp của mình là “Thiết kế
máy phay CNC và nghiên cứu lập trình nâng cao Macro”.
2. Các phần nội dung chính

R
L
T

U
D

 Phần thiết kế máy phay CNC dựa trên máy chuẩn EMCO MILL 155 bao gờm:
 Tìm hiểu các vấn đề chung về máy CNC
 Phân tích thông số kỹ thuật và đặc tính máy chuẩn EMCO MILL 155
 Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cho máy về đường truyền tốc độ và

đường truyền chạy dao
 Tính toán thiết kế hệ thống dẫn đợng tang dao
 Hệ thớng điều khiển khí nén

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỢNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Mai Đình Thiện
Lớp: 14C1B
Khoa: Cơ Khí
1. Tên đề tài đồ án:

Số thẻ sinh viên: 101140118
Ngành: Công nghệ chế tạo máy

THIẾT KẾ MÁY PHAY CNC
2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
Trong phần thiết kế máy phay CNC các dữ liệu ban đầu dựa theo phân tích thông
số kỹ thuật máy chuẩn EMCO MILL155.
Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
Phần 1: Các vấn đề chung về máy CNC
Chương 1: Đại cương về máy CNC
Chương 2: Cơ sở tự động của máy CNC
Phần 2: Thiết kế hệ thống dẫn động của máy phay
Chương 1: Thông số kỹ thuật chính của máy chuẩn EMCO MILL 155
Chương 2: Thiết kế động học của máy
Chương 3: Thiết kế động lực học toàn máy
Chương 4: Thiết kế hệ thống dẫn động trống tang dao

4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
Bản vẽ A0: 6 bản
5. Họ tên người hướng dẫn: Th.S.Trần Ngọc Hải
6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 20/02/2019.
7. Ngày hoàn thành đồ án:
25/05/2019.
Đà Nẵng, ngày 25 tháng 12 năm 2019
Trưởng Bộ môn
Người hướng dẫn

C
C

R
L
T

U
D

PGS.TS Lưu Đức Bình

Th.S.Trần Ngọc Hải

Thiết kế máy phay CNC

LỜI CAM ĐOAN

Tên đề tài

: “Thiết kế máy phay CNC”

GVHD

: Th.S.Trần Ngọc Hải

SVTH

: Mai Đình Thiện

Lớp

: 14C1B

MSSV

: 101140118

Email

:

Ngày nộp

: 28/12/2019

C
C

Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu của riêng tơi thực hiện

R
L
T

dưới sự hướng dẫn của: TS.Trần Ngọc Hải là đề tài làm mới, không sao chép hay trùng
với đề tài nào đã thực hiện, chỉ sử dụng những tài liệu tham khảo như đã nêu.
Các số liệu, kết quả nêu trong đề tài là trung thực và chưa từng được ai cơng bớ

U
D

trong bất kỳ cơng trình nào khác”.

Nếu sai, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm.

Sinh viên thực hiện
Mai Đình Thiện

SVTH: Mai Đình Thiện

GVHD: Th.S.Trần Ngọc Hải

Trang 1

Thiết kế máy phay CNC

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN .................................................................................................. i
MỤC LỤC ................................................................................................................ iv
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................1
Phần 1: CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ MÁY CNC .......................................................6
ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - KỸ THUẬT ..........................................................................6
Chương 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY CNC ...............................................................6
1.1. Khái niệm cơ bản về điều khiển và điều khiển số ............................................6
1.1.1. Khái niệm...................................................................................................6
1.1.2. Phân loại hệ thống điều khiển trên máy công cụ .......................................6
1.1.3. Điều khiển theo kiểu truyền thớng ............................................................6
1.1.4. Điều khiển sớ .............................................................................................7
1.2. Quá trình phát triển của máy CNC ...................................................................9
1.2.1. Quá trình phát triển ....................................................................................9
1.2.2. Thực trạng ứng dụng máy CNC tại Việt Nam .........................................12

C
C

R
L
T

U
D

1.2.3. Sự giống và khác nhau giữa máy phay truyền thống và máy CNC.........13
1.3. Các hệ điều khiển số và các dạng điều khiển số ............................................15
1.3.1. Các hệ điều khiển số ................................................................................15
1.3.2. Các dạng điều khiển của máy ..................................................................17

1.4. Hệ tọa độ trên máy CNC và các điểm chuẩn .................................................19
1.4.1. Hệ tọa độ trên máy CNC .........................................................................19
1.4.2. Hệ tọa độ của các loại máy phay .............................................................20
1.4.3. Các điểm gốc và điểm chuẩn ...................................................................20
1.5. Những khái niệm cơ bản về lập trình gia công trên máy CNC ......................21
1.5.1. Quĩ đạo gia công ......................................................................................22
1.5.2. Cách ghi kích thước chi tiết .....................................................................22
1.5.3. Lập trình cho máy cơng cụ CNC .............................................................23
1.5.4. Các phương pháp lập trình cho hệ điều khiển .........................................25
1.5.5. Chương trình con và chương trình chính .................................................27
1.6. Quy trình cơng nghệ, chủng loại và tính công nghệ của chi tiết ....................28
1.6.1. Đặc điểm của qui trình cơng nghệ gia cơng trên máy CNC ....................28
1.6.2. Chọn chủng loại chi tiết gia công trên máy CNC ....................................29
1.6.3. Yêu cầu đối với công nghệ của chi tiết....................................................29
1.7.

Phương pháp thực hiện nguyên công trên máy CNC .....................................30

SVTH: Mai Đình Thiện

GVHD: Th.S.Trần Ngọc Hải

Trang 2

Thiết kế máy phay CNC

1.7.1. Phân loại nguyên công trên các máy CNC ..............................................30
1.7.2. Các nguyên công phay .............................................................................31
Chương 2: CƠ SỞ TỰ ĐỢNG CỦA MÁY CNC ................................................35

2.1. Hệ thớng đo chuyển vị trên máy công cụ CNC .............................................35
2.1.1. Hệ thống đo theo kiểu quang học ............................................................35
2.1.2. Hệ thống đo chuyển vị theo số đo tuyệt đối ............................................36
2.1.3. Nguyên tắc cảm ứng ................................................................................36
2.2. Hệ thống tự động điều chỉnh vị trí .................................................................37
2.2.1. Điều khiển vị trí bằng thước mã hoặc bộ mã góc ....................................37
2.2.2. Điều khiển vị trí bằng số với hệ thống đo dịch chuyển bằng gia số ........38
2.2.3. Điều khiển vị trí bằng số nhờ hệ thống đo dịch chuyển tương tự có tính
chất chu kỳ .........................................................................................................38
2.3. Bộ so sánh ......................................................................................................39
2.3.1. Bộ so sánh kiểu gia số .............................................................................39
2.3.2. Bộ so sánh kiểu tuyệt đối .........................................................................39
2.4. Đo trên máy CNC ...........................................................................................39
2.4.1. Đo chi tiết máy trên máy CNC ................................................................39
2.4.2. Đo dao trên máy CNC .............................................................................40

C
C

R
L
T

U
D

Phần 2: THIẾT KẾ PHẦN TRUYỀN ĐỘNG CỦA MÁY PHAY .........................41
Chương 1: THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH VÀ SƠ LƯỢC ...........................41
MÁY CHUẨN MILL-155.......................................................................................41
1.1. Thơng sớ kỹ thuật chính của máy MILL- 155 ...............................................41

1.1.1. Kết cấu tổng quan máy ............................................................................41
1.1.2. Thơng sớ kỹ tḥt chính của máy ............................................................42
1.2. Sơ lược đặc tính máy chuẩn ...........................................................................44
Chương 2: THIẾT KẾ ĐỢNG HỌC CỦA MÁY .................................................46
2.1 Vận tớc cắt và lượng chạy dao giới hạn .........................................................46
2.2 Thiết kế đường truyền tốc độ .........................................................................48
2.2.1. Chọn động cơ và bộ biến tần ...................................................................48
2.2.2. Thiết kế động học bộ truyền đai ..............................................................49
2.3. Thiết kế đường truyền chạy dao .....................................................................50
2.3.1. Vài nét về động cơ bước ..........................................................................50
2.3.2. Đặc điểm và yêu cầu kỹ tḥt của đường trùn chạy dao .....................50
2.3.3. Tính tốn thiết kế đường truyền động chạy dao ......................................51
2.3.4. Tính chọn công suất động cơ chạy dao ( Động cơ bước) ........................52
Chương 3: THIẾT KẾ ĐỢNG LỰC HỌC TỒN MÁY ....................................53
SVTH: Mai Đình Thiện

GVHD: Th.S.Trần Ngọc Hải

Trang 3

Thiết kế máy phay CNC

3.1

Xác định chế độ làm việc giới hạn .................................................................53

3.2.

Xác định lực tác dụng khi gia công ................................................................54

3.2.1. Lực cắt .....................................................................................................54
3.2.2. Thành phần của lực cắt ............................................................................54

3.2.3. Các phương pháp xác định thành phần lực..............................................55
3.3. Thiết kế động lực học đường truyền tốc độ trục chính ..................................57
3.3.1. Chọn loại đai ............................................................................................58
3.3.2. Định đường kính bánh đai nhỏ ................................................................58
3.3.3. Chọn sơ bộ khoảng cách trục A ...............................................................58
3.3.4. Tính chiều dài đai L theo khoảng cách trục sơ bộ ...................................58
3.3.5. Xác định chính xác khoảng cách trục A theo chiều dài đai.....................59
3.3.6. Tính góc ơm α1 ........................................................................................59
3.3.7. Xác định số đai Z cần thiết ......................................................................59
3.3.8. Định kích thước chủ yếu của bánh đai ....................................................59
3.3.9. Tính lực căng ban đầu So ........................................................................60
3.4. Thiết kế động lực học đường truyền chạy dao ...............................................60
3.4.1. Thiết kế bộ truyền đai răng ......................................................................60
3.4.2. Thiết kế bộ truyền vítme- đai ốc bi..........................................................63

C
C

R
L
T

U
D

3.4.3. Thiết kế gối đỡ trục ..................................................................................68
Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG TRỐNG TANG DAO ........70

4.1. Các số liệu ban đầu.........................................................................................70
Chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền ........................................................70
4.2.1. Chọn động cơ điện ...................................................................................70
4.2.2. Phân phối tỷ số truyền .............................................................................70
4.3. Thiết kế các bộ truyền ....................................................................................71
4.3.1. Thiết kế bộ truyền bánh răng nón_ răng thẳng ........................................71
4.3.2. Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ_ răng thẳng .........................................76
4.4. Thiết kế trục và then .......................................................................................80
4.4.1. Thiết kế trục .............................................................................................80
4.4.2. Tính then ..................................................................................................82
4.4.3. Chọn ổ bi ..................................................................................................82
4.2.

Chương 5: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN78
5.1.Cơ cấu chấp hành79
5.2.Van đảo chiều80
5.2.1 Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều80
5.2.2 Ký hiệu của van đảo chiều81
SVTH: Mai Đình Thiện

GVHD: Th.S.Trần Ngọc Hải

Trang 4

Thiết kế máy phay CNC

5.2.3 Các tín hiệu tác đợng83
5.2.4 Van đảo chiều có vị trí “0”84
5.2.5 Van đảo chiều khơng có vị trí “0”86

5.3.Van chặn87
5.4.Van tiết lưu87
5.4.1 Van tiết lưu có tiết diện không thay đổi88
5.4.2 Van tiết lưu có tiết diện thay đổi88
5.4.3 Van tiết lưu một chiều 89

KẾT LUẬN ..............................................................................................................90

C
C

R
L
T

LỜI MỞ ĐẦU

Trong một thời gian khá dài, ngành cơ khí đã tập trung nghiên cứu để giải quyết

U
D

vấn đề tự động hóa ở các xí nghiệp có quy mô sản xuất lớn (hàng loạt và hàng khối).
Nhưng trong thực tế, các xí nghiệp máy có quy mô sản xuất hàng loạt vừa và hàng loạt
nhỏ lại là phổ biến ở Việt Nam. Do đó, đòi hỏi các xí nghiệp này phải nâng cao về hiệu
quả sản xuất năng suất lao động; đều này đã dẫn tới vấn đề nghiên cứu triển khai kỹ
thuật tự động có tính linh hoạt cao trong các dây chuyền sản xuất.
Máy công cụ - trung tâm gia công điều khiển bằng chương trình sớ và kỹ tḥt vi
xử lý CNC - đã được sử dụng trong sản xuất hàng loạt vừa và hàng loạt nhỏ đã tạo điều
kiện linh hoạt hoá và tự động hoá dây chuyền gia công. Đồng thời làm thay đổi phương

pháp và nội dung chuẩn bị cho sản xuất.
Trong những năm gần đây các máy NC và CNC đã được nhập vào Việt Nam và
hiện nay đang hoạt động trong một số nhà máy, viện nghiên cứu và các cơng ty liên
doanh. Cũng chính vì thế nên việc nghiên cứu, chế tạo máy CNC đã được nhiều nhà kỹ
thuật, kỹ sư Việt Nam đang theo đuổi.
Để tổng kết lại những kiến thức đã học cũng như để làm quen với công việc thiết
kế của người cán bộ kỹ thuật trong ngành cơ khí sau này. Em đã được nhận đề tài “Thiết
kế máy phay CNC” dựa trên máy ch̉n EMCO MILL155. Vì lần đầu làm quen với
cơng việc thiết kế tổng thể, mặc dù được sự hướng dẫn tận tình của thầy TS.Trần Ngọc
Hải nhưng cũng khơng tránh khỏi những bỡ ngỡ. Hơn nữa, tài liệu phục vụ cho công
việc thiết kế và nghiên cứu còn quá ít, thời gian thực hiện đề tài không nhiều, khả năng
SVTH: Mai Đình Thiện

GVHD: Th.S.Trần Ngọc Hải

Trang 5

Thiết kế máy phay CNC

còn hạn chế nên trong quá trình làm đờ án sẽ khơng tránh khỏi những thiếu sót. Nên rất
mong được sự giúp đỡ và chỉ bảo của các thầy cô.
Sau thời gian 3 tháng làm đề tài tốt nghiệp bằng chính nổ lực của bản thân và được
sự hướng dẫn tận tình của thầy TS.Trần Ngọc Hải, các thầy cô giáo và sự giúp đỡ của
các bạn sinh viên khác trong khoa em đã hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp này đúng
thời gian quy định. Một lần nữa cho phép em gửi đến quý thầy cô cùng các bạn lòng
biết ơn sâu nhất.
Đà Nẵng, ngày 20 tháng 12 năm 2019
Sinh viên thực hiện
Mai Đình Thiện

Phần 1: CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ MÁY CNC

C
C

ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - KỸ THUẬT

R
L
T

Chương 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY CNC

U
D

1.1. Khái niệm cơ bản về điều khiển và điều khiển số
1.1.1. Khái niệm
Điều khiển là phương pháp hiệu chỉnh dòng năng từ nguồn cho đến cơ cấu chấp
hành hoặc qui trình cơng nghệ nào đó để có thể đạt được một kết quả mong muốn.
1.1.2. Phân loại hệ thống điều khiển trên máy công cụ
Người ta chia hệ thống điều khiển máy công cụ thành hai loại:
− Điều khiển theo kiểu truyền thống
− Điều khiển số
1.1.3. Điều khiển theo kiểu truyền thống
Hệ thống điều khiển (HTĐK) theo kiểu này gồm: điều khiển bằng cam, điều khiển
theo quảng đường, điều khiển theo thời gian, điều khiển theo chu kì,.... Nhìn chung các
loại điều khiển này có chung các đặc điểm chính sau đây:
− Điều khiển máy có sự tham gia phần lớn của người vận hành từ khâu cấp

phôi, gá phôi, hiệu chỉnh dụng cụ cho đến khâu kiểm tra sản phẩm.
− Các thao tác của HTĐK thường khó thay đổi (chính xác là không thay đổi
được). Do vậy, nó không thích ứng với sự thay đổi sản phẩm.

SVTH: Mai Đình Thiện

GVHD: Th.S.Trần Ngọc Hải

Trang 6

Thiết kế máy phay CNC

− Nếu không có sự tham gia của người vận hành thì cơ cấu máy thực hiện chu
trình làm việc liên tục như các máy tự động. Với các loại máy này không thay đổi được
hoặc muốn thay đổi cũng rất phức tạp.
Do vậy, khuynh hướng phát triển chung là người ta muốn có những HTĐK mà nó
dễ dàng thích nghi với sự thay đổi của sản phẩm. Nhìn chung, các HTĐK theo kiểu
trùn thớng tuy càng lúc càng được cải thiện tuỳ theo mức độ cơ khí hoá, tự động hoá
của nhà máy sản nhưng vẫn chưa thực sự đáp ứng được nhu cầu của thực tế.
1.1.4. Điều khiển số
1.1.4.1. Bản chất của điều khiển số
Khi gia cơng trên các máy cơng cụ thì chi tiết và dụng cắt thực hiện các chuyển
động tương đối với nhau. Những chuyển động được lặp đi lặp lại nhiều lần khi gia công
mỗi chi tiết gọi là chu kỳ gia công.
Mỗi chu kỳ gia công được đặt trưng bởi hai thành phần đó là: phần kích thước và
phần điều khiển. Hai thông tin không thể thiếu trong bất kỳ một máy điều khiển nào.
Thông tin về kích thước cho phép chúng xác định hành trình của chu kỳ; trong khi đó
thông tin về sự điều khiển cho phép xác định thứ tự của hành trình theo thời gian.

C
C

R
L
T

1.1.4.2. Điều khiển số và hệ thống điều khiển số

U
D

a. Điều khiển số
Điều khiển sớ NC (Numerical Control) là mợt hình thức tự động hoá đặc biệt. Máy
công cụ được lập trình để thực hiện mợt dãy có thứ tự các sự kiện với một tốc độ xác
định trước nhằm gia công một chi tiết máy với toàn bộ những kết quả và tham sớ vật lí
hồn toàn có thể dự đoán được. Điều này được thực hiện là nhờ các bộ vi xử lý. Nó có
thể tiếp nhận và chuyển đổi các dữ liệu gia công thành các tín hiệu điều khiển máy hoạt
động và có thể thay đổi chức năng của nó bằng chương trình ngoài, chứ khơng phải chỉ
thực hiện một số chức năng cố định như trước đây.
b. Hệ thống điều khiển số
Là hệ thống mà trong đó các hoạt động được điều khiển là dữ liệu số đưa vào trực
tiếp ở một điểm nào đó. Hệ thống đó phải tự động dịch chuyển tối thiểu một phần nào
đó của dữ liệu này.
Dữ liệu số là thông tin cung cấp bỡi tín hiệu mã nhị phân. Nó được biểu diễn dưới
dạng mã số hoặc kí tự. Đây là thông tin cần thiết để tạo ra một chương trình, gọi là
chương trình gia cơng chi tiết.
Có 2 loại HTĐK: Hệ thớng hở và hệ thớng kín
 Hệ thống hở:

SVTH: Mai Đình Thiện

GVHD: Th.S.Trần Ngọc Hải

Trang 7

Thiết kế máy phay CNC

Băng đục lỗ

1

Hợp giảm tớc

2

3

M

4

Hình 1.1 Hệ thống điều khiên số vịng hở
1: Bợ đọc
3: Bợ khuếch đại

2: Bộ giải mã
4: Bàn máy

C
C

Đặc điểm của hệ thống điều khiển số vòng hở như sau:

R
L
T

− Các hệ thống điều khiển được vận hành theo nhịp thời gian của một đồng hồ
và độc lập với biến ra.

− Không có cảm biến và bộ so sánh. Do đó, muốn đảm bảo chính xác cho biến

U
D

ra của cơ cấu chấp hành thì cần có u cao về đợ chính xác của hệ truyền động.
Cấu trúc đơn giản và giá thành thấp.
 Hệ thống kín:

Hình 1.2 Hệ thống điều khiển số vịng kín
1: Bợ đọc

5: Bợ so sánh

3: Bợ kh́ch đại
SVTH: Mai Đình Thiện

GVHD: Th.S.Trần Ngọc Hải

Trang 8

Thiết kế máy phay CNC

2: Bộ giải mã
4: Bàn máy

6: Cảm biến đo vị trí

Đặc điểm của hệ thống điều khiển số vòng hở như sau:
− Độ chính xác của biến ra ít phụ thuộc vào hệ truyền động mà phụ thuộc vào
cảm biến.
− Làm việc chính xác và độ tin cậy cao.
Do vậy, hầu hết các HTĐKS hiện nay là hệ thống kín. Các hoạt động điều khiển
được vận hành qua các sai lệnh điều khiển giữa biến vào và biến ra.
 Cấu trúc từng phần của HTĐKS
− Bộ đọc: bao gồm các dữ liệu gia công, mô tả các hoạt động của máy kể cả
hiệu chỉnh dụng cụ dưới dạng từng câu lệnh của chương trình. Nó được in vào bang đục
lỗ. Và chỉ khi nào mỗi một dòng lệnh được hoàn hành nhiệm vụ thì mợt dòng lệnh khác

C
C

được đọc.

R
L
T

− Bộ giải mã: nhiệm vụ biến nội dung dòng lệnh thành tín hiệu điều khiển.
− Bộ so sánh: so sánh giá thực của biến ra để chấp hành với giá trị biến vào của
hệ điều khiển. Sai lệnh này nếu có sẽ được biến thành tín hiêụ điều khiển.

U
D

− Bộ khuếch đại: dùng để biến đổi mức tín hiệu cần thiết cho mục đích điều
khiển.

− Cảm biến: dùng đo giá thực của biến ra. Sau đó, cung cấp cho bộ so sánh
dưới dạng tín hiệu, thường là tín điện.
1.2. Quá trình phát triển của máy CNC
1.2.1. Quá trình phát triển
Điều khiển sớ NC (Numerical Control) là phương pháp tự động điều chỉnh các
máy công tác (máy công cụ, Robot, băng tải vận chuyển phôi liệu, chi tiết gia công, sản
phẩm,...) trong đó các hành động bị điều khiển được sản ra trên cơ sở cung cấp các dữ
liệu ở dạng mã nhị phân. Nó được biểu diển dưới dạng các con số thập phân, các chữ
cái và kí hiệu đặc trưng tạo thành mợt chương trình làm việc của thiết bị hay của hệ
thống.
Trước đây, cũng đã có những quá trình gia cơng cắt gọt được điều khiển theo
chương trình bằng các kỹ thuật chép hình theo mẫu, chép hình bằng hệ thớng thuỷ lực,....
Ngày nay, với sự tiến bộ vượt bậc của KH- KT, nhất là trong lĩnh vực ĐKS và tin học
đã tạo điều kiện thuận lợi cho các nhà chế tạo máy nghiên cứu và ứng dụng đưa vào các
máy công cụ truyền thống các HTĐK tự động. Biến các máy công này thành các máy
điều khiển theo chương trình sớ, gọi là các máy CNC (Computrized Numerical Control).
SVTH: Mai Đình Thiện

GVHD: Th.S.Trần Ngọc Hải

Trang 9

Thiết kế máy phay CNC

Việc sử dụng các máy CNC cho phép giảm khối lượng gia công chi tiết, nâng cao
độ chính xác gia công và hiệu quả kinh tế; đồng thời cho phép rút ngắn được chu kỳ sản
xuất. Do đó, hiện nhiều nước trên thế giới đã và đang ứng dụng rộng rãi công nghệ mới
này vào lĩnh vực cơ khí chế tạo. Đặc biệt là chế tạo các khuôn mẫu chính xác, các chi
tiết đòi hỏi độ chính xác và độ phức tạp cao.
Xuất phát từ ý tưởng điều khiển một dụng cụ thông qua một chuỗi lệnh kế tiếp,
liên tục như các máy công cụ ĐKS ngày nay được thực hiện từ mãi thế kỉ XIV. Khi ở
châu Âu người ta dùng các chớt hình trụ để điều khiển các chủn đợng của các hình
trang trí trên đồng hồ lớn của nhà thờ.
Năm 1808, Joseph M. Jacquard dùng những tấm tôn đục lỗ để điều khiển tự động
các máy dệt.
Năm 1863, M. Fourneaux phát minh ra đàn Piano nỗi tiếng thế giới. Với băng giấy
đục lỗ làm vật mang tin.
Năm 1938, Claud E. Shannon trong khi làm luận án tiến sĩ đã đi đến kết luận rằng
việc tính toán và truyền tải nhanh dữ liệu có thể thực hiện bằng mã nhị phân.
Từ năm 1949 đến 1952, Jonh Parsons và Học viện kỹ thuật Massachusett
(Massachusett Institute Of Technology) đã thiết kế “một hệ thống điều khiển dành cho

C
C

R
L
T

U
D

máy công cụ, để điều khiển trực tiếp vị trí của các trục thông qua dữ liệu đầu ra của một
máy tính, làm bằng chứng cho một chức năng gia công chi tiết” theo hợp đồng của
Không lực Hoa Kỳ.
Cũng trong thời gian này, Parsons cùng với đồng nghiệp của ông đã đưa ra 4 tiên
đề cơ bản sau:
− Những vị trí được tính ra trên một biên dạng được ghi nhớ vào băng đục lỗ.
− Các đục lỗ được đọc trên máy một cách tự động.
− Những vị đã được đọc ra được liên tục truyền đi và được bổ sung thêm tính
toán cho các giá trị trung gian nội tại.
− Các động cơ servo ( vô cấp tốc độ ) có thể điều khiển được chuyển động các
trục.
Năm 1952, chiếc máy phay ĐKS đầu tiên ra đời mang tên là “ Cincinnate
Hydrotel” có trục thẳng đứng do Học viện kỹ thuật Masssachusett cung cấp. Đơn vị điều
khiển được lắp bằng các bóng đèn điện tử chân không, điều khiển 3 trục nhận dữ liệu
thông qua băng đục lỗ mã nhị phân.
Năm 1954, Bendix mua bản quyền phát minh của Parsons và chế tạo được thiết bị
điều khiển NC công nghiệp đầu tiên, nhưng vẫn còn dùng bóng đèn điện tử chân khơng.

SVTH: Mai Đình Thiện

GVHD: Th.S.Trần Ngọc Hải

Trang 10

Thiết kế máy phay CNC

Năm 1958, “cơng cụ lập trình tự động APT” (Automatically Programmed Tool) ra
đời. Đánh dấu một bước phát triển mới về lập trình cho máy.
Trong thời gian đó, giới công nghệp nói chung đã bắt đầu nhận ra những ưu thế
tiềm tàng của kỹ thuật ĐKS. Điều đó buộc họ phải xem xét một cách nghiêm túc, chặt
chẽ và kỹ càng những vấn đề về nghành chế tạo máy của chính họ. Đồng thời họ cũng
phải suy xem cái kỹ thuật công nghệ mới này có thể giúp đỡ họ như thế nào để cải tiến
phương pháp hiện có của họ. Người ta nhanh chóng nhận ra rằng, phần lớn các bài toán
cắt gọt kim loại như: Khoan lỗ, tiện, phay đường thẳng, không nhất thiết đòi hỏi tới bộ
điều khiển hiện đại, sử dụng những phương máy tính hoá. Thế nhưng, việc ứng dụng
ngay cả dạng cơ bản nhất của APT cho những thành phần hình học đơn giản cũng vừa
cờng kềnh, vừa rắc rới và vừa đắt tiền.0
Do vậy, nhiều ngôn ngữ đơn giản hơn dùng cho mục đích đặc biệt đã được phát

C
C

triển. Tuy nhiên, đa số các ngôn ngữ này điều lấy APT làm gốc.

R
L
T

Rồi cho đến giữa những thập niên 70, 80, với sự phát triển của công nghệ vi xử lí.
Lần dầu tiên nó được đưa vào thiết bị điều khiển số có sự hỗ trợ của máy tính, tạo một
bước nhảy khổng lồ trong lĩnh vực ĐKS. Từ các máy ĐKS NC trở thành những máy

U
D

ĐKS CNC (Computeized Numerical Control), tức là những máy công cụ điều khiển số
có sự trợ giúp của máy tính. Mặc khác, cùng với những mô đun điện tử dùng để lưu trữ
dữ liệu và tạo xung, bợ vi xử lí hình thành trung tâm đóng ngắt và tính toán của tất cả
mọi điều khiển số CNC hiện đại. Tốc độ chuyển nhanh của các phần tử này đủ để đưa
ra nhiều chức năng và nhiệm vụ tính toán khác nhau mà không làm ảnh hưởng đến nhịp
độ làm việc của các máy công cụ ghép nối với chúng. Nhưng nếu một bộ vi xử lí nào đó
tỏ ra không đủ thực hiện mọi chức năng yêu cầu trong chu trình thời gian cực đại cho
phép, thì khi đó có thể thêm vào đơn vị xử lí thứ 2 hoặc thậm chí thứ 3 sử dụng song
song hoặc luân phiên cho những nhiệm đặc biệt.
Rồi từ thập niên 80 trở đi, với sự phát triển của công nghệ truyền số liệu, các mạng
cục bộ và liên thông đã tạo điều kiện cho các nhà chế tạo thực hiện việc nối kết giữa các
máy CNC riêng lẽ (CNC Machine Tools) lại với nhau tạo thành các trung tâm gia công
DNC (Directe Numerical Control) nhằm khai thác một cách có hiệu quả nhất như: cách
bố trí, sắp xếp các công việc trên từng máy, tổ chức sản xuất,.... Và cũng dựa trên nền
công nghệp này, một chuỗi các loại thiết bị, phần mềm và hệ thống được phát triển
không ngừng bỡi các viện nghiên cứu và công nghệ khác nhau trên thế giới. Nhằm thoả
mãn về nhu cầu thiết kế và chế tạo đặc biệt.
SVTH: Mai Đình Thiện

GVHD: Th.S.Trần Ngọc Hải

Trang 11

Thiết kế máy phay CNC

Đó là những phần mềm thiết kế và gia cơng tạo hình theo cơng nghệ CAD/CAM
(Computer Aided Desgin/ Computer Aided Manufacturing) theo hệ thống sản xuất linh
hoạt FMS (Flexible Manufacturing System) và cao hơn là việc chế tạo và gia công chi
tiết được thực hiện toàn bộ qua máy tính, người ta gọi là tổ hợp CIM (Computer

Intergraded Manufacturing).
Cho đến năm 2003 này, lịch sử phát triển của máy công cụ ĐKS đã được 51 năm
tuổi. Nó đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới. Từ những
ứng dụng gia công đơn giản như việc di chuyển từ điểm đến điểm của máy khoan đến
những máy công cụ điều khiển 2 trục như máy tiện, điều khiển 3 trục như máy phay,...và
cho đến những nhiệm vụ tự động gia công nhiều trục và độ phức tạp cao như: các khuôn
rèn dập, các khuôn đúc áp lực, cánh tuabin và những chi tiết phức tạp của máy bay, tàu
thuỷ,.... Ngoài ra, ngày nay máy CNC còn được dùng vào việc kiểm tra giám sát, điện

C
C

báo điện tín và nhiều lĩnh vực khác đã đem lại chất lượng và hiệu quả kinh tế rất đáng
kể. Trong tương lai, với lợi thế về sự ghép nối các hệ thống CNC riêng lẽ với nhau để
tạo thành mạng sẽ được phát huy trong chiến lượt gia công toàn cầu. Trong đó, dòng

R
L
T

thông tin được thu phát, chuyển giao bằng hệ thống vệ tinh, đảm nhiệm mối liên kết
giữa nhu cầu thị trường_ đơn đặt hàng_ nhà thiết kế_ nhà chế tạo_ nhà cung cấp_ nhà

U
D

tiêu thụ ,... trong mạng liên thông toàn cầu WAR (World Area Netword).
1.2.2. Thực trạng ứng dụng máy CNC tại Việt Nam
Ở Việt Nam trước năm 1990 khi nhắc đến công nghệ NC, CNC quả là rất xa lạ và
ít người biết đến nó.

Bắt đầu từ năm 1991, thông qua một số dự án chuyển giao công nghệ, hợp tác với
nước ngoài như: dự án “Chuyển giao công nghệ thiết kế, phát triển và chế tạo khuôn
mẫu”. Lúc đó các công nghệ CNC như: máy phay CNC, máy tiện CNC, đo lường
CNC,... lần đầu tiên được giới thiệu và thu hút sự quan tâm của nhiều nhà chuyên môn
cũng như của các doanh nghiệp trong nước và liên doanh với ngoài.
Hiện nay, nhiều nhà máy cơ khí trong nước đã và đang có những dự án đầu tư các
dây chuyền sản xuất với phần lớn thiết bị trong dây chuyền là các máy CNC.
Mặc dù, công nghệ CNC du nhập vào Việt Nam trong một thời gian ngắn nhưng
có thể nói công nghệ này đã có một chỗ đứng tại Việt Nam và tin chắc trong những năm
tới đây công nghệ này sẽ được dùng nhiều trong các xí nghiệp, phân xưởng, nhà máy ở
nước ta. Vì nó đem lại hiệu quả kinh tế rất cao. Đặc biệt trong điều kiện sản xuất hiện
nay ở nước ta. Do vậy, việc đẩy mạnh ứng dụng công nghệ CNC là một nhu cầu cần
thiết đối với các cơ sở sản xuất nói chung và nghành chế tạo máy nói riêng.

SVTH: Mai Đình Thiện

GVHD: Th.S.Trần Ngọc Hải

Trang 12

Thiết kế máy phay CNC

1.2.3. Sự giống và khác nhau giữa máy phay truyền thống và máy phay CNC
1.2.3.1. Giống nhau:
− Cấu trúc tổng thể:
Nói chung tương tự nhau là cùng sử dung bàn máy hình chữ thập nhằm nâng độ
cứng cho máy.
− Chức năng:
+ Dùng để gia công các bề mặt: mặt phẳng, mặt định hình.

+ Gia cơng các rãnh: rãnh thẳng, rãnh nghiêng, rãnh xoắn.
+ Gia công bánh răng.
1.2.3.2. Khác nhau:
a. Máy phay truyền thống
− Về mặc kết cấu hộp tốc độ:
Trong máy phay vạn năng người ta sử dụng một động cơ điện xoay chiều có công

C
C

suất lớn với một cấp tốc độ thông qua bộ truyền cơ khí gồm các bánh răng di trượt để
thay đổi tốc độ, các tốc độ này được truyền đến đầu trục chính tạo ra tốc độ quay cho

R
L
T

trục chính, thông qua các bánh răng ghép nối giữa hộp tốc độ với trục chính. Với hệ
truyền động này do ma sát sinh ra giữa các băng ăn khớp, trọng lượng của các bánh

U
D

răng, của các trục, ma sát giữa ổ và trục tất cả tạo nên một mômen cản rất lớn, nên
mômen mở máy của động cơ phải lớn. Ngoài ra, do ma sát sinh ra làm tiêu hao một phần
công suất của động cơ làm ảnh hưởng đến độ chính xác của máy. Sự rung động lớn cũng
ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng bề mặt gia công chi tiết.
− Về kết cấu hộp chạy dao:
Cũng sử dụng một động cơ điện xoay chiều có một cấp tốc độ để truyền chuyển
động và công suất chạy dao cho bàn máy theo 3 phương X, Y, Z trong không gian. Để

thay đổi được tốc độ người ta dùng hộp giảm tốc cơ khí (gồm các bánh răng di trượt) để
tạo ra một số cấp tốc độ nhất định (điều khiển tốc độ phân cấp). Giữa các phương chuyển
động X, Y, Z không có sự phối nhau mà chúng chỉ chuyển động độc lập. Bộ truyền vít
me_ đai ốc dùng để truyền chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến cho bàn máy
với độ tự hãm tốt. Tuy nhiên, do có khe hở giữa vítmevà đai ốc nên tạo nên sự va đập
và dao động khi đảo chiều chuyển động. Đường truyền chuyển động tương đối dài, làm
tiêu hao nhiều công suất. Khi cần định vị hành trình máy người ta dùng các cữ chặn có
sự tác động của con người. Ngoài ra sự tác động của nhiệt lượng, sự rung động làm cho
máy thiếu chính xác và khó khắc phục.
− Các HTĐK dùng để đóng mở các nguồn động, thay đổi chuyển động của dao, thay
đổi số vòng quay của trục chính, gá đặt phôi, tháo chi tiết, bôi trơn,...
SVTH: Mai Đình Thiện

GVHD: Th.S.Trần Ngọc Hải

Trang 13

Thiết kế máy phay CNC

thường là HTĐK cơ khí.
− Công việc điều khiển máy điều do người thợ điều khiển bằng tay như: điều khiển
số vòng quay, kiểm tra vị trí dung cụ và chi tiết, ... phụ thuộc vào tay nghề của
người thợ.
− Dễ sinh phế phẩm khi gia công chi tiết.
− Khó gia công các chi tiết có hình dạng phức tạp.
− Hiệu kinh tế khơng cao.
Tuy nhiên, ngày nay nó vẫn được dùng nhiều trong các phân xưởng và nhà máy.
b. Máy phay CNC
− Hộp tốc độ:

Do yêu cầu đường truyền động ngắn nhưng phải đảm bảo được phạm vi điều chỉnh
động học, để máy đáp ứng nhanh và ổn định người ta dùng động cơ điện xoay chiều có

C
C

thể thay đổi được tốc độ bằng bộ biến đổi tần sớ. Vì đường trùn ngắn nên ít hao tổn
công suất, thời gian đáp ứng nhanh và công suất cắt cao.

R
L
T

− Hộp chạy dao:
Ngoài việc truyền công suất chạy dao cần thiết, khi gia công các chi tiết khác nhau
như ở máy cơng cụ vạn năng thì hệ truyền động phải đảm bảo cho cơ cấu chấp hành

U
D

định vị nhanh và chính xác cao. Để đáp ứng được điều kiện này thì hệ thớng trùn đợng
phải được thiết kế theo một hệ thống kín.
− Sự chuyển động của bàn máy trong không gian có sự phối hợp nhịp nhàng của
3 trục X, Y, Z. Do vậy, trong các máy ĐKS người ta sử dụng động cơ bước điều khiển
vô cấp tốc độ, tạo ra sự dịch chuyển theo 3 phương trong hệ toạ độ ĐềCác .
− Để biến chuyển động quay của trục động cơ thành chuyển động tịnh tiến của
bàn máy, người ta bộ truyền vít me_ đai ớc bi.
− Quá trình gia cơng chi tiết được thực hiện một cách tự động. Tuy nhiên, trước
khi gia công một chi tiết nào người ta phải đưa vào máy mợt chương trình đã được lập
sẵn theo biên dạng của chi tiết đó. HTĐK thực hiện các lệnh này và kiểm tra chúng nhờ

một hệ thống đo dịch chuyển của bàn trượt máy.
− Độ chính xác gia công phụ thuộc vào độ chính xác của hệ thống đo.
− Chất lượng gia công ổn định.
− Có thể gia công những chi tiết phức tạp mà máy công cụ thường không gia công
được.
− Tháo và kẹp chi tiết một cách tự động.
− Đem lại hiệu quả kinh tế rất cao.

SVTH: Mai Đình Thiện

GVHD: Th.S.Trần Ngọc Hải

Trang 14

Thiết kế máy phay CNC

Ngày nay, các máy CNC chiếm phần lớn trong các dây chuyền sản xuất của phân
xưởng, nhà máy có quy mơ lớn.
1.3. Các hệ điều khiển số và các dạng điều khiển số
1.3.1. Các hệ điều khiển số
1.3.1.1. Hệ điều khiển NC ( Numerical Control )
Với hệ điều khiển này các thơng sớ hình học của chi tiết gia công và các lệnh điều
máy được cho dưới dạng dãy các con số. Tất cả được ghi vào băng đục lỗ dưới dạng các
câu lệnh của chương trình. Các thơng tin này được đưa vào hệ điều khiển, nó được mã
hoá và tách thành các thông tin hình học và thơng tin cơng nghệ.
− Thơng tin hình học (Geometrical Information): là hệ thống thông tin điều khiển
các chuyển động giữa dao và chi tiết. Nó ảnh hưởng tực tiếp đến quá trình tạo hình bề
mặt (hình thành đường sinh và đường chuẩn của bề mặt hình học).
− Thông tin công nghệ (Technological Information): là hệ thống thống tin cho

C
C

phép máy thực hiện gia công với những giá trị công nghệ yêu cầu: chiều sâu cắt, tốc độ

R
L
T

chạy dao, số vòng quay trục chính,....
− Nguyên tắc làm việc của hệ điều khiển NC là: Sau khi mở máy các lệnh thứ
nhất và thứ hai được đọc. Khi quá trình đọc kết thúc thì máy bắt đầu thực lệnh thứ nhất.

U
D

Trong khi đó, thông tin của lệnh thứ hai nằm trong bộ nhớ của hệ điều khiển. Sau khi
lệnh thứ nhất thực hiện xong thì lệnh thứ hai bắt đầu làm việc. Trong khi đóï lệnh thứ
ba được đọc và ghi vào bộ nhớ tại vị trí mà lệnh thứ hai vừa được giải phóng. Và quá
trình đọc dịch như vậy cho đến hết chương trình.
− Nhược điểm của hệ điều khiển NC là:
+ Khi gia công các chi tiết tiếp theo thì hệ điều khiển phải đọc lại tất cả các
lệnh từ đầu. Điều này dễ gây nhầm lẫn, sai xót của bợ tính toán trong hệ điều khiển. Do
đó, dễ gây phế phẩm đối với chi tiết gia cơng.
+ Chương trình dễ bị lỗi do băng đục lỗ, băng từ bị nhiễm bẩn hoặc bị mòn.
+ Khó thay đổi chương trình.
1.3.1.2. Hệ điều khiển CNC ( Computerized Numerical Control )
Đặc điểm chính của hệ điều khiển CNC là có sự tham gia của máy tính. Trong hệ
điều khiển này, các nhà chế tạo máy đã cài đặt vào máy tính mợt chương trình điều khiển

riêng cho từng loại máy. Với hệ điều khiển CNC cho phép thay đổi và hiệu chỉnh chương
trình hoạt đợng của bản thân nó. Các chương trình có thể được nạp vào nhớ toàn bộ một
lúc hoặc từng lệnh. Các lệnh điều khiển không chỉ viết cho từng lệnh riêng rẽ mà còn
cho nhiều chuyển động cùng một lúc. Điều này cho phép giảm tới thiểu sớ câu lệnh của
chương trình; từ đó nâng cao độ tin cậy và khả năng làm việc của máy. Ngoài ra, so với
SVTH: Mai Đình Thiện

GVHD: Th.S.Trần Ngọc Hải

Trang 15

Thiết kế máy phay CNC

hệ điều khiển NC hệ điều khiển CNC có kích thước nhỏ hơn và giá thành cũng thấp hơn
nhưng hiệu quả đạt được thì lại rất cao.
1.3.1.3. Hệ điều khiển DNC( Directe Numerical Control )
Hệ điều khiển DNC là sự kết nối giữa các máy CNC riêng rẽ với nhau thành một
trung tâm gia công và chụi sự chi phối của các máy tính trung tâm.
Tất cả các chương trình CNC sẽ được lưu trữ trên đĩa cứng của máy tính và có thể
gọi trực tiếp theo nhu cầu từng máy. Trong một số trường hợp, máy tính đóng vai trò
trong việc chỉ đạo lựa chọn những chi tiết gia công theo thứ tự ưu tiên để phân đi các
máy khác nhau.
Ngoài ra, nó còn khả năng truyền dữ liệu nhanh và nối ghép vào hệ thống gia công
linh hoạt FMS ( Flexible Manufacturing System ).

C
C

1.3.1.4. Điều khiển thích nghi AC (Adaptive Control)

HTĐK thích nghi là hệ thống điều khiển có tính đến những tác động bên ngoài của

R
L
T

hệ thống công nghệ để hiệu chỉnh chu kì gia cơng, nhằm loại những ảnh hưởng của các
́u tố đến độ chính xác gia công như : lượng dư gia công, độ mòn dụng cụ, lượng chạy
dao,...

U
D

HTĐK thích nghi có 2 loại:

− Điều khiển thích nghi cưỡng bức ACC (Adaptive Control Contrain )
− Điều khiển thích nghi tối ưu ACO ( Adaptive Control Optimation ).
Với hệ thống điều khiển ACC chủ yếu dùng để điều khiển giới hạn các thông số
cắt gọt còn hệ thống điều khiển ACO dùng cho việc điều khiển tối ưu hoá các quá trình
gia cơng nhằm giảm thời gian gia cơng và giá thành sản phẩm.
Hệ thống điều khiển thích nghi ngày càng phát triển, điều đó làm tăng hiệu quả
quá trình gia công cắt gọt trên các máy công cụ.
1.3.1.5. Hệ thống gia linh hoạt FMS ( Flexible Manufacturing System )
Là hệ thống có thể gia công một chủng loại chi tiết có mức độ khác nhau nhất định,
với số lượng và thứ tự gia công tuỳ ý.
Một hệ thống gia công linh hoạt thường có 3 yếu tố cơ bản sau:
− Các trạm gia công.
− Lưu trữ và vận chuyển nguyên vật liệu.
− Hệ thớng điều khiển máy tính.

SVTH: Mai Đình Thiện

GVHD: Th.S.Trần Ngọc Hải

Trang 16

Thiết kế máy phay CNC

Y

Ngoài ra, một yếu quan trọng của hệ thống điều
khiển FMS là con người.
Con người ở đây chỉ đảm nhận công việc quản lí và điều hành hệ thống chế tạo; còn
từng nguyên công do máy thực hiện mợt cách tự đợng theo chương trình cài đặt sẵn.
1.3.2. Các dạng điều khiển của máy
Như ta đã biết, các máy CNC khác nhau có thể gia công được các bề mặt khác
nhau do sự chuyển động tương đối giữa dao và chi tiết cần gia công như: các lỗ, mặt
phẳng, các mặt định hình,... . Do đó các dạng điều khiển của máy chia thành 3 loại sau:
− Điều khiển theo điểm.
− Điều khiển theo đường.

Hình 1.3 Điều khiển điểm

− Điều khiển theo biên dạng (contour)
1.3.2.1. Điều khiển theo điểm
Được dùng để gia công các lỗ bằng các
phương pháp khoan, khoét, doa và cắt ren lỗ.
Trong quá trình gia cơng, chi tiết được cớ định trên
bàn máy còn dụng cụ thực hiện việc chạy dao

nhanh đến vị trí đã được lập trình. Trong khi chạy
dao nhanh khơng thực hiện việc cắt gọt. Chỉ khi

C
C

R
L
T

U
D

nào đạt được toạ đợ theo u cầu thì nó mới bắt
đầu thực hiện các chuyển động cắt gọt.
Ví dụ:

Khi gia công hai lỗ M(xM, yM) và N(xN, yN) trong hệ toạ độ Oxy (Hình 1-3) chúng
ta có thể điều khiển theo các cách sau:
Đầu tiên cho dụng cụ thực hiện chạy dao nhanh đến điểm M. Sau đó, thực hiện
việc gia công lỗ M. Khi gia công xong tiến hành rút dao và chạy nhanh đến điểm N để
gia công lỗ N. Quá trình dịch chuyển từ M đến N được thực bằng hai cách:
− Quĩ đạo dịch chuyển theo MM1KN song song với trục Ox, Oy.
− Quĩ đạo chuyển động theo đường tối ưu MKN.
1.3.2.2. Điều khiển theo đường thẳng
Là dạng điều khiển mà khi gia công dụng cắt được thực hiện lượng chạy dao
theo mợt đường thẳng nào đó (Hình 1.4).
1.3.2.3. Điều khiển theo biên dạng ( Contour )
Là dạng điều khiển cho phép thực hiện chạy dao nhiều trục cùng một lúc,
nghĩa là nó có thể gia công một đường cong bất kì trên mặt phẳng hay trong khơng

gian (Hình 1.5).

SVTH: Mai Đình Thiện

GVHD: Th.S.Trần Ngọc Hải

Trang 17

Thiết kế máy phay CNC

Hình 1.4 Điều khiển theo đường

Hình 1.5 Điều khiển theo biên dạng

Tuỳ theo số trục được điều khiển đồng thời khi gia công mà người ta chia thành
các dạng điều k hiển: 2D, 2 .5D, 3D, 4D, 5D,... .
a. Điều khiển 2 D
Cho phép thực hiện chạy dao theo 2 trục đồng thời trong một mặt phẳng gia công.
Riêng đối với máy phay trục thứ 3 thực hiện việc ăn dao theo chiều sâu, nó

C
C

được điều khiển một cách độc lập so với 2 trục kia (Hình 1.5)

R
L
T

U
D

Hình 1.6 Điều khiển đường 2D
mẫu, các chi tiết có bề mặt không gian
b. Điều khiển biên dạng 2.5D
phức tạp (Hình1-7).
Cho phép dịch chủn dụng cụ
theo 2 trục đờng thời để tạo một
đường cong phẳng còn trục thứ 3
được điều khiển độc lập. Tuy nhiên,
nó khác với điều khiển 2 D ơ í chổ h
ai trục được điều khiển đờng thời có
thể đổi vị trí cho nhau (Hình1-6).
c. Điều khiển 3D
Cho phép thực hiện chuyển động
chạy dao đồng thời theo cả 3 trục X, Y,
Z. Nó thường được dùng để gia cơng các

SVTH: Mai Đình Thiện

Hình 1.7 Điều khiển 2.5D

GVHD: Th.S.Trần Ngọc Hải

Trang 18

Thiết kế máy phay CNC

Hình 1.8 Điều khiển 3D
d. Điều khiển 4 D, 5D
Dựa trên điều khiển 3D người ta bố trí cho dụng cụ hoặc chi tiết có thêm 1 hoặc 2
chuyển động quay xung quanh một trục nào đó theo một quan hệ ràng buộc với các
chuyển động trên các trục khác của máy 3D.
Như vậy, tuỳ theo độ phức tạp của chi tiết mà ta lựa chọn phương pháp điều khiển
cho thích hợp.

C
C

R
L
T

1.4. Hệ tọa độ trên máy CNC và các điểm chuẩn

1.4.1. Hệ tọa độ trên máy CNC
Để xác định ví trí tương quan hình học trong vùng làm việc của máy, trong phạm

U
D

vi chi tiết gia cơng mợt cách rõ ràng thì cần thiết phải gắn nó vào một hệ toạ độ nào đó.
Thông thường trên các máy CNC ng ười ta thường sử dụng hệ toạ đợ ĐềCác Oxyz
(Hình1.9). Cách xác định các trục theo qui tắc bàn tay phải và nó luôn được gắn vào chi
tiết gia cơng.
z
y
C+

+B

O

+A
x

Hình 1.9 Hệ trục toạ độ DeCac Oxyz
Khi tiếp xúc và làm việc với máy CNC phải tuân theo qui ước:
− Chi tiết gia công được xem là cớ định còn mọi chủ n tạo hình và cắt gọt do
dao cụ thực hiện.
− Phương trục chính là Oz, chiều dương là chiều dao tiến ra xa chi tiết.

SVTH: Mai Đình Thiện

GVHD: Th.S.Trần Ngọc Hải

Trang 19

Thiết kế máy phay CNC

− Phương chuyển động của bàn xe dao là Ox và có chiều dương hướng ra xa chi
tiết gia công.
Trục Oy xác định theo qui tắc bàn tay phải.
1.4.2. Hệ tọa độ của các loại máy phay
1.4.2.1. Máy phay đứng
− Trục Z song song với trục chính và có chiều
dương hướng lên trên.
− Trục X nằm trên bàn máy, nếu nhìn vào trục

chính thì chiều dương hướn g về bên phải.
Trục Y xác định theo qui tắc bàn tay phải
Hình 1.10 Khi trục Z đứng

1.4.2.2. Máy phay nằm ngang

C
C

R
L
T

− Trục Z nằm ngang và có chiều
dương
hướng vào trục máy.
− Trục X nằm trên bàn m áy, chiều dương là
chiều mà khi nhìn vào trục chính thì nó nằm phía trái.

U
D

− Trục Y xác định theo qui tắc bàn tay phải.

Hình 1.11 Khi trục Z ngang

1.4.3. Các điểm gốc và điểm chuẩn
1.4.3.1. Điểm gốc của máy M (Machine Reference Zero)
Quá trình gia cơng trên máy ĐKS được thiết lập bằng mợt chương trình biểu diễn
mới quan hệ giữa dao và chi tiết. Do vậy để đảm bảo đợ chính xác gia cơng thì các

chủn các chủn đợng của dao phải được so sánh với điểm gốc của máy M.
Điểm M là điểm giới hạn vùng làm việc của máy. Nó được các nhà chế tạo qui
định. Ở máy phay thường nằm ở điểm giới hạn dịch chuyển của bàn máy.
1.4.3.2. Điểm chuẩn của máy R (Machine Reference Point)
Là điểm mà toạ dộ của nó so với điểm gốc của máy M là không thay đổi và
cũng do các nhà chế tạo qui định.
1.4.3.3. Điểm zero của phôi W ( Workpiece Zero Point)
− Là gốc toạ độ của chi tiết và nó phụ tḥc vào người lập trình.

SVTH: Mai Đình Thiện

GVHD: Th.S Trần Ngọc Hải

Trang 20

Thiết kế máy phay CNC

Hình 1.12 Các điểm gốc và điểm ch̉n
− Đới với chi tiết thì điểm W do người lập trình lựa chọn, khi phay người ta thường
chọn điểm W tại điểm góc ngoài của đường viền chi tiết.
1.4.3.4. Điểm gốc của chương trình P (Programmed)
− Điểm gớc của chương trình thực tế là điểm P của dụng cắt (Hình1.13)
− Chú ý khi chọn điểm P phải thuận tiện cho việc thay dao (không làm ảnh hưởng
đến chi tiết và đờ gá).

C
C

R

L
T

U
D

Hình 1.13 Điểm gốc của chương trình
1.4.3.5. Điểm chuẩn của gá dao Tvà điểm gá dao N
Điểm T dùng để xác định hệ trục toạ độ của dao. Thường khi gá dao trên máy
thì điểm T trùng với điểm N (Hình1.14)

Hình 1.14 Điểm chuẩn của gá dao T và điểm gá dao
1.5. Những khái niệm cơ bản về lập trình gia cơng trên máy CNC
Trên các máy CNC quá trình gia cơng được thực hiện mợt cách tự động. Hệ thống
điều khiển số sẽ điều khiển quá trình gia cơng theo mợt chương trình đã lập sẵn. Trong

SVTH: Mai Đình Thiện

GVHD: Th.S Trần Ngọc Hải

Trang 21

Thiết kế máy phay CNC

đó, quá trình CNC đóng mợt vai trò rất quan trọng. Nó là một mắc xích quan trọng của
quá trình chuẩn bị sản xuất.
Trên cơ sở này, cho phép ta định nghĩa lập trình là gì? Lập trình là quá trình thiết
lập các lệnh cho dụng cụ cắt, trên cơ sở bản vẽ chi tiết và các thông tin công nghệ. Nó
được tổng hợp rồi được chuyển sang bộ phận mang dữ liệu. Tại đây nó được mã hoá và

sắp xếp theo dạng mà máy có thể hiểu được.
1.5.1. Quĩ đạo gia công
Để gia công các chi tiết theo chương trình, trước hết phải xác định được quĩ đạo
chuyển động cắt gọt và quĩ đạo chuyển động của tâm dao P. Quĩ đạo của tâm dao có thể
trùng với biên dạng của chi tiết, có thể theo đường cách điều biên dạng chi tiết hoặc có
thể thay đổi vị trí theo một qui luật xác định so với biên dạng của chi tiết.
Để gia công toàn bợ các bề mặt của biên dạng chi tiết thì quĩ đạo chuyển động của
tâm dao phải liên tục. Tuy nhiên, việc xác định quĩ đạo của tâm dao trong khơng gian
rất phức tạp. Do đó, khi lập trình quĩ đạo của tâm dao thì ta thường lập trình theo từng
phần biên dạng riêng biệt.

C
C

R
L
T

1.5.2. Cách ghi kích thước chi tiết
Để lập trình gia cơng trên máy CNC thì kích thước trên bản vẽ phải được ghi theo

U
D

toạ độ ĐềCác. Có hai cách ghi thước trên bản vẽ:
− Ghi kích thước tuyệt đối.
− Ghi kích thước tương đối (theo gia số).
1.5.2.2. Ghi kích thước tuyệt đối

Là cách ghi mà tất cả các kích thước xuất phát từ điểm gốc của chi tiết W (hình

1.15).
1.5.2.3. Ghi kích thước tương đối
Là cách ghi mà các kích thước sau xuất phát từ điểm kết thúc của kích thước trước
nó.
Thực tế, cách ghi này người ta ít dùng vì nó ảnh nhiều đến kết quả
gia cơng (Hình 1.16).

14

21

22

10
17
29
SVTH: Mai Đình Thiện

GVHD: Th.S Trần Ngọc Hải

Trang 22

(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế máy phay CNC

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về