§µo V¨n HiÖp
§iÒu khiÓn sè m¸y c«ng cô
(Bµi gi¶ng)
Hµ Néi, 8-2009
Môc lôc
Ch−¬ng 1: NhËp m«n ®iÒu khiÓn sè m¸y c«ng cô ................................................................. 1
1.1. Kh¸i qu¸t vÒ ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh c«ng nghÖ ............................................................ 1
1.1.1. §iÒu khiÓn qu¸ tr×nh c«ng nghÖ víi m¸y c«ng cô truyÒn thèng ........................................3
1.3.2. §iÒu khiÓn qu¸ tr×nh c«ng nghÖ víi m¸y tù ®éng..............................................................3
1.3.3. §iÒu khiÓn thÝch nghi qu¸ tr×nh c«ng nghÖ........................................................................4
1.2. C¸c d¹ng ®iÒu khiÓn tù ®éng m¸y c«ng cô.................................................................... 4
1.2.1. §iÒu khiÓn b»ng cam .........................................................................................................6
1.2.2. §iÒu khiÓn theo mÉu ..........................................................................................................6
1.2.3. §iÒu khiÓn nhê b¶ng c¾m ..................................................................................................7
1.2.4. §iÒu khiÓn theo ch−¬ng tr×nh sè ........................................................................................8
1.3. §iÒu khiÓn sè m¸y c«ng cô...................................................................................................... 8
1.3.1. Kh¸i niÖm ®iÒu khiÓn sè ....................................................................................................8
1.3.2. NC vµ CNC.......................................................................................................................13
1.3.4. Trung t©m gia c«ng CNC .................................................................................................17
1.3.5. §iÒu khiÓn sè trùc tiÕp .....................................................................................................20
1.4. LÞch sö ph¸t triÓn cña m¸y NC ............................................................................................ 22
1.4.1. Sù ra ®êi vµ ph¸t triÓn cña m¸y NC..................................................................................22
1.4.2. C¸c giai ®o¹n ph¸t triÓn ...................................................................................................25
1.5. C¸c −u, nh−îc ®iÓm cña m¸y CNC ....................................................................................... 26
1.5.1. C¸c −u ®iÓm cña m¸y CNC..............................................................................................27
1.5.2. C¸c nh−îc ®iÓm cña CNC ................................................................................................32
1.6. H−íng sö dông vµ ph¸t triÓn m¸y CNC ........................................................................... 33
1.6.1. Lùa chän vµ sö dông hîp lý m¸y CNC ............................................................................33
1.6.2. §iÒu khiÓn thÝch nghi m¸y CNC......................................................................................36
1.6.3. M¸y cã cÊu h×nh thay ®æi ®−îc........................................................................................41
Ch−¬ng 2: §Æc ®iÓm kÕt cÊu vµ ®iÒu khiÓn m¸y CNC........................................................ 45
2.1. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn CNC................................................................................................... 45
2.1.1. C¸c ph−¬ng ph¸p néi suy .................................................................................................46
2.1.2. C¸c kiÓu ®iÒu khiÓn..........................................................................................................48
2.3. §Æc ®iÓm kÕt cÊu vµ ®iÒu khiÓn c¸c hÖ thèng ........................................................... 50
2.3.1. HÖ thèng ®iÒu khiÓn trôc chÝnh........................................................................................50
2.3.2. HÖ thèng ®iÒu khiÓn ch¹y dao..........................................................................................51
2.3.3. ThiÕt bÞ g¸ kÑp chi tiÕt......................................................................................................54
2.3.4. HÖ thèng thay dao tù ®éng...............................................................................................55
Ch−¬ng 3: C¬ së lËp tr×nh gia c«ng trªn m¸y CNC........................................................... 59
3.1. C¸c chÕ ®é lµm viÖc cña m¸y CNC..................................................................................... 59
3.2. C¬ së h×nh häc cña viÖc lËp tr×nh NC .............................................................................. 60
3.2.1. C¸c hÖ to¹ ®é....................................................................................................................60
3.2.2. Ph−¬ng ph¸p nhËp to¹ ®é .................................................................................................61
3.2.3. Quy ®Þnh gèc to¹ ®é ph«i (zero ph«i) ..............................................................................61
3.2.4. Bï th«ng sè dao................................................................................................................64
3.3. C¬ së c«ng nghÖ cña viÖc lËp tr×nh NC .......................................................................... 66
3.3.1. C¬ së c«ng nghÖ tiÖn........................................................................................................66
3.3.2. C¬ së c«ng nghÖ phay ......................................................................................................66
3.4. Nh÷ng vÊn ®Ò chung vÒ lËp tr×nh NC ............................................................................... 68
3.4.1. CÊu tróc cña ch−¬ng tr×nh NC..........................................................................................68
3.4.2. C¸c ph−¬ng ph¸p lËp tr×nh ...............................................................................................69
3.4.3. C¸c lo¹i ng«n ng÷ lËp tr×nh..............................................................................................73
Tµi liÖu tham kh¶o........................................................................................................................... 78
Ch−¬ng 1: NhËp m«n ®iÒu khiÓn sè m¸y c«ng cô
M¸y NC (Numerical Control Machine Tools) nÕu ®−îc dÞch mét c¸ch ®Çy ®ñ ph¶i lµ
m¸y c«ng cô ®iÒu khiÓn theo ch−¬ng tr×nh sè, nh−ng th−êng ®−îc gäi t¾t lµ m¸y c«ng cô
®iÒu khiÓn sè hoÆc m¸y NC. Tuy còng lµ mét lo¹i m¸y tù ®éng nh− nhiÒu thÕ hÖ m¸y tù
®éng tr−íc, m¸y NC cã nh÷ng tiÕn bé vÒ nÒn t¶ng c«ng nghÖ vµ tÝnh n¨ng. §Ó gióp b¹n
®äc hiÓu s©u s¾c h¬n vÒ b¶n chÊt cña NC, nh÷ng −u ®iÓm vµ øng dông cña m¸y NC, chóng
t«i ®iÓm qua vÒ vÊn ®Ò tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh c«ng nghÖ vµ vÒ m¸y tù ®éng nãi chung
tr−íc khi ®i vµo nh÷ng vÊn ®Ò cô thÓ cña m¸y NC.
1.1. Kh¸i qu¸t vÒ ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh c«ng nghÖ
§Ó ®¹t ®−îc kÕt qu¶ gia c«ng mong muèn, qu¸ tr×nh c«ng nghÖ (gia c«ng trªn m¸y
c«ng cô) cÇn ph¶i ®−îc ®iÒu khiÓn. Cã thÓ nãi lÞch sö ph¸t triÓn cña khoa häc c«ng nghÖ
chÕ t¹o m¸y g¾n liÒn víi lÞch sö ph¸t triÓn cña kü thuËt ®iÒu khiÓn m¸y c«ng cô. §iÒu
khiÓn m¸y c«ng cô ®−îc ®Þnh nghÜa lµ sù t¸c ®éng lªn c¸c c¬ cÊu cña m¸y ®Ó thùc hiÖn
qu¸ tr×nh c«ng nghÖ gia c«ng chi tiÕt ®¹t c¸c chØ tiªu kü thuËt, n¨ng suÊt vµ chi phÝ [7].
§iÒu khiÓn m¸y c«ng cô cã thÓ "b»ng tay" (do con ng−êi thùc hiÖn) hoÆc "tù ®éng", nghÜa
lµ kh«ng cã sù can thiÖp trùc tiÕp cña con ng−êi. T−¬ng øng víi 2 ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn
lµ 2 lo¹i m¸y: m¸y th«ng th−êng vµ m¸y tù ®éng.
M¸y th«ng th−êng (Conventional Machine Tools), ®«i khi cßn ®−îc gäi mét c¸ch
kh«ng thËt râ rµng lµ m¸y v¹n n¨ng (Universal Machine Tools hoÆc General Purpose
Machine Tools), lµ c¸c m¸y c«ng cô kh«ng ®−îc tù ®éng ho¸ hoÆc tù ®éng ho¸ ë møc rÊt
thÊp. MÆc dï ®· cã nh÷ng tiÕn bé v−ît bËc vÒ kÕt cÊu; cã thÓ ®¹t ®é chÝnh x¸c gia c«ng
cao (®Õn µm); tèc ®é lµm viÖc cao (3000 ÷ 4000v/ph) vµ kh¶ n¨ng c«ng nghÖ cao (gia
c«ng ®−îc nhiÒu d¹ng bÒ mÆt kh¸c nhau); c¸c tiÖn Ých sö dông ®−îc c¶i thiÖn (vÝ dô ®o,
hiÓn thÞ to¹ ®é vµ chu tr×nh gia c«ng d¹ng sè),... nh−ng vÒ nguyªn lý lµm viÖc vµ kÕt cÊu
c¬ b¶n th× c¸c m¸y hiÖn ®¹i (h×nh 1.1) kh«ng cã g× kh¸c so víi m¸y cæ ®iÓn (h×nh 1.2). VÒ
b¶n chÊt, chóng ®Òu ®−îc ng−êi ®iÒu khiÓn trùc tiÕp. Ng−êi thî ®øng m¸y ph¶i trùc tiÕp
thùc hiÖn hÇu hÕt c¸c c«ng viÖc, tõ khi g¸ ph«i cho ®Õn khi hoµn thµnh nguyªn c«ng vµ th¸o
chi tiÕt khái m¸y. §ã lµ chuçi c¸c c«ng viÖc: g¸ ph«i, chän dao, ®Æt chÕ ®é c¾t, dÞch chuyÓn
dao, gi¸m s¸t qu¸ tr×nh vµ kiÓm tra kÕt qu¶ gia c«ng, th¸o chi tiÕt khái m¸y.
Trªn m¸y tù ®éng (Automated Machine Tools), mét sè chøc n¨ng ®−îc ®iÒu khiÓn tù
®éng. Tõ m¸y th«ng th−êng thµnh m¸y tù ®éng ®iÒu khiÓn sè hiÖn ®¹i, m¸y c«ng cô tr¶i
qua nhiÒu giai ®o¹n T§H. Tr−íc hÕt ng−êi ta −u tiªn T§H hÖ thèng chuyÓn ®éng t¹o h×nh,
sau ®ã lµ T§H c¸c hÖ thèng phô trî.
Ch−¬ng 1: NhËp m«n ®iÒu khiÕn sè m¸y c«ng cô 1
H×nh 1. 1: KÕt cÊu cña m¸y tiÖn hiÖn ®¹i
H×nh 1. 2: KÕt cÊu cña m¸y tiÖn cæ ®iÓn
Ch−¬ng 1: NhËp m«n ®iÒu khiÕn sè m¸y c«ng cô 2