1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT
LƢỢNG GIA CÔNG THÔ TRÊN MÁY PHAY CNC
BẰNG DAO PHAY ĐẦU CẦU DƢƠNG VĂN ĐỨC
THÁI NGUYÊN, 2011
2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

DƢƠNG VĂN ĐỨC

KHOA ĐÀO TẠO SĐH BGH TRƯỜNG ĐHKTCN

PGS.TS. Nguyễn Đăng Hòe
3
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng toàn bộ nội dung của luận văn là do tôi thực hiện, các số
liệu sử dụng trong thuyết minh, các kết quả phân tích tính toán hoàn toàn trung thực,
tuyệt đối không sao chép của đề tài khác.

Ngƣời thực hiện Dƣơng Văn Đức



5
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
MỤC LỤC

Trang
LỜI CAM ĐOAN Error! Bookmark not defined.
LỜI CẢM ƠN 4
MỤC LỤC 5
PHỤ LỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU 7
MỞ ĐẦU 12
CHƢƠNG I 15
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM-CNC 15
1.1. Lịch sử phát triển 15
1.2. Các hệ thống điều khiển CNC 16
1.2.1. Điều khiển điểm - điểm 16
1.2.2. Điều khiển đoạn thẳng 17
1.2.3. Điều khiển đường 17
1.3. Hệ thống tọa độ và các điểm gốc, điểm chuẩn 19
1.3.1. Hệ thống tọa độ trên máy CNC 19
1.3.2. Các điểm gốc và điểm chuẩn 22
1.4. Ngôn ngữ và hình thức tổ chức lập trình CNC 27
1.4.1. Chương trình gia công theo hệ tọa độ tuyệt đối 28
1.4.2. Chương trình gia công theo hệ tọa độ tương đối 28
1.4.3. Chương trình theo hệ tọa độ hỗn hợp 29
1.4.4. Chương trình theo hệ tọa độ độc cực 29
1.4.5. Các hình thức tổ chức lập trình gia công CNC 30
CHƢƠNG II 33
PHƢƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG GIA CÔNG THÔ 33
2.1 . Lượng dư gia công và vết dao trong quá trình gia công thô. 33

KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 108
TÀI LIỆU THAM KHẢO 109
7
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
PHỤ LỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU
Chương I.
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM-CNC
Hình 1.1
Lịch sử phát triển công nghệ CAD/CAM-CNC
Hình 1.2
Điều khiển điểm – điểm
Hình 1.3
Điều khiển đoạn thẳng
Hình 1.4
Điều khiển 2D
Hình 1.5
Điều khiển 3D
Hình 1.6
Điều khiển 2D
Hình 1.7
Điều khiển 4D và 5D
Hình 1.8
Hệ tọa độ trên máy CNC
Hình 1.9
Chiều chuyển động của các trục trên máy CNC
Hình 1.10
Hệ tọa độ trên máy tiện 3D với bàn dao phía sau
Hình 1.11
Hệ tọa độ trên máy phay đứng
Hình 1.12

Bước tiến của dap phay ngón phẳng
Hình 2.4
Quá trình gia công tinh
Hình 2.5
Đường dẫn dao ở các lớp cắt khác nhau
Hình 2.6
Chiều cao nhấp nhô và bước tiến dao ngang.
Hình 2.7
Chiều cao nhấp nhô, chiều sâu cắt và bước tiến ngang
Hình 2.9
Đường dẫn dao khi gia công bề mặt cong lỏm theo phương pháp
thông thường
Hình 2.10
Đường dẫn dao khi gia công bề mặt cong lỏm theo phương pháp
nghiên cứu
Hình 2.11
Lượng dư còn lại khi gia công bề mặt cong lỏm theo phương pháp
nghiên cứu
Hình 2.12
Đường dẫn dao khi gia công bề mặt cong lồi theo phương pháp
thông thường
Hình 2.13
Đường dẫn dao khi gia công bề mặt cong lồi theo phương pháp
nghiên cứu
Hình 2.14
Lượng dư còn lại khi gia công bề mặt cong lồi theo phương pháp
nghiên cứu
Hình 2.8
Mô phỏng gia công trên phần mềm CATIA bằng dao phay đầu cầu


Hình 3.12
Nội suy 3 điểm S, E và điểm trung gian
Hình 3.13
Nội suy theo đường xoắn ốc
Hình 3.14
Dừng chính xác
Hình 3.15
Gia công theo contour
Hình 3.16
Xác định mặt phẳng làm việc
Hình 3.17
Gia công ren
Hình 3.18
Taro
Hình 3.19
Bù bán kính dụng cụ
Hình 3.20
Dịch chuyển tại góc phôi
Hình 3.21
Bù trái G41
Hình 3.22
Bù phải G42
Hình 3.23
Dịch chuyển điểm 0
Hình 3.24
Kích thước tuyệt đối/ tương đối
Hình 3.25
Hệ tọa độ cực
Hình 3.26
Tiếp cận và rời đi của dụng cụ

Hình 3.41
Gia công hốc chữ nhật, hốc tròn
Hình 3.42
Ví dụ Pocket1
Hình 3.43
Ví dụ Pocket2
Hình 3.44
Gia công hốc POCKET3/4
Hình 3.45
Ví dụ Pocket3
Hình 3.46
Ví dụ Pocker4
Hình 3.47
Ví dụ chu trình 76
Hình 3.48
Ví dụ chu trình 77
Hình 3.49
Các câu lệnh hiệu chỉnh
Hình 3.50
Tính theo điểm 0 hiện hành G54-G599
Hình 3.51
ATRANS tính theo điểm 0 tồn tại trước đó G54-G599, TRANS
Hình 3.52
Xoay hệ tọa độ
Hình 3.53
Ví dụ xoay hệ tọa độ
Hình 3.54
Lấy tỷ lệ
Hình 3.55
Ví dụ lấy tỷ lệ

Hình 3.70
Đường dẫn dao theo phương pháp mới
Hình 3.71
Lát cắt trên đỉnh nhấp nhô của phương pháp nghiên cứu
Hình 3.72
Chi tiết đã gia công xong bằng phương pháp nghiên cứu
Hình 3.73
Đo sơ bộ kích thước đỉnh nhấp nhô của chi tiết
Hình 3.74
Hai mẫu gia công
Hình 3.75
Phôi gia công bề mặt cong
Hình 3.76
Đường dẫn dao theo phương pháp thông thường
Hình 3.77
Kết quả cắt thử theo phương pháp thông thường trên phôi nhựa
và phôi nhôm
Hình 3.78
Đường chạy dao theo phương pháp nghiên cứu
Hình 3.79
Kết quả cắt thử theo phương pháp mới trên phôi nhựa và phôi
nhôm
Hình 3.80
Hai mẫu gia công với phôi nhôm
Hình 3.81
Hai mẫu gia công với phôi nhựa
12
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
MỞ ĐẦU


biên dạng chi tiết không đồng đều sẽ dẫn đến sự biến đổi lực cắt, từ đó có thể gây ra
gãy dụng cụ cắt. Để đạt được bề mặt gia công tinh tốt hơn, đòi hỏi phải có thêm lần
gia công cũng như thêm thời gian gia công. Nếu như gia công thô có thể đem lại
chất lượng bề mặt gia công tinh tốt hơn, từ đó có thể loại bỏ được lần gia công bán
tinh dẫn đến giảm thời gian gia công, và giảm giá thành sản phẩm. Tuy nhiên, cho
tới nay, chưa có nghiên cứu nào về việc tăng chất lượng bề mặt sau gia công thô
được tiến hành.
Xuất phát từ thực tế đó tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu phƣơng pháp nâng
cao chất lƣợng gia công thô trên máy phay CNC bằng dao phay đầu cầu” làm
đề tài tốt nghiệp.
2. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học của đề tài:
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần bổ sung cho cơ sở lý thuyết về
nghiên cứu máy CNC và lập trình gia công trên máy.
- Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ ứng dụng vào việc nâng cao chất lượng gia
công thô trên máy phay CNC.
3. Mục đích của đề tài
- Mục đích của đề tài là nghiên cứu một phương pháp gia công thô bằng cách
xem xét đến lượng dư gia công linh động trong quá trình gia công. Mục đích của
phương pháp là xây dựng đường chạy dao tối ưu dựa trên lượng dư mà đường chạy
dao trước đó để lại, và cắt đi phần lượng dư này. Từ đó đem lại chất lượng bề mặt gia
công thô tốt hơn mà không làm tăng thời gian gia công khi phay thô trên máy CNC.
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là máy phay EMCO Concept Mill 55 sử dụng
hệ điều khiển SINUMERIK.
14
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
- Nghiên cứu lý thuyết về công nghệ gia công trên máy phay CNC.

16
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
hoạt FMS (Flexible Manufacturing System).
Hệ thống sản xuất tích hợp CIM (Computer Intergrated Manufacturing) bắt đầu
xuất hiện từ những năm 80. Mục tiêu của CIM là gia công tự động linh hoạt, nó cho
khả năng gia công đạt hiệu quả kinh tế cao ngay cả khi số lượng gia công không lớn.
1.2. Các hệ thống điều khiển CNC
Tùy thuộc vào yêu cầu của từng loại máy và cơ cấu điều khiển, hệ điều khiển có
thể chia thành 3 loại cơ bản: điều khiển điểm – điểm; điều khiển đoạn thẳng và điều
khiển đường (tuyến tính hoặc phi tuyến). Trong đó các máy điều khiển đường có
khả năng điều khiển điểm – điểm và điều khiển đoạn thẳng.
1.2.1. Điều khiển điểm - điểm
Với các máy loại này, trong quá trình gia
công dụng cụ được định vị nhanh đến vị trí
tọa độ yêu cầu. Trong quá trình dịch chuyển
nhanh dụng cụ không thực hiện quá trình cắt
gọt, chỉ đến khi đến tọa độ yêu cầu dụng cụ
mới thực hiện quá trình gia công cắt gọt. Các
máy có hệ điều khiển loại này là: máy khoan,
khoét, doa, máy hàn điểm, đột, dập
Ví dụ khi gia công hai lỗ A và B ta có thể
thực hiện như sau:

Hình 1.2. Điều khiển điểm – điểm
Trước hết, cho dụng cụ chạy nhanh đến điểm A, sau đó thực hiện gia công lỗ A,
sau khi gia công xong lỗ A dụng cụ rút ra khỏi lỗ và chạy nhanh đến vị trí B. Sau
khi đến vị trí B dụng cụ thực hiện gia công lỗ B, sau đó rút dụng cụ ra khỏi lỗ và kết
thúc quá trình gia công. Việc dịch chuyển dụng cụ từ A đến B có thể thực hiện theo
2 cách được biển diễn trên hình 1.2.
17

18
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
Điều khiển 3D
Dạng điều khiển này cho phép dịch chuyển
dụng cụ trong một 3 mặt phẳng đồng thời để tạo
nên một đường cong hay một mặt cong bất kỳ
trong không gian. Điều này tương ứng với quá
trình điều khiển đồng thời cả 3 trục của máy
theo quan hệ ràng buộc để tạo nên quỹ đạo của
dụng cụ theo yêu cầu.

Hình 1.5. Điều khiển 3D
Điều khiển 2D
Dạng điều khiển này cho phép dịch chuyển
dụng cụ theo 2 trục đồng thời để tạo nên một
đường cong phẳng, còn trục thứ 3 được điều
khiển chuyển động độc lập. Sự khác biệt ở dạng
điều khiển này so với dạng điều khiển dạng 2D
là hai trục được điều khiển đồng thời có khả
năng đổi chỗ cho nhau. Điều này có nghĩa là có
thể thực hiên các đường cong 2D trong các mặt
phẳng XOY hoặc XOZ hoặc YOZ.

Hình 1.6. Điều khiển 2D
Điều khiển 4D, 5D
Dựa trên cơ sở của điều khiển 3D, người ta còn bố trí cho dụng cụ hoặc chi tiết
có thêm 1 chuyển động quay (hoặc 2 chuyển động quay) xung quanh 1 trục nào đó
theo một quan hệ ràng buộc với các chuyển động trên các trục khác của máy 3D.
Với khả năng như vậy, các bề mặt phức tạp hay các bề mặt có trục quay có thể được
thực hiện dễ dàng hơn so với gia công trên máy 3D.


Hình 1.8. Hệ tọa độ trên máy CNC
20
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
Gốc của hệ trục tọa độ có thể đặt tại bất kỳ điểm nào trên chi tiết (về mặt
nguyên tắc), nhưng thông thường người ta sẽ chọn những điểm thuận lợi cho việc
lập trình, đồng thời để dễ dàng kiểm tra kích thước theo bản vẽ chi tiết gia công mà
không phải thực hiện nhiều bước tính toán bổ xung.
Một số điểm mang tính quy ước là trên các máy CNC, chi tiết gia công được
xem là cố định và luôn gắn với hệ tọa độ cố định, còn mọi chuyển động tạo hình và
cắt gọt đều do dụng cụ thực hiện. Trong thực tế, điều này đôi khi là ngược lại, ví dụ
trên máy phay thì chính bàn máy mang phôi thực hiện chuyển động tạo hình, còn
dụng cụ chỉ thực hiện chuyển động cắt gọt.Vì vậy, khi sử dụng máy CNC cần luôn
tạo ra thói quen để tránh nhầm lẫn đáng tiếc có thể gây nguy hiểm cho dụng cụ và
con người.
Theo quy ước chung, phương của trục chính máy là phương của trục OZ, còn
chiều dương của nó được quy ước là khi dao tiến ra xa khỏi chi tiết.

Hình 1.9. Chiều chuyển động của các trục trên máy CNC
Ví dụ, với máy tiện 2D thông thường thì trục chính nằm ngang và trùng với
phương OZ của hệ tọa độ, chiều dương hướng ra khỏi ụ chính (hướng về phía bàn
dao). Phương chuyển động của bàn xe dao theo hướng kính là phương OX và chiều
dương của nó là hướng ra xa bề mặt chi tiết gia công.
Đối với máy phay thẳng đứng, trục Z hướng theo phương thẳng đứng lên trên, còn
trục X và trục Y được xác định theo quy tắc bàn tay phải, tuy nhiên trong thực tế
các nhà chế tạo lại thường ưu tiên chọn trục X là trục mà có chuyển động bàn máy
21
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
dài hơn… Đối với các chuyển động quay xung quanh các trục tương ứng X, Y, Z
được xác định bằng các ký hiệu A, B, C sẽ được xác định là dương khi chiều quay

sang bên phải khi nhìn từ trục chính
xuống chi tiết gia công (nhìn ngược
chiều với chiều dương của trục OZ)

Hình 1.11. Hệ tọa độ trên máy phay đứng
Hệ tọa độ trên máy phay nằm ngang
Trục chính máy phay ngang là
nằm ngang theo phương của trục OZ,
chiều dương của trục OZ hướng vào
máy. Trục OX nằm trên mặt phẳng
định vị của chi tiết (hoặc song song
với mặt phẳng định vị) và chiều dương
của OX hướng về phía trái nếu nhìn
theo hướng trục chính.

Hình 1.12. Hệ tọa độ trên máy phay ngang
1.3.2. Các điểm gốc và điểm chuẩn
Điểm gốc máy (M)
23
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
Quá trình gia công trên máy CNC được thiết lập bằng một phương trình mô tả
quỹ đạo chuyển động tương đối giữa lưỡi cắt của dụng cụ và phôi. Vì vậy, để đảm
bảo việc gia công đạt độ chính xác thì các dịch chuyển của dụng cụ phải được so
sánh với điểm 0 (điểm zero) của hệ thống đo lường và được gọi là điểm gốc của hệ
tọa độ máy hay gốc đo lường M. Các điểm M được nhà chế tạo quy định trước.
Điểm chuẩn của máy (R)
Để giám sát và điều chỉnh kịp thời quỹ đạo chuyển động của dụng cụ, cần thiết
phải bố trí một hệ thống đo lường để xác định quãng đường thực tế (tọa độ thực) so
với tọa độ lập trình. Trên các máy CNC người ta đặt các mốc để theo dõi các tọa độ
thực của dụng cụ trong quá trình dịch chuyển, vị trí của dụng cụ luôn luôn được so

M.

Hình 1.14. Điểm gốc phôi W, gốc chương trình P và
gốc máy M
Giả sử với chi tiết tiện, người ta chọn điểm W đặt dọc theo trục quay (tâm trục
chính máy tiện) và có thể chọn đầu mút trái hay đầu mút phải của phôi. Đối với chi
tiết phay, nên lấy một điểm nằm ở góc phôi làm điểm W.
Điểm gốc chương trình (P)
Tùy thuộc vào bản vẽ chi tiết gia công mà người ta sẽ có một hay một số điểm
chuẩn để xác định tọa độ của các bề mặt khác. Trong trường hợp đó, điểm này được
gọi là gốc chương trình P (Programmed).Thực tế trong quá trình gia công, nếu chọn
25
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
điểm gốc phôi W trùng với điểm gốc chương trình P thì chương trình sẽ càng thuận
lợi cho quá trình lập trình vì không phải thực hiện nhiều phép tính toán bổ xung.

Hình 1.15. Ví dụ chọn điểm W và điểm P khi khoan hệ lỗ
cùng nằm trên một đường tròn
Điểm gá đặt (C)
Là điểm tiếp xúc giữa phôi và đồ gá trên máy, nó có thể trùng với điểm gốc của
phôi W trên máy tiện. Thông thường khi gia công người ta phải tính đến lượng dư
và do đó điểm gá đặt C chính là bề mặt chuẩn để xác định kích thước của phôi.
Điểm gốc của dụng cụ
Để đảm bảo quá trình gia công chi tiết với việc sử dụng nhiều dao và mỗi dao
có hình dạng và kích thước khác nhau được chính xác, cần phải có các điểm gốc của
dụng cụ.Điểm gốc của dụng cụ là những điểm cố định và nó được xác định tọa độ
chính xác so với các điểm M và R. Có ba điểm gốc của dụng cụ là điểm chuẩn dao
P, điểm gá đặt dao (N và E) và điểm thay dao.
Điểm chuẩn dao P
Điểm chuẩn của dao là điểm mà từ đó chúng ta lập chương trình chuyển động