Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Viện Cơ Khí
Bộ mơn CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
---------------------

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
Cơ sở CNC
Sinh viên
Mssv
Lớp
Mã lớp thí nghiệm

:Nguyễn Việt Đức
:
:
:

Hà Nội,

7/2017


BÁO CÁO THÍ NGHỆM MƠN Cơ sở CNC
I.
II.
III.

Các khái niệm cơ bản
Quá trình phát triển và trình độ hiện tại
Các dạng điều khiển số

IV.

Hệ thống điểm chuẩn và hệ tọa độ trên máy

IV.

Cấu trúc của máy công cụ

VI.

Hệ thống điều khiển máy

VII.

Các bộ phận của máy CNC


I.CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.Quá trình điều khiển
Là qua trình xảy ra trong một hệ thống giới hạn,trong đó một hay nhi ều
đại lượng là các đại lượng đầu vào ,các đại lượng khác là các đ ại l ượng
đầu ra,chúng tác động và ảnh hưởng tới hệ thống theo những quy luật
riêng.
2.Điều khiển số NC
Là hệ thống điều khiển đặc trưng bởi các đâị lượng đầu vào là các tín hi ệu
số nhị phân,chúng được đưa vào hệ thống điều khiển dưới dạng m ột
trương trình điều khiển có tính cấu trúc và hệ thống.
3. Thơng tin điều khiển
+ Thơng tin hình học: là thơng tin điiều khiển các chuy ển đ ộng t ương đ ối
giữa dao và chi tiết,liên quan trực tiếp đến tạo bề mặt.

+ Thông tin công nghệ:Là hệ thống thông tin cho phép máy th ực hi ện gia
công với những giá trị công nghệ u cầu
4.Máy cơng cụ điều khiển theo chương trình số (M_CNC)
Là thế hệ máy công cụ được điều khiển theo chương trình viết tắt bằng
mã kí tự số,chữ cái,và các kí tự chun dụng….trong đó hệ th ống điều
khiển có cài đặt các bộ vi xử lí(microprocessor)
II.Q trình phát triển và trình độ hiện tại
1.Quá trình phát triển.
+ Cuối những năm 40,học viện công nghệ MIT của Hoa Kỳ nghiên c ứu kỹ
thuật điều khiển số.
+Những thập niên 50-60 máy NC ra đời ,hệ thống điều khiển số đ ược chế
tạo theo kỹ thuật của cơng nghệ bóng đèn điện t ử và role
+ Sau những năm 1960,sử dụng bán dẫn rời rạc,điơt và tranzito.sau đó ứng
dụng điều khiển có dung lượng lớn.


Hình ảnh máy cơng truyền thống.
2. Trình độ hiện tại
+ Các chức năng tính tốn trong hệ thống CNC ngày càng hồn thiện và
đạt tốc độ xử lí cao,vật mang tin dung lượn lớn.
+Màn hình được thay thế bằng màn hình đồ họa,biên dạng chi ti ết gai
cơng,chuyenr động của dao cụ đều được hiển thị.
+ Các hệ CNC riêng lẻ có thể ghép mạng cục bộ hay m ở rộng để qu ản lý
điều hành một cách tổng thể.
+ Điều khiển CNC nhiều trục đồng thời.

Hình ảnh : máy CNC hiện nay
III.CÁC DẠNG ĐIỀU KHIỂN SỐ.



1. Điều khiển điểm – điểm (point to point)
Cho phép xác định vị trí ứng dụng cụ theo các điểm đã lập trình v ới d ụng
cụ khơng ăn vào phôi.Chuyển động trên các trục riêng lẻ, lúc này không có
ràng buộc bởi quan hệ hàm số và tốc độ của các yếu tố công nghệ.Điều
khienr điểm đên điểm chủ yếu dung trong máy khoan,doa,hàn đi ểm.
Khi dụng cụ chạy tới các điểm đích chạy dao thì bắt đ ầu cắt.M ục đích c ần
đạt là các khích thước lỗ gia cơng so với hai trục X,Y ph ải chính xác,còn các
quỹ đạo khác chuyển động của dao hay bàn dao đều khơng có ý nghĩa.V ị
trí của các lỗ có thể được điều khiển trên hai trục X, Y quỹ đạo làm v ới
một trong hai trục một góc tương ứng với trục đó có thể điều khiển k ế
tiếp nhau,tức là theo hai trục riêng rẽ.


2. Điều khiển theo đường.

Ứng dụng :trên máy tiện khi gia cơng những chi tiết hình trụ trịn đ ơn
giản,máy phay khi gia công những biên dạng song song với các trục.
Cần phải thực hiện các chuyển động với tốc đọ cắt gọt l ựa ch ọn khác
nhau nhưng yêu cầu thực hiện trên từng trục một.
3. Điều khiển theo biên dạng


+ Giữa các điểm bắt đầu và điểm kết thúc một chuyển động cần sản sing
một biên dạng có rang buộc bởi các quan hệ số.
+ Dạng điều khiển biên dạng này bao gồm khả năng điều khi ển đi ểm
cũng như điều khiển đường tuyến tính và phi tuyến.
4. Điều khiển biên dạng 2D
Điều khiển contour 2D cho
phép các dịch chuyển cảu
dụng cụ cắt theo đường

thẳng và tròn,dựa vào hai
trục cố định .
Nếu một máy CNC có ba trục
và sự điều khiển contour
2D,thì trục thứ ba chỉ có thể
được điều khiển khơng phụ
thuộc vào hai trục kia.Nhìn
trên hình ta thấy,lượng ăn dao được điều khiển theo trục Z còn phay biên
dạng là sự kết hợp giữa hai trục X,Y.
5.Điều khiển biên dạng 2,5D


Cho phép các dịch chuyển của dụng
cụ theo đường thẳng và theo cung tròn
trong một số mặt phẳng làm
việc,nhưng chỉ có thể có hai trục hịa
hợp với nhau với sự lưu ý tới các
chuyển động giữa chúng.
Trên máy phay CNC có ba trục X,Y,Z
hoặc sẽ điiều khiển đồng thời hoặc X
và Y hoặc X vaF Z hoặc Y và Z.Trên các
máy phay điều đó có nghĩa là ăn dao có
thể thực hiện.
Hình.Đi ều khi ển biên d ạng 2,5D
6.Điều khiển biên dạng 3D
Cho phép đồng thời chạy dao theo cả 3 trục X,Y,Z (cả ba trục chuy ển đ ộng
hòa hợp với nhhau hay có quan hệ ràng buộc bằng hàm số).Ta th ấy trên
hình ,biên dạng được gia cơng theo cả 3 trục có lượng ch ạy dao theo chúng
tạo thành.Điều khiển contour 3D được ứng dụng rộng để gia cơng các
khn mẫu chính xacx,gia cơng các bề mặt không gian ph ức tạp.


IV. Hệ thống điểm chuẩn và hệ tọa đọ trên máy
1.Quy Tắc bàn tay phải.


Các trục tịnh tiến và quay trong máy luôn tuân theo quy tắc bàn tay ph ải.

2.Tiêu chuẩn IDN,EIA,ISO.
Theo quy định chỉ cần tối đa 14 trục là có thể mô tả baats kỳ mayd CNC
phức tạp nào.
Máy CNC 9 trục thẳng:
+ Ba trục thẳng thứ nhất X,Y,Z.
+Ba trục thẳng thứ hai:U//X,V//Y,W//Z.
+ Ba trục thẳng thứ ba:P//X,Q//y,R//Z.
Máy CNC 5 trục quay:
+Ba trục A,B,C quay lần lượt xung quanh các trục thẳng đ ứng th ứ nh ất
X,Y,Z.
+Hai trục thứ hai O và E .Đăc trưng của hai trục này là quay song song v ới
trục quay A Hoặc B hoặc C hoặc một trục đặc biệt nào đó.
3.Hệ tọa đọ trên máy điều khiển số.
Trên máy tiện.


+
Trục Z chạy song song với trục chính của máy với quy ước chi ều d ương ch ạy
từ chi tiết đến dụng cụ
+ Trục X chỵ vng góc với trục chính với quy ước chiều d ương ch ạy t ừ tâm
trục chính đến tâm giá dao.
Trên máy phay.


+ Trục chính mang dụng cụ cắt quay.
+ Chuyển động chạy dao là các chuy ện động tịnh tiến theo các tr ục X,Y,Z
+ Trục Z chạy song song với trục chính của máy ,chiều d ương h ướng t ừ chi
tiết tới dụng cụ cắt.
+ Trục X,Y thường nằm trong các mặt định vị.


V.CẤU TRÚC CỦA MÁY CƠNG CỤ CNC
Máy tính điều khiển CNC là một máy tính cơng nghiệp.
Chu trình gia cơng : được viết dưới dạng các ngôn ngữ (Lspi, Lsicode)
Thiết kế >> chuẩn bị cơng nghệ >> Lập trình gia cơng>> ch ương trình gia
cơng>>Máy CNC

Hình ảnh: máy tính cơng nghiệp

Sự khác nhau giữa máy công cụ vạn năng và máy công cụ cụ CNC


Mấy công cụ vạn năng

Máy công cụ điều
khiển số

Nguồn động lực

Động lực 3 pha thông
thường

Điều khiển


Bằng tay (Cơ cấu điều
khiển bằng cam)

Thay phôi

Bằng tay

-Động cơ 1 chiều điều
khiển vô cấp
-Động cơ AC –xoay
chiều biến tần vô cấp
-Động cơ bước (stepmotor)
-Động cơ bước + đọng
cơ thủy lực
Điều khiển số với sự
trợ giúp của hệ thống
điều khiển màn hình
hiển thị
Có hệ thống tự động
thay phơi

Thay dao

Bằng tay

Có hệ thống thay tự
động

Biến đổi truyền dẫn


Thanh rang ,bánh rang
thường
Vít me,đai ốc thương

Điều khiển

Các cơng tác và gạt
bằng cơ khí

Tốc độ truyền dẫn

Phân cấp

Thanh răng/bánh răng
yêu cầu có cơ cấu kẹp
khứ khe hở
Vit me,đai ốc
Điều khiển số,bằng
bảng khiển+ màn hình
hiển thị
Vơ cấp

Tính điển hình của
xích động

Dài,thơng qua nhiều cơ Ngắn như có thể
c ấu
Mền dẻo ( mang tính
Cứng khó thay đổi
chất linh hoạt trong

thay đổi tốc độ)
Đưa ra các chương
trình từ bàn phím

Nội dung

Máy

Vào chương trình


Kẹp phôi

Gá kẹp phôi bằng tay

Gá kẹp phôi tự động

Xác định chuẩn khi gia
cơng

Dùng phương pháp rà
gá đơn giản,đọ chính
xác thấp
Dùng tay vặn để điều
chỉnh số vịng quay
trục chính
Dùng thước cặp

Dùng các thiết bị rà gá
chuyên dung,độ chính

xác cao
Đưa vào từ bàn phím

Đặt tốc độ trục chính
Kiểm tra kích thước
sản phẩm

Dùng đầu đo chuyên
dụng

V.HỆ ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC
Khái niệm :Hệ điều khiển máy là thành phần trung tâm của máy cơng
cụ ,nó điều khiển q trình chuyển động vị trí của ác thành ph ần chuy ển
động trên máy
Hệ điều hành như:HEDENHAN TCN 426/430
MAZATROL
Hệ truyền động trong CNC được truyền bắt đàu từ động cơ qua cơ cấu
chấp hành để thực hiện các nhiệm vụ.Các loại động cơ thường được s ử
dụng trong máy CNC là:
Động cơ thủy lực: Sử dụng chủ yếu trong giai đoạn phát triển ban đầu của
NC.
+ Điều khiển vô cấp các loại cơ cấu chấp hành,trong máy NC đi ều khi ển
mảy bằng các loại vab servo.
+ Cơng suất động cơ có thể đạt đến 100kw.
+Hạn chế do hệ thống thủy lực cồng kềnh,khó điều khiển ,đắt tiền.


Hình ảnh: động cơ servo
1.Động cơ điện 1 chiều :
+ Điều khiển vô cấp các cơ cấu chấp hành.

+ Công suất cảu động cơ thường sử dụng từ 0,3-6kw.
+ Động cơ điện 1 chiều servo có chổi than,có thể tích h ợp hệ th ống ph ản
hồi tốc độ.

Hình ảnh:động cơ điện 1 chiều.
2.Động cơ bước:


Máy CNC chủ yếu dùng hai loại động cơ đó là:DC và AC servo.Nh ững máy
đời cũ thì thường dùng DC ,từ năm 1987 tr ở lại đay thì chuy ển sang dùng
động cơ AC
3.Hệ thống động cơ bước thủy lực
Động cơ bước thủy lực truyền đén động cơ
quay cho cơ cấu điều phối servo thủy
lực,động cơ thủy lực thực hiện chuyển động.
Động cơ thủy lực có thể chuyển dộng quay
hoặc có thể chuyển động tịnh tiến với cơ
ccaus đo phản hồi.

4.Động cơ điện xoay chiều 3 pha.


+ Điều

khiển động cơ vô cấp dựa trên cơ sở biến đổi tần số.

+ Dùng khá nhiều trong chuyển động chay dao của máy CNC.
+ Cơng suất có thể đạt hàng trăm Kw
Trục tọa độ của một số máy công cụ.


Máy doa 3 trục tọa độ
5.Hệ thống điểm chuẩn.

Máy doa 4 tr ục t ọa đ ộ



VII.CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA MÁY CNC.

1. Bộ phận thay dao tự động (ATC)
Đây là điều quan trọng để ATC thay đổi dụng cụ trong phạm vi trục chính
càng nhanh càng tốt. Bằng sự thích ứng của q trình điều khiển và
động cơ, ATC sẽ đưa dao ra khỏi trục chính một cách chính xác. Một hệ
thống ATC tốt có khả năng làm giảm thời gian dừng máy và làm tăng
năng suất.

2.

Động cơ /Bộ điều khiển /Encorder

Thêm một điều nữa, nếu có những thành phần chuyển động khác nhau, có sự đồng bộ giữa động cơ và hệ thống
điều khiển và cách tốt nhất để đạt được điều này là đảm bảo nhà cung cấp máy không sử dụng bất kì một thành
phần nào ở bên ngồi. Tất cả chúng phải được thiết kế và xây dựng từ những bảng điều khiển điên tử, động cơ
điện, và tuyệt đối là hệ thống Encorder cung cấp phản hồi cho quá trình điều khiển. Hệ thống truyền tín hiệu tối
tân cho phép máy phân phối để cắt gọt kim loại với tốc độ cao nhất theo sự định vị, khả năng định vị nằm trong
phạm vi một vài micromet so với yêu cầu.
3. Vỏ máy


Khi đế máy là nền tảng của một máy trung tâm, nó cần nặng hơn, chắc chắn hơn và tốt hơn. Giá của nó có thể

cao hơn, nhưng sự chịu lực và độ bền sẽ làm giảm rung động. Quá trình rung động sẽ ảnh hưởng đến độ chính
xác gia cơng. Với một máy có kết cấu vững chắc, nó sẽ hấp thụ những dao động này, đảm bảo máy sẽ thực hiện
với cơng suất và độ chính xác cao nhất.
4. Hệ điều khiển
Hệ điều khiển là thành phần trung tâm của máy cơng cụ. Nó điều khiển q trình chuyển động, vị trí của các
thành phần chuyển động trên máy, sao cho đạt được chính xác tối ưu thời gian cắt, tốc độ và chiều sâu cắt cần
thiết. Sự kết hợp của dòng điện và hệ thống kĩ thuật sẽ đưa ra sự điều khiển toàn diện từ nguồn cung cấp, thực
hiện gia công chi tiết từ dữ liệu CAD nhanh chóng, dễ dàng với độ chính xác được nâng cao và kết thúc q trình
gia cơng với chi phí nhỏ nhất.
5. Bàn xe dao
Các nhà cung cấp máy công cụ phải tạo ra một bàn xe dao phù hợp với mỗi máy và có lợi nhất về mặt công suất
cũng như thuận lợi cho việc cắt gọt kim loại mà khơng ảnh hưởng đến độ chính xác khi gia công. Độ cứng vững
của bàn xe dao sẽ làm cho cơng suất của q trình cắt kim loại đươc được tăng lên. Những nhà chế tạo thiết kế
các bàn xe dao cho phép chúng chỉ điều khiển đài dao và chức năng phay. Thêm nữa, nếu các thành phần khác
chuyển động thì thành phần nào điều khiển chúng một cách tốt hơn?
6. Trục chính
Trục chính là thành phần có tính quyết định nhất trong máy cơng cụ. Một trục ổn định sẽ hợp nhất với sự điều
khiển của động cơ - quyết định độ cứng vững hệ thống, hệ thống bôi trơn và nguồn điện cung cấp, đảm bảo độ
chính xác và có thể đốn trước được năng suất của máy. Như vậy, quá trình thiết kế trục và tối ưu tốc độ quay
của trục chính sẽ mang lại q trình cắt gọt được tốt nhất và độ chính xác cao nhất cho máy.
7. Nguồn (năng lượng)
Chắc chắn rằng các hãng cung cấp thiết kế, chế tạo và xây dựng nên tất cả các thành phần của máy công cụ để
hệ thống trong máy có thể phối hợp với nhau được tốt hơn. Bằng cách sử dụng một nguồn bạn có thể chắc chắn
q trình giao tiếp sẽ chính xác giữa bộ điều khiển và động cơ và sự tự điều chỉnh của các thành phần trong hệ
thống.