3/10/2021

Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM

TRUYỀN ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN
MÁY CNC
(Driving and control for
CNC machine tool)
Đường Công Truyền

Giới thiệu giảng viên
• Giảng viên: TS. Đường Cơng Truyền
• Website:
/>
• Email:
Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

2

1


3/10/2021

Mô tả môn học
Môn học trang bị cho sinh viên kiến thức về
điều khiển số, cấu trúc phần cứng và phần
điều khiển của máy cơng cụ CNC. Từ đó, sinh
viên có thể vận dụng để tính tốn, thiết kế

được các hệ thống truyền động trên máy
công cụ CNC.

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

3

Nội dung mơn học
• Điều khiển số - NC
• Máy cơng cụ CNC
• Hệ dụng cụ trên máy cơng cụ CNC
• Truyền động máy cơng cụ CNC
• Tính tốn truyền động máy cơng cụ CNC
• Điều khiển máy cơng cụ CNC
• Chương trình trên máy cơng cụ CNC
Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

4

2


3/10/2021

Chuẩn đầu ra của mơn học
• Trình bày được khái niệm về điều khiển số (NC),

điều khiển số nhờ máy tính (CNC), điều khiển số
trực tiếp (DNC I), điều khiển số phân phối (DNC II),
hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS).
• Trình bày được kết cấu phần cơ khí và phần điều
khiển máy cơng cụ CNC.
• Tính tốn lựa chọn được động cơ cho truyền động
chạy dao đơn giản trên máy công cụ CNC.
Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Cơng Truyền

5

Tài liệu tham khảo
• Bài giảng của giảng viên.
• Suk-Han Suh, Theory and design of CNC systems,
Springer, 2008.
• Tạ Duy Liêm, Hệ thống điều khiển số cho máy cơng
cụ, NXB KHKT, 2001.
• Phạm Văn Hùng, Cơ sở máy công cụ, NXB KHKT,
2007.
Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

6

3



3/10/2021

Cách học và thi
• Học theo bài giảng của giảng viên
• Làm theo bài tập do giảng viên cung cấp
• Kiểm tra lấy điểm thường xuyên
• Kiểm tra giữa kỳ
• Thi cuối kỳ: tự luận, mở tài liệu
Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Cơng Truyền

7

Hình thức đánh giá
• Điểm danh + Bài tập cá nhân + Bài tập nhóm:
20%
• Kiểm tra giữa kỳ: 30%
• Thi cuối kỳ (tự luận): 50%

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

8

4


3/10/2021


Thank you!

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

9

5


3/10/2021

Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM

TRUYỀN ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN
MÁY CNC
(Driving and control for
CNC machine tool)
Đường Công Truyền

Chương 1:

Điều khiển số
(Numerical control – NC)

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền


2

1


3/10/2021

Khái niệm điều khiển số - NC

• Điều khiển số (Numerical Control-NC): là hoạt
động của máy công cụ tuân theo những chỉ
thị đã được mã hoá đặc biệt, truyền đến hệ
thống điều khiển máy.

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

3

Khái niệm điều khiển số - NC
• Chỉ thị (các lệnh điều khiển) là sự kết hợp của
các chữ cái, con số và ký tự đặc biệt như ( . ), (
% ), hay ( ), … được viết theo một trật tự logic
và theo các định dạng sẵn
• Tập hợp các chỉ thị cần thiết để gia cơng một
chi tiết gọi là chương trình NC, chương trình
CNC hay chương trình gia cơng chi tiết (Part
Program)

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

4

2


3/10/2021

Khái niệm điều khiển số - NC
• Ví dụ một chương trình CNC như sau:
% (Chuong trinh khoan)
N010 G91 G28 Z0.;
N020 G91 G28 X0. Y0.;
N025 G40 G80 G21 G17;
N030 G90 G54 G00 X0. Y0.;
N040 G43 H01 Z50. M03;
N050 G00 Z2.;
N060 G98 G83 Z-15. R1. Q3. S1000 F50. M08;
N090 G00 Z50. M05 M09;
N100 G91 G28 Z0.;
N110 M05;
N120 M30;
Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

5


Khái niệm điều khiển số - NC

• Chương trình NC được lưu trữ để có thể gia
cơng chi tiết bất kỳ lúc nào, đảm bảo thu
được các chi tiết có kích thước và hình dáng
giống hệt nhau

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

6

3


3/10/2021

Lịch sử phát triển điều khiển số
• 1947: tập đồn Parsons phát triển hệ thống
số đầu tiên để gia công các chi tiết phức tạp
của máy bay
• 1949: Parsons hợp tác với viện cơng nghệ
Massachusetts (MIT)
• 1951: máy cơng cụ NC đầu tiên được phát
triển bởi MIT
Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền


7

Lịch sử phát triển điều khiển số
• 1947: tập đồn Parsons phát triển hệ thống
số đầu tiên để gia công các chi tiết phức tạp
của máy bay
• 1949: Parsons hợp tác với viện cơng nghệ MIT
(Massachusetts Institute Technology)

• 1951: máy cơng cụ NC đầu tiên được phát
triển bởi MIT
Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

8

4


3/10/2021

Lịch sử phát triển điều khiển số
• MIT (Massachusetts Institut Technology)

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền


9

Lịch sử phát triển điều khiển số

(MCU)

Machine tool

Kết cấu và Nguyên lý hoạt động của máy công cụ NC
Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

10

5


3/10/2021

Lịch sử phát triển điều khiển số

Nguyên lý điều khiển chuyển động của trục trên
máy công cụ NC
Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

11


Lịch sử phát triển điều khiển số

Quy trình gia cơng trên máy công cụ NC
Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

12

6


3/10/2021

Lịch sử phát triển điều khiển số

Băng đột lỗ
Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

13

Lịch sử phát triển điều khiển số
➢ Ngơn ngữ lập trình APT:
• 1959: MIT phát triển hệ thống lập trình có sự
trợ giúp của máy tính, APT (Automatically
Programmed Tools).
– APT được phát triển để đơn giản hóa lập trình
trên máy gia công 3 trục phức tạp, chủ yếu sử

dụng trong ngành công nghiệp hàng không.

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

14

7


3/10/2021

Lịch sử phát triển điều khiển số
➢ Ngôn ngữ lập trình APT:
• Ngơn ngữ APT sử dụng những từ bằng tiếng Anh để
mơ tả hình dáng hình học và sự chuyển động của
dao cắt trong q trình gia cơng chi tiết
• Ví dụ định nghĩa điểm trong hệ tọa độ Đề các bằng
ngôn ngữ APT

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

15

Lịch sử phát triển điều khiển số
➢ Ngơn ngữ lập trình APT:
• Ví dụ định nghĩa điểm trong hệ tọa độ cực bằng

ngôn ngữ APT

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

16

8


3/10/2021

Lịch sử phát triển điều khiển số
➢ Ngôn ngữ lập trình APT:
• Ví dụ định nghĩa điểm từ tâm hình trịn bằng
ngơn ngữ APT

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

17

Lịch sử phát triển điều khiển số
➢ Điều khiển số trực tiếp - DNC
• Giữa 1960: Điều khiển số trực tiếp (Direct
Numerical Control – DNC): giao tiếp- kết nối giữa
máy cơng cụ và máy tính ở cự ly xa
• Trong DNC, khối lệnh gia cơng truyền từ máy tính

đến máy cơng cụ với tốc độ tương thích. Phương
thức giao tiếp này trở nên phổ biến loại bỏ băng từ
và tăng chiều dài chương trình
Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

18

9


3/10/2021

Lịch sử phát triển điều khiển số

➢ Điều khiển số trực tiếp - DNC
• DNC: sử dùng 1 máy tính điều khiển đồng thời
nhiều máy công cụ NC

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

19

Lịch sử phát triển điều khiển số
➢ Điều khiển số nhờ máy tính - CNC
• Cuối 1960: máy cơng cụ được điều khiển
bằng máy tính (Computer Numerical Control)

được phát triển nhằm thay thế cho máy cơng
cụ NC dùng băng đột lỗ (có nhược điểm cồng
kềnh dễ gãy)

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

20

10


3/10/2021

Lịch sử phát triển điều khiển số
➢ Điều khiển số nhờ máy tính - CNC
• Ngun lý hoạt
động của máy
cơng cụ CNC

Machine tool
Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

21

Lịch sử phát triển điều khiển số
➢ Điều khiển số nhờ máy tính - CNC


• Xử lý dữ liệu trên máy cơng cụ CNC điều khiển vịng kín
Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

22

11


3/10/2021

Lịch sử phát triển điều khiển số

➢ Điều khiển số phân phối - DNC II
• 1970s: Điều khiển số phân phối (Distributed
Numerical Control – DNC II) ra đời: chương trình
lưu trữ trên máy chủ (host computer) kết nối với
máy tính khu vực (local computer) truyền đến một
hay nhiều máy CNC
• Cách thức này cho phép gia tăng dung lượng bộ
nhớ cho điều khiển CNC và việc quản lý sản xuất
thuận tiện hơn
Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

23


Lịch sử phát triển điều khiển số
➢ DNC II

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

24

12


3/10/2021

Lịch sử phát triển điều khiển số
➢ Hệ thống sản xuất linh hoạt - FMS
• 1980s: FMS (Flexible Manufacturing System) hệ thống sản xuất linh hoạt phát triển mạnh
và được ứng dụng thành cơng tại Mỹ
• FMS là sự tích hợp hồn tồn q trình sản
xuất bao gồm các thành phần: máy CNC, DNC,
hệ thống cấp phôi tự động, công nghệ nhóm
và con người
Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

25

Lịch sử phát triển điều khiển số
➢ FMS


Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

26

13


3/10/2021

Một hệ thống FMS điển hình

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

27

Lịch sử phát triển điều khiển số
➢ Hệ thống sản xuất tích hợp nhờ máy
tính - CIM
• 1990s CIM ( Computer Intergrated Manufacturing) hệ thống sản xuất tích hợp nhờ máy tính phổ biến ở
Mỹ
• CIM Là hệ thống tích hợp tồn bộ các quá trình sản
xuất được xử lý và điều khiển bởi máy tính ngay cả
đến việc phân tích thị trường, kiểm tra chất lượng
sản phẩm, tổ chức phân phối
Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC


TS. Đường Công Truyền

28

14


3/10/2021

Lịch sử phát triển điều khiển số
➢ Mơ hình CIM

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

29

Kỹ thuật NC và CNC
• NC = Numerial Control
• CNC = Computer Numerical Control, là sự
phát triển của NC
• Giống nhau:
– Cùng thực hiện các nhiệm vụ giống nhau, còn gọi
là xử lý dữ liệu để gia công chi tiết
– Cùng thiết kế bên trong của hệ thống điều khiển
bao gồm các chỉ thị logic để xử lý dữ liệu
Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC


TS. Đường Công Truyền

30

15


3/10/2021

Kỹ thuật NC và CNC
• Khác nhau:
– Hệ thống NC sử dụng các hàm logic cố định được
gắn cố định bên trong bộ điều khiển
– Người lập trình hay vận hành máy không thể thay
đổi các hàm này
– Hệ thống NC  thuật ngữ “hardwired”

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Cơng Truyền

31

Kỹ thuật NC và CNC
• Khác nhau:
– Hệ thống NC có thể hiểu một chương trình gia
cơng chi tiết bằng bộ điều khiển của nó, nhưng
khơng cho phép có bất cứ một thay đổi nào đối
với chương trình
– Mọi thay đổi thực hiện ngồi bộ điều khiển

(phòng thiết kế)

– Hệ thống NC yêu cầu phải sử dụng băng đột lỗ để
nạp dữ liệu chương trình
Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

32

16


3/10/2021

Kỹ thuật NC và CNC
• Khác nhau:
– Hệ thống CNC hiện đại sử dụng bộ vi xử lý gắn
bên trong nó
– Máy tính này bao gồm các thẻ nhớ chứa rất
nhiều các chương trình cho phép biến đổi các
hàm logic
– Người lập trình hay người vận hành máy có thể
thay đổi chương trình ngay tại máy
Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

33


Kỹ thuật NC và CNC

• Khác nhau:
– Chương trình gia cơng và các hàm logic được lưu
trữ trong máy tính đặc biệt, giống như các câu
lệnh của phần mềm
– Hệ thống CNC  thuật ngữ “softwired”

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

34

17


3/10/2021

Kỹ thuật NC và CNC
• Lưu ý:
– Khi đề cập đến một vấn đề cụ thể có liên quan
đến kỹ thuật NC và CNC, thường thì có thể dùng
NC hoặc CNC đều được.
– NC là một kỹ thuật ra đời trước và lạc hậu hơn
CNC

– Tất cả các hệ thống điều khiển hiện nay đều
là hệ thống CNC
Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC


TS. Đường Công Truyền

35

Gia công truyền thống và gia cơng CNC
• Phương pháp chung khi gia công một chi tiết
gồm:
– Nhận và nghiên cứu bản vẽ
– Chọn phương pháp gia cơng thích hợp nhất
– Quyết định phương án kẹp chặt
– Chọn dụng cụ cắt
– Xác định số vịng quay và tốc độ cắt
– Gia cơng chi tiết
Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

36

18


3/10/2021

Gia cơng truyền thống và gia cơng CNC
• Trong gia công truyền thống:
– Người vận hành máy thiết lập các thông số gia
công và di chuyển dụng cụ cắt để tạo ra chi tiết
yêu cầu.

– Cần nhiều đồ gá như đòn kẹp, bánh răng và vành
chia độ,…
– Người vận hành phải thực hiện các thao tác lặp
lại khi gia công loạt các chi tiết
– Người vận hành không thể thực hiện các thao tác
hoàn toàn giống nhau trong mọi thời điểm
Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Cơng Truyền

37

Gia cơng truyền thống và gia cơng CNC
• Trong gia công CNC:
– Loại bỏ phần lớn những nhược điểm trên
– Khơng cịn phụ thuộc vào thao tác của con người
– Có thể được sử dụng nhiều lần một chương trình
gia cơng và ln cho kết quả như nhau

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

38

19


3/10/2021


Ưu điểm của CNC
• Giảm thời gian gá lắp và chuẩn bị chương
trình

• Tăng độ chính xác và tính lặp lại
• Gia cơng các chi tiết có hình dáng phức tạp
• Đơn giản hố dao cụ và đồ gá kẹp
• Giảm thời gian gia công và tăng năng suất
Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

39

Nhược điểm của CNC
• Chi phí đầu tư ban đầu cao
• Chi phí lập trình và máy tính kèm theo
• Chi phí bảo trì cao và cần phải có thợ bảo trì
chuyên nghiệp

Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC

TS. Đường Công Truyền

40

20