Nghiên cứu phát triển và hoàn thiện thiết kế mô hình máy phay CNC 4 trục

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN VÀ HỒN THIỆN THIẾT KẾ
MƠ HÌNH MÁY PHAY CNC 4 TRỤC

GVHD: ThS. ÐẶNG MINH PHỤNG
SVTH: NGUYỄN ANH DUY
MSSV: 12143464

S KL 0 0 4 8 1 2

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH


KHOA: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài:

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN
VÀ HOÀN THIỆN THIẾT KẾ MƠ HÌNH MÁY CNC 4 TRỤC

Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. ĐẶNG MINH PHỤNG
Sinh viên thực hiện:
Khoá:

NGUYỄN ANH DUY
2012 - 2016

TP. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015

MSSV:

12143464


Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM
Khoa: Cơ Khí Chế Tạo Máy
Bộ Mơn: Cơng Nghệ Chế Tạo Máy

Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Giáo viên hƣớng dẫn: ThS. Đặng Minh Phụng
Đề nghị của giáo viên phản biện: KS. Hồ Viết Bình
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Anh Duy MSSV: 12143464

Lớp: 121431D

1. Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN VÀ HỒN THIỆN THIẾT KẾ MƠ HÌNH MÁY

CNC 4 TRỤC
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
- Kích thƣớc máy: 862 x 912 x 1037 mm
- Hành trình gia công: Trục X 400 mm, Trục Y 320 mm, Trục Z 300 mm
- Phạm vi ứng dụng: gia công gỗ, vật liệu nhôm và kim loại màu…
3. Nội dung thuyết minh, tính tốn:
 Giới thiệu đề tài
 Tổng quan về máy CNC.
 Các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc liên quan.
 Ý tƣởng và giải pháp thiết kế.
 Thiết kế, chế tạo hoàn thiện máy.
 Kết luận và đề nghị.
4. Các bản vẽ:
- Tập bản vẽ chi tiết
- Tập bản vẽ lắp từng cụm

Ký tên

ThS. Đặng Minh Phụng


LỜI CAM KẾT
- Tên đề tài: “Nghiên cứu phát triển và hồn thiện thiết kế mơ hình máy CNC 4
trục”.
- GVHD: ThS. Đặng Minh Phụng
- Họ tên sinh viên:
Nguyễn Anh Duy

MSSV: 12143464

Lớp: 121431D

- Địa chỉ sinh viên: 281/73 Lý Thƣờng Kiệt, P.5, Q.11, TP.HCM
- Số điện thoại liên lạc: 0989064015
- Email:
- Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 20/07/2016
- Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) này là cơng trình do
chính tơi nghiên cứu và thực hiện”.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 7 năm 2016
Đại diện ký tên


LỜI CẢM ƠN
Đồ án tốt nghiệp là một cột mốc quan trọng đồng thời cũng là thành quả đánh dấu sự
trƣởng thành của sinh viên chúng em sau bốn năm học tập, rèn luyện tại trƣờng đại học.
Là kết tinh của lý thuyết và thực nghiệm là kết quả của sự kiên trì, nỗ lực khơng ngừng.
Nhìn lại qng thời gian chúng em miệt mài làm đồ án tốt nghiệp thật đáng quý biết
bao sự cổ vũ tinh thần, sự giúp đỡ tận tình từ phía gia đình, ngƣời thân, bạn bè và thầy cơ.
Nhờ có họ mà chúng em có nhiều điều kiện thuận lợi để hồn thành tốt nhiệm vụ của
mình.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè và thầy cơ khoa cơ khí
chế tạo máy và bộ mơn cơng nghệ chế tạo máy của trƣờng ĐH sƣ phạm kỹ thuật thành
phố Hồ Chí Minh.
Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến:
Thầy Đặng Minh Phụng đã giúp đỡ, hƣớng dẫn nhóm rất nhiều trong q trình thiết kế
mơ hình cho đồ án tốt nghiệp.
Một lần nữa chúng em xin gởi lời cảm ơn đến tất cả mọi ngƣời đã giúp đỡ nhóm hồn
thành tốt đồ án tốt nghiệp này.
Xin cảm ơn!

Sinh viên thực hiện
Nguyễn Anh Duy


TĨM TẮT ĐỒ ÁN
“Nghiên cứu phát triển và hồn thiện thiết kế mơ hình máy CNC 4 trục.”
Ngày nay, khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển thì máy móc hiện đại cũng ra đời
ngày càng nhiều. Chỉ xét riêng lĩnh vực gia cơng cơ khí, hàng loạt máy CNC ra đời nhƣ
máy CNC 3 trục, 4 trục, 5 trục, máy CNC cao tốc... nhờ đó mà năng suất sản xuất cũng
nhƣ chất lƣợng sản phẩm ngày càng đƣợc nâng cao. Chính vì sự kì diệu của máy CNC
(nhƣ gia cơng đƣợc những hình dạng phức tạp một cách nhanh chóng, tự động hóa sản
xuất chỉ với một tập tin mã lệnh nhập cho máy), một bộ phận trí thức đã nghĩ đến việc
chế tạo mơ hình mơ phỏng những hoạt động của máy CNC hiện đại, với kích thƣớc nhỏ
gọn và giá thành thấp hơn rất nhiều lần nhƣng vẫn đảm bảo hoạt động hiệu quả, đáp ứng
đƣợc nhu cầu học tập, giải trí cũng nhƣ sản xuất tại nhà. Đó cũng chính là lý do mà đề tài
này đƣợc triển khai nghiên cứu.
Qua nhiều thế hệ sinh viên, đề tài đƣợc triển khai một cách khoa học qua nhiều bƣớc
tìm kiếm cơ sở dữ liệu, phát triển ý tƣởng, giải pháp, triển khai thiết kế, tối ƣu hóa mơ
hình, tính tốn và mơ phỏng tính bền vững của hệ thống, thực hiện gia công các chi tiết
cần thiết và lắp ráp thành một máy CNC hoàn chỉnh.
Dự án trƣớc đã chạy thử nghiệm, kiểm tra và hiệu chỉnh mơ hình để. Máy CNC 4 trục
sau khi chế tạo có kích thƣớc 862 x 912 x 1037mm, có khả năng gia cơng các hình dạng
phức tạp (phay, khoan, khắc) chủ yếu trên vật liệu nhôm, kim loại màu với độ chính xác
cao về hình dạng và sai số kích thƣớc đạt mức 0.02 mm.
Vì mơ hình cịn một số hạn chế nhƣ kết cấu chƣa hoàn thiện nên dẫn đến mốt số
khuyết điểm mà có thể khắc phục đƣợc. Thứ 2, ngoài việc đảm bảo chức năng làm việc
máy cần đảm bảo tính an tồn… để gần hơn với môi trƣờng sản xuất.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Anh Duy

Mục lục
1.1 Tính cấp thiết của đề tài. ............................................................................................1
1.2 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn. .....................................................................2
1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài. .................................................................................2
1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. ............................................................................2
1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu. ........................................................................................2
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu. ...........................................................................................2
1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu. .........................................................................................3
1.5.1 Cơ sở phƣơng pháp luận. ....................................................................................3
1.5.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể...................................................................3
CHƢƠNG 2: CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC .....................................4
2.1 Giới thiệu. .................................................................................................................4
2.2 Nghiên cứu liên quan đến đề tài. ..............................................................................4
2.2.1 Nghiên cứu của nƣớc ngoài. ..............................................................................4
2.2.2 Nghiên cứu ở Việt Nam. ....................................................................................5
CHƢƠNG 3: TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...........................................................7
3.1 Khái quát về máy CNC. ............................................................................................7
3.1.1 Vài nét sơ lƣợc về máy CNC. ............................................................................7
3.1.2 Cấu tạo chung và quy ƣớc máy CNC. ............................................................... 9
3.1.3 Cấu tạo máy phay CNC 4 trục. ........................................................................12
CHƢƠNG 4: Ý TƢỞNG VÀ GIẢI PHÁP THIẾT KẾ ....................................................13
4.1 Lựa chọn phƣơng án di chuyển cho trục 4............................................................... 13
4.2

Lựa chọn phƣơng án thiết kế cho ụ động. ............................................................ 14

4.3

Lựa chọn phƣơng án thiết kế cover. .....................................................................15

CHƢƠNG 5: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỒN THIỆN MƠ HÌNH MÁY CNC 4 TRỤC .17
5.1

Cụm Trục A. .........................................................................................................17

5.2

Cải thiện trục A. ...................................................................................................17

5.3

Thiết kế, chế tạo ụ động. ......................................................................................19

5.3.1

Thân ụ động. ..................................................................................................20

5.3.2

Nòng ụ động. .................................................................................................20

5.3.3

Tay quay. .......................................................................................................21

5.3.4

Then dẫn hƣớng. ...........................................................................................21

5.3.5

Chốt chống xoay. ...........................................................................................22

5.3.6

Vít me. ...........................................................................................................22

5.3.7

Lắp ráp ụ động. .............................................................................................. 23


5.4

Tính tốn, lựa chọn động cơ bƣớc. .......................................................................23

5.5

Cố định đế trục Y. ................................................................................................ 30

5.6

Thiết kế, chế tạo cover. ........................................................................................32

CHƢƠNG 6: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN .............................................................. 36
6.1

Tủ điện và khí cụ điện. .........................................................................................36

6.2

Sơ đồ đấu dây tủ điện. ..........................................................................................43

6.3

Điều khiển máy CNC. ..........................................................................................44

6.4

Quy trình vận hành hệ thống điện. .......................................................................46

CHƢƠNG 7: THỰC NGHIỆM - ĐÁNH GIÁ ..................................................................48
7.1 Hƣớng dẫn sử dụng máy. ........................................................................................48
7.2 Gia công sản phẩm và đánh giá. ..............................................................................49
7.3 Khả năng cơng nghệ................................................................................................ 49
7.4 Một số hình ảnh gia công. ........................................................................................51
CHƢƠNG 8: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................53
8.1

Kết luận: ..............................................................................................................53

8.2 Kiến nghị:................................................................................................................53
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................54


Chƣơng 1: Giới thiệu

CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1 Tính cấp thiết của đề tài.

Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, lĩnh vực gia cơng cơ khí chính
xác đạt đƣợc nhiều thành tựu với sự ra đời nhiều loại máy CNC hiện đại có khả năng gia
cơng đƣợc các chi tiết phức tạp, chính xác cao, nâng cao năng suất sản xuất.

Hình 1.1. Máy CNC VMC 850.

Hình 1.3. Máy CNC 4 trục RMX 2100.

Hình 1.2. Máy tiện CNC Proton

Hình 1.4. Máy CNC 5 trục tốc độ cao.

Máy móc càng hiện đại thì chi phí mua trang thiết bị khơng hề nhỏ. Đó cũng là một
trong những yếu tố thúc đẩy một số ngƣời ham học hỏi, tìm tòi để chế tạo ra máy CNC
nhỏ gọn, rẻ tiền mà vẫn đáp ứng đƣợc nhu cầu sản xuất của họ.
Ngày nay, trên thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam, có rất nhiều ngƣời tham gia chế tạo máy
CNC cỡ nhỏ để dùng tại nhà, tại các xƣởng sản xuất nhỏ lẻ với chi phí thấp. Ở các trƣờng
đại học, cao đẳng cũng xuất hiện nhiều máy CNC mini do sinh viên chế tạo để phục vụ
cho việc học tập ở trƣờng. Vì thế, đề tài: “Nghiên cứu phát triển và hoàn thiện thiết kế
máy CNC 4 trục” là cần thiết và cấp thiết.

GVHD: ThS. Đặng Minh Phụng

Trang 1


Chƣơng 1: Giới thiệu

1.2 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn.
Việc nghiên cứu, chế tạo máy CNC trong sinh viên sẽ gợi mở ra nhiều giải pháp mới,

phƣơng hƣớng phát triển mới.
Nghiên cứu, chế tạo máy CNC đòi hỏi sinh viên phải có kiến thức tổng hợp về cơ khí,
điện tử, tin học. Đây cũng là cơ hội cho họ tìm tịi, kiểm nghiệm, hiểu sâu rộng hơn về
những máy CNC hiện đại để từ đó chế tạo ra máy CNC phù hợp với khả năng và nhu cầu
sử dụng.
Đề tài chế tạo máy phay CNC mà nhóm đang thực hiện sẽ giúp nhóm củng cố kiến
thức và kỹ năng về mọi mặt. Sản phẩm sau khi hoàn thành có thể phục vụ cho dạy học
hoặc gia cơng nhơm và kim loại màu dùng trong trang trí, đồ lƣu niệm và có thể gia cơng
các chi tiết lắp ráp khơng u cầu độ chính xác q cao.
1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.
- Nắm vững kiến thức về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách truyền động, lập trình và
điều khiển máy phay CNC.
- Vận dụng kiến thức để nghiên cứu phát triển và chế tạo máy phay CNC 4 trục.
- Lập trình, điều khiển máy CNC trên để gia công ra sản phẩm và đạt độ chính xác theo
yêu cầu.
1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu.
1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu.
- Máy phay CNC 4 trục.
- Phần mềm thiết kế, tính tốn, mơ phỏng.
- Động cơ và phƣơng pháp truyền động.
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu.
- Nghiên cứu và hoàn thiện máy phay CNC 4 trục.
- Thời gian nghiên cứu: 4 tháng.

GVHD: ThS. Đặng Minh Phụng

Trang 2


Chƣơng 1: Giới thiệu

1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu.
1.5.1 Cơ sở phƣơng pháp luận.
Căn cứ vào những kiến thức đã có về máy phay CNC 4 trục, tiến hành phân tích, tìm
ra giải pháp mới và chế tạo, thực nghiệm. Sau đó, tiến hành tổng hợp, đánh giá giải pháp
để đề ra tối ƣu hay không tối ƣu, tối ƣu trong trƣờng hợp nào.
1.5.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể.
- Khảo sát thực tiễn: Tìm hiểu về máy phay CNC 4 trục.
- Xây dựng mơ hình - thực nghiệm: Chế tạo máy phay CNC 4 trục, vận hành thử
nghiệm.

GVHD: ThS. Đặng Minh Phụng

Trang 3


Chƣơng 2: Các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
CHƢƠNG 2: CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC
2.1 Giới thiệu.
Nghiên cứu, chế tạo mơ hình máy phay CNC 4 trục địi hỏi ngƣời thực hiện phải có
những am hiểu nhất định về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy phay CNC hiện đại.
Bên cạnh đó, một nguồn tƣ liệu giá trị khác chính là những máy CNC mini đã đƣợc chế
tạo cả trong và ngoài nƣớc, bằng cách tham khảo những nghiên cứu đó để làm cơ sở sáng
tạo cho đề tài mà nhóm đang thực hiện.
2.2 Nghiên cứu liên quan đến đề tài.
2.2.1 Nghiên cứu của nƣớc ngoài.
Máy CNC tự chế rất đa dạng về hình dáng, kết cấu, kích thƣớc và vật liệu chế tạo.
Dƣới đây là một số mẫu máy CNC tự chế.

Hình 2.1. Máy CNC tự chế.

Xuất phát từ ý tƣởng điều khiển một dụng cụ thông qua một chuỗi lệnh kế tiếp, liên
tục nhƣ các máy công cụ. Điều khiển số đƣợc thực hiện từ thế kỉ XIV. Khi ở châu Âu
ngƣời 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 lổ 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 tốn 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 thơng qua dữ liệu đầu ra của một
GVHD: ThS. Đặng Minh Phụng

Trang 4


Chƣơng 2: Các nghiên cứu trong và ngồi nƣớc
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 đƣa ra 4 tiên
đề cơ bản sau:
1. Những vị trí được tính ra trên một biên dạng được ghi nhớ vào băng đục lỗ.
2. Các vị trí đục lỗ được đọc trên máy một cách tự động.
3. Những vị trí đã được đọc ra được liên tục truyền đi và được bổ sung thêm tính tốn
cho các giá trị trung gian nội tại.
4. Các động cơ servo (vô cấp tốc độ) có thể điều khiển được chuyển động các trục.
Năm 1952, chiếc máy phay điều khiển số 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 đƣợc lắp bằng các bóng đèn điện tử chân khơng, 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 đƣợc thiết bị
điều khiển NC cơng nghiệp đầu tiên, nhƣng vẫn cịn dùng bóng đèn điện tử chân khơng.
Năm 1958, “Cơng cụ lập trình tự động G Code” (Automatically Programmed
Tool) ra đời. Đánh dấu một bƣớc phát triển mới về lập trình cho máy.
2.2.2 Nghiên cứu ở Việt Nam.
Ở Việt Nam trƣớc năm 1990 khi nhắc đến công nghệ NC, CNC quả là rất xa lạ và
ít ngƣời biết đến nó.
Bắt đầu từ năm 1991, thông qua một số dự án chuyển giao công nghệ, hợp tác với
nƣớc ngoài nhƣ: Dự án “Chuyển giao công nghệ thiết kế, phát triển và chế tạo khuôn
mẫu”. Lúc đó các cơng nghệ CNC nhƣ: Máy phay CNC, máy tiện CNC, đo lƣờng
CNC,... lần đầu tiên đƣợc giới thiệu và thu hút sự quan tâm của nhiều nhà chuyên môn
cũng nhƣ của các doanh nghiệp trong nƣớc và liên doanh với nƣớc ngoài.
Hiện nay, nhiều nhà máy cơ khí trong nƣớc đã và đang có những dự án đầu tƣ 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 nhƣng
có thể nói cơng nghệ này đã có một chỗ đứng tại Việt Nam và tin chắc trong những năm
tới đây công nghệ này sẽ đƣợc dùng nhiều trong các xí nghiệp, phân xƣởng, nhà máy ở
nƣớc ta. Vì nó đem lại hiệu quả kinh tế rất cao. Đặc biệt trong điều kiện sản xuất hiện nay
ở nƣớc 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 ngành chế tạo máy nói riêng.
Hiện nay, một số trƣờng ĐH, CĐ đã chú trọng vào việc chế tạo mơ hình máy CNC
phục vụ cho giảng dạy nhƣ mơ hình máy phay CNC của trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật
TPHCM, ĐH Bách Khoa TPHCM, máy tiện CNC, phay CNC, máy cắt plasma, khoan
GVHD: ThS. Đặng Minh Phụng

Trang 5

Chƣơng 2: Các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
mạch in của ĐH Bách Khoa Hà Nội, mơ hình máy khắc chữ của ĐH Bách Khoa Đà
Nẵng,…

Hình 2.2. Máy phay CNC ĐHBK TPHCM. Hình 2.3. Máy phay CNC ĐHBK HN
Bên cạnh các máy CNC đƣợc chế tạo với mục đích giảng dạy trong các trƣờng
học, một bộ phận sinh viên, kỹ sƣ chế tạo các máy CNC nhằm gia công gỗ, điêu khắc, cắt
xốp, cắt kim loại bằng plasma…

Hình 2.4. Máy CNC TT GDTX Quy Nhơn. Hình 2.5. Máy phay CNC gia cơng gỗ.

Hình 2.6. Máy tiện CNC ĐHBK Hà Nội

GVHD: ThS. Đặng Minh Phụng

Hình 2.7. Máy cắt xốp.

Trang 6


Chƣơng 3: Tổng quan cơ sở lý thuyết

CHƢƠNG 3: TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.1 Khái quát về máy CNC.
3.1.1 Vài nét sơ lƣợc về máy CNC.
Điều khiển số NC (Numerical Control) là phƣơng pháp tự động điều chỉnh các
máy công tác (máy công cụ, robot, băng tải vận chuyển phơi liệu, chi tiết gia cơng, sản
phẩm...) trong đó các chuyển động điều khiển đƣợc sản ra trên cơ sở cung cấp các dữ liệu
ở dạng mã nhị phân. Nó đƣợc biểu diễn dƣới dạng các con số thập phân, các chữ cái và kí
hiệu đặc trƣng tạo thành một chƣơng trình làm việc của thiết bị hay của hệ thống.

Trƣớc đây, cũng đã có những q trình gia cơng cắt gọt đƣợc điều khiển theo
chƣơng trình bằng các kỹ thuật chép hình theo mẫu, chép hình bằng hệ thống thuỷ lực....
Ngày nay, với sự tiến bộ vƣợt bậc của KH - KT nhất là trong lĩnh vực điều khiển số và
tin học đã tạo điều kiện cho quá trình gia cơng với sự trợ giúp của máy tính.
Việc sử dụng các máy CNC cho phép giảm khối lƣợng gia cơng chi tiết, nâng cao
độ chính xác gia cơng và hiệu quả kinh tế, đồng thời cho phép rút ngắn đƣợc chu kỳ sản
xuất. Do đó, hiện nhiều nƣớc 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 khn mẫu chính xác, các chi tiết
địi hỏi độ chính xác và độ phức tạp cao.
Trong thời gian đó, ngành cơng nghệp nói chung đã bắt đầu nhận ra những ƣu thế
tiềm tàng của kỹ thuật điều khiển số. Điều đó buộc họ phải xem xét một cách nghiêm túc,
chặt chẽ và kỹ càng những vấn đề về ngành chế tạo máy của chính họ. Đồng thời, họ
cũng phải suy nghĩ xem kỹ thuật công nghệ mới này có thể giúp đỡ họ nhƣ thế nào để cải
tiến phƣơng pháp hiện có của họ. Ngƣời ta nhanh chóng nhận ra rằng, phần lớn các bài
tốn cắt gọt kim loại nhƣ: Khoan lỗ, tiện, phay đƣờng thẳng khơng nhất thiết địi hỏi tới
bộ điều khiển hiện đại, sử dụng những phƣơng máy tính hố. Thế nhƣng, 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.
Do vậy, nhiều ngơn ngữ đơn giản hơn dùng cho mục đích đặc biệt đã đƣợc phát
triển. Tuy nhiên, đa số các ngôn ngữ này điều lấy APT làm gốc.
Rồi cho đến giữa những thập niên 70, 80 với sự phát triển của cơng nghệ vi xử lí.
Lần dầu tiên nó đƣợc đƣa vào thiết bị điều khiển số có sự hỗ trợ của máy tính, tạo một
bƣớc nhảy khổng lồ trong lĩnh vực điều khiển số. Từ các máy điều khiển số NC trở thành
những máy điều khiển số CNC (Computeized Numerical Control) tức là những máy cơng
cụ điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính. Mặc khác, cùng với những môđun điện tử
dùng để lƣu trữ dữ liệu và tạo xung, bộ vi xử lí hình thành trung tâm đóng ngắt và tính
tốn của tất cả mọi điều khiển số CNC hiện đại. Tốc độ chuyển nhanh của các phần tử
này đủ để đƣa ra nhiều chức năng và nhiệm vụ tính tốn khác nhau mà khơng làm ảnh
GVHD: ThS. Đặng Minh Phụng

Trang 7


Chƣơng 3: Tổng quan cơ sở lý thuyết

hƣởng đến nhịp độ làm việc của các máy công cụ ghép nối với chúng. Nhƣng 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 vụ đặc biệt.
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 nhƣ: cách
bố trí, sắp xếp các công việc trên từng máy, tổ chức sản xuất.... Và cũng dựa trên nền
công nghiệp này, một chuỗi các loại thiết bị, phần mềm và hệ thống đƣợc 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 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, gia cơng chi tiết
đƣợc thực hiện tồn bộ qua máy tính ngƣời ta gọi là tổ hợp CIM (Computer Intergraded
Manufacturing).
Cho đến năm 2003 này, lịch sử phát triển của máy công cụ điều khiển số đã đƣợc
51 tuổi. Nó đã đƣợc phát triển và ứng dụng rộng rãi ở nhiều nƣớc trên thế giới. Từ những
ứng dụng gia công đơn giản nhƣ việc di chuyển từ điểm đến điểm của máy khoan đến
những máy công cụ điều khiển 2 trục nhƣ máy tiện, điều khiển 3 trục nhƣ máy phay...và
cho đến những nhiệm vụ tự động gia công nhiều trục và độ phức tạp cao nhƣ 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 đƣợc dùng vào việc kiểm tra giám sát, điện báo
điện tín và nhiều lĩnh vực khác đã đem lại chất lƣợng và hiệu quả kinh tế rất đáng kể.

Trong tƣơng lai, với lợi thế về sự ghép nối các hệ thống CNC riêng lẽ với nhau để tạo
thành mạng sẽ đƣợc phát huy trong chiến lƣợt gia cơng tồn cầu. Trong đó, dịng thơng
tin đƣợc thu phát, chuyển giao bằng hệ thống vệ tinh, đảm nhiệm vụ liên kết giữa nhu cầu
thị trƣờng_ đơn đặt hàng_ nhà thiết kế_ nhà chế tạo_ nhà cung cấp_ nhà tiêu thụ.... trong
mạng liên thơng tồn cầu WAR (World Area Netword).

GVHD: ThS. Đặng Minh Phụng

Trang 8


Chƣơng 3: Tổng quan cơ sở lý thuyết

3.1.2 Cấu tạo chung và quy ƣớc máy CNC.

Hình 3.1. Mơ hình khái quát của máy CNC.
 Máy gồm 2 phần chính:
a) Phần điều khiển: Gồm chƣơng trình điều khiển và các cơ cấu điều khiển.
- Chƣơng trình điều khiển là tập hợp các tín hiệu để điều khiển máy, đƣợc mã hóa dƣới
dạng chữ cái, chữ số và các kí hiệu khác nhƣ: dấu cộng, trừ, dấu chấm…. Chƣơng trình
này đƣợc ghi lên cơ cấu mang chƣơng trình dƣới dạng mã số (chẳng hạn mã nhị phân
trong bộ nhớ máy tính).
- Các cơ cấu điều khiển nhận tín hiệu từ cơ cấu đọc chƣơng trình, thực hiện các phép
biến đổi cần thiết để có đƣợc tín hiệu phù hợp với điều kiện hoạt động của cơ cấu chấp
hành, đồng thời kiểm tra sự hoạt động của chúng thơng qua các tín hiệu gửi về từ các cảm
biến liên hệ ngƣợc. Bao gồm các cơ cấu đọc, giải mã, cơ cấu chuyển đổi, bộ xử lý tín
hiệu, cơ cấu nội suy, cơ cấu so sánh, cơ cấu khuếch đại, cơ cấu đo hành trình, cơ cấu đo
vận tốc, bộ nhớ và các thiết bị xuất nhập tín hiệu.
b) Phần chấp hành: Gồm máy cắt kim loại và một số cơ cấu phục vụ vấn đề tự động
hóa nhƣ các cơ cấu tay máy, ổ chứa dao, bôi trơn, vận chuyển phôi….

Cũng nhƣ các máy cắt kim loại khác đây là bộ phận cắt kim loại tạo hình chi tiết.
Tùy theo khả năng cơng nghệ của máy mà bao gồm các bộ phận: Hộp tốc độ, hộp chạy
dao, thân máy, sống trƣợt, bàn máy, trục chính, ổ chứa dao, các tay máy…
Kết cấu từng bộ phận chính nhƣ máy vạn năng thơng thƣờng, tuy nhiên có một vài
khác biệt để đảm bảo cho quá trình điều khiển tự động đƣợc ổn định, chính xác, năng
suất và mở rộng khả năng công nghệ của máy.
- Hộp tốc độ: Phạm vi điều khiển tốc độ lớn thƣờng là truyền động vơ cấp, trong đó sử
dụng các ly hợp điện từ để thay đổi tốc độ đƣợc dễ dàng.
- Hộp chạy dao có nguồn dẫn động riêng thƣờng là động cơ bƣớc, sử dụng phƣơng pháp
khử khe hở của bộ truyền vitme - đai ốc bi….
- Thân máy cứng vững, kết cấu hợp lý để dễ thoát phoi, thay dao tự động.…
GVHD: ThS. Đặng Minh Phụng

Trang 9


Chƣơng 3: Tổng quan cơ sở lý thuyết

Trong các máy CNC có thể sử dụng các dạng điều khiển thích nghi khác nhau đảm
bảo một hay nhiều thông số tối ƣu nhƣ thành phần lực cắt, độ ồn, độ rung, chế độ cắt….
 Quy ƣớc hệ tọa độ của máy CNC:

Hình 3.2. Hệ tọa độ máy CNC.
Ba trục chuyển động chính của máy CNC kí hiệu là X, Y, Z. Trục Z vng góc
với 2 trục cịn lại và tạo nên hệ trục tọa độ vng góc theo quy tắc bàn tay phải (Hình
3.3). Trục Z thƣờng đƣợc quy ƣớc trùng với trục chính. Chiều dƣơng là chiều dụng cụ cắt
rời xa khỏi chi tiết. Chiều quay dƣơng cùng chiều kim đồng hồ nhìn từ gốc tọa độ. Trục
X thƣờng đƣợc chọn là trục tạo nên chuyển động tịnh tiến lớn nhất. Trục Y là trục vng
góc với 2 trục cịn lại theo qui tắc bàn tay phải.

Hình 3.3. Qui tắc bàn tay phải.
Hệ tọa độ chuẩn:
* Điểm gốc của máy M (Machine Reference Zero).
Q trình gia cơng trên máy điều khiển số đƣợc thiết lập bằng một chƣơng trình
biểu diễn mối quan hệ giữa dao và chi tiết. Do vậy để đảm bảo độ chính xác gia cơng thì
các chuyển động của dao phải đƣợc so sánh với điểm gốc của máy M. Điểm M là điểm
giới hạn vùng làm việc của máy. Nó đƣợc các nhà chế tạo qui định.
Ở máy phay thƣờng nằm ở điểm giới hạn dịch chuyển của bàn máy.
*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.
GVHD: ThS. Đặng Minh Phụng

Trang 10


Chƣơng 3: Tổng quan cơ sở lý thuyết

Hình 3.4. Các điểm gốc và điểm chuẩn.
*Điểm zero của phôi W (Workpiece Zero Point).
- Là gốc toạ độ của chi tiết và nó phụ thuộc vào ngƣời lập trình.
- Đối với chi tiết phay ngƣời ta thƣờng chọn điểm W tại điểm góc ngồi của đƣờng viền
chi tiết.
*Điểm gốc của chƣơng trình P (Programmed).
Điểm gốc của chƣơng trình thực tế là điểm P của dụng cắt(hình 3.5).

Hình 3.5 Các điểm gốc của chƣơng trình P.
Chú ý khi chọn điểm P phải thuận tiện cho việc thay dao (không làm ảnh hƣởng đến
chi tiết và đồ gá).
* Điểm chuẩn của gá dao T và điểm gá dao N.

Điểm T dùng để xác định hệ trục toạ độ của dao. Thƣờng khi gá dao trên máy thì
điểm T trùng với điểm N (Hình3.6).
N
T

Hình 3.6 Điểm chuẩn gá dao T và điểm gá dao N.
GVHD: ThS. Đặng Minh Phụng

Trang 11


Chƣơng 3: Tổng quan cơ sở lý thuyết

3.1.3 Cấu tạo máy phay CNC 4 trục.

Hình 3.9. Sơ đồ máy phay CNC 4 trục.

GVHD: ThS. Đặng Minh Phụng

Trang 12


Chƣơng 4: Ý tƣởng và giải pháp thiết kế
CHƢƠNG 4: Ý TƢỞNG VÀ GIẢI PHÁP THIẾT KẾ
4.1 Lựa chọn phƣơng án di chuyển cho trục 4.
Căn cứ vào khả năng chuyển động của bàn máy CNC có thể chia làm 3 loại mơ hình
máy CNC nhƣ sau:
+ Trục 4 là trục A (hình 4.1a).
+ Trục 4 là trục C và spindle nằm ngang (hình 4.1b).
+ Trục 4 là trục B (hình 4.1c).

Hình 4.1a

Hình 4.1b

Hình 4.1c

Hình 4.1: các kiểu mơ hình CNC 4 trục
Mỗi loại kết cấu máy CNC trên đều có những ƣu - nhƣợc điểm riêng, tùy vào nhu cầu
chế tạo mà lựa chọn kiểu mơ hình phù hợp.
 Trục 4 là trục A – loại 1 (hình 4.1a):
Đối với loại kết cấu này thì trục 4 nằm hồn toàn trên bàn máy.
Ƣu điểm lớn nhất của kết cấu này đó là độ cứng vững của máy vẫn đảm bảo và
không phải thay đổi kết cấu của trục X, Y, Z .
Kết cấu máy loại này gia công chi tiết kích thƣớc phơi theo đƣờng kính mâm cặp nên
cũng hạn chế.
Nhìn chung kết cấu máy CNC loại này ta thấy nó thƣờng đƣợc sử dụng và rất thịnh
hành trong các xƣởng sản xuất và cũng là phƣơng án mà nhóm trƣớc đã lựa chọn.
 Trục 4 là trục C và spindle nằm ngang - loại 2 (hình 4.1b):
Kết cấu máy loại này gần giống với loại 1, chỉ khác ở chỗ cơ cấu mang động cơ trục
chính sẽ ngang.
 Trục 4 là trục B - loại 3 (hình 4.1c):
Kết cấu này trục 4 sẽ đƣợc tich hợp trên trục z thẳng đứng và di chuyển theo trục này
nên trục z phải đảm bảo cứng vững của kết cấu, máy dễ bị rung khi 2 trục chuyển động
đồng thời, trục 4 sẽ quay nghiêng spindle theo tọa độ mong muốn.
GVHD: ThS. Đặng Minh Phụng

Trang 13

Chƣơng 4: Ý tƣởng và giải pháp thiết kế
Ƣu điểm của kết cấu loại này là gia công đƣợc phôi có kích thƣớc lớn theo kích
thƣớc vùng làm việc trên bàn máy.
Tóm lại, sau khi so sánh ƣu - nhƣợc điểm giữa 3 loại kết cấu và dựa trên mô hình
trƣớc đó nhóm thực hiện đồ án lựa chọn mơ hình trục 4 loại 1.

Hình 4.2. Mơ hình máy CNC
4.2 Lựa chọn phƣơng án thiết kế cho ụ động.
Việc gia cơng chi tiết có phơi dài thì việc định vị và kẹp chặt chỉ bằng mâm cặp
không đƣợc đảm bảo, phơi bị rung và thiếu độ cứng vững vì thế cần thiết kế, chế tạo ụ
động để phôi đƣợc định vị tốt hơn.

GVHD: ThS. Đặng Minh Phụng

Trang 14


Chƣơng 4: Ý tƣởng và giải pháp thiết kế
Các phƣơng án thiết kế:

Hình 4.3a phƣơng án 1

Hình 4.3b phƣơng án 2

Phƣơng án 1: kết cấu ụ động rất đẹp nhƣng chi phí chế tạo lớn vì dùng phƣơng pháp
đúc cho thân.
Phƣơng án 2: kết cấu đơn giản và thuận tiện hơn cho việc chế tạo nhƣng trọng lƣợng
lớn hơn.
Nhìn chung cả 2 phƣơng án đều đáp ứng chức năng làm việc nhƣ nhau, để thuận tiện
cho việc chế tạo cũng nhƣ chi phí gia cơng nên chọn phƣơng án 2.

4.3 Lựa chọn phƣơng án thiết kế cover.
Để đảm bảo độ an tồn trong q trình vận hành máy để gia công chi tiết làm phoi văng
bắn ra xung quanh và cũng gây khó khăn trong lúc dọn dẹp vệ sinh nên cần thiết kế, chế tạo
cover cho máy, đồng thời tăng tính thẩm mỹ cho máy cũng là một yếu tố vô cùng quan
trọng.
Tham khảo một số cover hiện nay đang sản xuất tại Việt Nam và nƣớc ngoài ta có
rất nhiều phƣơng án để lựa chọn.

GVHD: ThS. Đặng Minh Phụng

Trang 15


Chƣơng 4: Ý tƣởng và giải pháp thiết kế

Hình 4.3 Máy phay CNC Warrior 3040 của Cty TNHH Cơ Điện Tử Hiệp Phát

Hình 4.4 Máy phay CNC VMC – 65 của Cty TNHH Cơ Điện Tử (BKMech)

Hình 4.5 Máy Phay CNC của hãng MORI SEIKI
GVHD: ThS. Đặng Minh Phụng

Trang 16


Chƣơng 5: Thiết kế, Chế tạo hồn thiện mơ hình máy CNC 4 trục
CHƢƠNG 5: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HOÀN THIỆN MƠ HÌNH MÁY CNC 4 TRỤC
5.1 Cụm Trục A.
+ Cụm trục A bao gồm mâm cặp, hộp số, bát đỡ. Khi thiết kế bát đỡ phải đủ cứng
vững để đỡ mâm cặp và hộp số, đồng thời khi lắp ghép tâm mâm cặp phải song song

với bàn máy.

Hình 5.1 Cụm trục A.
5.2 Cải thiện trục A.
- Hộp số dùng là loại hộp số ăn khớp bánh răng thông thƣờng nên có khe hở nhất định và
hộp số cũ đã qua sử dụng nên khơng đảm bảo độ chính xác gia cơng nên cần thay mới.

Hình 5.2 Hình ảnh hộp số bi ( ball reducer) và 2 tấm bích
GVHD: ThS. Đặng Minh Phụng

Trang 17