TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ - CHẾ TẠO MÁY TIỆN CNC MINI

GVHD: ThS. NGUYỄN VĂN SƠN
SVTH: NGUYỄN HƯỚNG DƯƠNG
MSSV: 12144020
SVTH: TRẦN KHÁNH DUY
MSSV:12144018

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2016


LỜI CẢM ƠN
Sau bốn năm học tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM, chúng em đã
được học và tiếp thu rất nhiều kiến thức mới từ sự chỉ bảo tận tình của Q Thầy Cơ,
cũng như sự giúp đỡ của bạn bè. Đây là khoảng thời gian đầy ý nghĩa. Đồ án tốt
nghiệp là nền tản quan trọng để đánh dấu một bước ngoặc mới trong cuộc đời chúng
em.
Chúng em xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy Nguyễn Văn Sơn. Người đã
hướng dẫn chúng em thực hiện đồ án tốt nghiệp và cung cấp cho chúng em nhiều
kinh nghiệm quý báu.
Chúng em xin chân thành cám ơn quý thầy cô bộ môn Công nghệ chế tạo máy và
các cán bộ công nhân viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM đã tạo điều
kiện thuận lợi để nhóm em có thể hồn thành tốt đồ án tốt nghiệp này.
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Hướng Dương

Trần Khánh Duy

i


TĨM TẮT
Sự nghiệp CNH – HĐH của Việt Nam khơng thể bỏ qua ngành hiện đại hóa ngành
cơ khí chế tạo máy. Việc hiện đại hóa ngành cơ khí được xem là một yêu cầu tất yếu,
bắt buộc cho nền kinh tế. Hơn nữa sự phát triển rất nhanh khoa học công nghệ của
quốc tế và các nước trong khu vực đã đẩy Việt Nam vào trong các nước có trình độ
cơng nghệ lạc hậu, điều này thấy rất rõ có tới 90% các cơ sở sản xuất cơ khí trong
nước cịn sử dụng máy mốc vạn năng thơng thường với độ chính xác và năng suất
thấp. Việc sử dụng và sự hiểu biết tính ưu việt của máy móc công nghệ cao đối với
nhiều cơ sở sản xuất cơ khí trong nước cịn rất thấp. Để có ngành cơ khí đúng với
nghĩa giữ vai trị chủ đạo thì cần phải đổi mới nhiều vấn đề, trong đó đổi mới trang
thiết bị công nghệ là vấn đề cơ bản nhất. Chúng ta đổi mới cơng nghệ khơng có nghĩa
ngay lập tức đem tiền đi mua công nghệ, việc mua công nghệ khơng phải thứ nào có
tiền là mua được đặc biệt là công nghệ cao. Cụ thể hơn, nhập khẩu máy CNC có
nhiều bất cập như: giá đắt, bảo trì bảo hành phức tạp, không chủ động, không phát
huy được kinh tế nội sinh, nhiều khi còn bị cấm vận như không được nhập một số
máy CNC phục vụ cho Quốc phịng…
Ngành cơ khí chế tạo máy trong đó có ngành chế tạo máy cơng cụ ở Việt Nam đã
có truyền thống hơn 40 năm xây dựng và phát triển. Đội ngũ cán bộ kỹ thuật đã hình
thành cả nhiều thế hệ. Tuy nhiên tất cả các sản phẩm máy công cụ chế tạo ra đều là
các máy phổ thông vạn năng có cấu trúc truyền thống. Có một số nghiên cứu để làm
nền tảng cho việc thiết kế chế tạo máy tiện CNC băng nghiên, thay dao tự động.
Thông qua việc kế thừa kết quả nghiên cứu nhiều năm, thông qua nhiều đề tài khác
nhau xung quanh việc chế tạo máy CNC ở Việt Nam; đề tài Nghiên cứu thiết kế chế
tạo máy tiện CNC mini băng nghiêng có thay dao tự động hình thành như một tất yếu
với ba mục tiêu:

 Thiết kế máy tiện CNC mini băng nghiên thay dao tự động.
 Lập tào liệu công nghệ chế tạo máy.
 Chế tạo máy tiện CNC mini có băng nghiêng trong đó có cụm băng máy,
bàn dao…
Mục tiêu tổng quát nhất của đề tài là nhằm khẳng định năng lực nội sinh của ngành
chế tạo máy công cụ, về khả năng chế tạo máy CNC. Vì thế trong báo cáo này đã
tổng kết, đánh giá, khẳng định những khả năng làm chủ công nghệ chế tạo máy công

ii


cụ CNC ở Việt Nam. Sự ra đời của đề tài, quá trình thực hiện, kiểm tra và kết quả đạt
được của nó đã chứng minh cho khả năng đó.
Để làm rõ kết quả đề tài, trong báo cáo tổng kết này đã trình bày đầy đủ những nội
dung cơ bản nhất bao gồm cả những lý luận về sản phẩm, phương pháp luận khi giải
quyết các vấn đề về công nghệ, các giải pháp kỹ thuật về khả năng nâng cao tuổi bền
mỏi cho đường trượt băng máy…Tất cả sự diễn đạt này được chia theo các phần sau:
Phần 1: Tổng quan
Tình hình nghiên cứu liên quan đến chế tạo máy tiện CNC trong nước và ngoài
nước. Trong mục này tìm hiểu một số hãng sản xuất máy cơng cụ CNC trên thế giới
trong đó có các hãng thuộc các nước G7, một vài hãng thuộc các nước châu Á như
Đài Loan, Trung Quốc. Trong phần này không nêu các thành tựu sản xuất máy công
cụ chung chung mà chủ yếu phân tích các giải pháp đạt được trong kết cấu của các
cụm chi tiết cơ bản, các giải pháp về nâng cao tuổi bền mòn của chi tiết, nâng cao độ
chính xác chi tiết gia cơng và giải pháp điều khiển CNC…
Đánh giá khả năng công nghệ trong nước liên quan đến chế tạo máy tiện CNC:
Khảo sát điều tra khả năng chế tạo các chi tiết chính xác của các nhà máy cơ khí trong
nước về cả năng lực trang thiết bị lẫn năng lực chế tạo máy.
Lựa chọn gam cỡ máy sau khi đã phân tích các máy mẫu, để từ đó lựa chọn máy
thiết kế ra vừa đảm bảo tính hiện đại lâu dài vừa đảm bảo thuận tiện. dễ sử dụng luôn

đám ứng được sản xuất cơ khí trong nước.
Phần 2: Các cơ sở lý thuyết cho đề tài “Thiết kế - tạo máy CNC mini” như: hệ
trục tọa độ trong máy CNC, kết cấu cơ bản của một máy CNC, phần mêm điều khiển,
…
Phần 3: Thiết kế kỹ thuật: trong phần này chủ yếu trình bày các tính tốn thiết kế
liên quan đến tính các thành phần lực theo các phương X, Y, Z…Tính tốn thiết kế
bộ truyền động cho các cụm truyền động trục chính, truyền động tiến bàn trục X, trục
Z.
Phần 4: Lập quy trình cơng nghệ chế tạo các chi tiết điển hình: Quy trình chế tạo
băng máy, quy trình chế tạo thân hộp trục chính, quy trình chế tạo cụm đầu thay dao
tự động.
Phần 5: Hướng dẫn quy trình lắp ráp và kiểm tra.
Phần 6: Lựa chọn bộ điều khiển CNC; phân tích so sánh một số bộ điều khiển
CNC hiện đại thơng dụng. Trong phần này phân tích ưu nhược điểm của một số bộ

iii


điều khiển CNC sử dụng cho máy tiện CNC.
Phần 7: Các định hướng phát triển thị trường và đánh giá khả năng đầu tư. Đây là
mục khi viết khơng nhìn nhận từ góc độ tổng kết học thuật mà được nhìn nhận từ góc
độ kinh tế của đề tài.
Phần cuối: Trình bày những kết luận rút ra sau khi thực hiện đề tài.
Thiết kế máy móc: Hồn thành việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo một máy tiện
CNC mini băng nghiêng thay dao tự động gồm các thông số:
+ Công suất trục chính:

1,1KW.

+ Hành trình trục X:


120mm.

+ Hành trình trục Z:

200mm.

+ Số đầu dao:

2.

+ Tốc độ trục chính max:

1200v/phút.

+ Tốc độ tiến dao:

1-1500mm/phút.

+ Tốc độ tiến dao:

1-4000mm/phút.

+ Đường kính mâm cặp:

100mm.

+ Vật tiện lớn nhất:

80mm.


Tài liệu: Hoàn thành đẩy đủ toàn bộ các bản vẽ thiết kế kỹ thuật máy tiện CNC
mini băng nghiêng có thay dao tự động, bộ bản vẽ về quy trình cơng nghệ chế tạo các
chi tiết điển hình như thân, băng, bệ máy: quy trình công nghệ lắp ráp và kiểm tra
máy. Báo cáo định kỳ, báo cáo tóm tắt, báo cáo tổng kết đề tài.
Toàn bộ báo cáo tổng kết này sẽ lần lượt trình bày chi tiết các nội dung đã thực
hiện được trong q trình hồn thành đề tài. Nhóm thực hiện đề tài mong ln có sự
đóng góp của q thầy cô, Hội đồng sau khi đọc bản tổng kết này.

iv


MỤC LỤC
Chương 1. TỔNG QUAN ...........................................................................................1
1.1. Công nghệ CNC ...................................................................................................1
1.1.1. Khái niệm về máy CNC ....................................................................................1
1.1.2. Tầm quan trọng của cơng nghệ CNC đối với ngành cơng nghiệp cơ khí .........2
1.2. Các nghiên cứu, chế tạo máy CNC trong và ngồi nước .....................................3
1.2.1. Khảo sát tình hình chế tạo máy công cụ và máy tiện CNC của một số hãng
trên thế giới .................................................................................................................3
1.2.2. Khảo sát tình hình chế tạo máy công cụ và máy tiện trong nước: ....................5
1.2.3. Đánh giá khả năng công nghệ trong nước liên quan đến chế tạo máy tiện
CNC .............................................................................................................................6
1.2.4. Lựa chọn gam cỡ máy .......................................................................................7
Chương 2. CÁC CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHO ĐỀ TÀI “THIẾT KẾ - CHẾ TẠO
MÁY TIỆN CNC MINI” ............................................................................................9
2.1. Hệ trục tọa độ trong máy tiện CNC .....................................................................9
2.2. Các điểm gốc của phôi – các điểm chuẩn của máy ............................................10
2.2.1. Điểm gốc của máy M ......................................................................................10
2.2.2. Điểm gốc của phôi W ......................................................................................10

2.2.3. Điểm gốc của chương trình P ..........................................................................11
2.2.4. Điểm chuẩn của máy R ...................................................................................12
2.2.5. Điểm thay dụng cụ cắt N .................................................................................12
2.3. Kết cấu cơ bản của một máy tiện CNC ..............................................................13
2.3.1. Phần cơ khí ......................................................................................................13
2.3.2. Phần điều khiển ...............................................................................................16
2.3.3. Giao tiếp máy tính ...........................................................................................22
Chương 3. Q TRÌNH THỰC HIỆN ....................................................................31
3.1. Phương án thiết kế..............................................................................................31
3.1.1. Phương án........................................................................................................31
3.2. Tính tốn phần cơ khí.........................................................................................32

v


3.2.1. Các thơng số đầu vào: .....................................................................................32
3.2.2. Tính tốn mơ hình lực cắt: ..............................................................................32
3.2.3. Tính tốn cơng suất động cơ: ..........................................................................34
3.2.4. Thiết kế bộ truyền đai thang ...........................................................................36
3.2.5. Tính tốn trục chính ........................................................................................39
3.2.6. Tính tốn truyền động vít me – đai ốc bi trục Z .............................................45
3.2.7. Tính tốn truyền động vít me – đai ốc bi trục X .............................................48
3.2.6Tính tốn lựa chon sóng trượt bi .......................................................................52
Chương 4. QUY TRÌNH LẮP RÁP VÀ KIỂM TRA ..............................................64
4.1. Lắp ghép các thanh đỡ sống trượt và sóng trượt vào bàn máy ..........................64
4.2. Lắp cụm vít me trục Z vào băng máy ................................................................65
4.3. Lắp ghép cụm trục chính vào băng máy ............................................................66
4.4. Lắp ghép bàn xe dao trục Z vào băng máy ........................................................67
4.5. Lắp ghép vít me trục X, bàn xe dao trục X và lắp ráp lên khung máy ..............67
4.6. Quy trình kiểm tra ..............................................................................................68

Chương 5. LỰA CHỌN BỘ ĐIỀU KHIỂN .............................................................70
5.1. Các căn cứ lựa chọn cấu hình điều khiển CNC .................................................70
5.2. Lựa chọn bộ điều khiển ......................................................................................70
Chương 6. ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN THỊ TRƯỜNG .....................................72
6.1. Thị trường máy công cụ CNC trước năm 2000: ................................................72
6.2. Thị trường máy công cụ CNC sau năm 2000 đến nay: ......................................72
6.3. Định hướng phát triển ........................................................................................73
Chương 7. KẾT LUẬN .............................................................................................74

vi


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Máy tính được gắn liền với máy CNC thành một khối ..............................1
Hình 1.2: Cơng nghệ CNC ..........................................................................................2
Hình 1.3: Trung tâm phay CNC 5 trục đầu tiên được thiết kế và chế tạo tại VN – sản
phẩm của đề tài KC.05.28/01-05 (2005-2006) ...........................................................5
Hình 2.1: Hệ tọa độ theo quy tắc bàn tay phải ............................................................9
Hình 2.2: Các trục tọa độ trên máy tiện CNC .............................................................9
Hình 2.3: Ví dụ về các điểm gốc M, W, R ................................................................10
Hình 2.4: Lệnh thay đổi W ........................................................................................11
Hình 2.5: Điểm gốc chương trình P ..........................................................................11
Hình 2.6: Các điểm điều chỉnh dụng cụ cắt ..............................................................12
Hình 2.7: Cụm trục chính máy tiện ...........................................................................14
Hình 2.8: Kết cấu bộ truyền vít me đai ốc bi ............................................................14
Hình 2.9: Rãnh hồi bi kiểu ống .................................................................................15
Hình 2.10: Ổ tích dao trên máy CNC ........................................................................16
Hình 2.11: Mạch giao tiếp.........................................................................................18
Hình 2.12: Cấu trúc của máy CNC ...........................................................................19
Hình 2.13: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển theo chương trình số ............................19

Hình 2.14: Sơ lược hệ thống điều khiển ...................................................................21
Hình 2.15: Giao diện phần mềm Mach3 ...................................................................21
Hình 2.16: Sơ đồ bố trí chân của RS232 dạng 25 chân ............................................24
Hình 2.17: Sơ đồ bố trí chân của RS232 9 chân .......................................................24
Hình 2.18: Cách bố trí chân của LPT DB 25 ............................................................27
Hình 3.1: Mơ hình 3D thiết kế trên Creo 3.0 ............................................................31
Hình 3.2: Các thơng số hình học chính của đai ........................................................36
Hình 3.3: Sơ đồ lực tác dụng.....................................................................................40
Hình 3.4: Biểu đồ momen trên trục chính .................................................................41
Hình 3.5: Kiểu lắp vít me fixed – fixed. ...................................................................45
Hình 3.6: Kiểu lắp vít me fixed – support.................................................................46
Hình 3.7: Kiểu lắp vít me fixed - free .......................................................................46
Hình 3.8: Kiểu lắp vít me fixed – fixed. ...................................................................49
Hình 3.9: Kiểu lắp vít me fixed – support.................................................................49
Hình 3.10: Kiểu lắp vít me fixed - free .....................................................................50
Hình 3.11: Kết cấu sống trượt loại HG .....................................................................53
Hình 4.1: Quy trình lắp ráp các cụm chi tiết điển hình .............................................64
Hình 4.2: Sóng trượt đã chọn ....................................................................................65

vii


Hình 4.3: Lắp ráp cụm sống trượt và vít me trục Z ..................................................66
Hình 4.4: Lắp ráp cụm trục chính .............................................................................66
Hình 4.5: Lắp ráp bàn xe dao trục Z .........................................................................67
Hình 4.6: Lắp ráp bàn xe dao trục X, lắp lên khung máy .........................................68
Hình 5.1: Mạch điều khiển của phần mềm Mach3 ...................................................70
Hình 5.2: Sơ đồ mạch điện của máy .........................................................................71

viii



DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Sơ đồ cách bố trí chân của LPT DB 25 ...................................................28
Bảng 3.1: Chế độ cắt khi tiện ngồi nhơm theo phương pháp tính tốn theo cơng
thức trong STCNCTM 2 ...........................................................................................33
Bảng 3.2: Bảng tính tốn lực cắt, công suất cắt khi sử dụng lực cắt tra bảng: .........33
Bảng 3.3: Bảng tính tốn lực cắt, cơng suất cắt khi sử dụng lực cắt tra bảng: .........33
Bảng 3.4: Bảng tính tốn lực cắt, cơng suất cắt khi sử dụng lực cắt tra bảng: .........34
Bảng 3.5: Bảng tính tốn lực cắt, công suất cắt khi sử dụng lực cắt tra bảng: .........34

ix


Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Công nghệ CNC
1.1.1. Khái niệm về máy CNC
Một định nghĩa hàn lâm và chặt chẽ về máy CNC được trình bày ở trang
wikipedia.com:
CNC – viết tắt cho Computer(ized) Numerical(ly) Control(led) (điều khiển bằng
máy tính) – đề cập đến việc điều khiển bằng máy tính các máy móc khác với mục
đích sản xuất (có tính lập lại) các bộ phận kim khí (hay các vật liệu khác) phức tạp,
bằng cách sử dụng các chương trình viết bằng kí hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn
EIA-274-D, thường gọi là mã G. Vì thế, bộ não của máy CNC là máy tính. Đây khơng
phải là máy tính bình thường mà là máy tính với cơng suất tính tốn cực nhanh. Hệ
điều hành mà nó sử dụng là Fanuc, Fargor hoặc Mazak, chứ không phải là
Windows hay Mac như các máy tính (computer) mà chúng ta thường dùng hàng ngày
(Hình 2.1).

Hình 1.1: Máy tính được gắn liền với máy CNC thành một khối

Máy tính này sẽ điều khiển các bộ phận cơ khí để cắt gọt kim loại. Chương trình
được viết sẵn và được tự động thi hành khi bạn nhất nút Start. Chương trình này được
dịch ra một thứ ngơn ngữ để máy tính có thể hiểu được. Sau đó, máy tính chuyển lệnh

1


từ các chương trình qua các mạch điện tử đến điều khiển các bộ phận cơ khí.
1.1.2. Tầm quan trọng của cơng nghệ CNC đối với ngành cơng nghiệp cơ
khí
Trong những năm gần đây, sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật đã
thúc đẩy các ngành công nghiệp tự động phát triển theo. Trong lĩnh vực cơ khí chế
tạo, sự ra đời của máy công cụ điều khiển bằng chương trình số với sự trợ giúp của
máy tính, gọi tắt là máy CNC đã đưa ngành cơ khí chế tạo sang một thời kì mới, thời
kì sản suất hiện đại.
Trước đây, máy cắt kim loại chỉ giải quyết được những đường cắt theo quy luật:
trịn đều, hình elip, đường thẳng, đường cong… Nhưng các chuyển động không theo
quy luật để cắt kim loại theo đường cong bất kỳ như đường gấp khúc, khơng gian 2D
hay 3D… thì máy này không giải quyết được.
Ngày nay, công nghệ CNC ra đời đã tạo ra bước ngoặt mới mẻ trong lĩnh vực tự
động hóa. Phương pháp này ra đời đã giải quyết được hầu hết các vấn đề nan giải nói
trên. Sự lựa chọn thế hệ máy CNC ngày nay trở thành một đặc tính cần thiết có tầm
quan trọng, quyết định đối với các xí nghiệp cơng nghiệp. V́ì nó có thể đem lại lợi
nhuận, khả năng tái sản xuất vá nó có những tính năng cao mà may cơng cụ thơng
thường chưa đạt được.

Hình 1.2: Cơng nghệ CNC

2



1.2. Các nghiên cứu, chế tạo máy CNC trong và ngồi nước
1.2.1. Khảo sát tình hình chế tạo máy cơng cụ và máy tiện CNC của một số
hãng trên thế giới
Máy công cụ CNC hiện nay liên tục được cải tiến và hồn thiện, đáp ứng ngày
càng sát với địi hỏi khắt khe của công nghệ gia công chi tiết máy. Việc nghiên cứu,
tìm hiểu các cơng nghệ chế tạo máy CNC, các bộ phận điều khiển CNC, các loại máy
công cụ CNC của các hãng nổi tiếng trên thế giới, tạo ra cho chúng ta những cơ sở
vững chắc, và những kinh nghiềm quý báu khi chúng ta nghiên cứu về những vấn đề
tương tự. Để có được kinh nghiệm cần thiết phục vụ cho đề tài, cần phải nghiên cứu
những xu thế chung của các nhà nghiên cứu, các nhà điều khiển, các nhà lập trình,
các hãng chế tạo máy CNC ngoài nước xoay quanh các vấn đề như:
Độ chính xác gia cơng của máy: Nhờ sự phát triển đồng bộ của các thiết bị đo
điện tử và tốc độ tính tốn nhanh, tin cậy của các bộ điều khiển CNC, độ chính xác
đo đếm và xử lý khi đo trong máy CNC khơng cịn là vấn đề khó đối với các hãng
chế tạo máy CNC trên thê giới. Độ chính xác gia cơng của máy CNC khơng những
ln được cải thiện mà cịn được tiêu chuẩn hóa. Cụ thể đối với các loại máy tiện
CNC của các nước G7 độ chính xác gia cơng theo tiêu chuẩn bắt buộc phải đạt được
là: + 0,001mm, độ chính xác lập lại: + 0,0025mm.
Tốc độ cắt gọt, năng suất gia công cao: một trong những yếu tố quan trọng tạo
ra năng suất gia công là tốc độ cắt gọt. Tốc độ cắt gọt trên máy được giải quyết ở các
khâu:
-

Tốc độ quay trục chính:

-

Tốc độ di chuyển bàn trượt: Đường trượt bằng các ổ đệm tuyến tính thay
thế dần băng dẫn cứng kiểu V, đường trượt bi đã nâng cao được tốc độ dịch

chuyển dọc, chuyển động êm, dễ nâng cao được tuổi bền mòn do việc sử
dụng các loại vật liệu đặc biệt và dần dần thay thế đường trượt gang. Thay
đường trượt gang bằng các băng trượt bi được chế tạo tiêu chuẩn, nối ghép
cứng vào các thân liền, đó là giải pháp tốt nhất giảm hẳn hiện tượng kẹt,
cháy bề mặt do ma sát lớn khi có sự di trượt nhanh. Trong truyền động điện
sử dụng các động cơ AC- Servo có momen lớn, gia tốc cao do vậy tốc độ
chạy nhanh đối với các máy CNC thông thường đạt 20-35m/phút, máy cắt
laser 40m/phút.

-

Khả năng cắt gọt của các loại dụng cụ: cùng với sự phát triển của ngành

3


dụng cụ cắt, phương pháp cắt gọt cứng tốc độ tiến dao khi phay có thể lên
tới 10m/phút. Các biện pháp gá phôi sử dụng nhiều mâm cặp, sử dụng nhiều
dao đã tạo nên năng suất gia công rất cao.
Máy có tuổi bền và độ ổn định cao: máy CNC của các nước G7 hay châu Âu có
tuổi bền rất cao và ít có lỗi nào từ nhà sản xuất. Các biện pháp nâng cao tuổi bền của
máy được chú trọng ở các khâu như các đường trượt bằng các loại vật liệu đặc biệt
hoặc có kết cấu đặc biệt như đường trượt bi, đường trượt động cơ tuyến tính, các loại
vịng bi đặc biệt tự động bơi trơn, tự động kiểm tra tích cực q trình làm việc tránh
được các sự cố khi máy vận hành. Sử dụng các bộ điều khiển thông minh do vậy tránh
được nhiều lỗi do người sử dụng gây ra…vì thế mà tăng được tuổi bền cho máy.
Máy có số lượng và chủng loại đa dạng: Từ thực tế của công việc gia công cơ
khí đã thúc đẩy ngành chế tạo máy cơng cụ CNC phát triển nhanh và rất đa dạng về
chủng loại và gam cỡ máy.
Máy được tích hợp nhiều chức năng: Để giảm số lần gá tăng độ chính xác của

chi tiết gia công, nhiều hãng chế tạo máy CNC đã chế tạo nhiều loại máy CNC có
nhiều chức năng trên cùng một máy.
Bộ điều khiển CNC có nhiều chức năng: Nhờ sự phát triển đồng bộ của ngành
công nghiệp điện tử và cơng nghệ thơng tin kết hợp với địi hỏi thực tế của công nghệ
chế tạo máy, hiện nay các bộ điều khiển CNC ngày càng tin cậy hơn, hiện đại hơn,
các chức năng điều khiển ngày càng sát với công nghệ gia công chi tiết và luôn bám
sát với tốc độ phát triển của ngành chế tạo dụng cụ cắt gọt. Có thể thấy rõ các chức
năng cơ bản của các bộ điều khiển: dễ sử dụng, bộ vi xử lý 32bit, có khả năng thực
hiên 1000 blocks/s, thích ứng với bộ mã G-code chuẩn ISO, bộ nhớ chương trình
256k…
Cơ cấu thay dạo tự động đa dạng: Việc bố trí sensor theo chiều cách tạo cho mỗi
một vị trí dao được mã hóa bằng các bit khác nhau do vậy việc nhận biết và kiểm soát
dụng cụ trở nên đơn giản. Các cơ cấu thay dao thông thường ở máy tiện CNC: kiểu
đầu gá dao quay phân độ, kiểu quay phân độ kết hợp với dịch chuyển theo phương X
làm cho kết cấu máy gọn hơn nhưng đòi hỏi hành trình phương X lớn.
Số trục và các trục điều khiển trong máy CNC: những quy định về trục điều
khiển của máy công cụ CNC như sau: trục chuyển động thẳng thể hiện việc dịch
chuyển của dao hoặc phôi dọc theo 3 phương tọa độ Đề các được định nghĩa là các
trục: X,Y,Z. Các trục chuyển động song song tương ứng: U, V, W. Trục thực hiện
chuyển động quay quanh X la trục A, quay quanh Y là B, quay quanh Z là C. Với

4


các định nghĩa trên số trục của các máy CNC thơng thường được thiết kế: máy tiện
có trục X, Z; X, Z, C hoặc nếu có 2 bàn dao X, Z, U, W, C.
1.2.2. Khảo sát tình hình chế tạo máy công cụ và máy tiện trong nước:
Vào thời điểm trước cung có các đơn vị sản xuất máy cơng cụ nhưng không nhiều,
chủ yếu sản xuất theo các mẫu máy của Liên Xô cũ, sản xuất các máy tiện vạn năng.
Tới khoảng 1996 thì mới có đơn vị sản xuất máy điều khiển CNC nhưng chưa có thay

dao tự động, hệ điều khiển CNC- Siemens SINUMERIK 810T – Cộng hòa liên bang
Đức chế tạo, đạt độ tin cậy và hoạt động khá ổn định trong nhiều năm, máy do Viện
máy và dụng cụ công nghiệp chế tạo. Đề tài nghiên cứu và chế tạo máy tiện này đánh
dấu khả năng làm chủ kỹ thuật điều khiển CNC ở Việt Nam. Nhược điểm lớn nhất là
khơng có thay dao tự động.

Hình 1.3: Trung tâm phay CNC 5 trục đầu tiên được thiết kế và chế tạo tại VN –
sản phẩm của đề tài KC.05.28/01-05 (2005-2006)

5


1.2.3. Đánh giá khả năng công nghệ trong nước liên quan đến chế tạo máy
tiện CNC
Để đánh giá khả năng chế tạo máy cơng cụ có thể chia thành 4 nhóm chính:
 Năng lực về thiết kế sản phẩm.
 Năng lực về đầu tư trang thiết bị.
 Năng lực về công nghệ chế tạo.
 Năng lực về tin học và tự động hóa.
1.2.3.1. Năng lực về thiết kế sản phẩm.
Sản phẩm thiết kế mấy công cụ hiện nay rất đa dạng và phong phú, việc thiết kế
sản phẩm khơng cịn bó hẹp ở tính năng sử dụng và mẫu mã sản phẩm, mỗi sản phẩm
thiết kế la sự kết hợp giữa năng lực thiết bị, trình độ cơng nghệ và khả năng điều
khiển. Chính vì vậy để đánh giá khả năng thiết kế sản phẩm máy công cụ ở các Viện
và doanh nghiệp cần biết năng lực thật sự về cơng nghệ, thiết bị và trình độ điều
khiển.
1.2.3.2. Năng lực về đầu tư trang thiết bị
Sản phẩm của mấy công cụ là chế tạo ra các máy móc thiết bị khác. Do vậy máy
công cụ được coi là máy cái, vì vậy trang thiết bị đầu tư cho các nhà máy chế tạo
máy cơng cụ địi hỏi trị giá đầu tư lớn và tốn kém.

1.2.3.3. Năng lực về công nghệ chế tạo
Máy công cụ hiện nay liên tục được cải tiến và hoàn thiện, đáp ứng ngày càng sát
với những địi hỏi khắt khe của cơng nghệ gia cơng chi tiết máy. Hiện nay trong
nước hầu như chưa có cơ sở nào đủ năng lực để chế tạo hoàn chỉnh các máy công
cụ CNC. Tuy nhiên, bằng con đường hợp tác để phát huy thế mạnh về trang thiết bị,
công nghệ và chất xám của một số cơ sở. Vì vậy chúng ta có đủ năng lực để thiết kế
chế tạo thành công máy công cụ CNC.
1.2.3.4. Năng lực về tin học và tự động hóa
Nhờ sự phát triển đồng bộ của ngành công nghiệp điện tử và công nghệ thơng tin
kết hợp với địi hỏi thực tế của cơng nghệ chế tạo máy, sản phẩm máy công cụ hiện
nay là sự kết hợp chặt chẽ của cơ khí, tự động hóa và cơng nghệ thơng tin. Máy
cơng cụ được điều khiển bằng các bộ điều khiển CNC ngày càng tin cậy hơn, hiện

6


đại hơn, các chức năng điều khiển ngày càng sát với công nghệ gia công chi tiết và
luôn bám sát với tốc độ phát triển của ngành chế tạo dụng cụ cắt gọt. Năng lực về
tin học và tự động hóa ở Việt Nam cũng đang được nâng cao, đội ngũ cán bộ tin
học và tự động hóa đủ năng lực tiếp cận những phần mềm CNC của nước ngoài,
khai thác tốt và phát triển cho phù hợp với yêu cầu thiết kế của máy công cụ CNC
do Việt Nam chế tạo.
Tóm lại qua nghiên cứu sự phát triển của ngành chế tạo máy công cụ điều khiển
CNC ở Việt Nam hiện nay vẫn đang là tiềm năng. Để có được một ngành công
nghiệp tương xứng với tầm cỡ của nó, cần phải có sự đầu tư từ nhiều phía.
1.2.4. Lựa chọn gam cỡ máy
1.2.4.1. Các yêu cầu khi chọn mấy mẫu
Tiến hành khảo sát một cố máy tiện CNC của các hãng có thay dao tự động, từ đó
chọn ra gam máy thiết kế đảm bảo các chỉ tiêu cơ bản: Máy thiết kế sẽ được chế tạo
để làm ra những sản phẩm đơn giản và để phục vụ cho giáo dục là chủ yếu. Máy thiết

kế đáp ứng u cầu gia cơng chi tiết, có thẫm mỹ, hiện đại hoạt động tốt, dễ sử dụng
và gọn. Máy có thể đáp ứng nhu cầu giảng dạy và cũng như có nền tảng để các sinh
viên có thể nghiên cứu sâu hơn về công nghệ CNC trong máy cắt công cụ, để hình
thành ý tưởng tốt hơn hồn thiện hơn cho việc chế tạo các máy cắt sau này.
Sau khi phân tích đề tài nhóm nhận thấy: máy mẫu: MORISEIKI SL3 do hãng
moriseiki của Nhật Bản chế tạo, là máy tiện băng nghiêng, thay dao tự động, kiểu
dáng gọn đẹp, kích thước gam cỡ máy phù hợp với khả năng thực thi của nhóm, lựa
chon nó làm máy mẫu để có một cơ sở chế tạo máy tiện CNC mini của nhóm.
1.2.4.2. Biện pháp thực hiện
Thiết kế máy nhờ sự giúp đỡ của các giảng viên trường, đặc biệt có sự hỗ trợ của
giáo viên hướng dẫn thực hiện đề tài tốt nghiệp. Tính tốn tối ưu các cụm chi tiết
cũng như các bộ phận của máy để có được các bộ phận đơn giản nhất cũng như giảm
bớt về mặt kinh tế.
Thiết kế các chi tiết dựa trên các công nghệ chế tạo CNC như cắt dây, phay CNC,
tiện CNC, mài CNC. Thiết kế dựa trên khả năng gia cồn các bộ phận…
Sau khi phân tích và đã tham khảo mẫu, các cụm chi tiết sẽ chế tạo, thiết kế động
học có sử dụng sự trợ giúp của các phần mềm, thiết kế các cụm cơ khí cơ bản: bệ
máy, thân máy, hộp trục chính các cụm truyền động, bàn dao X Z, các phần tử cơ khí

7


khác cấu thành máy theo dạng modun để tạo cơ sở cho sự phát triển các thế hệ máy
nghiên cứu tiếp theo.
Chọn mua các phần tử có độ chính xác cao như vít me bi, sóng trượt, vịng bi, phần
trục chính…
Chọn mua phần cứng bộ điều khiển CNC.

8



Chương 2. CÁC CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHO ĐỀ TÀI “THIẾT
KẾ - CHẾ TẠO MÁY TIỆN CNC MINI”
2.1. Hệ trục tọa độ trong máy tiện CNC
Các trục tọa độ của máy CNC cho phép xác định chiều chuyển động của các cơ
cấu máy và dụng cụ cắt. Chiều dương của các trục X, Y, Z được xác định theo quy
tắc bàn tay phải (ngón tay cái chỉ chiều dương của trục X, ngón tay giữa chỉ chiều
dương của trục Z, ngón tay trỏ chỉ chiều dương của trục Y).

Hình 2.1: Hệ tọa độ theo quy tắc bàn tay phải
Quy tắc đối với máy tiện CNC.
+ Trục Z song song với trục chính của máy và có chiều dương tính từ mâm cặp tới
dụng cụ hoặc chiều dương của trục Z (+Z ) luôn luôn chạy ra khỏi bề mặt gia công,
chiều âm là chiều ăn sâu vào vật liệu.
+ Trục X vng góc với trục máy và có chiều dương hướng về đài dao ( hướng về
phía dụng cụ cắt). như vậy nếu đài dao ở phía trước trục chính thì chiều dương của
trục X hướng vào người điều khiển, cịn đài dao ở phía sau trục chính thì chiều dương
đi xa khỏi người điều khiển.

Đài dao ở phía đối diện người điều khiển

Đài dao ở cùng phía người điều khiển

Hình 2.2: Các trục tọa độ trên máy tiện CNC

9


Trục Y được xác định sau khi các trục X,Z đã được xác định theo quy tắc bàn tay
phải.

2.2. Các điểm gốc của phôi – các điểm chuẩn của máy
Các điểm chuẩn cần được xác định chính xác trong vùng làm việc của máy.
2.2.1. Điểm gốc của máy M
Điểm gốc tọa độ của máy M (machine reference zero) là điểm cố định do nhà chế
tạo sáng lập ngay từ khi thiết kế máy. Nó là điểm chuẩn để xác định các vị trí điểm
khác như gốc tọa độ của chi tiết W.

Hình 2.3: Ví dụ về các điểm gốc M, W, R
Đối với máy tiện, điểm M thường được chọn là diểm giao của trục Z với mặt phẳng
đầu trục chính.
2.2.2. Điểm gốc của phơi W
Trước khi lập trình, người lập trình phải chọn điểm góc của phơi W ( Workpiece
zero point ), để xuất phát từ điểm gốc này mà xác định vị trí các điểm gốc trên đường
bao của chi tiết. tuy nhiên cần xác định sao cho các kích thước trên bản vẽ gia cơng
đồng thời là các giá trị tọa độ. Hình 4.3 là một ví dụ về chọn điểm gốc W.
Điểm W của phơi có thể được chọn từ người lập trình trong phạm vi không gian
làm việc của máy và của chi tiết gia cơng. Chúng ta sử dụng nhóm lệnh từ G54 đến
G59 và thay đổi điểm W trong quá trình viết chương trình ( hình 4.4 )
G54 X0 Z330

10


G55 X0 Z240
G56 X0 Z150
G58

Z-90

G59


Z-180

Hình 2.4: Lệnh thay đổi W
2.2.3. Điểm gốc của chương trình P
Là điểm mà dụng cụ cắt sẽ ở đó có một khoảng cách an tồn so với điểm W trước
khi bắt đầu gia công. Để hợp lý nên chọn điểm P sao cho chi tiết gia cơng hoặc dụng
cụ cắt có thể gá lắp hay thay đổi một cách dễ dàng. Điểm này được khai báo ở đầu
chương trình (hình 2.5).

Hình 2.5: Điểm gốc chương trình P

11


2.2.4. Điểm chuẩn của máy R
Trong hệ thống máy do dịch chuyển, các giá trị đo thực sẽ mất đi khi có sự cố mất
điện. Trong những trường hợp này, để đưa hệ thống đo trở lại trang thái đã có trước
thì phải đưa dụng cụ cắt tới điểm R. Điểm chuẩn R có một khoảng cách so với điểm
gốc của máy (hình 2.3).
Để giám sát và điều chỉnh kịp thời quỹ đạo chuyển động của dụng cụ, cần thiết
phải bố trí một hệ thống đo lường để xác định quãng đường thực tế so với tọa độ lập
trình. Trên các máy CNC người ta đặt các mốc để theo dõi các tọa độ thực của dụng
cụ trong quá trình dịch chuyển, vị tri của dụng cụ luôn luôn được so sánh với gốc đo
lường của máy M. Khi bắt đầu đóng mạch điều khiển của máy thì tất cả các trục phải
được chạy về một điểm chuẩn mà giá trị tọa độ của nó so với điểm gốc M phải luôn
luôn không đổi và do các nhà chế tạo máy quy định. Điểm đó gọi là điểm chuẩn của
máy R (Machine reference point). Vị trí của điểm chuẩn này được tính tốn chính xác
từ trước bởi 1 cữ chặn lắp trên bàn trượt và các công tắc giới hạn hành trình. Do độ
chính xác vị trí của các máy CNC là rất cao (thường với hệ thống đo là hệ Metre thì

giá trị của nó là 0,001mm và hệ Inch là 0,0001 inch) nên khi dịch chuyển trở về điểm
chuẩn của các trục thì ban đầu nó chạy nhanh cho đến khi gần đến vị trí thì chuyển
sang chế độ chạy chậm để định vị một cách chính xác.
2.2.5. Điểm thay dụng cụ cắt N
Là điểm mà dụng cụ cắt sẽ ở đó trước khi thay đổi dụng cụ cắt khác, để tránh va
chạm dụng cụ cắt vào chi tiết (hình 2.6)

Hình 2.6: Các điểm điều chỉnh dụng cụ cắt

12


Khi sử dụng nhiều dụng cụ cắt, các kích thước của dụng cụ cắt phải được xác định
trên thiết bị điều chỉnh để có thơng tin đưa vào hệ thống điều khiển nhằm điều chỉnh
tự động kích thước dụng cụ cắt (hình 2.5)
2.3. Kết cấu cơ bản của một máy tiện CNC
Gồm 2 phần chính đó là:
 Phần cơ khí : đế máy, thân máy, bàn xoay, trục vít me bi, ổ tích dụng cụ,
cụm trục chính và băng dẫn hướng.
 Phần điều khiển : các loại động cơ, các loại hệ thống điều khiển và máy tính
trung tâm
2.3.1. Phần cơ khí
2.3.1.1. Thân máy và đế máy :
Thưởng được chế tạo bằng gang vì gang có độ bền nén cao gấp 10 lần so với thép,
có khả năng dập tắt dao động tốt, tính đúc cao.
u cầu :
 Có đủ không gian định vị, lắp đặt các bộ phận khác.
 Phải có độ cứng vững cao.
 Phải có kết cấu chống rung động.
 Có tính cơng nghệ cao.

Mục đích :
 Đảm bảo độ chính xác khi gia cơng.
 Tạo sự ổn định và cân bằng cho máy.
2.3.1.2. Cụm trục chính :
Là cơ cấu tạo ra lực cắt chính, yêu cầu độ chính xác, độ ổn định cao nhất, quyết
định phần lớn biên độ chính xác gia cơng và chất lượng sản phẩm.

13


Hình 2.7: Cụm trục chính máy tiện

2.3.1.3. Trục vít me đai ốc bi :
Ưu điểm của vít me đai ốc bi :
 Hệ số ma sát nhỏ, hiệu suất của bộ truyền lớn gần 0,9.
 Lực phát động nhỏ (chỉ bằng 1/3 lực phát động của vít me đai ốc thường)
→ tăng tốc nhanh, đảo chiều tốc độ mạnh.
 Khe hở nhỏ → độ chính xác truyền động cao.
 Ổn định cao.
Kết cấu bộ truyền vít me đai ốc bi :

Hình 2.8: Kết cấu bộ truyền vít me đai ốc bi
 Dạng profil răng và đai ốc.
 Profil dạng tròn.
 Nếu bán kính của bi là r1, bán kính của profil ren là r2 nên chọn r1 = 0,950,97r2. Với profil là nửa cung trịn thì góc tiếp xúc của bộ truyền có thể là
α = 60° tuy nhiên bộ truyền với góc tiếp xúc α = 45° sẽ có khe hở nhỏ nhất

14



và có khả năng chế tạo với độ chính xác cao nhất.
Kết cấu hồi bi :
 Có nhiều dạng kết cấu hồi bi nhưng chúng ta có thể chia thành các dạng cơ
bản sau :
 Rãnh hồi bi kiểu ống cong : được dùng khá phổ biến trong các bộ truyền
trên đai ốc người ta khoan lỗ tiếp tuyến với đường ren, việc dẫn hướng cho
bi vào ống hồi bi có thể dùng 2 cách :
 Miệng ống hồi bi tỳ trên mặt ren của vít me.
 Dùng tấm dẫn hướng để đưa bi vào ống hồi bi.

Hình 2.9: Rãnh hồi bi kiểu ống

2.3.1.4. Ổ tích dụng cụ :
Dùng để tích chưa nhiều dụng cụ phục vụ cho q trình gia cơng. Nhờ có ổ tích
dao mà máy CNC có thể thực hiện được nhiều nguyên công căt gọt khác nhau liên
tiếp với nhiều loại dao khác nhau. Do đó q trình gia cơng nhanh hơn và mang tính
tự động hóa cao.
Ổ tích dao có 3 loại chính :
 Ổ tích dao dạng xích.
 Ổ tích dao dạng đĩa.
 Ổ tích dao dạng sao.

15