LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, khoa học cơng nghệ ngày càng phát triển, vì vậy việc ứng dụng các kỹ
thuật tiên tiến vào sản xuất nhằm tạo ra những sản phẩm có năng suất, chất lượng cao,
mà giá thành chấp nhận được ngày càng trở nên cần thiết. Đặc biệt đối với những nước
đang phát triển như Việt Nam. Đóng góp vào sự phát triển nhanh chóng của khoa học
cơng nghệ trong thời gian gần đây, tự động hố sản xuất có vai trị rất quan trọng. Nhận
thức được điều này, trong chiến lược công nghiệp hố và hiện đại hố nền kinh tế, cơng
nghệ tự động được ưu tiên đầu tư phát triển.

Ở các nước có nền cơng nghiệp phát triển, tự động hố các ngành kinh tế kỹ thuật
trong đó có cơ-điện tử đã được thực hiện từ những năm trước đây. Một trong những vấn
đề quyết định của tự động hố ngành cơ khí chế tạo là kỹ thuật điều khiển số và công
nghệ trên các máy điều khiển số.

Các máy công cụ điều khiển số được dùng phổ biến ở nước phát triển như NC và
CNC trong những năm gần đây đã được nhập vào Việt nam và được sử dụng rộng rãi tại
các viện nghiên cứu và các công ty liên doanh. Máy công cụ điều khiển số hiện đại (máy
CNC) là các thiết bị điển hình cho sản xuất tự động, đặc trưng cho ngành cơ khí tự động.
Vậy để làm chủ được cơng nghê cần làm chủ được các thiết bị quan trọng và điển hình.

Máy CNC là một trong những thành tựu của tiến bộ khoa học kỹ thuật trên thế
giới. Nó ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong chế tạo máy, đặc biệt trong lĩnh vực cơ
khí chính xác và tự động hóa. Sự ra đời của máy CNC đã giải quyết được những nhiệm
vụ cấp bách hiện nay là tự động hố q trình sản xuất và nhất là sản xuất hàng loạt nhỏ,
sản xuất linh hoạt. Đề tài này đi sâu vào việc: “KHAI THÁC PHẦN MỀM MÃ NGUỒN MỞ
GRBL TRONG MÔ PHỎNG GIA CÔNG CNC HỖ TRỢ GIẢNG DẠY THỰC HÀNH” nhằm
ứng dụng vào học tập, giảng dạy và nghiên cứu tại Trường ta là điều cần thiết cho chúng
ta hiện nay.

Xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày 12 tháng 12 năm 2017
Nhóm tác giả
Huỳnh Văn Sanh, Ngô Tấn Thống

CHƯƠNG 1

1

TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CƠ KHÍ TỰ ĐỘNG

1.1 Khái niệm máy CNC và giới thiệu về máy khắc CNC

1.1.1 Tổng quan về máy CNC:
- Tự động hóa q trình sản xuất là một trong những yêu cầu bức xúc hiện nay đối
với các doanh nghiệp sản xuất trong và ngoài nước ở hầu hết các lĩnh vực. Đối với
lĩnh vực sản xuất cơ khí thì đây cũng là một trong những yêu cầu cấp thiết nhằm tiến
đến “tăng năng suất, nâng cao chất lượng, hạ giá thành sản phẩm”.
- Nhiều doanh nghiệp đã và đang đầu tư để đổi mới công nghệ, ứng dụng công nghệ
cao, công nghệ tiên tiến trong sản xuất. Tuy nhiên, do hạn chế về khả năng tự nghiên
cứu công nghệ mới, năng lực vốn đầu tư gặp nhiều khó khăn… dẫn đến chậm đổi
mới công nghệ.
- Hiện nay nhu cầu về máy CNC phục vụ công nghiệp và các ngành sản xuất khác
là rất lớn, doanh nghiệp thiết kế máy trong nước chỉ đáp ứng một phần nhỏ. Chủ yếu
là nhập khẩu máy CNC mới từ nước ngoài về hay nhập máy cũ (seconhand).
- Đối với quá trình khắc CNC thì việc tiếp xúc trực tiếp tại chỗ làm việc là cực kỳ
tốn thời gian mất an toàn và ảnh hưởng tới sức khỏe: môi trường bị ô nhiễm nặng
(bột gỗ, …) nguy hiểm cho mắt, da, phổi…Tai nạn lao động nhiều, tốn thời gian rất
nhiều để hoàn thành xong một sản phẩm …Nên điều khiển gián tiếp là biện pháp
hiệu quả nhất. Máy sẽ được đặt trong môi trường kín sẽ đảm bảo vệ sinh mơi trường
làm việc cho cơng nhân.

- Trong tình hình hội nhập với nền kinh tế thế giới cùng với sự cạnh tranh gay gắt
từ các nhà sản xuất nước ngồi. Điều này địi hỏi các nhà sản xuất trong nước cần
phải nâng cao năng lực cạnh tranh của sản phẩm hơn nữa bằng cách cải tiến và đầu
tư máy móc, trang thiết bị an tồn, bảo vệ sức khỏe cơng nhân để phục vụ sản xuất.
Đặc biệt là trong tình hình lao động hiện nay, nguồn lao động có tay nghề trong
ngành cơ khí đang thiếu hụt trầm trọng. Chính vì điều này mà hiện nay vấn đề đặt ra
là: để phát triển ngành sản suất cơ khí trong nước thì việc trang bị các máy móc tự
động phục vụ một phần cho cơng việc trong q trình sản xuất là vơ cùng quan trọng.
- Việc sử dụng sản phẩm trong nước như vậy sẽ làm cho các ngành sản xuất, gia
cơng cơ khí trong nước phát triển, mặt khác nó cịn nhằm mục đích hưởng ứng cuộc
vận động sử dụng hàng sản xuất trong nước.
- Ngồi các lý do như trên thì việc thiết kế, chế tạo và sử dụng thiết bị khắc CNC
còn là tiền đề cho việc phát triển lĩnh vức cơ khí tự động hóa trong sản xuất. Hưởng
ứng phong trào thiết kế máy CNC phục vụ trong nước của nước ta.

1.1.2 Khái niệm máy CNC
- CNC là viết tắt của các từ Computer Numerical Control, xuất hiện vào khoảng
đầu thập niên 1970 khi máy tính bắt đầu được dùng ở các hệ điều khiển máy công cụ
thay cho NC (Numerical Control: Điều khiển số ). CNC đề cập đến việc điều khiển
bằng máy tính các máy móc với mục đích sản xuất ( có tính lặp lại) các bộ phận kim
khí (hay các vật liệu khác) phức tạp, bằng cách sử dụng các chương trình viết bằng
ký hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D, thường gọi mã G. CNC được phát
triển cuối thập niên 1940 đầu thập niên 1950 ở trong phịng thí nghiệm
Servomechanism của trường MIT. Trước khoảng thời gian này, các chương trình NC
thường phải được mã hoá và xử lý trên các băng đục lỗ, hệ điều khiển các trục máy
chuyển động. Cách này đã cho thâý nhiều bất tiện, chẳng hạn khi sửa chữa, hiệu

2

chỉnh chương trình, băng chóng mịn, khó lưu trữ, truyền tải, dung lượng bé...Hệ

điều khiển CNC khắc phục các nhược điểm trên nhờ khả năng điều khiển máy bằng
cách đọc hàng loạt ngàn bit thông tin được lưu trữ trong bộ nhớ, cho phép giao tiếp,
truyền tải và xử lý, điều khiển các q trình một cách nhanh chóng, chính xác.

Hình 1.1 Máy CNC dùng trong cơng nghiệp.
- Sự xuất hiện của các máy CNC đã nhanh chóng thay đổi việc sản xuất công
nghiệp. Các đường cong được thực hiện dễ dàng như đường thẳng, các cấu trúc phức
tạp 3 chiều cũng dễ dàng thực hiện, và một lượng lớn các thao tác do con người thực
hiện được giảm thiểu. Việc gia tăng tự động hóa trong quá trình sản xuất với máy
CNC tạo nên sự phát triển đáng kể về chính xác và chất lượng. Kỹ thuật tự động của
CNC giảm thiểu các sai sót và giúp người thao tác có thời gian cho các cơng việc
khác. Ngồi ra cịn cho phép linh hoạt trong thao tác các sản phẩm và thời gian cần
thiết cho thay đổi máy móc để sản xuất các linh kiện khác. Trong môi trường sản
xuất, với nhiều loại máy CNC được ra đời nhầm đáp ứng nhu cầu của thị trường và
trong đó có máy khắc gỗ CNC, nhầm đáp ứng về việc gia cơng gỗ một cách hiệu quả
và chính xác.

3

Hình 1.2 Máy khắc gỗ CNC trong công nghiệp

1.1.3 Mục đích nghiên cứu:
Với đề tài “KHAI THÁC PHẦN MỀM MÃ NGUỒN MỞ GRBL TRONG MÔ PHỎNG
GIA CÔNG CNC HỖ TRỢ GIẢNG DẠY THỰC HÀNH” người nghiên cứu thể hiện với các
mục đích sau:
- Đổi mới cơng nghệ, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm khắc trong việc
gia công tự động tạo ưu thế cho nhu cầu của con người được nâng cao.
- Nghiên cứu tính toán, thiết kế và chế tạo theo hướng đơn giản hóa các kết cấu, thu
nhỏ các kích thước của những máy để tạo thành một máy mới có giá thành hạ, kết
cấu đơn giản, dễ vận hành, dễ thao tác và di chuyển từ nơi làm việc này đến nơi làm

việc khác. Loại máy cắt này có kết cấu tương tự như thiết bị cắt tự hành nhưng có thể
di chuyển đầu cắt đến tọa độ bất kì trong mặt phẳng cắt để tạo thành các hình dạng
sản phẩm cần cắt khác nhau. Với khả năng cắt tự động, sử dụng như là một máy
phay CNC có thể được đặt trực tiếp lên trên vật liệu cắt (tấm lớn…).
- Ngôn ngữ sử dụng để điều khiển hệ thống là tiếng Tiếng Việt, giao diện đẹp mắt,
hoạt động rất đơn giản và thuận tiện, có sẵn thư viện để cắt các hình cơ bản như
vng, trịn, chữ nhật, hoa văn, hình ảnh nghệ thuật (người, xe, con vật, hoa, cây
cối….) mà không cần lập trình. Ưu điểm của máy là bộ nhớ xử lý lớn có thể gia cơng
những chi tiết phức tạp (file có dung lượng lớn).
- Hình dáng của mẫu cắt có thể vẽ trên phần mềm Auto CAD đơn giản, hiệu quả và
dễ sử dụng. Chuyển qua phần mềm MastercamX xuất sang dạng Gcode.
- Ngồi ra phần mềm cịn hỗ trợ phần mềm Lazy Cam chuyên dùng cho cắt tấm vật
liệu (đọc được file DXF và một số file hỗ trợ CAM).
- Góp phần phát triển ngành công nghệ tự động của nước nhà.
1.1.4 Phân loại máy CNC
- Các máy CNC có thể phân chia theo loại và theo hệ thống điều khiển:

4

- Theo loại máy cũng tương tự như các máy công cụ truyền thống, chia ra các loại
như máy khoan CNC, máy phay CNC, máy tiện CNC…và các trung tâm gia cơng
CNC. Các trung tâm CNC có khả năng thực hiện gia công nhiều loại bề mặt và sử
dụng nhiều loại dụng cụ khác nhau.
- Phân chia theo hệ điều khiển có thể phân ra các loại:
 Các máy điều khiển điểm tới điểm.
 Ví dụ như máy khoan, khoét, máy hàn điểm, máy đột, dập…
 Các máy điều khiển đoạn thẳng: đó là các máy có khả năng gia cơng trong qua
trình thực hiện dịch chuyển theo các trục.
 Các máy điều khiển đường: bao gồm các máy.
 Máy 2D.

 Máy 3D.
 Điều khiển 2D1/2.
 Điều khiển 4D, 5D.
1.2 Tổng quan về máy CNC trong và ngồi nước.
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước
- Các chủng loại máy thuộc máy CNC:
 Máy công cụ tự động CNC được coi là các loại “máy cái” mà công dụng chính là
dùng để tạo ra các loại máy móc thiết bị, dây chuyền sản xuất để phục vụ tất cả các
ngành cơng nghiệp khác.
- Có thể phân loại các máy CNC như sau:
 Các máy CNC dùng để cắt gọt kim loại bằng dụng cụ cắt (theo công nghệ truyền
thống): máy phay CNC, máy tiện CNC, các trung tâm tiện và phay CNC, máy mài
CNC.
 Các máy CNC dùng để gia công theo công nghệ phi truyền thống: máy xung tia
lửa điện, máy cắt dây tia lửa điện, máy cắt bằng Plasma, cắt bằng Laser, máy tạo
mẫu nhanh RP.
 Các máy CNC dùng để gia công biến dạng bằng áp lực: máy đột tự động theo
chương trình, máy cán, máy ép, máy dập điều khiển số.
 Các máy CNC chuyên dụng phục vụ cho các ngành công nghiệp sản xuất hàng
loạt hoặc đặc biệt: sản xuất phụ tùng ô tô, đồ tiêu dùng, sản xuất vũ khí, hố chất độc
hại,…
 Các lĩnh vực ứng dụng của máy CNC và các sản phẩm do máy CNC tạo ra: - Máy
CNC dùng để chế tạo ra các máy móc, thiết bị và dây chuyền sản xuất phục vụ toàn
bộ các ngành kinh tế khác như: cơng nghiệp nặng (đóng tàu, khai thác mỏ, điện, dầu
khí, thiết bị vận chuyển như ơ tơ, tàu hoả,…), cơng nghiệp nhẹ (dệt may, đóng giày,
thực phẩm,…), cơng nghiệp quốc phịng (dây chuyền sản xuất vũ khí, thuốc nổ,…)
1.2.2 Các máy móc và sản phẩm tương tự
- Máy phay, máy tiện trong công nghiệp
- Máy điêu khắc gỗ CNC 3 trục, 4 trục, 5 trục, máy tiện.
- Máy khắc tia laser.

- Máy in 3D.

5

Hình 1.3 Mơ hình máy khắc CNC

- Trước đây, “máy cắt kim loại hay khắc gỗ” chỉ giải quyết những đường cắt theo
quy luật: trịn đều, hình elip, đường thẳng, đường cong. Cịn những đường phức tạp
thì khơng thể gia cơng, cịn nếu gia cơng bằng sức người để ra một sản phẩm đẹp thì
tốn rất nhiều thời gian. Với những địi hỏi của cơng nghệ, để đáp ứng được nhu cầu
của thị trường, máy khắc CNC là bước đột phá mới để giải quyết những vấn đề đó.
- Với máy khắc CNC khơng chỉ giải quyết được những khó khăn của cơ khí, mà nó
cịn đáp ứng được nhũng khó khăn của các ngành nghề khác và đặc biệt là CNC ln
đạt được độ chính xác rất cao. Nên được mọi người biết đến như một cổ máy giải
quyết khó khăn trong gia cơng.... Thấy được tầm quan trọng đó, nên chúng tơi đã ra
sức tìm hiểu và cố gắng nghiên cứu phần mềm miễn phí để hỗ trợ việc gia cơng tự
động đáp ứng một phần nào đó của công nghệ hiện nay.
 Ưu điểm của máy phần mềm:
- Được hỗ trợ miễn phí.
- Thích hợp cho việc giảng dạy thực hành vì đây là phần mềm ảo của máy CNC.
- Cài đặt tại máy tính đễ dàng để mô phỏng cắt trước khi gia công thực tránh được
sai sót.
 Nhược điểm:
- Phần mềm miễn phí nên một số chức năng mở rộng bị hạn chế..
1.2.4 Các đặc trưng của phần mềm
 Tính năng tự động cao: Dùng cho các máy khắc CNC có năng suất cắt gọt cao
và giảm được tối đa thời gian phụ, do mức độ tự động được nâng cao. Tuỳ từng mức
độ tự động, máy khắc CNC có thể thực hiện cùng một lúc nhiều chuyển động khác
nhau, có thể tự động thay dao, hiệu chỉnh sai số dao cụ, tự động kiểm tra kích thước
chi tiết và qua đó tự động hiệu chỉnh sai lệch vị trí tương đối giữa dao và chi tiết, tự

động tưới nguội, tự động hút phoi ra khỏi khu vực cắt …
 Tính năng linh hoạt cao: Chương trình có thể thay đổi dễ dàng và nhanh
chóng, thích ứng với các loại chi tiết khác nhau. Do đó rút ngắn được thời gian phụ
và thời gian chuẩn bị sản xuất, tạo điều kiện thuận lơi cho việc tự động hóa sản xuất

6

hàng loạt nhỏ. Bất cứ lúc nào cũng có thể sản xuất nhanh chóng những chi tiết đã có
chương trình. Vì thế, khơng cần phải sản xuất chi tiết dự trữ, mà chỉ giữ lấy chương
trình của chi tiết đó. Lập được chương trình gia cơng những chi tiết nhỏ, vừa, phản
ứng một cách linh hoạt khi nhiệm vụ công nghệ thay đổi và điều quan trọng nhất là
việc lập trình gia cơng và mơ phỏng có thể thực hiện ngồi máy, trong các văn
phịng có sự hỗ trợ của kỹ thuật tin học thơng qua cácthiết bị vi tính, vi sử lý …
 Tính năng chính xác, đảm bảo chất lượng cao: Giảm được hư hỏng do sai
sót của con người. Đồng thời cũng giảm được cường độ chú ý của con người khi làm
việc. Có khả năng gia cơng chính xác hàng loạt. Độ chính xác lặp lại, đặc trưng cho
mức độ ổn định trong suốt quá trình gia công là điểm ưu việt tuyệt đối của phần mềm
gia công ảo CNC.
 Gia công biên dạng phức tạp: Phần mềm hỗ trợ gia công ảo cho các máy khắc
CNC là máy duy nhất có thể gia cơng chính xác và nhanh các chi tiết có hình dáng
phức tạp như các bề mặt 3 chiều.
1.2.5 Ứng dụng
- Được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực của ngành điêu khắc tên gỗ, làm logô.
- Gia công các chi tiết phức tạp cần độ chính xác cao.
1.2.6 Hướng giải quyết
- Sử dụng phần mềm Proenginer hoặc SolidWorks để vẽ từng chi tiết sau đó lắp ráp
lại.
- Nghiên cứu kết cấu của các loại máy CNC trên thị trường có tính năng tương tự,
cải tiến những khuyết điểm.
- Dùng phần mềm gia công ảo kết nối các phần mềm thiết kế với máy gia công thực

sau khi gia công ảo.
- Phương pháp thực nghiệm: Lắp ráp và thí nghiệm các mạch điều khiển động cơ

stepper, Bộ điều khiển chính, cổng truyền thơng nối tiếp với file hình vẽ trên
SolidWorks, gia cơng toàn bộ các chi tiết và lắp ráp hoàn chỉnh mơ hình máy
khắc CNC.
- Sử dụng bộ điều khiển để điều khiển máy dịch chuyển theo phương X Y và Z.
- Lập trình gia cơng chạy thử.

CHƯƠNG 2:
TỔNG QUAN VỀ CNC CAD/CAM/CNC

2.1 Tổng quan về kỹ thuật điều khiển số.
2.1.1 Các định nghĩa cơ bản về điều khiển số
2.1.1.1 Điều khiển số
- Điều khiển số (Numerical Control) là một quá trình tự động điều khiển các hoạt
động của máy dựa trên cơ sở các dữ liệu được mã hóa đặc biệt tạo nên một chương
trình làm việc của thiết bị hay hệ thống.

7

2.1.1.2 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 là thơng tin cung cấp bởi mã nhị phân. Nó được biểu diễn dưới dạng mã
số hoặc ký tự. Đây là thơng tin cần thiết để tạo ra một chương trình gọi là chương
trình gia cơng.
- Có hai loại hệ thống điều khiển: Hệ thống điều khiển kín và hệ thống điều khiển
hở.


a. Hệ thống điều khiển hở:

1. Bộ đọc 2. Bộ giải mã

3. Bộ khuếch đại 4. Bàn máy

M. động cơ

Hình 2.1-Hệ thống điều khiển số vịng hở

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 so với biến ra.
- Khơng có cảm biến và bộ so sánh. Do đó muốn đảm bảo chính xác cho biến ra của
cơ cấu chấp hành thì cần phải có u cầu cao về độ chính xác của cơ cấu truyền
động.
- Cấu trúc đơn giản và giá thành thấp.

b. Hệ thống điều khiển kín:

8

1. Bộ đọc 2. Bộ giải mã

3. Bộ khuếch đại 4. Bàn máy

5. Cảm biến đo vị trí M. động cơ

Hình 2.2- Hệ thống điều khiển số vịng kín


Đặc điểm của hệ thống điều khiển số vịng kín 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 hệ thống điều khiển số hiện nay là hệ thống kín. Các hoạt động
điều khiển được vận hành qua các sai lệch giữa biến vào và ra.

c. Cấu trúc từng phần của hệ thống điều khiển số:

9

Hình 2.3-cấu trúc từng phần của hệ thống điều khiển số
Gồm 6 thành phần chính:
 Chương trình gia cơng (part programe): bao gồm các chỉ thị đã được mã hóa.
 Hệ điều khiển máy (machine control unit - MCU) được chia làm 2 thành phần:
- Đơn vị xử lý dữ liệu (data processing unit – DPU): thực hiện chức năng đọc mã
lệnh từ thiết bị nhập dữ liệu, xử lý mã lệnh (giải mã), truyền dữ liệu cho CLU.
- Mạch điều khiển (control loop unit – CLU): thực hiện các chức năng nội suy
chuyển động trên cơ sở các tín hiệu nhận được từ DPU, xuất các tín hiệu điều khiển,
nhận các tín hiệu phản hồi, điều khiển các thiết bị phụ trợ.
3. Thiết bị đọc chương trình (programe unit).
4. Hệ thống truyền động (drive system): dùng động cơ một chiều hoặc xoay chiều,
các bộ truyền cơ khí.
5. Máy cơng cụ.
6. Hệ thống phản hồi (feedback system): gồm 2 thành phần:
- Bộ so sánh: so sánh giá trị thực của biến ra để chấp hành giá trị với biến vào của hệ
điều khiển, sai lệch này có thể biến thành tín hiệu điều khiển.
- Cảm biến: dùng để đo giá trị thực của biến ra sau đó cung cấp cho bộ so sánh dưới
dạng tín hiệu, thường là tín hiệu điện.


1.1.1.3 Máy

10

Hiểu theo nghĩa rộng bao gồm: các máy cắt kim loại, robot, băng tải vận chuyển
phôi liệu hoặc chi tiết gia công.
1.1.1.4 Dữ liệu số đã được mã hóa

Gồm các chữ số, số thập phân, các chữ cái và một số ký tự đặc biệt.
1.1.1.5 Các chữ số và ký tự

Đó là đại diện cho các đặc tính gia cơng như kích thước của chi tiết, các dụng cụ
được yêu cầu, dung dịch trơn nguội, tốc độ vịng quay trục chính, tốc độ chạy dao và
được tổ hợp thành câu lệnh.
1.1.1.6 Dữ liệu đầu vào

Các thông tin hình học: là hệ thống thơng tin điều khiển các chuyển động tương
đối giữa dao và chi tiết, liên quan trực tiếp đến quá trình tạo hình bề mặt (dịch
chuyển dụng cụ).

Các thông tin công nghệ: là hệ thống thông tin điều khiển các chức năng vận hành
của máy như đóng mở trục chính lựa chọn chiều sâu cắt, tốc độ chạy dao, số vịng
quay trục chính.
2.1.2. Phương pháp truyền thông tin đầu vào

Những thông tin cần thiết để gia công một chi tiết nào đó được tập hợp một cách
hệ thống thành chương trình gia cơng chi tiết và có thể:

 Thơng qua các vật mang tin như băng đục lỗ.


 Được soạn thảo và lưu trữ trong vật mang tin (băng từ, đĩa từ hoặc đĩa CD, USB,
thẻ nhớ) và được đưa vào hệ điều khiển thông qua cửa nạp tương thích.

 Được đưa vào hệ điều khiển số thông qua các nút bấm bằng tay trên bảng điều
khiển.
 Được chuyển tiếp từ bộ nhớ của máy tính điều hành chủ sang hệ điều khiển số
của từng trạm gia công.

2.1.3. Ưu nhược điểm của máy điều khiển số
 Có thể bỏ qua các chi tiết mẫu để chép hình.
 Chương trình gia cơng có thể thay đổi dễ dàng và nhanh chóng nhằm giảm thời
gian chuẩn bị sản xuất, tạo điều kiện cho việc sản xuất hàng loạt nhỏ.
 Có thể sản xuất chi tiết đã có chương trình. Vì vậy không cần phải dự trữ chi tiết
mà chỉ cần lưu chương trình của chi tiết.
 Giảm hư hỏng do sai sót của con người, cải thiện tốc độ gia công và khả năng tận
dụng máy.
- Dễ dàng điều khiển tập trung tồn bộ q trình sản xuất của phân xưởng.
- Nhược điểm của máy NC là hệ thống điều khiển phức tạp, giá thành đắt. Để khắc
phục nhược điểm này hiện nay người ta chế tạo những máy NC có mức độ tự động
thấp hơn, độ chính xác vừa phải nhưng hồn toàn đáp ứng phần lớn các nhu cầu của
ngành chế tạo máy.
2.2.4 Phân loại hệ thống điều khiển trong máy công cụ điều khiển số
2.2.4.1 Phân loại theo dạng điều khiển

a. Điều khiển theo vị trí
- Điều khiển theo vị trí hay còn gọi là hệ điều khiển điểm - điểm. Chức năng chính
của hệ điều khiển này là chuyển động nhanh dụng cụ từ vị trí này đến vị trí khác đã

11


được định trước với độ chính xác cao. Hệ điều khiển này thường dùng trong các máy
khoan, đục lỗ, doa, hàn điểm…
- Để thực hiện dịch chuyển dụng cụ từ điểm này đến điểm khác tiếp theo, ta có thể
có các cách như sau:
- Chuyển động của dụng cụ song song với trục của hệ tọa độ

hình 2.4- Hai phương án chuyển động dụng cụ song song với hệ tục tọa độ
- Chuyển động của dụng cụ nghiêng góc 45o

12

Hình 2.5- phương án chuyển động dụng cụ nghiêng góc 45o
 Chuyển động dụng cụ theo đường thẳng

Hình 2.6- phương án chuyển động dụng cụ theo đường thẳng
 Để có thể dịch chuyển dụng cụ theo một đường thẳng bất kỳ ta cần dùng đến thuật
toán nội suy thẳng. Thuật toán nội suy bao gồm nội suy thẳng và nội suy trịn, có rất
nhiều phương pháp để thực hiện thuật toán này như phương pháp hàm đánh giá hay
phương pháp tích phân số… mỗi phương pháp ta có thể thực hiện bằng cả hai cách là
phần cứng và phần mềm. Vấn đề nội suy sẽ được trình bày ở những chương sau
b. Đường dẫn dụng cụ liên tục

13

 Kiểu dẫn đường dẫn liên tục là kiểu mà quá trình chuyển động dụng cụ từ điểm
này đến điểm tiếp theo đồng thời với q trình gia cơng. Hệ điều khiển dụng cụ liên
tục còn gọi là hệ contour.
 Với cách điều khiển đường dẫn dụng cụ liên tục, tất cả các trục đồng thời chuyển
động nhưng tốc độ khác nhau.

2.2.4.2 Phân loại theo cấu trúc điều khiển
 Theo cấu trúc điều khiển ta có thể chia thành hai hệ: NC và CNC
 Hệ NC thực hiện các hàm chức năng cơ bản bằng các mạch điện tử, muốn thay
đổi cấu trúc điều khiển thì phải thiết kế lại mạch khác, do đó hệ điều khiển NC được
gọi là hệ điều khiển kín. Tín hiệu điều khiển trong hệ NC là xung điện áp.
 Hệ CNC sử dụng một máy tính để điều khiển máy, các hàm chức năng của máy có
thể được lập trình lại bằng những phần mềm chuyên dụng, khi cần thay đổi cấu trúc
điều khiển chỉ cần thay đổi chương trình, do đó hệ thống CNC mang tính linh hoạt
rất cao và nó là một tế bào không thể thiếu trong hệ thống sản xuất linh hoạt
2.2.4.3 Phân loại kiểu điều khiển
a. Hệ điều khiển hở:
 Hệ điều khiển hở là hệ khơng có mạch phản hồi và kết quả hoạt động của hệ
không được kiểm sốt. Ví dụ hệ thống điều khiển hở sử dụng động cơ bước:

Hình 2.7- Sơ đồ khối hệ điều khiển hở dùng động cơ bước.
b. Hệ thống điều khiển kín
 Hệ thống điều khiển kín là hệ thống có mạch phản hồi. Hệ thống phản hồi dùng để
đo vị trí và tốc độ thực tế của trục và so sánh chúng với tốc độ và vị trí yêu cầu. Sự
khác nhau giữa giá trị thực và giá trị yêu cầu là sai số, sai số này tác động lên hệ

14

thống điều khiển làm cho hệ thống điều khiển tự điều chỉnh lại tín hiệu ở ngõ ra theo
hướng sao cho sai số đó giảm xuống.

Hình 2.8-Sơ đồ khối hệ điều khiển kín

CHƯƠNG 3
PHẦN MỀM THIẾT KẾ CAD/CAM MASTERCAM


3.1 Giới thiệu về Mastercam.
Mastercam là tổ hợp của phần mềm CAD/CAM, nó cho phép thiết lập các bản vẽ

kỹ thuật, tạo hình dạng 3 chiều của chi tiết, lập chương trình điều khiển chạy dao,

15

mơ phỏng q trình gia cơng cắt gọt, và chuyển mã chương trình NC điều khiển
hoạt động cắt gọt trên máy công cụ CNC. Phần mềm Mastercam bao gồm các mô
đun sau:

+ Mô đun Mastercam Design.

+ Mô đun Mastercam Mill.

+ Mô đun Mastercam Wire.

+ Mô đun Mastercam Router.

+ Mô đun Mastercam Lathe.

Sử dụng mô đun Mastercam Design, chúng ta có thể thiết lập chính xác các bản vẽ
kỹ thuật, tạo hình vẽ 3 chiều của vật thể, đặt vật thể đã vẽ ở những góc độ khác
nhau để quan sát kỹ hình dạng của nó. Mơ đun Mastercam Lathe và mơ đun
Mastercam Wire cho phép lập chương trình điều khiển q trình gia cơng một sản
phẩm trên máy tiện CNC và máy cắt dây CNC. Sau khi vẽ vật thể, chọn máy, dao,
chế độ cắt, đường chạy dao, Mastercam sẽ giúp chúng ta tự động viết chương trình
gia cơng vật thể. Phần mềm này cũng có thể mơ phỏng q trình gia cơng trên máy
tính, cho phép chúng ta quan sát tồn bộ q trình gia cơng, từ khi bắt đầu cho đến
khi kết thúc.


3.2. Giao diện chính của Mastercam X.
Giao diện chính của Mastercam X như hình 3.1. Để truy nhập vào giao diện chính
ta khởi động chương trình Mastercam bằng cách pick chọn Start > All programs >
Mastercam X4 > Mastercam X4 hoặc từ màn hình Desktop pick chuột vào biểu
tượng Mastercam X thì giao diện chính của Mastercam sẽ xuất hiện.

Menu chính Toolbar

Menu quản lý Vùng đồ họa
nguyên công Menu phụ

Trên giao diện chính Mastercam X gồm có thanh cơng cụ Toolbar và các Menu
chính (hình 3.2), MHenìunhqu3ả.1n:lGý inagoudyiêệnnccơhníngh(hMìnahst3e.r4c)a,mMXenu phụ (hình 3.3) và
vùng đồ họa. Thanh công cụ Toolbar bao gồm các ô nhỏ (nút) nằm trên đỉnh của
màn hình Mastercam X. Những ơ nhỏ này là các biểu tượng để ký hiệu chức năng
của lệnh, và được mặc định sẵn trong chương trình Mastercam.

16

Hình 1.2. Cơng cụ toolbar

Hình 3.2. Thanh cơng cụ và Các menu chính

Hình 3.3. Các menu phụ
Để biết chức năng của
các nút trên Toolbar, ta di
chuyển con trỏ chuột tới
các vị trí nút trên thanh và
để yên con trỏ trên nút một

vài giây thì Mastercam sẽ
hiển thị tên thể hiện tính
năng của nút đó.

Hình 3.4. Menu quản lý ngun cơng
3.3. Các Menu chính của Mastercam.

STT Thành phần menu chính Chức năng

1 File Dùng để tạo mới bản vẽ, lưu các tập tin, tìm kiếm, thay đổi, kết
2 Edit nối, tiếp nhận dữ liệu đồ họa từ các phần mềm khác như
3 View Pro/Engineer, AutoCAD, Solid Work…
4 Analyze Sao chép, chỉnh sửa đối tượng hình học trên màn hình, gồm
các lệnh: fillet, trim, break và join
5 Create
Lệnh phóng to thu nhỏ theo các kiểu... (Zoom window, Zoom
6 Solids target, Zoom in/out..........)

Kiểm tra tất cả các thông tin của chi tiết thiết kế gồm: point,
contour, only, between pts, angle, dynamic, area/volume,
number, chain, surface.
Chức năng dùng để tạo mới đối tượng hình học trong quá trình
thiết kế, bao gồm các lệnh: Point, Line, Arc, Fillet, Spline,
Curve, Surface, Rectangle, Drafting, Chamfer, Latters, Pattern,
Ellipse, Polygon, Bound.box.
Tạo vật thể hình khối với các lệnh sau: Extrude, Revolve,
Sweep, Loft, Fillet, Chamfer, Shell, Boolean, Solids mgr,
Trim, Draft faces.

17


7 Xform Sao chép, thay đổi đối tượng hình học với các lệnh sau:
Mirror, Rotate, Scale, Translate, Offset, Roll, Stretch…
8 Machine Type Lựa chọn các mơi trường làm việc chính cho Mastercam: Mill,
9 Toolpaths Lathe, Router, Wire, Design
Cho phép lựa chọn các phương pháp chạy dao gia công.
10 Screen Thiết lập các thông số liên quan đến giao diện chương trình,
cấu hình hệ thống, cài đặt màu nền...
11 Art Truy nhập môi trường hỗ trợ lập trình gia cơng điêu khắc.
12 Settings Cài đặt thông số mặc định cho Mastercam
13 Help Trợ giúp khi sử dụng Mastercam

3.4. Các Menu phụ của Mastercam.

STT Thành phần menu phụ Chức năng

1 Thể hiện đối tượng ở dạng 2D, 3D, các mặt

phẳng vẽ chính, các góc nhìn chính cho đối

tượng thiết kế.

2 Nút này dùng để thay đổi chiều sâu so với mặc định theo hướng trục Z, giá trị thay đổi

có thể được nhập vào từ bàn phím.

Dùng để cài đặt hệ thống màu hiện hành cho

các đối tượng sẽ được tạo ra trong quá trình


thiết kế hay thay đổi màu sắc của các đường

nét, mặt phẳng khác nhau sau khi vẽ từ

3 chương trình Mastercam hoặc converter đối

tượng hình học được xây dựng ở các phần

mềm đồ học khác. Ở chương trình

Mastercam có chứa hai bảng màu từ hệ

thống màu được chọn, đó là bảng 16 màu và

bảng 256 màu.

Cài đặt hệ thống lớp vẽ dùng để lưu trữ các

hình vẽ được tạo ra từ chương trình

4 Mastercam hoặc từ các chương trình đồ họa

khác. Chức năng này hỗ trợ chúng ta kiểm

soát các lớp vẽ, hiệu chỉnh hình dạng hình

học trong quá trình thiết kế, ta có thể thiết

lập 255 lớp trong Mastercam.


Lựa chọn các loại đường nét vẽ (Line Style)

5 như: Solid, Hidden, Center, Phantom,

Zbreak và cho phép bạn lựa chọn bề rộng

nét vẽ (Line Width).

18

6 Lựa chọn mặt phẳng chính để dựng đối
tượng hình học: Top, Front, Back, Bottom,
7 Right, Left, Iso.

3.5. Các phím tắt. Tạo nhóm kết hợp nhiều đối tượng lại với
nhau, lúc này nhóm kết hợp sẽ mang tính
STT Các phím tắt chất như một đối tượng đơn.

1 Alt+0 Chức năng phím tắt
2 Alt+1
Cài đặt chiều sâu theo phương Z.
3 Alt+2
Cài đặt màu chính.
4 Alt+3, Alt+4
Mở hộp thoại Level Manager.
5 Alt+5
Chọn mặt phẳng phác thảo, chức năng này chỉ
6 Alt+6 dùng cho Mastercam Mill, Mastercam Lathe,
Mastercam Wire, Mastercam Router.
7 Alt+A

8 Alt+B Lựa chọn mặt phẳng vẽ Cplane (hình chiếu cạnh
9 Alt+C bên phải, mặt YOZ), định dạng mặt phẳng xây
dựng hình vẽ.
10 Alt+D Lựa chọn mặt phẳng vẽ Cplane (hình chiếu cạnh
bên trái, mặt YOZ), định dạng mặt phẳng xây
11 Alt+E dựng hình vẽ.
12 Alt+F
13 Alt+G Mở cửa sổ Autosave.
14 Alt+H
Ẩn/hiện thanh toolbar.
15 Alt+J
Mở tập tin đã được lưu trong chương trình.

Mở cửa sổ cài đặt thơng số tồn cục (Drafting
Globals), cài đặt font chữ, phương pháp ghi kích
thước, dung sai...

Gọi thực đơn Edit.

Gọi thực đơn File.

Mở cửa sổ selection grid parameters để tạo lưới
vẽ.
Mở cửa sổ trợ giúp trực tuyến.

Mở cửa sổ cài đặt kích thước phơi (job setup),
tính năng này chỉ có hiệu lực khi bạn đang sử
dụng Mastercam Mill, Mastercam Lathe,
Mastercam Wire, Mastercam Router.


19

16 Alt+L Mở menu line style để cài đặt các dạng đường nét
17 Alt+M hiện hành.
18 Alt+O
Mở menu Machine type.
19 Alt+P
20 Alt+S Mở hộp thoại Operation Manager quản lý nguyên
21 Alt+U công.

22 Alt+V Thay đổi chế độ quan sát màn hình đồ họa ở dạng
23 Alt+Z 2D hay 3D.
24 Alt+F8 Tơ bóng khối xây dựng 3D (Shading).

25 Alt+F9 Khôi phục thao tác mà bạn vừa mới thực hiện
trước đó.
26 F1
27 F2 Hiển thị phiên bản phần mềm và dãy số Sim ở
28 F3 dòng khai báo lệnh.
29 F4 Mở menu Level Manager.
30 F5
31 F6 Kích hoạt cửa sổ Screen Configure.
32 F7
33 F9 Thể hiện tất cả các hệ trục tọa độ, điểm nhìn hiện
34 Page Up hành (ở giữa), các trục Cplane hiện hành (góc
35 Page Down trái), các trục tọa độ Tool Plane hiện hành (góc
36 ESC phải).
Sử dụng chức năng zoom window để phóng to
một phần hình vẽ.
Thu nhỏ kích thước trên màn hình.


Làm sạch hình vẽ (Repaint).

Mở menu phân tích tính chất đối tượng hình học
(Analyze).

Mở menu Delete.

Mở menu File.

Mở menu Modify.

Hiện hay ẩn hệ trục tọa độ OXYZ.

Phóng to màn hình lên 5%.

Thu nhỏ màn hình xuống 5%.

Thay cho chức năng Backup lùi về menu chính.

3.6. Cài đặt cấu hình chính.
Do nhu cầu sử dụng và sở thích của từng người, nên Mastercam cho phép bạn

thiết lập một số mặc định ban đầu khi sử dụng Mastercam. Để thực hiện việc cài đặt
cấu hình ban đầu bạn phải gọi thực đơn System Configuration bằng cách pick chuột

20