TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC

Chương 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ LẬP TRÌNH
GIA CÔNG TRÊN MÁY CÔNG CỤ CNC
1.1. Khái niệm về lập trình NC cho máy công cụ CNC
Trên các máy CNC quá trình gia công được thực hiện một cách tự động. Hệ
thống điều khiển số sẽ điều khiển quá trình gia công theo một chương trình đã lập sẵn.
Quá trình hình thành chương trình NC được hiểu như sau: Từ bản vẽ thiết kế
người lập trình có những thông tin về hình học để tính toán sắp xếp các lệnh điều
khiển theo trình tự nhất định. Đồng thời người lập trình phải cung cấp các thông tin
công nghệ để hình thành chương trình NC. Như vậy chương trình NC chứa toàn bộ các
thông tin về hình học và thông tin công nghệ của quá trình gia công.
Trên cơ sở phân tích trên ta có thể định nghĩa lập trình NC như sau: Quá trình
thiết lập các lệnh cho dụng cụ cắt trên cơ sở bản vẽ chi tiết và các thông tin công nghệ
rồi chuyển các thông tin này sang bộ phận mang dữ liệu được mã hoá và sắp xếp theo
dạng mà máy có thể hiểu được gọi là lập trình.
1.2. Vị trí của chương trình NC trong sản xuất
Vị trí của chương trình NC trong chuẩn bị sản xuất
Trong quá trình chuẩn bị sản xuất, chương trình NC có một vị trí quan trong
được thể hiện bằng sơ đồ sau:

Thiết kế

Chuẩn bị công nghệ

Máy công cụ CNC

Lập trình NC

Chương trình NC

Hình 5.1 – Vị trí của chương trình NC trong chuẩn bị sản xuất

Lý Ngọc Quyết

1


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

1.2.1.

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC

Vị trí của chương trình NC trong hệ thống CIM

Hình 5.2 – Vị trí của chương trình NC trong hệ thống CIM
CIM = Computer integrated Manufacturing
CIM = (Hệ thống sản xuất với sự tích hợp của máy tính).

Lý Ngọc Quyết

2


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC


1.2.2. Sơ đồ khối của chương trình NC
Các thông số hình học

Các thông số công nghệ

- Biên dạng của chi tiết g/c
- Các phần tử tạo dáng
- Các lỗ và hệ lỗ
- Các cung tròn, rãnh thoát

Câu

Các thông tin đường

N

G

X

Y

Lưu chương trình
vào băng đột lỗ

- Các thông số về dao
- Vận tốc cắt
- Lượng chạy dao
- Số vòng quay trục chính


Các thông tin công nghệ
Z

I

J

K

Tạo tệp tin và tải
chương trình qua máy

F

S

Máy công cụ NC
Máy công cụ CNC
Hình 5.3 – Sơ đồ khối của chương trình NC (Theo DIN 66025)

3

M

Nhập chương trình
vào máy

Điều khiển NC
Điều khiển CNC


Lý Ngọc Quyết

T


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC

1.3. Quỹ đạo gia công
Khi gia công dao và chi tiết chuyển động tương đối với nhau. Tuy nhiên khi lập
trình gia công người ta quy ước dụng cụ chuyển động tương đối so với hệ thống toạ độ
còn chi tiết đứng im

1

1

2

2

Hình 5.4 – Sơ đồ quỹ đạo tâm dao
1- Đường viền (contour); 2 – Quỹ đạo chuyển động của tâm dao

Lý Ngọc Quyết

4



TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC

1.4. Cách ghi kích thước cho chi tiết gia công
Để lập trình gia công trên máy CNC thì các kích thước của chi tiết gia công
được ghi theo hệ toạ độ đề các. Có hai cách ghi kích thước cho chi tiết gia công trên
bản vẽ:
- Ghi kích thước tuyệt đối
- Ghi kích thước tương đối.
a. Ghi kích thước tuyệt đối
Theo cách ghi này tất cả các kích thước đều xuất phát từ gốc toạ độ chi tiết (W).

Hình 5.5 – Ghi kích thước theo phương pháp tuyệt đối
b. Ghi kích thước tương đối

Hình 5.6 – Ghi kích thước theo phương pháp tương đối
Theo cách ghi này tất cả các kích thước được xuất phát từ gốc toạ độ chi tiết
tạm thời. Gốc toạ độ chi tiết tạm thời sẽ được lấy theo điểm vừa xác định liền ngay
trước điểm ta cần xác định. Trong thực tiễn nếu ta ghi kích thước theo phương pháp
này thì nó ảnh hưởng đến kết quả gia công (sai số chuẩn).
Trong thực tế lập trình căn cứ vào cách ghi kích thước mà người ta có thể lập
trình tuyệt đối hoặc lập trình tương đối. Trong một chương trình NC có thể sử dụng
đồng thời cả hai cách lập trình tương đối và tuyệt đối.
1.5. Một số chức năng trong lập trình NC
1.5.1. Chức Năng G

Lý Ngọc Quyết

5



TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC

Chức năng G là chức năng dịch chuyển của dụng cụ cắt được viết tắt của từ
Geometric Function. Ngoài chức năng dịch chuyển G còn xác định chế độ làm việc
của máy CNC. Chức năng G được mã hoá từ G00 đến G99 (Theo DIN66025).
Một số chức Năng G căn bản.
G00 – Chạy dao nhanh không cắt gọt
G01 – Chạy dao cắt gọt theo đường thẳng có nội suy.
G02 – Chạy dao cắt gọt theo cung tròn cùng chiều KĐH có nội suy.
G03 – Chạy dao cắt gọt theo cung tròn ngược chiều KĐH có nội suy.
G10 – Chạy dao nhanh không cắt theo toạ độ cực.
G20 – Lệnh định nghĩa đơn vị lập trình là hệ anh.
G21 – Lệnh định nghĩa đơn vị lập trình là hệ mét.
G22 – Lệnh gọi chương trình con.
G40 – Huỷ bỏ hiệu chỉnh bán kính dao
G41 – Hiệu chỉnh bán kính dao sang trái Contour.
G42 – Hiệu chỉnh bán kính dao sang phải Contour.
G54 – G59: Dịch chuyển điểm không chi tiết
G90 – Lập trình tuyệt đối.
G91 – Lập trình tương đối.
…
1.5.2. Một số chức Năng phụ.
- Chức năng M
Chức năng M được mã hoá từ M00 đến M99 được dùng để vận hành máy trong
quá trình gia công.
M00 – Dừng chương trình NC. Sau đó muốn khởi động lại phải nhấn nút Start.

M02 – kết thúc chương trình
M03 – Trục chính quay phải
M04 – trục chính quay trái.
M05 – Dừng trục chính.
M06 – Kích hoạt hệ thống thay dao.
M07 – M08 – Mở bơm nước làm mát.
M09 – Tắt bơm nước làm mát.
M30 – Kết thúc chương trình.
…
- Một số chức năng phụ khác
% - Ký hiệu bắt đầu chương trình.
N – Số thứ tự câu lệnh.

Lý Ngọc Quyết

6


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC

F – Lượng chạy dao (mm/ph – v/ph).
S – Tốc độ cắt. ( v/ph – m/ph).
T – Dụng cụ cắt (T0101…).
LF – Kết thúc câu lệnh.
D – Hiệu chỉnh dao.
I; J; K – Toạ độ tâm cung tròn trên các trục X; Y; Z.
1.6. Chương trình NC
1.6.1. Khái niệm về chương trình NC

Chương trình NC là một file chứa các lệnh điều khiển máy, mỗi lệnh điều khiển
một thao tác, một chức năng nào đó của máy. Các lệnh được viết bằng các mã quy
định và sắp xếp theo một thứ tự để máy có thể hiểu được khi nó làm việc.
Các chương trình NC chúng phụ thuộc rất nhiều vào các nhà sản xuất máy
CNC. Nói chung các nhà sản xuất máy CNC hiện nay đều sử dụng rộng rãi các hệ điều
khiển theo tiêu chuẩn ISO hoặc theo DIN66025.
Trong chương trình NC các lệnh được viết dưới dạng các câu lệnh. Một câu lệnh bao
gồm nhiều từ lệnh, các từ lệnh được viết trong câu lệnh bao gồm có phần chữ cái và
phần số.
Phần chữ cái thông thường diễn tả địa chỉ, phần số thông thường diễn tả mã
lệnh hoặc giá trị. Hình sau đây diễn tả cấu trúc của một câu lệnh và cấu trúc của những
từ lệnh trong câu lệnh.

Số câu lệnh

Từ lệnh

Từ lệnh

Từ lệnh

Hình 5.7 – Cấu trúc của một câu lệnh NC
1.6.2. Cấu trúc của chương trình NC (DIN66025)
Một chương trình NC bao gồm có các phần chính như sau:
- Phần đầu chương trình - Phần này diễn tả các điều kiện công nghệ như: Hệ điều
khiển, cơ cấu kẹp, dụng cụ, số liệu hiệu chỉnh dụng cụ, đồ gá…

Lý Ngọc Quyết

7



TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

-

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC

Phần nội dung chương trình – Phần này diễn tả các quá trình công nghệ gia công
và điều khiển máy. Mở đầu chương trình là các lệnh xác định (khai báo) vị trí của
phôi so với gốc tạo độ máy, kế tiếp là những lệnh điều khiển máy gia công chi tiết

-

Phần kết thúc chương trình – Bằng lệnh M30 hoặc M02.

1.6.3. Chương trình chính và chương trình con (DIN66025)
- Chương trình chính (mainprogramm) thường được ký hiệu bằng dấu % và kèm
theo các con số chỉ địa chỉ của chương trình trong bộ nhớ của máy CNC. Số lượng
các con số sau ký hiệu % phụ thuộc vào từng hệ điều khiển và khả năng của bộ
điều khiển. Chương trình chính là chương trình gia công toàn bộ chi tiết.
-

Chương trình con (subprogramm) được ký hiệu bằng chữ S (hoặc U) và các con
số. Kết thúc chương trình con bằng lệnh M99 hoặc M17 tuỳ theo hệ điều khiển.
Trong một chương chính có thể có một hoặc nhiều chương trình con. Chương trình
con chỉ thực hiện gia công một bề mặt hoặc một tập hợp bề mặt của chi tiết gia
công. Chương trình con có thể sử dụng một lần hoặc nhiều lần trong chương trình
NC.


Hình 5.8 – Ví dụ về chương trình chính và chương trình con
1.6.4. Lặp lại một đoạn chương trình (DIN66025)
Ngoài chức năng chương trình con, các hệ điều khiển CNC còn có chức năng
lặp lại một đoạn chương trình. Khi thực hiện chức năng này một đoạn chương trình sẽ
được lặp lại, số lần lặp lại phụ thuộc vào các tham số S khi lập trình.

Lý Ngọc Quyết

8


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC

HHình 5.9 – Ví dụ về lặp lại một đoạn chương trình
1.6.5. Các phương pháp lập trình NC
Căn cứ vào mức độ tự động hoá các công việc lập trình mà người ta phân biệt
hai phương pháp lập trình:
- Lập trình bằng tay.
- Lập trình tự động.
a. Lập trình bằng tay
Khi lập trình bằng tay người lập trình căn cứ vào bản vẽ để nhập các dữ liệu
theo các lệnh từ bàn phím vào bộ nhớ của máy. Việc lập trình này tốn nhiều thời gian,
dễ nhầm lẫn khi chi tiết có độ phức tạp cao. Do những nhược điểm trên mà phương
pháp này chỉ áp dụng lập trình cho các chi tiết đơn giản hoặc để hiệu chỉnh các chương
trình có sẵn. Phương tiện hỗ trợ chủ yếu là các bảng tra cứu hoặc catalô máy, máy tính
cá nhân để tính toán các thông số khi lập trình. Lập trình bằng tay đòi hỏi người lập
trình ngoài việc làm chủ phương pháp lập trình còn phải có kiến thức về toán học và
kiến thức về công nghệ.

b. Lập trình bằng máy
Khi lập trình bằng máy (có máy tính trợ giúp) người lập trình mô tả (khai báo)
hình dáng hình học của chi tiết gia công, các quỹ đạo chuyển động của dụng cụ cắt
và chức năng của máy theo ngôn ngữ mà máy có thể hiểu được.
Lập trình bằng máy có ưu điểm là không cần thực hiện các phép tính tay, chỉ
cần truy nhập một số dữ liệu nhưng có thể sản sinh một lượng lớn dữ liệu cho
những tính toán cần thiết, đồng thời hạn chế được các lỗi lập trình.
Khi lập trình bằng máy, máy tính phải có các chương trình tính toán đặc biệt
sau:
- Chương trình xử lý (Processor).
-

Chương trình hậu xử lý (Postprocessor).

Lý Ngọc Quyết

9


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC

Chương trình xử lý (processor) là chương trình phần mềm thực hiện các tính
toán hình học và công nghệ. Người ta gọi các dữ liệu của chương trình xử lý là CLD (
Cutter Location Data), các dữ liệu này đưa ra một giải pháp chung mà không phụ
thuộc vào máy công cụ CNC nào. CLD có các dữ liệu xác định vị trí dụng cụ cắt. CLD
chứa các lệnh ngắn gọn nhất và các mã trong đó không hợp với hệ CNC nào.
Trong phần mô tả hình học của chi tiết như các điểm, đoạn thẳng, cung tròn…
còn phần mô tả quá trình gia công như khoan, phay, chế độ cắt, dụng cụ cắt, dung dich

trơn nguội… cả hai việc mô tả trên đây tạo ra một chương trình nguồn. Từ chương
trình nguồn này máy tính tạo ra chương trình NC phù hợp với máy CNC nhờ bộ hậu
xử lý.
Muốn dùng CLD cho một hệ CNC nào cụ thể phải dùng một chương trình đặc
biệt gọi là chương trình hậu xử lý (Postprocessor), có nhiệm vụ dịch chương trình NC
dưới dạng CLD thành các mã lệnh để cho hệ CNC có thể hiểu được và thực hiện quá
trình điều khiển máy gia công.
1.6.6. Các hình thức tổ chức lập trình NC
Để thực hiện việc lập trình trong nhà máy người ta thường sử dụng hai hình
thức tổ chức lập trình sau đây:
- Lập trình tại phân xưởng
- Lập trình trong chuẩn bị sản xuất
Lập trình tại phân xưởng
Lập trình tại phân xưởng được thực hiện trực tiếp trên máy thông qua bảng điều
khiển. Màn hình của hệ điều khiển giúp cho người lập trình quan sát được các dữ liệu
đưa vào máy, tránh được các lỗi của chương trình. Sau khi lập trình xong ngưòi ta có
thể cho chạy chương trình mô phỏng bằng đồ hoạ trên màn hình. Như vậy qua việc mô
phỏng người ta có thể phát hiện các lỗi của chương trình như lỗi về cú pháp lệnh hoặc
lỗi về công nghệ. Nếu xảy ra lỗi chương trình thì người lập trình phải sửa lại chương
trình do đó người lập trình phải có trình độ nghề nghiệp cao mới có thể kiểm soát và
làm chủ chương trình.
Lập trình trong chuẩn bị sản xuất
Khi một nhà máy có quy mô sản xuất lớn, có sử dụng nhiều máy CNC khác
nhau, gia công nhiều chủng loại chi tiết khác nhau, số lượng chi tiết trong cùng loại là
lớn thì cần phải lập trình tập trung trong chuẩn bị sản xuất. Công việc này được thực
hiện tại phòng công nghệ hoặc các trung tâm lập trình. Như vậy nhà máy cần có một
đội ngũ lập trình viên được đào tạo chuyên môn hoá và ứng dụng thành thạo các
phương pháp lập trình. Ưu điểm của hình thức lập trình này là năng suất lập trình cao,

Lý Ngọc Quyết


10


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC

người lập trình có thể chưa vận hành thành thạo các máy nhưng vẫn có thể lập trình
gia công cho nhiều loại chi tiết khác nhau.
- Nếu các máy CNC được nối mạng thì chương trình NC có thể được truyền trực
-

tiếp từ phòng lập trình thông qua mạng.
Nếu các máy chưa được nối mạng với trung tâm lập trình thì phải ghi chương
trình ra bộ nhớ ngoài và nạp trực tiếp vào máy CNC.

Tuy nhiên hình thức lập trình này còn có nhược điểm là khi đổ các chương trình vào
máy CNC chỉ phát hiện đựơc lỗi khi gia công thử hoặc chạy mô phỏng.
1.6.7. Các phương pháp lập trình NC
a. Lập trình đối xứng qua các trục toạ độ
Với hình thức lập trình này, trong quá trình lập trình người ta có thể thực hiện các lập
trình để gia công các bề mặt có tính chất đối xứng:
- Đối xứng toạ độ X qua trục Y
Ví dụ về lập trình đối xứng

-

Hình 5.10 – Lập trình đối xứng X qua trục Y
Đối xứng toạ độ Y qua trục X


Ví dụ về lập trình với
chương trình con

Hình 5.11 – Lập trình đối xứng Y qua trục X
-

Đối xứng đồng thời toạ độ X,Y qua trục X,Y

Lý Ngọc Quyết

11


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC

Ví dụ về chương trình với lệnh lặp
lại một đoạn chương trình G23

Hình 5.12 – Lập trình đối xứng đồng thời qua trục X và Y
Theo DIN 66025 trong lập trình phay CNC thì các lệnh lập trình đối xứng là:
- M81: Đối xứng các toạ độ X qua Y.
- M82: Đối xứng các toạ độ Y qua X.
- M83: Đổi dấu toạ độ Z.
- M84: Đối xứng đồng thời các toạ độ X ,Y qua X ,Y.
- M85: Đối xứng các toạ độ Y và đổi dấu toạ độ Z.
- M86: Đối xứng các toạ độ X và đổi dấu toạ độ Z
- M80: Xoá bỏ chức năng lập trình đối xứng.

b. Lập trình có xê dịch điểm chuẩn (W).
Khi lập trình có xê dịch điểm chuẩn thì các giá trị cần xê dịch phải được xác định cụ
thể. Việc xê dịch điểm chuẩn tạo cho ta có thể lặp lại chương trình gia công nhiều bề
mặt giống nhau ở các vị trí khác nhau mà không cần phải có các tính toán phức tạp.

X160 Y90 Z55

Hình 5.13 – Ví dụ về lập trình dịch chuyển gốc tạo độ tuyệt đối.

Lý Ngọc Quyết

12


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC

Theo DIN 66025 thì các lệnh xê dịch vị trí điểm chuẩn gồm các lệnh từ G54
đến G59 trong đó: Từ G54 – G56 là dịch chuyển điểm chuẩn tuyệt đối; từ G58 đến
G59 là dịch chuyển điểm chuẩn tương đối.
Các lệnh dịch chuyển điểm chuẩn có cú pháp như sau:
G54 X… Y…. Z….. hoặc G57 X… Y… Z…
G59 X… Y… Z… [I…] [J…] [A…]

Toạ độ mới

Chương trình ví dụ:
N110 G59 X100 Y20 I-30 J20 A120


Toạ độ cũ
Hình 5.14 – Ví dụ về lập trình dịch chuyển và quay gốc tạo độ tương đối.
Với lệnh dịch chuyển gốc toạ độ trên hình 5.14; Trước tiên gốc toạ độ được
dịch chuyển một khoảng theo phương X = 100, theo phương Y = 20 sau đó mới được
quay tương đối so với gốc vừa chuyển đến tại tâm quay có toạ độ tương đối theo
phương X là I = -30; theo phương Y là J =20 với góc quay A = 1200.
c. Lập trình tham số và lập trình tham số có sử dụng các công thức toán học
Lập trình tham số là khi gia công (trong chương trình chính và chương trình
con) người ta thay các gia trị số bằng các tham số đặc trưng. Các tham số có thể thay
cho giá trị toạ độ, chế độ cắt, các giá trị dụng cụ cắt, các giá trị góc…
Lập trình tham số được ứng dụng khi gia công các chi tiết tương tự về mặt hình
học nhưng lại có kích thước khác nhau. Tuỳ theo các hệ điều khiển CNC khác nhau
mà người ta định nghĩa các tham số là khác nhau; Ví dụ có thể dùng chữ E; Q; P hoặc
R để định nghĩa các tham số. Các tham số có thể là một giá trị thực hoặc là một biểu
thức toán tử với các phép tính: Cộng; trừ; nhân ; chia hoặc khai căn…
Khi lập trình các tham số phải được định nghĩa trước và khi muốn thay đổi giá
trị các tham số để gia công các chi tiết khác nhau ta chỉ việc định nghĩa lại các tham số
là được mà không cần phải thay đổi trong chương trình gia công.

Lý Ngọc Quyết

13


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC

Lập trình tham số có ý nghĩa rất lớn trong sản xuất nhóm, nhờ lập trình tham số
mà việc thay đổi chương trình để gia công các chi tiết khác nhau trong nhóm nhanh,

không phải hiệu chỉnh sửa chữa chương trình gia công.
d. Lập trình với chương trình Macro.
Macro thực chất là các chương trình được lưu trữ trong bộ nhớ. Các Macro có
thể được coi như các chương trình con. Thông thường các Macro được xây dựng để
gia công một bề mặt hoặc nhóm các bề mặt có tính chất đặc biệt và thường xuyên
được sử dụng đến. Trong một số hệ điều khiển CNC hiện đại các Macro được xây
dựng sẵn ở trạng thái mở để người lập trình có thể khai báo các tham số khi sử dụng.
Trường hợp này thường gọi là các chu trình gia công hay còn gọi là các vĩ lệnh.
e. Lập trình có tính đến tỷ lệ (phóng to, thu nhỏ).
Các phần mềm lập trình cho phép người ta có thể lập trình theo các hệ số tỷ lệ
khác nhau khi thực hiện việc lập trình với các chi tiết có hình dạng tương tự nhau
nhưng có kích thước to nhỏ khác nhau theo một tỷ lệ nhất định cho trước.

Lý Ngọc Quyết

14


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

2.1.

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC

Chương 2: MÁY CÔNG CỤ CNC
Máy công cụ thông thường
Khi gia công chi tiết trên máy công cụ thông thường người công nhân thường

dùng tay để điều khiển máy. Người công nhân căn cứ vào phiếu nguyên công để cắt
gọt chi tiết nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đặt ra. Trong trường hợp như vậy năng

suất và chất lướngản phẩm phụ thuộc rất nhiều vào tay nghề của người công nhân.

Hình 2.1 – Máy tiện và máy phay thông thường
2.2.

Máy công cụ NC
Đối với máy công cụ NC thì việc điều khiển chức năng máy được quyết định

bằng các chương trình đã lập sẵn. Hệ thống điều khiển NC là hệ thống điện tử. Thông
tin đưa vào thông qua băng đục lỗ hoặc băng từ. Máy thực hiện chức năng theo từng
khối lệnh, khi khối trước kết thúc máy mới đọc tiếp khối lệnh kế tiếp để thực hiện các
lệnh dịch chuyển của các cơ cấu chấp hành. Máy có khả năng nội suy đường thẳng,
cung tròn, chức năng dọc theo băng. Các máy NC không có chức năng lưu trữ chương
trình.
2.3.

Máy công cụ CNC
Các máy CNC có một máy tính để thiết lập phần mềm để điều khiển các chức
năng dịch chuyển của máy. Các chương trình gia công được đọc cùng một lúc và được
lưu trữ vào bộ nhớ. Khi gia công máy tính xuất các lệnh để điều khiển máy. Máy công
cụ CNC có khả năng thực hiện các chức năng như:
- Nội suy đường thẳng.
- Nội suy cung tròn.
-

Nội suy mặt xoắn.

Lý Ngọc Quyết

15



TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

-

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC

Nội suy mặt parabol và bất kỳ mặt bậc 3 nào.
Bù chiều dài và đường kính dụng cụ.

Hình 2.2 – Một số máy tiện CNC và máy phay CNC
2.4. Hệ trục toạ độ trên máy công cụ CNC
Các trục toạ độ của máy CNC cho phép xác định chiều chuyển động của các cơ cấu
máy và dụng cụ. Các trục tạo độ đó là:
2.4.1. Trục Z
Thông thường trên tất cả các máy công cụ CNC trục Z thường song song với trục
chính của máy và có chiều dương xa dần chi tiết gia công được gá trên mâm cặp (máy
tiện) hoặc trên bàn máy (máy phay).
2.4.2. Trục X

Lý Ngọc Quyết

16


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC


Trục X là trục nằm ngang trên mặt bàn

R W

máy và thông thường nó được xác định
theo phương nằm ngang.
2.4.3. Trục Y
Trục Y được xác định sau khi đã xác
định được trực Z & X, chiều dương
được xác định theo quy tắc bàn tay
phải (hình 2.4). Để xác định chiều
quay dương của các trục ta xác định
như sau: Choãi ngón tay cái ra theo
chiều dương của trục; cuộn các ngón
tay lại vào lòng bàn tay, chiều cuộn
của các ngón tay đó là chiều quay

+Z

+Y

+C
V
Q
+X
’

+A
’


+B

+X

+A
+B
’

+C
’
+Y
+Z
’
’
Hình 2.3 - H• trục toạ độ của

U
P

máy CNC

dương của trục quay tương ứng.
2.4.4. Trục phụ
Trên máy CNC ngoài các trục chính trên ra còn có các trục phụ như trục U;V;W các
trục này song song với các trục tương ứng là X;Y;Z. các trục quay tương ứng xung
quanh trục X;Y;Z là A;B;C… theo quy ước chung cho tất cả các máy CNC thì người
ta coi dao chuyển động thay cho chi tiết gia công chuyển động.
Hình 2.4 – Quy tắc bàn tay phải
a. Trục Z thẳng đứng b. Trục Z nằm ngang.
2.5.


Các điểm chuẩn trên máy công cụ

CNC
a. Điểm chuẩn của máy (M)
Điểm chuẩn của máy (M) hay còn gọi
là điểm gốc 0 của máy. Điểm này do nhà chế tạo máy quy định theo kết cấu của từng
loại máy. Thông thường điểm M là điểm giới hạn vùng làm việc của máy; Điều đó có
nghĩa là trong phạm vi vùng làm việc của máy các dịch chuyển của các cơ cấu máy có
thể thực hiện theo chiều dương của các tọa độ. Ví dụ điểm chuẩn của máy (M) trên
máy phay đứng, máy tiện ngang hoặc máy khoan cần được thể hiện như trên hình vẽ
sau đây.
b. Điểm 0 của chi tiết gia công (W)
Điểm không (W) của chi tiết là diểm chuẩn để xác định độ lớn và vị trí của chi
tiết trên máy. Điểm W do người lập trình quyết định. Điểm W trên máy tiện thông

Lý Ngọc Quyết

17


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC

thường được các nhà lập trình đặt tại mặt đầu của chi tiết. Để chống hiện tượng nhầm
lẫn các nhà lập trình thường đặt chi tiết nằm trong vùng có giá trị âm (-) của trục Z.
Điểm W trên máy phay thường được áp dụng theo quy tắc: Trên - Trước - Trái; Có
nghĩa là điểm W phải được đặt ở mặt trên của phôi ở mặt trước và nằm ở góc trái của
phôi (coi phôi là hình hộp chữ nhật có các cạnh song song với các trục tọa độ).

c. Điểm chuẩn của dao (p)
Các loại dao khác nhau thì điểm chuẩn của chúng khác nhau: Đối với dao tiện
thì điểm chuẩn của dao là mũi dao. Đối với dao phay thì điểm chuẩn của dao nằm trên
mặt đầu của dao.
d. Điểm chuẩn của giá dao (T) và điểm gá dao (N)
Điểm T được dùng để xác định hệ trục tọa độ của dao và thông thường điểm T
trùng với điểm N trong quá trình gá lắp dao trên máy.
e. Điểm điều chỉnh dao (E)
Khi gia công phải sử dụng nhiều dao như vậy kích thước của chúng phải được
xác định bằng cơ cấu điều chỉnh dao. Mục đích của việc điều chỉnh dao là để có thông
tin chính xác cho hệ thống điều khiển về kích thước của dao. Khi dao được gá đặt thì
điểm E trùng với điểm N.
f. Điểm gá đặt hay còn gọi là điểm tỳ (A)
Điểm A là điểm tỳ chủ chi tiết lên đồ định vị của đồ gá. Điểm A có thể trùng
với điểm W hoặc lựa chọn tuỳ ý.
g. Điểm không của chương trình (hay điểm P của dụng cụ cắt)
Đây là điểm trước khi gia công dụng cụ cắt nằm ở đó. Điểm 0 của chương trình phải
xác định sao cho khi thay dao không bị ảnh hưỏng của chi tiết hoặc đồ gá.
2.6.

So sánh máy CNC và máy thông thường.

• Cấu trúc:
Máy công cụ CNC được thiết kế cơ bản giống như máy công cụ vạn năng.Sự
khác nhau thật sự là ở chỗ các bộ phận liên quan đến tiến trình gia công của máy công
cụ CNC được điều khiển bởi máy tính.
Các hướng chuyển động của các bộ phận máy công cụ CNC được xác định bởi
một hệ trục tọa độ, hệ trục tọa độ này liên quan đến chi tiết gia công và các chuyển
động tương đối của dao. Những chuyển động cần thiết cho tiến trình gia công của các
bộ phận máy (bàn máy, đầu revolve và các bộ phận khác) được tính toán, điều khiển

và kiểm tra bởi máy tính. Với mục đích này mỗi chuyển động của các bộ phận máy có
một hệ thống đo riêng để tính toán các vị trí tương ứng và phản hồi thông tin này về hệ
điều khiển.

Lý Ngọc Quyết

18


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC

• Chức năng:
Máy công cụ vạn năng Máy công cụ NC
Nhập dữ liệu:
Người công nhân điều
chỉnh máy công cụ bằng
tay dựa theo bản vẽ chi
tiết gia công, gá phôi và
dụng cụ cắt cũng như
điều chỉnh độ song song
giữa dao và chi tiết.

Máy công cụ CNC

Nhập dữ liệu:
Nhập dữ liệu:
Chương trình NC Chương trình NC có thể được
được nhập vào hệ điều nhập vào hệ điều khiển CNC

khiển NC bởi băng thông qua bàn phím, đĩa hoặc
đục lỗ.
cổng giao tiếp dữ liệu (seriell,
Bus). Nhiều chương trình NC
được lưu trữ trong 1 bộ lưu trữ.

Điều khiển CNC:
Điều khiển bằng tay: Điều khiển NC:
Người công nhân cài đặt Điều khiển NC sử lí Máy tính được tích hợp trong hệ
các thông số công nghệ các thông tin từ điều khiển CNC và phần mềm
(số vòng quay, lượng chương trình NC về tương ứng kiểm soát toàn bộ các
chạy dao...) vá điều đường dịch chuyển và
khiển thông qua các tay các chức năng máy và
quay.
đưa ra các tín hiệu
điều khiển tương ứng
tới từng các bộ phận
hình thành máy NC.

Lý Ngọc Quyết

19

chức năng điều khiển của máy
công cụ. Nhờ đó bộ lưu trữ lưu
trữ các chương trình, dữ liệu gia
công, dụng cụ cắt và các giá trị
hiệu chỉnh. Thông thường phần
mềm phân tích lỗi cũng được
tích hợp trong hệ điều khiển

CNC.


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

Kiểm tra:
Người công nhân đo và
kiểm tra kích thước
bằng tay, nếu cần thiết
phải lập lại tiến trình gia
công.

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC

Kiểm tra:
Máy NC đã đảm nhận
trong khi gia công
đảm bảo các kích
thước chi tiết bởi sự
phản
hòi
thường
xuyên của hệ thông đo
và của motor vị trí.

Kiểm tra:
Trên máy công cụ CNC, kích
thước của chi tiết gia công được
đảm bảo trong suốt quá trình gia
công với sự phản hồi liên tục

của hệ thống đo. Nhờ có các
cảm biến đo được tích hợp, máy
CNC có khả năng điều khiển
được kích thước trong suốt quá
trình gia công song song với các
hoạt động gia công, nó có khả
năng liên tục làm việc trong hệ
điều khiển CNC, ví dụ như để
kiểm tra và tối ưu hóa các
chương trình NC mới.

• . Tính kinh tế
Ưu điểm của máy công cụ CNC:
1. Tốc độ gia công cao làm giảm thời gian gia công cơ bản, thời gian phụ, thời gian
chuẩn bị. Các nhân tố sau làm tăng tính kinh tế của máy công cụ CNC:
- Chương trình gia công được lập trực tiếp trên máy.
- Các công việc chuẩn bị chương trình, vật liệu, dụng cụ và nhập các dữ liệu được
thực hiện tại chỗ làm việc.
- Lưu trữ trong các trường hợp gia công lập lại của một chương trình gia công chi
tiết đặc biệt dưới dạng chương trình con.
- Tối ưu hóa chương trình NC trong hệ điều khiển.
- Mô tả hình dạng chi tiết gia công theo cơ sở hình học đơn giản.
- Chạy dao tự động cho đến khi đạt kích thước.
- Tự động vận hành các chức năng của máy vá trực tiếp can thiệp khi xảy ra lỗi
hoặc bị nhiễu.
- Tự động quản lý quá trình sản xuất thông qua hệ điều khiển CNC (tự động đo và
kiểm tra).
- Hệ thống ổ dao chứa nhiều dao.
- Có khả năng chuẩn bị dụng cụ cắt bên ngoài máy mà không ảnh hưởng đến quá
trình gia công.

2. Chất lượng chi tiết gia công ổn định, ít phế phẩm.
Lý Ngọc Quyết

20


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC

3. Làm tăng độ chính xác gia công, do cấp chính xác của máy cao (1/1000mm độ
chính xác đo).
4. Thời gian gia công ngắn thông qua việc tổ chức sản xuất và nối kết các chương
trình gia công riêng lẻ.
5. Thời gian vận hành máy cao.
6. Tính linh hoạt trong sản xuất tốt hơn bởi hệ thống gia công .
Do những ưu điểm trên nên máy công cụ CNC chiếm ưu thế trong gia công cắt gọt.
7. Phạm vi ứng dụng rộng (xem hình 2) là đặc điểm tiêu biểu của máy công cụ CNC.
1

Năng suất
Độ phức tạp và độ chính xác gia
công

3

Máy công cụ CNC
Máy công cụ thông thường
4


2

Hình 2: Phạm vi ứng dụng của máy công cụ CNC
Những yêu cầu khi sử dụng máy công cụ CNC
Để vận hành và lập trình trên máy công cụ CNC, nhất thiết đòi hỏi người vận hành
máy phải có trình độ cao. Có thể không cần kinh nghiệm từ máy công cụ vạn năng do
tốc độ cắt cao hơn rất nhiều.
2.7. Các chỉ tiêu gia công của máy CNC
2.7.1.Thông số hình học (không gian gia công).
Thông số hình học của máy CNC hay còn gọi là vùng gia công của máy. các thông
số không gian mà trong đó dụng cụ cắt và chi tiết gia công có thể tác động qua lại ở
bất kỳ vị trí nào. Đối với chi tiết gia công quay tròn vùng gia công là một khối lăng trụ
được xác định bằng bán kính và chiều dài dịch chuyển của các toạ độ. Đối với các máy
gia công chi tiết hình hộp chữ nhật thì vùng gia công là một khối hộp được xác định
bằng chiều dài các dịch chuyển của các trục

Lý Ngọc Quyết

21


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC

Hình 2.9 - Không gian gia công trên máy CNC
2.7.2. Thông số gia công.
Thông số gia công trên máy CNC là tốc độ chuyển động của các cơ cấu chấp
hành và công suất động cơ.
Căn cứ vào thông số hình học của máy để chọn công suất động cơ, tốc độ quay trục

chính và lượng chạy dao… Ví dụ:
Bề rộng của bàn máy
400 - 630
630 - 1000
Công suất động cơ (kw)
5 - 11
9 - 15
Tốc độ quay trục chính (v/p)
3150 - 4000
3150 - 4000
Tốc độ chạy dao (m/p)
1 - 10
2,4 - 8
Tốc độ chạy dao nhanh (m/p)
6 - 10
5 - 10
Thời gian thay dao tự động (s)
3-7
3 - 10
2.7.3. Năng suất gia công trên máy CNC.
Năng suất gia công là số lượng chi tiết được gia công trong một đơn vị thời
gian. Công thức tính năng suất gia công được viết dưới dạng:
i −1
k
1  m 

Q = =   tcbkt + tct + ∑ t0 + ∑ ttd + ∑ ttk 
T0  n 
1
1



−1

Trong đó:
- T0: Thời gian cơ bản trung bình (phút).
- m: Số loạt chi tiết được sản xuất trong một năm.
- n: Số lượng chi tiết được sản xuất trong một năm.
- i: Số lượng nguyên công cần thiết để gia công một chi tiết.
- k: Số lượng các nguyên công kiểm tra
- tct: Thời gian thay đổi chi tiết gia công
-

ttd: Thời gian thay đao

Lý Ngọc Quyết

22


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

-

t0: Thời gian cơ bản

-

tkt: Thời gian kiểm tra.
tcbkt: Thời gian chuẩn bị kết thúc.


ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC

-

Để tăng năng suất ta phải giảm thời gian tcbkt . Muốn giảm thời gian này ta phải sử
dụng các đồ gá vệ tinh và giảm số lượng loạt chi tiết trong một năm. Trên máy
CNC không nên gia công vựơt quá từ 30 – 50 loạt chi tiết trong năm.

-

Để tăng năng suất ta phải giảm thời gian ttd. Muốn giảm thời gian này ta nên sử
dụng cơ cấu thay dao tự động, nếu máy thay dao bằng tay nên sử dụng các cơ cấu
gá kẹp nhanh

-

Để tăng năng suất ta phải giảm thời gian t0. Muốn giảm thời gian này ta có thể:
Tăng tốc độ cắt, gia công với chế độ cắt tối ưu, gia công đồng thời bằng nhiều dao.

-

Một vấn đề nữa cần quan tâm khi muốn tăng năng suất là phải giảm thời gian phụ,
thời gian phụ có thể giảm được bằng cách tăng tốc độ chạy dao nhanh, rút ngắn
đường chạy dao không cắt gọt…

2.8.Độ chính xác của máy CNC.
Sai số gia công tổng cộng trên các máy CNC xuất hiện trong các hệ thống
truyền động của máy, trong các hệ thống điều khiển và kiểm tra, trong bản thân chi tiết
gia công. các sai số gia công được ký hiệu và giải thích như sau:

δ1, δ2, δ3, δ4, => các sai số lập trình, nội suy, hiệu chỉnh nội suy và sai số của lệnh trở
về điểm 0.
δ5, δ6, => sai số bước bên trong và sai số tích luỹ của dartric.
δ7, => Sai số của cơ cấu chuyển đổi tín hiệu.
δ8, => Sai số của thời gian phát xung
δ9, δ10, δ11, => Các sai số truyền động (động lực, mô men, tốc độ).
δ12, => Sai số của trục vít me bi.
δ13, => Sai số hình học của máy.
δ14, δ15, => Biến dạng đàn hồi của máy, đồ gá.
δ16, => Sai số kích thước gá đặt dao.
δ17, => Sai số do mòn dao.
δ18, => Biến dạng đàn hồi của dao.
δ19, => Sai số gá đặt của chi tiết gia công.
δ20, => Biến dạng đàn hồi của chi tiết gia công.
δ21, => Biến dạng nhiệt của chi tiết gia công.

Lý Ngọc Quyết

23


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC

Truyền tải
Kiểm tra và
đo lường

Điều khiển


∆3

∆2

∆1

δ12
δ11
δ13
δ10
δ9
δ8
δ7
δ6
δ5
δ4
δ3
δ2

Máy
∆4

Sai số gia công ∆∑

Hệ điều khiển

Kết cấu

δ14

δ15
δ16
δ17
δ18
δ19
δ20
δ21

∆5

Dụng cụ
∆6

Chi tiết

Hình 2.10 - Sai số gia công tổng cộng trên máy CNC
Kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm sai số gia công tổng cộng ∆∑ cho
thấy tỉ lệ của các thành phần của nó như trên hình vẽ 2.10. Sai số gia công tổng cộng
được tính theo công thức sau:
∆∑ = ∆1 + ∆2 + ∆3 + ∆4 + ∆5 + ∆6
Các thành phần của ∆1 - ∆6 được xác định là tổng của các sai số thành phần của δ1δ21 như trên hình 2.10.

Hình 2.11 Sơ đồ hình thành sai số gia công trên máy CNC
Lý Ngọc Quyết

24


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN


ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC

2.9.Độ tin cậy của máy CNC.
Độ tin cậy của máy CNC là tính chất thực hiện chức năng gia công, giữ được
các chỉ tiêu công nghệ cũng như sửa chữa theo một thời gian quy định. Độ tin cậy của
máy được đặc trưng bởi 3 yếu tố sau:
-

Tính làm việc không bị hỏng.
Tính chất này được đặc trưng bằng sự làm việc liên tục của máy trong một thời

gian nhất định (thời gian chạy rà và làm việc của máy).
-

Tuổi thọ của máy.
Tính chất này là sự ổn định làm việc cho đến khi sửa chữa và sau đó máy lại

tiếp tục hoạt động.
-

Khả năng sửa chữa.
Tính chất này có nghĩa là người ta có khả năng phát hiện những khuyết tật,
hỏng hóc của máy và có khả năng sửa chữa những khuyết tật và hỏng hóc đó.

Hình2.12 – Tỉ lệ của sai số gia công trên máy CNC
a. Điều khiển theo điểm và theo đường thẳng b. Điều khiển theo contour
2.10. Tính vạn năng của máy CNC.
Tính vạn năng của máy CNC được xác định bằng chi phí cần thiết để chuyển công
nghệ gia công nhóm chi tiết này sang công nghệ gia công nhóm chi tiết khác. Mỗi loại
máy hoặc mỗi máy có tính vạn năng riêng,

nghĩa là có điều kiện tối ưu để sử dụng máy.
Hình 2.13 biểu diễn quan hệ giữa chi phí gia
công và số chi tiết được gia công sau khi phải
điều chỉnh máy. Các đường trên hình được giải
thích như sau:
-

Đường 1: Giá thành gia công một chi tiết.
Đường 2; 4: Chi phí cho việc điều chỉnh máy

Lý Ngọc Quyết

25

Hình 2.13 – Số chi tiết gia công tối
ưu trên máy CNC