Tính toán thiết kế hệ thống điều khiển cho máy phay CNC mini

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Tính toán thiết kế hệ thống
điều khiển cho máy phay CNC mini
Nguyễn Hồng Dương


Ngành Kỹ thuật Cơ điện tử

Giảng viên hướng dẫn:

TS. Bùi Đình Bá

Giảng viên phản biện:

TS. Hoàng Hồng Hải

Bộ mơn:

Cơ điện tử

Viện:

Cơ khí



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

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHÍA VIỆT
NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ)
1. Thông tin về sinh viên
Họ và tên sinh viên: Nông Thanh Tuấn
Điện thoại liên lạc: 0397965280

Email:

Lớp: KT- CĐT 06 – K60

Hệ đào tạo: Chính quy

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Hồng Dương
Điện thoại liên lạc: 091002520

Email:

Lớp: KT- CĐT 06 – K60

Hệ đào tạo: Chính quy

Họ và tên sinh viên: Lê Trọng Đức
Điện thoại liên lạc: 0326764516

Email:

Lớp: KT- CĐT 05 – K60

Hệ đào tạo: Chính quy

Đồ án tốt nghiệp được thực hiện tại: Bộ môn Cơ điện tử
Thời gian làm ĐATN: Từ ngày 01/ 09/ 2020 đến 01/ 01 /2021
2. Đầu đề thiết kế
Tính tốn thiết kế hệ thống điều khiển cho máy phay CNC mini
3. Các số liệu ban đầu:
●

Khơng gian làm việc 300×300×100 mm

●

Kích thước phơi lớn nhất: 100×100×40 mm

●

Vật liệu gia cơng: Nhựa

●

Chiều sâu cắt: 0.5 mm

●

Tốc độ cắt: 500 mm/phút

●

Độ chính xác gia cơng: 0.05mm

4. Nội dung thuyết minh và tính toán:
●

Tổng quan về máy CNC

●

Thiết lập hệ thống điều khiển

●

Lập trình gia cơng sản phẩm

●

Kết luận

5. Các bản vẽ


●

Bản vẽ sơ đồ điều khiển


NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên:

Khoá: K60

Lớp: KT- CĐT

Chuyên ngành: Cơ điện tử

Tên đề tài tốt nghiệp:
Tính tốn thiết kế hệ thống điều khiển cho máy phay CNC mini
NỘI DUNG NHẬN XÉT
I.

II.

Khối lượng đồ án:
1.

Phần thuyết minh

2.

Phần bản vẽ:

Ưu điểm của đồ án

……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
III. Nhược điểm của đồ án

……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
IV.
Kết luận
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
Hà Nội, ngày

tháng 01 năm 2021

Giáo viên hướng dẫn
TS. Bùi Đình Bá



NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên:
Khoá: K60

Lớp: KT- CĐT

Chuyên ngành: Cơ điện tử

Tên đề tài tốt nghiệp:
Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động và điều khiển cho máy CNC 3 trục
NỘI DUNG NHẬN XÉT

I.

Khối lượng đồ án:
1. Phần thuyết minh:
2. Phần bản vẽ:
3. Ưu điểm của đồ án

……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
II.
Nhược điểm của đồ án
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
III. Kết luận
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
Hà Nội, ngày tháng 01 năm 2021
Giáo viên phản biện


MỤC LỤC

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC
1.1. Khái quát về các máy công cụ CNC.

2
2

1.1.1. Sơ lược về máy CNC và quá trình phát triển.

2

1.1.2 Cơ sở của máy CNC

3

1.2. Nguyên lý vận hành của máy công cụ điều khiển số

4

1.2.1. Chương trình gia cơng một chi tiết.

4

1.2.2. Khối điều khiển.

4

1.2.3. Điều khiển logic.

4

1.2.4. Cấu trúc các khối chức năng của hệ CNC.

5

1.3. Hệ thống tính tốn và điều khiển

5

1.3.1. Khái niệm và phân loại

5

1.3.2. Chuẩn bị chương trình điều khiển cho hệ CNC.

6

1.3.3. Cấu trúc hệ điều khiển CNC.

9

1.4. Kết cấu cơ khí được dùng trong đồ án

10

1.4.1 Trục vít me

11

1.4.2 Ray dẫn hướng

13

1.4.3 Ổ lăn

13

CHƯƠNG 2. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG VÀ CÁC PHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN
2.1. Sơ đồ hệ thống và các phần tử trong hệ thống

15

2.2 Động cơ AC Servo và Driver Servo

15

15

2.2.1. Động cơ AC Servo

15

2.2.2 Bộ điều khiển động cơ AC Servo

17

2.3 Biến tần và trục chính

18

2.3.1. Trục chính và điều khiển tốc độ trục chính.

18

2.3.2. Tìm hiểu về biến tần.

19

2.4. Mạch điều khiển Mach3 V3.22

22

2.4.1. Giới thiệu mạch Mach3 V3.22

22

2.4.2. Đặc điểm của mạch Mach3 V3.22

22

2.4.3. Sử dụng mạch Mach3

23

2.5. Các thiết bị điện

26

2.5.1. Cảm biến Home

26

2.5.2. Nút bấm điều khiển tắt mở máy.

26

2.5.3. Nút dừng khẩn

26

2.5.4. Đèn báo hiệu

26


2.5.5. Nguồn DC

27

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
3.1. Cài đặt các thông số cho bộ điều khiển động cơ servo

28
28

3.1.1. Động cơ servo

28

3.1.2. Các chân tín hiệu I/O của Drive

28

3.1.3. Cài đặt các thông số cho bộ điều khiển động cơ Servo

29

3.2. Cài đặt thông số biến tần

34

3.2.1. Spindle

34

3.2.2. Cài đặt thông số cho biến tần

35

3.3. Cài đặt thơng số trên phần mềm Mach3

36

3.3.1. Tính năng cơ bản của phần mềm Mach3

36

3.3.2. Cài đặt các chân tín hiệu

37

3.3.3. Chọn đơn vị đo của máy

41

3.3.4. Cài đặt thông số động cơ

42

3.3.5. Các chức năng chính

44

CHƯƠNG 4: GIA CƠNG SẢN PHẦM

48

4.1. Thiết kế chi tiết.

48

4.2. Q trình gia cơng chi tiết trên máy phay CNC

50

4.3. Đo và đánh giá độ chính xác của chi tiết sau gia cơng.

51

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN

52

5.1. Kết quả đạt được:

52

5.2. Những điểm hạn chế:

52

5.3. Hướng phát triển:

52

TÀI LIỆU THAM KHẢO

53

PHỤ LỤC

54


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Mơ hình điều khiển DNC

2

Hình 1.2: Mơ hình điều khiển sản xuất tổ hợp CIM

3

Hình 1.3: Cơ sở của các máy CNC

3

Hình 1.4: Miêu tả các trục của máy công cụ CNC trong hệ tọa độ đề các

4

Hình 1.5. Sơ đồ cấu trúc các khối của hệ CNC

5

Hình 1.6. Lưu đồ điểu khiển hệ CNC

6

Hình 1.7. Các bước của khâu chuẩn bị chương trình bằng tay

7

Hình 1.8 Lưu đồ lập trình bằng máy

8

Hình 1.9 Cấu trúc của hệ CNC

9

Hình 1.10 Kết cấu cơ khí của máy CNC

10

Hình 1.11 Trục vít me bi

11

Hình 1.12 Catalog hãng PMI

12

Hình 1.13 Trục trơn dẫn hướng

13

Hình 1.14 Ổ lăn

14

Hình 2.1. Sơ đồ mạch điều khiển máy CNC sử dụng mạch điều khiển Mach3
V3.22

15

Hình 2.2. Động cơ AC Servo

15

Hình 2.3. Cấu tạo động cơ Servo

17

Hình 2.4. Driver và động cơ AC Servo

17

Hình 2.5. Sơ đồ đấu nối với bộ điều khiển Driver

18

Hình 2.6. Diver Servo KINETIX3 100W

18

Hình 2.7. Sơ đồ bộ biến tần gián tiếp

20

Hình 2.8 Biến tần LS M100

20

Hình 2.10. Mạch điều khiển Mach3 V3.22

22

Hình 2.11 Chân tín hiệu điều khiển các trục tọa độ của Mach3

23

Hình 2.12 Sơ đồ ngun lí điều khiển

24

Hình 2.13. 5 chân tín hiệu đa mục đích

24

Hình 2.14. 4 chân tín hiệu ra mục đích

25

Hình 2.15. Đầu ra tín hiệu xung để điều khiển biến tần

25

Hình 2.16. Nút bấm khơng đèn

26

Hình 2.17. Nút dừng khẩn cấp

26

Hình 2.18. Đèn báo hiệu

26

Hình 2.19. Nguồn DC 24V

27

Hình 3.1. Cách đọc thông số của động cơ

28


Hình 3.2 Ngun lí hoạt động I/O 50 chân

29

Hình 3.3 Các chế độ tổng quát

29

Hình 3.4. Chọn chế độ điều khiển vị trí

30

Hình 3.5 Hướng dẫn cài đặt thơng số động cơ

31

Hình 3.6 Chỉ số về loại động cơ

31

Hình 3.7 Chỉ số về cơng suất động cơ

31

Hình 3.8 Chỉ số về loại encoder

32

Hình 3.9 Cài đặt thơng số động cơ

32

Hình 3.10 Thơng số F-3.01

33

Hình 3.11 Thơng số F-3.02

33

Hình 3.12 Phân bổ tín hiệu đầu ra

33

Hình 3.13 Vị trí của các tham số đầu ra trên màn hình hiển thị

33

Hình 3.12 Thơng số F-0.22

34

Hình 3.13. Spindle cơng suất 1.5KW được dùng trong máy CNC

35

Hình 3.14 Thơng số Drv

35

Hình 3.15. Thơng số Frq

36

Hình 3.16. Sơ đồ ngun lí điều khiển biến tần

36

Hình 3.17. Giao diện phần mềm Mach3

37

Hình 3.18. Khai báo cổng và chân tín hiệu

37

Hình 3.19. Khai báo cổng kết nối

38

Hình 3.20. Khai báo chân tín hiệu

38

Hình 3.21. Khai báo chân tín hiệu vào

39

Hình 3.22. Khai báo cơng tắc dừng

40

Hình 3.23 Khai báo tín hiệu ra

40

Hình 3.24. Khai báo thơng số trục chính

41

Hình 3.25. Cài đặt tốc độ trục chính

41

Hình 3.26. Lựa chọn đơn vị đo

42

Hình 3.27. Cài đặt thơng số động cơ

42

Hình 3.28. Cài đặt thơng số động cơ trục X

43

Hình 3.29. Cài đặt thơng số đơng cơ trục Y

43

Hình 3.30. Cài đặt thơng số động cơ trục Z

43

Hình 3.31. Các vùng chức năng trên giao diện Mach3

44

Hình 3.32. Thao tác với file gia cơng

45

Hình 3.33. Tọa độ của máy

46

Hình 3.34. Tốc độ di chuyển của các trục

46

Hình 3.35.Trang MDI

47


Hình 4.1. Kích thước chi tiết .

48

Hình 4.2. Thiết kế chi tiết trên Catia.

48

Hình 4.3. Cài đặt gốc phơi.

49

Hình 4.4. Cài đặt phơi.

49

Hình 4.5. Chi tiết sau khi phay mơ phỏng

50

Hình 4.6. Chi tiết sau khi gia cơng phay

50

Hình 4.7. Kết quả đo sau gia công trên máy phay

51

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. Thơng số vít me các trục
Bảng 2. Các chế độ cần cài đặt trong bộ điều khiển động cơ
LỜI CẢM ƠN

11
30

Suốt chặng đường kì 2021 đã qua dù cịn gặp nhiều khó khăn vì kiến thức
của bản thân còn hạn chế, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn
cơ điện tử đã tạo điều kiện để em thực hiện hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, đặc
biệt em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn TS. Bùi Đình Bá đã nhiệt tình
giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án này.

TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN
Hiện nay, khoa học cơng nghệ ngày càng phát triển, vì vậy việc ứng dụng
các kỹ thuật tiên tiến vào sản xuất nhằm tạo ra những sản phẩm có năng suất,
chất lượng cao, mà giá thành chấp nhận được ngày càng trở nên cần thiết, đặc
biệt đối với những nước đang phát triển như Việt Nam.
CNC (Computer Numerical Controlled - điều khiển bằng máy tính) đề cập
đến việc điều khiển bằng máy tính các máy móc khác với mục đích sản xuất các
bộ phận kim khí (hay các vật liệu khác) phức tạp, bằng cách sử dụng các chương
trình viết bằng ký hiệu chuyên biệt thường gọi là mã G.
Vận dụng những kiến thức đã học cũng như tham khảo một số mơ hình
thực tế em đã tiến hanh thực hiện đề tài: “Tính tốn thiết kế hệ thống điều khiển
cho máy CNC 3 trục”, đề tài này tập trung vào phần thiết kế hệ thống điều khiển.
Vì vậy phần cơ khí chỉ trình bày những điểm cốt lõi nhất trong hệ thống truyền
động. Đồ án gồm có 5 chương:

Chương 1: Tổng quan về máy CNC
Chương 2: Sơ đồ hệ thống và các phần tử điều khiển
Chương 3: Thiết lập hệ thống điều khiển
Chương 4: Lập trình gia cơng sản phẩm
Chương 5: Kết luận
Hà Nội, ngày 01 tháng 01 năm 2021
Sinh viên thực hiện




CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC
1.1. Khái quát về các máy công cụ CNC.
1.1.1. Sơ lược về máy CNC và quá trình phát triển.
Điều khiển số (Numerical Control) ra đời với mục đích điều khiển các q
trình cơng nghệ gia công cắt gọt trên các máy công cụ. Về thực chất, đây là một
quá trình tự động điều khiển các hoạt động của máy (như các máy cắt kim loại,
robot, băng tải vận chuyển phôi liệu hoặc chi tiết gia công, các kho quản lý phôi
và sản phẩm...) trên cơ sở các dữ liệu được cung cấp là ở dạng mã số nhị nguyên
bao gồm các chữ số, số thập phân, các chữ cái và một số ký tự đặc biệt tạo nên
một chương trình làm việc của thiết bị hay hệ thống.
Lịch sử phát triển của NC bắt nguồn từ các mục đích về qn sự và hàng
khơng vũ trụ khi mà yêu cầu các chỉ tiêu về chất lượng của các máy bay, tên lửa,
xe tăng...là cao nhất . Ngày nay, lịch sử phát triển NC đã trải qua các q trình
phát triển khơng ngừng cùng với sự phát triển trong lĩnh vực vi xử lý từ 4 bit,
8bit... cho đến nay đã đạt đến 32 bit và cho phép thế hệ sau cao hơn thế hệ trước
và mạnh hơn về khả năng lưu trữ và xử lý.

Hình 1.1: Mơ hình điều khiển DNC
Hiện nay, lĩnh vực sản xuất tự động trong chế tạo cơ khí đã phát triển và đạt

đến trình độ rất cao như các phân xưởng tự động sản xuất linh hoạt và tổ hợp
CIM(Computer Integrated Manufacturing) với việc trang bị thêm các Robot cấp
phôi liệu và vận chuyển, các hệ thống đo lường và quản lý chất lượng tiên tiến,
các kiểu nhà kho hiện đại được đưa vào áp dụng đã mang lại hiệu quả kinh tế rất
đáng kể.

2


Hình 1.2: Mơ hình điều khiển sản xuất tổ hợp CIM
1.1.2 Cơ sở của máy CNC
Các trục của máy CNC được trang bị dụng cụ đo vị trí để xác định tọa độ
các bàn máy và của dụng cụ cắt. Khi bàn máy di chuyển thì các dụng cụ đo lường
phát ra tín hiệu điện, hệ điều khiển CNC xử lý tín hiệu điện này và xác định vị trí
chính xác của bàn máy trong hệ trục tọa độ.

Theo tiêu chuẩn ISO, các chuyển động cắt gọt khi gia công chi tiết trên
máy CNC phải nằm trong một hệ trục tọa đồ Descarte theo nguyên tắc bàn tay
phải. Trong đó có ba chuyển động tịnh tiến theo các trục và ba chuyển động quay
theo các trục tương ứng. Một máy cơng cụ CNC có thể điều khiển tới 6 trục gồm
tịnh tiến theo X, Y, Z, và các trục A, B, C quay quanh các trục Z, Y, Z. Một điểm
trong không gian hệ tọa độ Descarte được xác định tọa độ qua hình chiếu của nó
lên ba trục X, Y, Z

3


Hình 1.4: Miêu tả các trục của máy công cụ CNC trong hệ tọa độ đề các
1.2. Nguyên lý vận hành của máy cơng cụ điều khiển số
1.2.1. Chương trình gia cơng một chi tiết.

Chương trình gia cơng chi tiết gồm có các chương trình điều khiển số và dữ
liệu.
Chương trình điều khiển được soạn thảo bằng ngơn ngữ lập trình và lưu giữ
trong vật mang tin ( băng từ, đĩa từ hoặc đĩa Compact CD) sau đó được nạp vào
hệ điều khiển số qua cửa nạp tương thích.
Dữ liệu gồm các giá trị hiệu chỉnh biên dạng, các dữ liệu hiệu chỉnh máy,
các số liệu về dụng cụ cắt... được nạp vào từ bẳng điều khiển.
Chương trình điều khiển và dữ liệu được chuyển trực tiếp từ máy tính chủ
sang hệ điều khiển số của từng trạm gia công ( hệ DNC).
1.2.2. Khối điều khiển.
Chức năng của khối điều kiển là thực hiện chương trình gia cơng chi tiết
trên cơ sở dữ liệu sẵn có và tín hiệu từ bên ngồi.
Nhận các giá trị vị trí của các trục từ sensor đo vị trí encoder, và tốc độ của
các trục.
Thực hiện các chương trình điều kiển các cơ cấu chấp hành, động cơ của
trục chính, động cơ của các trục truyền động riêng lẻ để phối hợp tạo nên biên
dang và điều khiển tốc độ các trục.
1.2.3. Điều khiển logic.
Điều khiển toàn hộ hoạt động của hệ như sau: tốc độ chạy nhanh (khơng
cắt) tối đa, bố trí xắp đặt các trục máy, các trạng thái đóng ngắt mạch của hệ điều
khiển và giới hạn vùng làm việc của hệ thống công nghệ ( bàn máy, gá lắp, dụng
cụ), lệnh đóng ngắt bơm dung dịch làm mát và bơi trơn, lệnh tạo số vịng quay
cho trục chính, lệnh thay dụng cụ.Đầu ra khối điều khiển logic điều khiển các cơ
cấu chấp hành như: Van thủy lực, van khí nén, các rơ-le..
4


1.2.4. Cấu trúc các khối chức năng của hệ CNC.

Hình 1.5. Sơ đồ cấu trúc các khối của hệ CNC

1.Màn hình

2. Bản điều khiển

3. Mạch ghép nối

4. Tay quay điện tử

Màn hình dùng để hiển thị tọa độ hiện tại của các trục truyền động, trạng
thái làm việc của toàn hệ thống...
Bảng điều khiển để vào dữ liệu điều chỉnh máy, lập trình gia cơng, cài đặt
hệ thống...
Tay quay điện tử dùng để vận hành máy trong các trường hợp để hiệu chỉnh
máy, do chi tiết... mà phải mở cửa làm việc
Các khối vào ra (I/O), các bộ phận điều khiển truyền động ( BĐK) liên lạc
với CPU thông qua một Bus hệ thống. Các khối Flash + Ram để lưu trữ các
chương trình điều khiển, dữ liệu máy và liên lạc với CPU thông qua Bus trong
của CPU.
1.3. Hệ thống tính tốn và điều khiển
1.3.1. Khái niệm và phân loại
Hệ điều khiển CNC thực hiện lưu đồ điều khiển như hình 1.6. Ở trong giai
đoạn đầu tiên, những thơng tin về kích thước đơng nghệ được đưa sang khâu
5


chuẩn bị chương trình, sau đó là cộng việc lập trình điều khiển.

Hình 1.6. Lưu đồ điểu khiển hệ CNC
Chương trình điều khiển được đưa vào thiết bị tính tốn điều khiển, tạo tín
hiệu điều khiển các hệ truyền động điện tự động.

Cấu trúc của thiết bị tính tốn điều khiển có thể chia ra làm hai nhóm: Nc
và CNC.
Trong hệ CNC các chương trình điều khiển được đưa vào khối xử lí sao cho
chương trình sau đó qua đầu vào đưa đến các khối giả mã nhằm tạo ra các mã
tương thích của máy. Tín hiệu này hoặc đưa trực tiếp vào khối điều khiển hoặc
đưa vào bộ nhớ đệm và cuối cùng đến bộ nội suy để tính toán phân ra các chuyển
động trên các trục tọa độ. Mặt khác thơng tin điều khiển cịn đưa ra các lệnh điều
kiển công nghệ như tốc độ cắt,xoay chi tiết, thay dao...
1.3.2. Chuẩn bị chương trình điều khiển cho hệ CNC.
a. Chuẩn bị chương trình bằng tay.
Nhưng thơng tin cần thiết đê chuẩn bị chương trình là: Bản vẽ chi tiết và
các điều kiện công nghệ. Người soạn thảo chương trình phải chuyền thơng tin đó
thành các chương trình điều khiển số cho máy gia công.

6


Hình 1.7. Các bước của khâu chuẩn bị chương trình bằng tay
+ Chọn hệ toạ độ (Tương ứng với hướng dẫn của ISO) sao cho điểm toạ độ
ban đầucần phải trùng với điểm xuất phát của dụng cụ cắt hoặc chi tiết gia công.
+ Dựa trên quỹ đạo chuyển động giữ các điểm tựa, viết chương trình quỹ
đạo chuyển động (đường thẳng, đường tròn, Parabol, ...). Nếu như dùng phương
pháp gần đúng thì phải tính sai số.
+ Dựa vào các thông tin về công nghệ như chế độ căt, dụng cụ cắt, tốc độ
cắt, thành lập biểu đồ công nghệ.
b. Chuẩn bị chương trình từ máy vi tính.
Chuẩn bị chương trình điều khiển thực hiện bằng tính tốn trực tiếp với chi
tiết gia công phức tạp mất nhiều thời gian và độ chính xác khơng đảm bảo. Ngày
nay người ta thường thực hiện chuẩn bị chương trình nhờ máy tính. Đặc trưng
của lập trình bằng máy là việc ứng dụng một ngơn ngữ lập trình định hướng đối

tượng.

7


Hình 1.8 Lưu đồ lập trình bằng máy
Với sự trợ giúp của ngơn ngữ lập trình như vậy ta có thể:
- Xác định những nhiệm vụ gia công tương đối đơn giản và khơng thực hiện
các tính tốn bằng tay.
- Chỉ cần truy nhập một số ít dữ liệu có thể sản sinh một số khối lượng lớn
các số liệu cho nhiệm vụ gia cơng.
- Những tính tốn cần thiết đều do máy tính thực hiện.
- Dùng một ngơn ngữ biểu tượng tương đối dễ học mà các từ của nó hợp
thành bởi những khái niệm phổ biến Trong ngơn ngữ chuyên môn của kỹ thuật
gia công.
- Tiết kiệm phần lớn thời gian trong khi mô tả chi tiết cần gia cơng và các
chu trình cơng tác cần thực hiện.
- Hạn chế được các lỗi lập trình, vì so với lập trình bằng tay chỉ cần cấp ít
dữ liệu vào máy tính và hầu như khơng cần phải tính tốn.

8


Trong việc thực hiện tự động hoá chuẩn bị chương trình điều khiển máy
tính sẽ đảm nhận các bài tốn về kích thước hình học và cơng nghệ tính tốn các
toạ độ điểm tựa, tiệm cận hoá các đường cong, tính tốn các tham số khoảng
cách đẳng trị. Tính tốn lượng ăn dao và tốc độ cắt, cụ thể gồm các bước sau:
1.
Chọn ngôn ngữ để mô tả quỹ đạo chuyển động, ngơn ngữ này phải
có đủ khả năng mơ tả được các kích thước tham số của quỹ đạo chuyển động với

lời diễn tả đơn giản dễ sử dụng.
2.
Gia cơng thuật biến đổi thơng tin về kích thước hình học sao cho có
thể phối hợp với ngơn ngữ của máy gia cơng.
3.
đặt ra.
4.

Tạo các thuật tốn giải các bài tốn mẫu theo các quỹ đạo gia cơng
Gia cơng các thuật toán đẻ phục vụ cho các đối tượng cụ thể.

1.3.3. Cấu trúc hệ điều khiển CNC.
Máy tính có nhiệm vụ quản lý, quan sát, lập trình. Ngồi ra nhờ có khối
ghép nối (Interface Bus) để hệ có thể nối mạng với các máy tính bên ngồi với
mục đích để truyền dữ liệu, quản lý, theo dõi hoặc điều khiển DCN. Bảng điều
khiển và tay quay điện tử dùng để vận hành máy, vào các dữ liệu, chọn các chế
độ làm việc, lập trình gia cơng ...

Hình 1.9 Cấu trúc của hệ CNC

9


Khối NC có nhiệm vụ thu thập và xử lý dữ liệu, nội suy, tính tốn quỹ
đạo, điều phối. Chức năng của PLC là điều khiển q trình cơng nghệ của toàn
hệ.Trong một số trường hợp cả ba khối (NC, PLC, và khối vi điều khiển) được
chế tạo thành một khối (hình 1.11), nó đảm bảo tồn bộ chức năng điều khiển của
hệ.
Khối vi điều khiển gồm các Controller (bộ điều khiển vị trí, bộ điểu chỉnh
tốc độ ...) thực hiện tất cả các bước cho chuyển động tuyến tính, các chuyển động

phi tuyến để đạt được biên dạng lập trình.
1.4. Kết cấu cơ khí được dùng trong đồ án
Trong việc gia cơng chi tiết thì kết cấu cơ khí của máy là một phần rất quan
trọng. Khi gia công sản phẩm thì các cơ cấu chấp hành ảnh hưởng trực tiếp tới độ
chính xác gia cơng.
Trong đồ án này, phần điều khiển máy CNC được thiết kế phù hợp với kết
cấu cơ khí đã có sẵn. Kết cấu này có độ cứng vững trung bình, các cơ cấu chấp
hành đạt được sự hoạt động ổn định, phù hợp để chế tạo một máy phay CNC
mini gia công những chi tiết có kết cấu đơn giản.
Dưới đây là một số thành phần quan trọng nhất của kết cấu cơ khí:
- Trục vít me
- Trục dẫn hướng
- Ổ lăn

Hình 5.10 Kết cấu cơ khí của máy CNC
Kích thước máy: 550×550×550 mm
10


1.4.1 Trục vít me đai ốc bi

Hình 1.11 Trục vít me bi đai ốc bi
Trong máy công cụ điều khiển số người ta thường sử dụng hai dạng vit me cơ
bản đó là: vít me đai ốc thường và vít me đai ốc bi:
Vít me đai ốc thường: là loại vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc mặt
Vít me đai ốc bi: là loại mà vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc lăn.
Trong đồ này, vít me được sử dụng là vít me bi, với thơng số vít me các trục như
bảng sau:
Bảng 1. Thơng số vít me các trục
Trục

Model

Đường kính

Bước vít

Tải trọng Ca

X

15-20B2-FSDC

15 mm

20 mm

560 kgf

Y

15-20B2-FSDC

15 mm

20 mm

560 kgf

Z

15-10B3-FSDC

15 mm

10 mm

840 kgf

Các thông số của vít me được tra theo catalog của nhà sản xuất dưới đây:

11