
Giáo trình

Máy CNC và công
nghệ gia công trên
máy CNC

May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC 1
CHƯƠNG 1


- Đưa ra các lệnh điều khiển
- Nhận các tín hiệu phản hồi và xử lý.
 MCU bao gồm 2 bộ phận sau:
• DPU (Data processing Unit): Bộ xử lý dữ liệu
• CLU (Control Loop Unit) : Bộ thực hiện điều khiển
DPU Đọc các dữ liệu từ chương trình trên băng đục lỗ, đóa từ,…và giải mã các tín hiệu này thành
các dự liệu số. Sau đó gửi tín hiệu đến CLU.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC 2
CLU nhận các dự liệu được giải mã từ DPU, đưa ra các lệnh điều khiển máy, nhận các tín hiệu
phản hồi so sánh và xử lý cho đến khi đạt độ chính xác yêu cầu. DPU sau đó sẽ đọc khối lệnh
tiếp theo.

b) Máy công cụ (Machine Tool):
Tương tự như các máy công cụ thông thường, nhưng các chuyển động của các trục được thực
hiện bởi động cơ servo hoặc động cơ bước thông qua truyền động vít me đai ốc bi (sẽ trình bày ở
chương sau).

Trên hình 1.2 là sơ đồ các thành phần cấu tạo của máy NC
3
1.2/. DNC (Direct NC):
Vào giửa thập niên 60, với sự ra đời của máy tính, người ta đã nghó đến việc thay đổi việc mã
hóa dữ liệu trên băng đục lỗ, băng từ bằng máy tính nhằm giảm bơt các yêu cầu về phần cứng,
lập trình đơn giản hơn, nhanh chóng và linh hoạt hơn.
Vào thời điểm này, máy tính rất đắt tiền nên người ta dùng một máy chủ (host) để điều khiển
chung nhiều máy NC qua mạng kết nối. Hệ thống trên gọi là DNC (Hình1.3)

Hình 1.3. Hệ thống DNC

1.3/. CNC (Computer Numerical Control)

Vào cuối thập niên 60, sự ra đời của công nghệ vi xử lý đã đưa đến sự xuất hiện của PLC,
Microcomputer. Các thiết bò này ngay sau khi ra đời đã được ứng dụng trên các máy NC, và thế
hệ máy CNC đã ra đời. Với CNC, mỗi máy NC được phục vụ bởi 1 PLC hoặc Computer riêng.
Điều này cho phép chương trình có thể nhập và lưu trữ riêng trên mỗi máy CNC. Nhưng lại xuất
hiện các vấn đề mới đó là quan lý dữ liệu (giữa các máy không có sự liên hệ chặt chẽ với nhau).
Cac thành phân cơ bản của máy CNC bao gồm: Hình 1.4
• 1/. Chương trình gia công (Part program )
• 2/. Thiết bò đọc chương trình (Program input device )
• 3/. Machine control unit (MCU)
• 4/. Hệ thống truyền động (Drive system )
• 5/. Máy công cụ (Machine tool)
6/. Hệ thống phản hồi (Feedback system) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC
vực chế tạo ô tô, xe cơ giới, máy bay…Hệ thống FMS điển hình bao gồm:
• Thiết bò xử lý: Maý công cụ, hệ thống lắp ráp, Rôbot.
• Thiết bò xử lý phôi: Robot, băng tải, Hệ thống vận chuyển tự động (AGV : Automated
guided vehicles) hệ thống lưu kho tự động (AS:Automated storage) và hệ thống truy xuất
(RS: Retrieval System)
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC 6
• Hệ thống trao đổi thông tin.
• Hệ thống điều khiển bằng máy tính (Computer controlled system)
• Con người ( Human operator).
• Hệ thống thay dao tự động (automated tool changers).
FMS tạo nên một bước tiến mới hướng đến việc tích hợp hoàn toàn qúa trình san xuất, dựa trên
các hệ thống, quan điểm tự động hóa sau:
• CNC
• DNC II
• Hệ thống xử lý phôi liệu tự động (Automated material handling system.)
• Công nghệ nhóm (Group Technology)

 Một số mô hình FMS điển hình
Hình 1.6. Single machine cell
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC
• CNC machine tools
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC 9
• DNC
• FMS
• ASRS( automated storage and retrieval systems )
• AGV ( automated guided vehicles )
• Robotics
• Automated conveyance systems
• Computerized scheduling and production control
• CAQ (Computer-aided quality assurance)
• A business system integrated by a common database.
• Lean Manufacturing

Hình 1.10 Các thành phần của hệ thống CIM.

Với việc tích hợp qúa trình sản xuất, năng xuất tăng lên nhiều lần, giảm chi phí lao động, giảm
thời gian thiết kế và phát triển sản phẩm, chất lượng thiết kế cao hơn, tính linh hoạt của hệ
thống rất cao giúp đáp ứng nhanh nhu cầu của thò trường, tăng lợi thế cạnh tranh. Trong hệ
thống CIM, cần có sự chia sẽ thông tin giửa các bộ phận để tăng tính linh hoạt và hoạt động của
các khâu hiệu qủa hơn.

2.1.3/ Điều khiển số bằng máy tính (CNC)
Đònh nghóa: CNC là hệ thống NC sử dụng máy tính thiết lập trực tiếp trên hệ điều khiển
máy.
Đặc điểm:
 Được điều khiển bởi các chỉ thò lưu trữ trên bộ nhớ máy tính để thực hiện một phần
hay toàn bộ các chức năng điều khiển số.
 Được phát triển dựa trên những thành tựu của công nghệ vi điện tử, vi xử lí.
 Các hệ điều khiển CNC có khả năng thực hiện các chức năng điều khiển bởi phần
mềm -> đơn giản các mạch điều khiển, giảm giá thành , tăng độ tin cậy.

*** Hầu hết các hệ điều khiển số thế hệ mới đều ở dạng CNC.
2.1.4/ Máy công cụ điều khiển theo chương trình số (CNC Machine)
Là thế hệ máy công cụ (machine tool) được điều khiển bởi bộ điều khiển CNC

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC
12
2.2. Cấu trúc hệ thống máy CNC:
Hệ thống máy CNC gồm 6 phần chính: Hình 2.1
- Chương trình gia công(part program) - Thiết bò đọc chương trình ( program input device)
- Bộ điều khiển máy (MCU) - Hệ thống truyền động ( drive system)
- Máy công cụ (machine tool) - Hệ thống phản hồi ( feedback system) Hình 2.1. Cấu trúc của máy CNC
Lưu ý: Đối với máy gia công CNC, chương trình gia công, thiết bò đọc chương trình và bộ xử lý
dữ liệu (DPU) đều được thực hiện bởi máy tính.


• 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.

2.5. Các loại máy CNC
Ngày nay, nhiều loại máy CNC đã được ngiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong chế tạo cơ khí
như:
- Máy phay CNC
- Máy tiện CNC
- Máy gia công tia lửa điện CNC dùng điện cực nhúng
- Máy gia công tia lửa điện CNC dùng dây cắt
- Máy khoan CNC
- Máy mài CNC
- Máy gia công dùng tia laser CNC
- Máy gia công tia nước CNC
- Máy hàn CNC
- Máy đo tọa độ CNC (CMM: Coordinate Measuring Machine)…

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC
14Hình 2.2. Máy Phay CNC đứng (CNC Vertical Milling Machine)

Hình 2.9. Máy đo toạ độ CNC ( CNC Coordinate Measuring machine)
Hình 2.10. Máy gia công tia lửa điện EDM Wire Cut.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC
18
2.6. Một số bộ phận cơ bản của máy CNC
2.6.1/ Hệ thống điều khiển truyền động CNC (CNC drive systems)
Hệ thống điều khiển CNC bao gồm mạch điều khiển tốc độ (velocity loop) ở trong hệ thống
động cơ truyền động và mạch điều khiển vò trí(position loop control) ở bên ngoài hệ thống động
cơ truyền động. Hệ thống điều khiển CNC có thể là hệ thống điều khiển hở (open loop) hoặc hệ
thống điều khiển kín (closed loop). Sự khác nhau cơ bản là hệ thống điều khiển kín có phản hồi
nhằm đảm bảo độ chính xác yêu cầu.
a. Hệ điều khiển hở (Open Loop System ) hình 2.11.
Hệ thống điều khiển hở không có mạch phản hồi, bộ điều khiển máy xem như sự di chuyển bàn
máy đúng như mong muốn. Hệ điều khiển hở rất nhạy cảm với sự thay đổi của tải trọng. Các sai
số vò trí và tốc độ có thể xảy ra khi cắt với lực cắt lớn. Tuy nhiên hệ điều khiển hở có ưu điểm là
đơn giản, rẻ tiền. Do vậy, hệ điều khiển hở chỉ nên dùng trong di chuyển Điểm-> Điểm (PTP)
hoặc trong các máy công suất cắt nhỏ.
Hình.2.12. Mạch điều khiển kín tuần tự (Analog type closed loop CNC drive system)
Digital feedback systems: Dùng bộ xác đònh vò trí số (digital position transducers ) trong mạch
phản hồi. Bộ mã hoá (Encoders) được sử dụng phổ biến nhất. Còn mạch phản hồi tốc độ vẫn
giống như hệ phản hồi tương tự. Hình 2.13

Hình 2.13. Mạch điều khiển CNC kín số (Digital type closed loop CNC drive system)
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC
20
Ngày nay đa số hệ điều khiển máy CNC đều là hệ kín, Sơ đồ điều khiển máy CNC kín tổng
quát được mô tả như hình 2.14.

Hình 2.14 . Sơ đồ điều khiển CNC

2.6.2/ Truyền động vít me đai ốc bi (recirculating Ball Screw).

Trong máy CNC, hệ thống truyền động được sự dụng là vitme đai ốc bi (hình2.15). Để thấy rõ


21
Hình 2.15 . Truyền động vítme – Đai ốc bi

Bảng 2.1 : Ưu điểm của truyền động vít me đai ốc bi.
Vít me
đai ốc bi
Vít me
thường
Thủy lực

Xích, đai

Brăng &
thanhrăng

Cam Khí nén
Gía thành rẻ X X X X X
Kha nang công suất
nhỏ

X
X
X X
Chi phí bảo trì thấp

X


22
2.6.3/ Động cơ bước (Stepper Motor)
Hình 2.16 mô tả sơ đồ nguyên lý dùng động cơ bước cung cấp điều khiển số không phản hồi về
vò trí của bàn máy khi gia công trên máy CNC. Bộ điều khiển nhận tín hiệu về chiều quay và
tính hiệu xung điện để điều khiển góc quay của động cơ. ng với mỗi tính hiệu xung điện, bộ
điều khiển sẽ đưa ra tính hiệu cường độ hoặc hiệu điện thế để làm cho động cơ quay một góc
nhất đònh nào đó (one step). Trục vít me đai ốc bi sẽ biến chuyển động quay thành chuyển động
tònh tiến của các trục.

Hình 2.16. Dùng động cơ bước để truyền động trong máy CNC

Về cơ bản động cơ bước được chia làm 3 loại sau: động cơ bước từ trở thay đổi (Variable-
reluctance), Động cơ bước nam châm vónh cửu (Permanent-magnet ) và động cơ bước kết hợp
(hybrid stepper motor). (a) ĐC bước từ trở thay đổi (b) ĐC bước nam châm vónh cửu (c) ĐC bước hybrid
Hình 2.17
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC
23
Động cơ bước từ trở thay đổi ra đời sớm nhất, tuy nhiên ngày nay không được sử dụng rộng rãi
vì độ phân giải và công suất không cao. Để nâng cao công xuất ta có thể dùng động cơ bước
nam châm vónh cửu. Tuy vậy, loại động cơ này độ phân giải cũng không cao (48-24 bước/vòng).
Động cơ bước được dùng rộng rải nhất trong công nghiệp hiện nay la Hybrid stepping motor.
Động cơ bước hybrid có Roto từ trở thay đổi với nam châm vónh cửu gắn trong các rãnh từ của

nhiên việc điều khiển phức tạp hơn. Các vi bước thường được sử dụng là 1/10, 1/16, 1/32,
1/125. Trong trường hợp điều khiển vi bước độ phân giải được tính như sau.
m
N
l
u
.
=∆
; m: số vi bước trong một đầy bước
 Lưu ý: Ở đây chỉ nêu lên những khái niệm chung nhất về động cơ bước, việc nghiên
cứu kỹ cấu cạo, cách điều khiển các loại động cơ này nói chung khá phức tạp và sẽ
được học trong các môn học khác.
Một số ưu điểm của động cơ bước là.

•
Giá thành rẻ (Low cost )
•
Có thể điều khiển mạch hở (Can work in an open loop , no feedback required)
•
Duy trì mô men rất tốt (không cần thắng, biến tốc)
•
Mô men xoắn cao ở tốc độ thấp
•
Chi phí bảo dưỡng thấp (không có chổi quét) (Low maintenance , brushless)
•
Đònh vò chính xác
•
Không phải điều chỉnh các thông số điều khiển
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC

Nhược điểm cơ bản của động cơ servo so với động cơ bước là.
 Đắt tiền hơn
Không làm việc  tốt ở chế độ mạch điều khiển hở, yêu cầu phải có hệ thống phản hồi
Y êu cầu phải điều chỉnh các thông số vòng điều khiển.
Bảo dưỡng tốn kém hơn, đặc biệt là động cơ DC servo
Hiện này đã có động cơ DC servo và AC servo. Động cơ DC servo ra đời trước và đã được sử
dụng rất rộng rãi. Nhưng sau rày với khả năng của việc sử dụng các Transistor với cường độ làm
việc lớn , các động cơ AC servo đã được chế tạo và được sử dụng ngày càng rộng rãi.

Hình 2.18. Động cơ servo nam châm vónh cửu
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
May CNC & Công Nghệ Gia Công Trên Máy CNC
25

Hình 2.19. Hình cắt của động cơ Servo
2.6.5/ Hệ thống phản hồi

Các loại cơ cấu phản hồi
- Biến trở (potentionmeter)
- Đo góc quay (resolvers)
- Bộ mã hoá (Encoder)
- Máy phát tốc (Tachometers)
a. Biến trơ û(chiết áp): Có 2 loại cơ bản. Biến trở thẳng tuyến tính (linear) và biến trở góc
(Rotary). Nguyên lý hoạt động của chiết áp được mô tả như hình 2.20.