Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TRẦN CÔNG CHÍNH ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MASTERCAM TẠO LẬP CHƯƠNG
TRÌNH ĐỂ GIA CÔNG CHI TIẾT CÓ BỀ MẶT PHỨC TẠP
TRÊN MÁY PHAY CNC - ARMONI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN, NĂM 2010

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1
MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH 3
MỞ ĐẦU 5
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC 6
1.1. Khái quát máy công cụ thông thƣờng và máy công cụ CNC 6
1.1.1. Đặc điểm máy cắt kim loại CNC 6
1.1.2. Cấu tạo của máy công cụ CNC 9
1.2 . Hệ thống điều khiển CNC 19
1.2.1 Kết cấu và chức năng điều khiển CNC 19
1.2.2. Phần cứng – Máy tính 20
1.2.3. Các dạng điều khiển hình học trên máy công cụ CNC 20
1.3. Dụng cụ cắt trên máy phay CNC 25
1.3.1. Dao phay ngón 25
1.3.2.Dao phay mặt đầu 27
1.4. Khái quát về phƣơng pháp lập trình gia công trên máy công cụ CNC 28
1.4.1 Ngôn ngữ lập trình CNC. 28
1.4.2. Cơ sở hình học của lập trình 32
1.5. Các hình thức tổ chức lập trình gia công CNC. 41

3.2. phƣơng pháp Lập trình gia công và khả năng tự động tạo lập chƣơng trình
gia công trong MasterCAM 105
3.2.1 . Thiết kế bản vẽ chi tiết gia công 105
3.2.2. Chọn phôi 106
3.2.3. Chọn dụng cụ cắt 106
3.2.4. Tự động tạo lập chương trình gia công trong MasterCAM 106

CHƢƠNG 4
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MASTERCAM TẠO LẬP CHƢƠNG TRÌNH NC ĐỂ
GIA CÔNG CHI TIẾT PHỨC TẠP TRÊN MÁY PHAY CNC - ARMONI. 109
4.1. Chi tiết gia công 109
4.2. Trình tự các bƣớc gia công chi tiết 110
4.2.1. Thiết đặt các tham số phôi 110
4.2.2. lập các bước để gia công chi tiết 111
4.3. Chƣơng trình gia công 115
4.3.1. Chương trình gia công phay hạ bậc đường tròn ngoài 116
4.3.2. Chương trình gia công phay thô hạ bậc mặt trên 117
4.3.3. Chương trình gia công phay tinh hạ bậc mặt trên 119
4.3.4. Chương trình gia công phay chữ và hình các hình elips 120
KẾT LUẬN 119
TÀI LIỆU THAM KHẢO 121
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Cấu tạo máy phay thông thường và máy phay CNC 8
Hình1.2: Bộ truyền chạy dao với trục vít me - đai ốc - bi 10
Hình 1.3: Kết cấu chính khe hở vít me đai ốc bi 11
Hình 1.4: Rãnh dẫn hướng 12

Hình 2.12: Dịch chuyển dao theo lệnh G39 56
Hình 2.13: Lệnh bù trái G41 1
Hình 2.14: Dịch chuyển dao theo lệnh G41 57
Hình 2.15: Lệnh bù phải G42 1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4
Hình 2.16: Dịch chuyển dao theo lệnh G42 58
Hình 2.17: Toạ độ zê rô của các điểm offset 58
Hình 2.18: Dịch chuyển dao theo lệnh G73 59
Hình 2.19: Chu trình khoan lỗ - lệnh G81 60
Hình 2.20: Chu trình khoan lỗ G81 kết hợp với lệnh G93 60
Hình 2.21: Chu trình khoan lỗ sâu G83 61
Hình 2.23: Chu trình ta rô với lệnh G84 63
Hình 2.24: Chu trình khoét lỗ với lệnh G85 63
Hình 2.25: Chu trình doa với lệnh G86 64
Hình 2.26: Chu trình doa với lệnh G86 64
Hình 2.29: Các chức năng sử dụng phần mềm 68
Hình 2.30: Lựa chọn chương trình đã có sẵn hoặc tạo file mới 70
Hình 2.31: Soạn thảo hoặc sửa đổi chương trình 72
Hình 2.32: Các thông tin trợ giúp 73
Hình 2.33: Cấu trúc câu lệnh phay hốc hình chữ nhật 1
Hình 2.34: Đặt giá trị giữa các câu lệnh 75
Hình 2.35: Các chức năng trong chương trình mô phỏng 77
Hình 2.36: Hộp hội thoại khai báo kích thước phôi 78
Hình 2.37: Các chức năng của chế độ gia công trên máy công cụ 79
Hình 2.38: Lựa chọn chiều quay của trục chính 80
Hình 2.39: Chọn % lượng chạy dao 80
Hình 2.40 : Các chức năng điều khiển theo chế độ bằng tay 81

công nghệ và tay nghề cho các sinh viên. trong những năm qua được sự quan tâm của Nhà
trường đầu tư nhiều thiết bị máy móc hiện đại. Xưởng Cơ khí đã được nhà trường trang bị
một máy phay CNC - ARMONI [12] nhằm đáp ứng yêu cầu đào tạo công nghệ và tay
nghề cho sinh viên trong giai đoạn mới.
Máy phay CNC - ARMONI đã được xưởng cơ khí khai thác rất có hiệu quả trong
những năm vừa qua. Song cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ và yêu cầu ngày
càng cao của công tác đào tạo công nghệ và tay nghề thì việc xây dựng môđun đào tạo và
ứng dụng các công nghệ CAD/CAM [4], [10], [11] tiên tiến để gia công các chi tiết trên
máy phay CNC – ARMONI là một vấn đề rất khoa học và thiết thực để mở rộng khả năng
công nghệ của máy, nâng cao hiệu quả khai thác máy. Ngoài ra, đây còn là kênh thông tin
hữu ích cho các sinh viên là các giáo viên tương lai trong việc tìm hiểu, thực hành về
công nghệ CNC cũng như xây dựng môđun đào tạo cho các đối tượng khác nhau khi ra
trường [2], [10]. Nhưng cho đến nay chưa có một đề tài nào nghiên cứu về vấn đề trên.
Nhận thức được điều đó, tôi đã mạnh dạn đặt vấn đề " Ứng dụng phần mềm
Mastercam tạo lập chương trình gia công chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy
phay CNC – ARMONI ".
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 6
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC
1.1. Khái quát máy công cụ thông thƣờng và máy công cụ CNC
1.1.1. Đặc điểm máy cắt kim loại CNC
Máy cắt kim loại CNC cho phép tập trung nguyên công ở mức độ cao nhất, do máy
có khả năng công nghệ cao, trên máy có thể thực hiện các nguyên công như: Tiện, Phay,
Khoan, Doa, Ta rô
Quá trình thay dao thực hiện tự động nhờ vào cơ cấu thay dao
Tốc độ trục chính và tốc độ chạy dao được điều chỉnh vô cấp do vậy việc lựa chọn
chế độ cắt rất hợp lý

máy công cụ CNC . Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 8
Hình 1.1. Cấu tạo máy phay thông thường và máy phay CNC
- Những đặc trưng khác nhau về mặt cấu tạo như bảng sau:

Máy công cụ truyền thống
Máy công cụ CNC
Truyền động
chính
Động cơ AC
Động cơ AC hoặc DC, động cơ
servo
Truyền động
chạy dao
- Thủ công (máy phay).
- Truyền động qua hộp số.
- Truyền động vít me - đai ốc
- Động cơ AC hoặc DC, động cơ
servo tịnh tiến bước.
- Truyền động vít me - đai ốc bi.
Điều khiển
- Thủ công- vô lăng.
- CNC

- Về các chức năng cơ bản giữa máy công cụ thường và máy công cụ NC, CNC như

về tốc độ, lượng chạy dao
hành trình của chương
trình và truyền các tín
hiệu điều khiển tương
ứng tới các thành phần
tương ứng của máy NC.
Điều khiển CNC: Cụm vi tính
tích hợp trong bộ điều khiển
CNC và phần mềm tương ứng
quản lý tất cả các chức năng
điều khiển của máy CNC. Các
bộ nhớ trong được sử dụng để
lưu chương trình, dữ liệu về
thiết bị, dụng cụ; số liệu bù
dao; chu kỳ tự do và chu kỳ cố
định. Phần mềm kiểm lỗi được
tích hợp trong bộ điều khiển
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 9
CNC.
Kiểm tra kích thước :
Công nhân thỉnh thoảng
đo kiểm tra kích thước
của chi tiết, trong trường
hợp cần thiết chi tiết
được gia công lại.
Kiểm tra kích thước: Máy
NC đảm bảo độ ổn định

đích. Để hiệu quả, động cơ cần phải đạt được momen max trên toàn bộ khoảng thay đổi
tốc độ. Điều này khó đạt vì thường momen của động cơ giảm tại tốc độ cao ( động cơ
không đồng bộ), một số động cơ không có khả năng cho momen cực đại tại điểm có tốc
độ thấp ( động cơ một chiều).
- Nhờ tiến bộ của công nghiệp vi điện tử ngày nay động cơ điện xoay chiều (AC) 3
pha thường được sử dụng để chạy trục chính máy CNC. Nhược điểm điều khiển phức tạp,
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 10
số vòng quay của AC trở nên không đáng kể do sự giảm giá nhanh chóng các bộ điều
khiển điện tử (điều khiển tốc độ nhờ bộ chuyển đổi – convertor ). Lợi thế đáng kể của AC
so với động cơ DC như: cùng kích thước nhưng số vòng quay cao hơn tới 3 lần và công
suất đầu ra tốt hơn. Động cơ này hoạt động không có chổi than, vòng góp nên không cần
những bảo dưỡng tương ứng.
1.1.2.2. Các trục chạy dao
Các trục chạy dao thường đặt với kí tự X, Y, Z.
Máy tiện CNC có ít nhất 2 trục chạy dao X, Z có thể điều khiển, đó là chuyển động
kết hợp của bàn trượt. Máy phay CNC có 3 trục X,Y,Z, có thể điều khiển CNC, hai trong
số đó là chuyển động của bàn máy và trục thứ 3 là chuyển động trục chính .
* Truyền động chạy dao
- Các truyền động chạy dao tạo nên các chuyển động bàn trượt dao (máy tiện) và
bàn (máy phay). Bộ truyền chạy dao yêu cầu phải cung cấp một tốc độ thay đổi liên tục (0
100m/phút) với độ chính xác lặp lại (chuyển động êm, phản ứng nhanh với sự thay đổi
tốc độ). Các chuyển động của từng trục phải được thực hiện với tốc độ ăn dao lớn nhất và
thời gian định vị bé nhất (tính động ). Để thoả mãn những điều kiện này, một bộ truyền
động chạy dao CNC gồm những thành phần sau:

1-Động cơ 2-Bàn máy
3-Hệ thống đo 4-Vít me bi

Trục vítme có
rãnh bi xoắn vít

Hỡnh 1.3: Kt cu chớnh khe h vớt me ai c bi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 12 H×nh 1.4: R·nh dÉn h-íng
R·nh ®æi h-íng bi (bªn trong)
R·nh håi bi (bªn ngoµi)

Hình 1.4: Rãnh dẫn hướng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 13
* Hệ thống đo
Phƣơng thức đo
Gồm đo trực tiếp hoặc đo gián tiếp
+ Đo vị trí trực tiếp: Thang đo được gắn trực tiếp trên bàn máy/ bàn chạy dao. Mọi
sự thiếu chính xác liên quan tới trục chính và bộ truyền không ảnh hưởng tới giá trị đo
được. Các giá trị đo được xác định bởi bộ thu nhận thông qua sự quét quang học trên
thang đo. Bộ thu nhận chuyển các giá trị này thành tín hiệu điện và đưa vào bộ điều khiển
– Phương pháp đo chính xác.
+ Quãng đường dịch chuyển được xác định bởi sự quay của vít me bi được gắn với
một đĩa xung đóng vai trò thang đo. Một bộ sinh tín hiệu ghi số vòng quay của đĩa xung
và truyền chúng vào bộ điều khiển. Khi đó bộ điều khiển sẽ tính chính xác chuyển động

chạy dao đi qua cảm biến, cảm biến đếm số lượng vùng sáng tối và tính ra vị trí hiện thời
của bàn trượt dựa vào sự chênh lệch kể từ vị trí trước đó của bàn máy.
Để đảm bảo phép đo gia số đúng, vị trí của bàn trượt phải được so ngay với một
điểm khi bộ điều khiển được bật – gọi là điểm tham chiếu máy (R), điểm đó có khoảng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 15
cách cố định tới điểm ZERO máy. Điểm R là chuẩn khi tính vị trí hiện thời của bàn theo
phương pháp đo vị trí gia số.
Khi tắt máy bộ điều khiển mất thông tin điều khiển về các chuyển động cơ khí. Vị
trí điểm gốc phải được khôi phục khi mỗi lần bật lại bộ điều khiển.
* Đầu trục chính: là bộ phận rất quan trọng.
- Ở máy tiện mâm cặp hoặc chấu bóp mang phôi được siết chặt vào đầu trục chính.
- Ở máy phay có lỗ để lắp dụng cụ cắt.
Do đó đầu trục chính được chuẩn hoá để đảm bảo khả năng thay thế của dụng cụ
kẹp là lớn nhất.
1.1.2.3. Các trục quay và trục chạy dao phụ
Bên cạnh các chuyển động thẳng dọc trục X, Y, Z máy CNC còn có thể thực hiện
điều khiển chuyển động quay quanh các trục. Các trục quay này được ký hiệu là A, B, C.
Một số máy CNC có bàn máy hoặc đầu trục quay. Trên đó phôi có thể được gia
công theo một số góc nghiêng phù hợp. Các trục này được điều khiển như các trục quay
độc lập hoặc như các trục quay phối hợp tạo nên những điều khiển 4,5 hoặc 6 trục. Các
trung tâm gia công ngoài các trục quay cơ bản cho bàn máy và đầu các trục chính, còn có
các trục chạy dao bổ xung. Các trục chạy dao bổ xung chỉ có thể được điều khiển khi các
bộ truyền động của trục X, Y, Z ở trạng thái tĩnh. Chuyển động trục W chỉ có thể được sử
dụng để gia công lỗ khoan theo mọi hướng. Các trục chạy dao bổ xung cho các trục X, Y,
Z được đặt là U, V, W.
* Thiết bị kẹp phôi
Thiết bị kẹp phôi giữ chi tiết gia công ở vị trí đúng và chính xác trên trục chính công


17

Hình 1.7 - Magazin dụng cụ

Đài dao được sử dụng cho máy tiện CNC còn magzin cho máy phay CNC. Khi
chương trình NC gọi một dụng cụ mới, đài dao quay cho tới khi con dao đó đến được vị
trí làm việc. Kiểu thay dao như vậy hiện nay thực hiện rất nhanh, hàng phân số của giây.
Phụ thuộc vào kiểu và kích thước, đài dao của máy CNC có 8 hoặc 16 ổ để dao.
Trong một trung tâm phay lớn có thể đến 3 đài dao được sử dụng đồng thời và các
magazine của các trung tâm này cho phép chứa 100 hoặc nhiều hơn các loại dụng cụ khác
nhau. Đó có thể là loại magazine dọc, vòng tấm hoặc magazin băng truyền.

* Hệ thống thay dao tự động
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 18

H×nh 1.7: S¬ ®å thay thÕ dao tù ®éng

Hình 1.8: Sơ đồ thay thế dao động
Thay thế dụng cụ nhờ một hệ thống tay tóm . Việc thay đổi dụng cụ được thực hiện
với dụng cụ cánh tay kẹp khi một dụng cụ mới được gọi trong chương trình NC như sau:
- Dụng cụ mong muốn trong Magazin được định vị vào vị trí thay đổi.
Trục công tác về vị trí thay đổi.
- Tay tóm xoay đến dụng cụ cũ trên trục và dụng cụ mới trong Magazin lấy dụng
cụ tương ứng trên đầu trục chính và hốc dụng cụ. Xoay tay tóm đưa dụng cụ mới vào đầu
trục chính và dụng cụ cũ vào magazine, quay tay tóm về vị trí ban đầu. Quá trình thay đổi
dụng cụ chỉ kéo dài trong 6  10s, có hệ thống chỉ trong vòng 1s.

khiển
Bảng điều khiển
Các kết nối để đọc
vật mang tin (Băng
đục lỗ, Casset, đĩa
mềm)

Máy
tính
Giao
diện
điều
khiển
trục

Cung
cấp
nguồn

Máy
công
cụ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 20
- Xuất dữ liệu: liên quan đến giao diện hệ điều khiển máy công cụ, xuất tín hiệu
điều khiển trục và nguồn cung cấp năng lượng.
1.2.2. Phần cứng – Máy tính
Máy tính chứa một hoặc một vài bộ vi xử lý và bộ nhớ trong. Bộ vi xử lý xử lý dữ

Điều khiển điểm - điểm (hay điều khiển theo vị trí) được dùng để gia công các lỗ
bằng phương pháp khoan, khoét, doa và cắt ren lỗ. ở đây chi tiết gia công được gá cố định
trên bàn máy, dụng cụ cắt thực hiện chạy dao nhanh đến các vị trí đã lập trình. Khi đạt tới
điểm đích dao bắt đầu cắt. Tuy nhiên cũng có trường hợp dao không dịch chuyển mà bàn
máy dịch chuyển. Mục đích cần đạt là các kích thước a, b, c, d, đ. e phải chính xác, còn
quỹ đạo chuyển động là của dao hay của bàn máy đều không có ý nghĩa . (hình 1.9)
Vị trí của các lỗ có thể được điều khiển
đồng thời theo hai trục (hình 1.10a) hoặc điều
khiển kế tiếp nhau (hình 1.10b). Trong trường
hợp chạy dao đồng thời theo hai trục X, Y thì
quỹ đạo chuyển động tạo thành một góc  so
với một trục nào đó (ví dụ trên hình 1.9 góc
hợp thành giữa quỹ đạo chuyển động của dao
và trục X là ).

H×nh 1.10: C¸c d¹ng ch¹y dao trong ®iÒu kiÖn ®iÓm - ®iÓm.
a) ®iÒu kiÓn ®ång thêi theo hai trôc.
b) ®iÒu khiÓn kÕ tiÕp

y
x
2
1
a)
y
x
2
1
a)
1’

Z
a)
b)
Điều khiển đường thẳng là dạng điều khiển mà khi gia công dụng cụ cắt thực hiện
lượng chạy dao theo một đường thẳng nào đó. Trên máy tiện dụng cụ cắt chuyển động
song song hoặc vuông góc với trục của chi tiết ( trục Z ), hình 1.11a. Trên máy phay dụng
cụ cắt chuyển động song song với trục Y hoặc song song với trục X ( quỹ đạo được xác
định theo chiều mũi tên). Ta thấy trong cả hai trường hợp trên đây dụng cụ cắt chuyển
động độc lập theo từng trục một (không có quan hệ ràng buộc với trục khác). Dạng điều
khiển này được dùng cho các máy phay và máy tiện đơn giản.

Hình 1.12: Điều khiển đường thẳng
1.2.3.2. Điều khiển biên dạng (điều khiển contour)

Điều khiển theo biên dạng (theo contour) cho phép chạy dao trên nhiều trục cùng
lúc. Ví dụ, trên hình 1.12 cho thấy điểu khiển theo contour trên máy tiện (hình 1.12a) và
trên máy phay (hình1.12b).
Trong cả hai trường hợp trên dụng cụ cắt chuyển động đồng thời theo cả hai trục để
tạo ra một biên vừa có phần thẳng, vừa có phần cong. ở đây, các chuyển động theo các
trục có mối liên hệ hàm số ràng buộc với nhau. Dạng điều khiển này được ứng dụng trên
các máy tiện, máy phay và các trung tâm gia công. Tuỳ theo số trục được điều khiển đồng
thời khi gia công người ta phân biệt: điều khiển contour 2D, điều khiển contour
D
2