TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
TÌM HIỂU CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
VÀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
CỦA MÁY PHAY CNC 5 TRỤC
GVHD : ThS. Lê Thanh Tùng
SVTH : Nguyễn Vũ Thanh Hoài – 06111038
Lưu Mạnh Sơn – 06111083
Đinh Quang Trí – 06111107
Trần Doãn Trung – 06111112
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 05 năm 2010
i
ii
NHIỆM VỤ BÀI BÁO CÁO
Nhóm sinh viên thực hiện đề tài:
Nguyễn Vũ Thanh Hoài MSSV: 06111038
Lưu Mạnh Sơn MSSV: 06111083
Đinh Quang Trí MSSV: 06111107
Trần Doãn Trung MSSV: 06111112
Ngành : Cơ điện tử
Khóa : 2006
Tên đề tài:
“TÌM HIỂU CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ PHÂN TÍCH HỆ
THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ CỦA MÁY PHAY CNC 5 TRỤC”
Nhiệm vụ cụ thể:
- Tìm hiểu tổng quan về máy điều khiển chuơng trình số NC.
- Tìm hiểu cấu tạo của máy phay CNC 5trục.
- Tìm hiểu nguyên lý họat động của máy phay CNC 5trục.


ThS. Lê Thanh Tùng
iv
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Tp.HCM, ngày tháng năm 2010
Giáo viên phản biện

v

main points: to learn about the control system of digital programme CNC in general, to
know about the structure, fundamental principles and to analyze the mechatronics
system of 5 axis CNC milling machine.
viii
MỤC LỤC
Trang
TRANG BÌA
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
LỜI CẢM ƠN
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
ABSTRACT
MỤC LỤC viii
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU
1.1. Lý do chọn đề tài
1.2 Mục tiêu – Nhiệm vụ nghiên cứu
1.3 Đối tượng nghiên cứu
1.4 Yêu cầu và giới hạn đề tài
1.5 Phương pháp nghiên cứu
CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ MÁY GIA CÔNG ĐIỀU KHIỂN SỐ CNC
2.1 Khái niệm về điều khiển số
2.2 Lịch sử phát triển máy CNC
2.3 Những nét cơ bản về máy công cụ và máy CNC
2.4 Kết cấu cơ bản của máy CNC
CHƯƠNG 3 : CẤU TẠO CƠ BẢN CỦA MÁY CNC
3.1 Phần cơ khí
3.1.1 Thân máy và đế máy

6.2 Đề nghị
6.3 Huớng phát triển đề tài
TÀI LIỆU THAM KHẢO
x
DANH MỤC HÌNH VẼ
Trang
Hình 2.1 Mô hình điều khiển DNC 4
Hình 2.2 Mô hình điều khiển sản xuất tổ hợp CIM 4
Hình 2.3 Kết cấu cơ bản của máy CNC 7
Hình 3.1 Một số hình ảnh về bàn máy 8
Hình 3.2 Bàn xoay tiêu chuẩn trục nằm ngang 9
Hình 3.3 Bàn xoay động cơ lắp phía sau 9
Hình 3.4 Bàn xoay có lỗ trục chính lớn 10
Hình 3.5 Bàn xoay 4 trục chính 10
Hình 3.6 Bàn xoay CNC điều khiển nghiêng bằng tay 10
Hình 3.7 Bàn xoay CNC điều khiển nghiêng tự động 10
Hình 3.8 Các trục của bàn xoay và máy phay CNC 11
Hình 3.9 Một số dạng chi tiết được gia công trên bàn xoay không nghiêng 12
Hình 3.10 Một số dạng chi tiết được gia công trên bàn xoay nghiêng tự động 12
Hình 3.11 Một số dạng chi tiết được gia công trên bàn xoay nghiêng bằng tay 12
Hình 3.12 Cụm trục chính 13
Hình 3.13 Điều khiển đai 13
Hình 3.14 Điều khiển trực tiếp 14
Hình 3.15 Điều khiển bánh răng 14
Hình 3.16 Băng dẫn hướng 14
Hình 3.17 Trục vitme đai ốc thường 15
Hình 3.18 Trục vitme đai ốc bi 15
Hình 3.19 Quan hệ giữa lực ma sát và tốc độ của vít me đai ốc thường
và vít me đai ốc bi 15
Hình 3.20 Kết cấu bộ truyền vítme đai ốc bi 16

GIỚI THIỆU
1.1Lý do chọn đề tài
Trong những buổi đầu phát triển của xã hội, lao động sáng tạo của con người chủ
yếu dựa vào sức lực của bản thân hay của súc vật. Với việc tìm ra bánh xe và cơ cấu
nâng đơn giản, con người đã có thể dựng nên những Kim tự tháp hùng vĩ, đền Ăngkor
huy hoàng. Dần dần với máy hơi nước, ý chí của con người đã có thể điều khiển và sử
dụng nguồn năng lượng của tự nhiên. Từ đó trở đi, những công cụ của con người sáng
tạo ra càng hoàn chỉnh, càng nhiều chủng loại, nhằm thỏa mãn yêu cầu: lao động của
con người được nhẹ nhàng hơn và hiệu quả công việc được cao hơn.
Máy công cụ - một loại khí cụ hoạt động với sự tham gia trực tiếp của con người
ra đời trong quá trình này. Yêu cầu giải phóng con người ra khỏi những công việc
nặng nhọc, khỏi những hoạt động đơn điệu, lặp lại của máy móc càng trở nên cấp thiết,
thúc đẩy nhanh quá trình tự động hóa: máy tự động được hình thành. Ở máy tự động,
toàn bộ quá trình gia công được thực hiện không có sự tham gia trực tiếp của con
người. Như thế, không chỉ việc truyền lực mà việc điều khiển cũng được tiến hành tự
động trong cả một chu kỳ làm việc của máy.
Máy tự động có năng suất cao hơn, độ chính xác gia công cao hơn và dễ thực
hiện sản xuất hàng loạt so với máy điều khiển bằng tay. Trong lịch sử phát triển của
máy công cụ, máy tự động trước tiên được sử dụng trong sản xuất hàng loạt lớn và
hàng khối. Đây là những máy tự động được điều khiển bằng cam. Ngoài những ưu
điểm lớn, loại máy này có nhược điểm là khi thay đổi mặt hàng phải điều chỉnh khó
khăn, tốn kém và cần nhiều thời gian. Để khắc phục nhược điểm này, người ta dùng
rộng rãi trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ loại máy tự động gọi là máy điều
khiển theo chương trình số.
Trong quá trình phát triển, máy điều khiển theo chương trình số không những
được sử dụng để gia công những chi tiết phức tạp, mà dần dần người ta nhận thấy máy
điều khiển theo chương trình số cũng có thể sử dụng với hiệu quả kinh tế cao để gia
công những chi tiết đơn giản.
Cùng với sự phát triển của nghành tự động, kỹ thuật tính toán, đo lường và điện
tử, máy điều khiển theo chương trình số đã có những bước phát triển mạnh mẽ, đóng

cắt gọt trên các máy công cụ. Về thực chất, đây là một quá trình tự động điều khiển
các họat động của máy (như các máy cắt kim lọai, robot, băng tải vận chuyển phôi liệu
hoặc chi tiết gia công, các kho quản lý phôi và sản phẩm…) trên cơ sở các dữ liệu
đuợc cung cấp ở dạng mã số nhị nguyên bao gồm các chữ số, số thập phân, các chữ cái
và một số ký tự đặc biệt tạo nên một chuơng trình làm việc của thiết bị hay hệ thống.
Như vậy, điều khiển số (NC) là một hình thức đặc biệt của tự động hóa, mà cụ
thể là các máy công cụ tự động đuợc lập trình để thực hiện một lọat các họat động ở
một chế độ đuợc xác định truớc nhằm tạo ra một chi tiết có các kích thuớc và các
thông số vật lý có thể hoàn toàn dự đoán truớc.
Trước đây, cũng đã có các quy trình gia công cắt gọt được điều khiển theo
chương trình bằng các kỹ thuật chép hình theo mẫu, chép hình bằng hệ thống thuỷ lực,
cam, hoặc điều khiển bằng mạch logic… Ngày nay, với việc ứng dụng các thành quả
tiến bộ của khoa học công nghệ, nhất là trong lĩnh vực điều khiển số và tin học đã cho
phép các nhà chế tạo máy nghiên cứu đưa vào các máy công cụ các hệ thống điều
khiển cho phép thực hiện các quá trình gia công một cách linh hoạt hơn, thích ứng với
nền sản xuất hiện đại và mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn.
Về mặt khoa học: Trong những điều kiện hiện nay, nhờ những tiến bộ kỹ thuật đã
cho phép chúng ta giải quyết các bài toán phức tạp hơn với độ chính xác cao hơn trước
đây hoặc chưa đủ điều kiện hoặc quá phức tạp khiến ta phải bỏ qua một số yếu tố và
dẫn đến một kết quả gần đúng. Chính vì vậy đã cho phép các nhà chế tạo máy thiết kế
và chế tạo các máy với các cơ cấu có hiệu suất cao, độ chính xác truyền động cao cũng
như những khả năng chuyển động tạo hình phức tạp và chính xác hơn.
Lịch sử phát triển của NC bắt nguồn từ các mục đích về quân sự và hàng không
vũ trụ khi mà yêu cầu về các chỉ tiêu về chất lượng của các máy bay, tên lửa, xe tăng
là cao nhất (có độ chính xác và độ tin cậy cao nhất, có độ bền và hiệu quả khi sử dụng
cao ). Ngày nay, lịch sử phát triển NC đã trải qua các quá trình phát triển không
ngừng cùng với sự phát triển trong lĩnh vực vi xử lý từ 4 bit, 8bit… cho đến nay đã đạt
được đến 32 bit và cho thế hệ sau cao hơn thế hệ trước và mạnh hơn về khả năng lưu
trữ và xử lý.
Từ các máy CNC riêng lẻ (CNC Machines – Tool) cho đến sự phát triển cao hơn

Năm 1946, Dr. John W. Mauchly và Dr. J. Presper Eckert đưa ra các máy tính số
điện tử đầu tiên “ENIAC” cho quân đội Mỹ. Cơ sở của xử lý số bằng điện tử đã có
được ứng dụng.
Trong những năm 1949 – 1952, John Parsons và M.I.T đã thiết kế theo hợp đồng
của Không lực Hoa Kỳ “Một hệ thống điều khiển dành cho máy công cụ, để điều
khiển trực tiếp vị trí của các trục thông qua dữ liệu đầu ra của một máy tính, làm bằng
chứng cho chức năng gia công một chi tiết”. Parsons đã đưa ra 4 tiền đề cơ bản cho ý
tưởng này:
- Những vị trí được tính ra trên một biên dạng được ghi nhớ vào các đục lỗ.
- Các đục lỗ được đọc ở trên máy một cách tự động.
- Những vị trí đã đọc ra được liên tục di chuyển đi và bổ sung thêm tính toán
cho các giá trị trung gian nội tại.
- Các động cơ Servo (vô cấp tốc độ) có thể điều khiển được chuyển động của
các trục.
Với một máy như vậy cần phải chế tạo được các phần tử tích phân phức tạp hơn
cho công nghiệp chế tạo máy bay. Những chi tiết đó vào thời kỳ này đã được miêu tả
chính xác với một số ít các dữ liệu toán học, nhưng việc chế tạo chúng bằng tay rất
khó khăn.
Việc ghép nối máy tính và hệ NC đã được nhìn nhận ngay từ buổi đầu của quá
trình phát triển.
Năm 1952, tai M.I.T đã cung cấp chiếc máy phay điều khiển số đầu tiên mang
tên “Cincinnati Hydrotel” có trục thẳng đứng. Tủ điều khiển lắp các bóng đèn điện tử,
có thể dịch chuyển đồng thời trên 3 trục (Nội suy tuyến tính 3 kích thước = 3D Linear
interpolation), tiếp nhận dữ liệu qua băng đục lỗ mã nhị phân.
Năm 1954, Bendix mua bản quyền phát minh của Parsons và chế tạo thiết bị điều
khiển NC công nghiệp đầu tiên, thiết bị này vẫn dùng các bóng đèn điện tử.
Năm 1957, Không lực Hoa Kỳ trang bị những máy phay điều khiển NC đầu tiên
trong các phân xưởng của họ.
Năm 1958, giới thiệu ngôn ngữ lập trình biểu trưng đầu tiên – APT – gắn liền với
máy tính IBM 704.

- Động cơ DC điều khiển
vô cấp hoặc AC biến tần
điều khiển vô cấp
- Động cơ bước và động cơ
thủy lực
- Động cơ Servo
2 Tốc độ truyền dẫn Phân cấp Vô cấp
3 Truyền động
Kiểu nối tiếp (thông qua
hộp số)
Độc lập
4 Bộ truyền dẫn
- Thanh răng/ bánh răng
thường
- Vít me/ đai ốc thường
- Thanh răng/ bánh răng
yêu cầu có cơ cấu kẹp khử
khe hở
- Vít me/ đai ốc bi
5 Điều khiển
Bằng tay (công tắc, tay
gạt cơ khí)
Bằng máy tính với hệ điều
khiển số (bảng điều khiển
và màn hình điều khiển)
6
Tính điển hình của
xích động
- Dài, thông qua nhiều
cơ cấu

CẤU TẠO CƠ BẢN CỦA MÁY CNC
3.1 Phần cơ khí
3.1.1 Thân máy và đế máy
Thường được chế tạo bằng các chi tiết gang vì gang có độ bền nén cao gấp 10 lần
so với thép và đều được kiểm tra sau khi đúc để đảm bảo không có khuyết tật đúc. Bên
trong thân máy chứa hệ thống điều khiển, động cơ của trục chính và rất nhiều hệ thống
khác.
Yêu cầu:
- Phải có độ cứng vững cao.
- Phải có các thiết bị chống rung động
- Phải có độ ổn định về nhiệt
Mục đích:
- Đảm bảo độ chính xác cao khi gia công
- Đế máy để đỡ toàn bộ máy tạo sự ổn định và cân bằng cho máy.
3.1.2 Bàn máy
Bàn máy là nơi để gá đặt chi tiết gia công hay đồ gá. Nhờ có sự chuyển động linh
hoạt và chính xác của bàn máy mà khả năng gia công của máy CNC được tăng lên rất
cao, có khả năng gia công được những chi tiết có biên dạng phức tạp.
Trên các máy CNC 5 trục thì bàn máy là dạng bàn máy xoay được, nó có ý nghĩa
như trục thứ 4, thứ 5 của máy.
Yêu cầu của bàn máy: Phải có độ ổn định, cứng vững, được điều khiển chuyển
động một cách chính xác.

Hình 3.1 Một số hình ảnh về bàn máy
8
3.1.3 Bàn xoay
Nhằm mở rộng khả năng công nghệ của máy công cụ, nhất là cho các máy CNC
2 hoặc 3 trục, người ta đã chế tạo một thiết bị có khả năng tăng số trục của máy từ 2
hoặc 3 trục thành các máy 4 hoặc 5 trục. Thiết bị đó chính là bàn xoay (Rotory Table).
Thực ra bàn xoay chẳng qua là một loại đồ gá đặc biệt và chúng chủ yếu được sử dụng

Hình 3.5 Bàn xoay 4 trục chính
Loại bàn xoay nhiều trục chính cho phép gá đặt cùng lúc nhiều chi tiết. Loại
bàn xoay nhiều trục chính có năng suất gấp nhiều lần so với loại bàn xoay tiêu chuẩn,
thích hợp cho sản xuất hàng loạt và hàng khối.
Loại bàn xoay nghiêng :

Hình 3.6 Bàn xoay CNC điều khiển Hình 3.7 Bàn xoay CNC điều khiển
nghiêng bằng tay nghiêng tự động
10
Loại bàn xoay này có hai trục. Bàn xoay có thể nghiêng đi nhờ xoay quanh được
một trục nào đó. Do đó loại này có khả năng công nghệ cao, có thể sử dụng làm đồ gá
để gia công các mặt phẳng, các rãnh các gờ lồi và đặt biệt là gia công các bề mặt
nghiêng ở nhiều góc độ khác nhau.
Loại bàn xoay này được phân ra hai loại như sau:
- Loại điều khiển nghiêng tự động: cả hai trục của bàn xoay được điều khiển
hoàn toàn tự động từ hệ thống CNC.
- Loại điều khiển nghiêng bằng tay: chuyển động làm nghiêng trục được thực
hiện bằng tay.
Loại cỡ lớn:
Ngoài các loại nêu trên, các nhà sản xuất bàn xoay còn chế tạo loại bàn xoay có
kích thước bàn từ 1m đến 3m hoặc lớn hơn. Loại bàn xoay này có trục chính thẳng
đứng hoặc nằm ngang với độ chính xác cao. Chúng được dùng để gia công các chi tiết
lớn, nặng (có thể lên đến 10.000kg) và cho các ứng dụng về đo lường.
b. Lập trình gia công với bàn xoay CNC
Bàn xoay thường được lắp trên các máy phay CNC hoặc trung tâm gia công. Đối
với loại bàn xoay không nghiêng thì nó có vai trò như trục thứ 4 của máy. Đối với loại
bàn xoay nghiêng thì nó đóng vai trò như trục thứ 4 và thứ 5 của máy CNC. Tùy theo
định nghĩa của nhà sản xuất mà các trục này có thể có tên là A và B.
Hình 3.8 Các trục của bàn xoay và máy phay CNC
c. Ứng dụng của bàn xoay