Thiết kế máy phay CNC 2D

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
--------------------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI
THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHAY
CNC ĐIỀU KHIỂN HAI TRỤC
Đà Nẵng - 2009
2
2
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
--------------------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI
THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHAY
CNC ĐIỀU KHIỂN HAI TRỤC
Sinh viên thực hiện : Phùng Văn Duy
Đào Phú Khánh
Lớp : 04C1B
Giáo viên hướng dẫn : TS Nguyễn Văn Yến
ThS Nguyễn Đắc Lực
Giáo viên duyệt :
Đà Nẵng – 2009
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘ CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC
KHOA CƠ KHÍ
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên : Phùng Văn Duy

Đào Phú Khánh
Lớp : 04C1B
Khóa : 2004-2009
Giáo viên hướng dẫn : TS Nguyễn Văn Yến
ThS Nguyễn Đắc Lực
1. Tên đề tài: Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển
hai trục
2. Các số liệu ban đầu
Căn cứ theo số liệu của máy chuẩn máy phay điều khiển số PC MILL 155 để
tính toán thiết kế máy phay CNC 2D và thiết kế chế tạo mô hình để mô phỏng
quá trình hoạt động của nó.
3. Nội dung tính toán thiết kế của thiết minh
- Phần 1: Các vấn đề chung về máy CNC và đặc điểm kinh tế kỹ thuật
- Phần 2: Thiết kế phần truyền động của máy phay
- Phần 3: Thiết kế hệ thống dẫn động tang dao
- Phần 4: Cơ cấu gá kẹp phôi
- Phần 5: Sử dụng, bảo quản và vận hành máy
- Phần 6: Lập trình gia công
4. Các bản vẽ thiết kế
5. Mô hình máy phay CNC 2D
6. Cán bộ hướng dẫn : Th.S. Nguyễn Đắc Lực
7. Ngày giao nhiệm vụ: : .................../ 2009
8. Ngày hoàn thành nhiệm vụ : .................../ 2009

Thông qua bộ môn Cán bộ hướng dẫn
Ngày ... tháng ... năm 2009 Ngày ... tháng ... năm 2009
Tổ trưởng bộ môn Sinh viên đã hoàn thành và
Chủ tịch hội đồng nộp toàn bộ đồ án cho bộ môn
Ngày ... tháng ... năm 2009 Ngày ... tháng ... năm 2009
LỜI NÓI ĐẦU

Trong một thời gian khá dài, ngành cơ khí đã tập trung nghiên cứu để giải
quyết 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 số và kỹ
thuật 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
công 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 2D“ dựa trên máy chuẩn PC MILL155.
Vì lần đầu làm quen với công việc thiết kế tổng thể, mặc dù được sự hướng dẫn
của thầy Nguyễn Đắc Lực nhưng cũng không tránh khỏi những bỡ ngỡ. Hơn
nữa, tài liệu phục vụ cho công việc thiết kế còn quá ít, thời gian thực hiện đề tài
không nhiều, khả năng còn hạn chế nên chắc trong quá trình thiết kế sẽ không
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 của thầy Nguyễn Đắc Lực, 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 qui định. Một lần nữa cho phép em gởi đến quí thầy
cô cùng các bạn lòng biết ơn sâu nhất.
Đà Nẵng, ngày 20 tháng 5 năm 2003

Sinh viên thực hiện
Đào Phú Khánh Phùng Văn Duy
Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
MỤC LỤC
Phần 1 CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ MÁY CNC
ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - KỸ THUẬT
Chương 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY CNC
1. Khái niệm cơ bản về điều khiển và điều khiển số
1.1. Khái niệm
Điều khiển là phương pháp hiệu chỉnh dòng năng từ nguồn cho đến cơ cấu
chấp hành hoặc qui trình công nghệ nào đó để có thể đạt được một kết quả mong
muốn.
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
8
Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
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.
• 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 truyền thống 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.
1.4. Điều khiển số
1.4.1.Bản chất của điều khiển số
Khi gia công trên các máy công 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.
1.4.2.Điều khiển số và hệ thống điều khiển số
1.4.2.1. Điều khiển số
Điều khiển số NC (Numerical Control) là một hình thức tự động hoá đặc
biệt. Máy công cụ được lập trình để thực hiện một 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 số vật lí hoàn toàn có thể dự đoán được. Điều này được thực hiện là
9
Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
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 không phải chỉ thực hiện một số chức năng cố
định như trước đây.
1.4.2.2. 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 công chi tiết.
Có 2 loại HTĐK: Hệ thống hở và hệ thống kín.
a. Hệ thống hở

1
sgdf
Băng đục lỗ
3
x
x
4
Hộp giảm tốc
1
2
3
M
4
Hình 1 Hệ thống điều khiên sô vòng hở
10
Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
1: Bộ đọc 2: Bộ giải mã
3: Bộ khuếch đại 4: Bàn máy
M: Động cơ
Đặc điểm của hệ thống điều khiển số vòng hở như sau:
• 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
ra của cơ cấu chấp hành thì cần có yêu cao về độ chính xác của hệ truyền động.

• Cấu trúc đơn giản và giá thành thấp.
b. Hệ thống kín
1: Bộ đọc 2: Bộ giải mã
3: Bộ khuếch đại 4: Bàn máy
5: Bộ so sánh 6: Cảm biến đo vị trí
M: Động cơ
Bộ so sánh
Băng đục lỗ
1
2
Σ
11
Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
3
Hộp giảm tốc
M
x
x
Máy
4
5
Hình 1 Hệ thống điều khiển số vòng kính
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.
c. Cấu trúc từng phần của HTĐKS
12

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
• 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
băng đục lỗ. Và chỉ khi nào mỗi một dòng lệnh được hoàn hành nhiệm vụ thì
một dòng lệnh khác được đọc.
• 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.
• 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.s
2. Quá trình phát triển của máy CNC
2.1. Quá trình phát triển
Điều khiển số 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 một chương trình
làm việc của thiết bị hay của hệ thống.
Trước đây, cũng đã có những quá trình gia công cắt gọt được điều khiển
theo chương trình bằng các kỹ thuật chép hình theo mẫu, chép hình bằng hệ
thống 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 số,
gọi là các máy CNC (Computrized Numerical Control).
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.
13
Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
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 chốt hình trụ để điều khiển các chuyển
động 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 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 không.
14
Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
Năm 1958, “công 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 cồng kềnh, vừa
rắc rối và vừa đắt tiền.0
Do vậy, nhiều ngôn ngữ đơn giản hơn dùng cho mục đích đặc biệt đã được
phát triển. Tuy nhiên, đa số các ngôn ngữ này điều lấy APT làm gốc.0
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 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, bộ 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.0
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,
15
Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
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.
Đó là những phần mềm thiết kế và gia công tạo hình theo công 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 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
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 tiêu thụ ,... trong mạng liên thông toàn cầu WAR (World Area
Netword).
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.
16
Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
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 taoû máy nói riêng.
2.3. Sự giống và khác nhau giữa máy phay truyền thống và máy phay CNC
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:
2.3.1.1.1..1+ Dùng để gia công các bề mặt: mặt phẳng, mặt định hình.
2.3.1.1.1..2+ Gia công các rãnh: rãnh thẳng, rãnh nghiêng, rãnh xoắn.
2.3.1.1.1..3+ Gia công bánh răng.
2.3.2.Khác nhau:
2.3.2.1. 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 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 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 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.
17
Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
• 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,...
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 không cao.
Tuy nhiên, ngày nay nó vẫn được dùng nhiều trong các phân xưởng và nhà
máy.
2.3.2.2. 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 thể thay đổi được tốc độ bằng bộ biến đổi tần số. Vì
đường truyền ngắn nên ít hao tổn công suất, thời gian đáp ứng nhanh và công
suất cắt cao.
• Hộp chạy dao:
18
Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
Ngoài việc truyền công suất chạy dao cần thiết, khi gia công các chi tiết
khác nhau như ở máy công cụ vạn năng thì hệ truyền động phải đảm bảo cho cơ
cấu chấp hành định vị nhanh và chính xác cao. Để đáp ứng được điều kiện này
thì hệ thống truyền động 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 ốc bi.
• Quá trình gia công 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 một 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.
Ngày nay, các máy CNC chiếm phần lớn trong các dây chuyền sản xuất của
phân xưởng, nhà máy có qui mô lớn.
3. Các hệ điều khiển số và các dạng điều khiển số
3.1. Các hệ điều khiển số
3.1.1.Hệ điều khiển NC ( Numerical Control )
Với hệ điều khiển này các thông số 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 thông tin này được đưa vào hệ
điều khiển, nó được mã hoá và tách thành các thông tin hình học và thông tin
công nghệ.
19
Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
• Thông 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
phép máy thực hiện gia công với những giá trị công nghệ yêu cầu: chiều sâu cắt,
tốc độ 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. 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:
3.1.1.1.1..1+ 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 bộ tính toán trong hệ
điều khiển. Do đó, dễ gây phế phẩm đối với chi tiết gia công.
3.1.1.1.1..2+ Chương trình dễ bị lỗi do băng đục lỗ, băng từ bị nhiễm bẩn hoặc
bị mòn.
3.1.1.1.1..3+ Khó thay đổi chương trình.
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 một
chương trình điều khiển riêng cho từng loại máy. Với hệ điều khiển CNC cho
phép thay đổi và hiệu chỉnh chương trình hoạt động 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 tối thiểu số câu lệnh của chương trình; từ
đó nâng cao độ tin cậy và khả năng làm việc của máy. Ngoài ra, so với 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.
20
Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
3.1.3.Hệ điều khiển DNC( Directe Numerical Control )

Hệ điều khiển DNC là sự kếït 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 ).
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 hệ thống công nghệ để hiệu chỉnh chu kì gia công, nhằm loại những
ảnh hưởng của các yếu tố đến độ chính xác gia công như : lượng dư gia công, độ
mòn dụng cụ, lượng chạy dao,...
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 công nhằm giảm thời gian gia công 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.
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 thống điều khiển máy tính.
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;

21
Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
còn từng nguyên công do máy thực hiện một cách tự động theo chương trình cài
đặt sẵn.
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.
• Điều khiển theo biên dạng ( Contour )
1.1.1.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 công, chi tiết được cố định trên bàn máy còn
dụng cụ thực hiện việc chạy dao nhanh đến vị trí đã được lập trình. Trong khi
dịch chuyển nhanh dao cụ không thực hiện việc cắt gọt. Chỉ khi nào đạt được toạ
độ theo yêu cầu thì nó mới bắt đầu thực hiện các chuyển động cắt gọt.
Ví dụ:
Khi gia công hai lỗ M(x
M
, y
M
) và N(x
N
, y
N
) trong hệ toạ độ Oxy (Hình 1-
3). Chúng ta có thể điều khiển theo các cách sau:
Y

M
Y
N
Hình 1.3 Điều Khiển điểm
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 MM
1
KN song song với trục Ox, Oy.
• Quĩ đạo chuyển động theo đường tối ưu MKN.
22
Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
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 một đường thẳng nào đó (Hình 1.4a).
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
không gian (Hình 1.4b).
Y
Y
X
A
G00
G01
X
B
X

A
X
Hình 1.4a: Điều khiển theo đường
Hình 1.4b: Điều khiển theo biên dạng
23
Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
Tuỳ theo số trục được điều khiển đồng thời khi gia công mà người ta chia
thành các dạng điều khiển: 2D, 2.5D, 3D, 4D, 5D,... .
3.2.3.1. Điều khiển 2D
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 được điều khiển một cách độc lập so với 2 trục kia (Hình 1.5)

Hình 1.5: Điều khiển đường 2D
3.2.3.2. Điều khiển biên dạng 2.5D
Cho phép dịch chuyển dụng cụ theo 2
trục đồng thời để tạo một đường cong phẳng
còn trục thứ 3 được điều khiển độc lập. Tuy
nhiên, nó khác với điều khiển 2D ơ í chổ hai
trục được điều khiển đồng thời có thể đổi vị
trí cho nhau (Hình1-6)
3.2.3.3. 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 công các mẫu, các chi tiết có
bề mặt không gian phức tạp (Hình1-7).
3.2.3.4. Điều khiển 4D, 5D (Hình1.8)
24
Hình 1-6: Điều
Hình1-7: Điều

Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục
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.

Hình1.8a: Điều khiển đường viền 4D
Hình1.8b: Điều khiển đường viền
5D
4. Hệ tọa độ trên máy CNC và các điểm chuẩn
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 vi chi tiết gia công một cách rõ ràng thì cần thiết phải gắn nó vào một hệ
toạ độ nào đó.
Thông thường trên các máy CNC người ta thường sử dụng hệ toạ độ
ĐềCác Oxyz (Hình1.9). Cách xác định các trục theo qui tắc bàn tay phải và nó
luôn được gắn vào chi tiết gia công.
y
x
+ A
25
Hình1.9: Hệ trục toạ độ