BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

BÙI NGỌC TÂM

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VÀ XÁC ĐỊNH CHẤT LƯỢNG GIA
CÔNG BỀ MẶT PHỨC TẠP TRÊN MÁY PHAY CNC

Chuyên ngành : Công nghệ Chế tạo máy

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

BÙI NGỌC TÂM

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VÀ XÁC ĐỊNH CHẤT LƯỢNG GIA
CÔNG BỀ MẶT PHỨC TẠP TRÊN MÁY PHAY CNC

Chuyên ngành : Công nghệ Chế tạo máy

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
GS.TS.TRẦN VĂN ĐỊCH

CNC như: Mastercam, Solid Work, Cimatron, Catia, Pro/Engineer, Unigrafic… Các
phần mềm này hiện đều có mặt ở Việt Nam và hỗ trợ rất đắc lực cho người lập trình để
gia công cá bề mặt phức tạp. Trong đề tài này tác giả tập trung vào việc ứng dụng phần
mềm Mastercam để gia công các bề mặt phức tạp, sau đó tiến hành cắt thử trên máy
phay PC-MILL55 tại trung tâm EMCO của trường đại học Bách Khoa Hà Nội
với.Mẫu cắt thử là vật liệu nhôm được gia công 2 bề mặt cong R15 với cùng chế độ cắt
nhưng kiểu chạy dao khác nhau. Mẫu cắt thử sẽ được xác định độ chính xác bề mặt tại

Nguyễn Anh Dũng

1


Luận văn Thạc sĩ
phòng thí nghiệm của bộ môn Máy chính xác trường đại học Bách Khoa, từ kết quả đo
chúng ta có thể đánh giá chất lượng gia công khác nhau của bề mặt với những kiểu
chạy dao khác nhau.
c. Nội dung chính và đóng góp mới của tác giả
Nội dung nghiên cứu của luận văn:
- Giới thiệu tổng quan về công nghệ CAD-CAM/CNC:
- Giới thiệu về máy phay PC-MILL55
- Giới thiệu phương pháp lập trình cho máy phay CNC để gia công các bề mặt
phức tạp
- Tiến hành cắt thử trên máy phay PC-MILL 55
- Đo độ chính xác bề mặt của 2 bề mặt cong với đường chạy dao khác nhau
d. Phương pháp nghiên cứu.
- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ gia công trên máy điều khiển số CNC nói
chung và máy phay CNC nói riêng.
- Tìm hiểu tương đối đầy đủ về máy phay MILL 55 EMCO của dự án EMCO:
Các khả năng công nghệ; các thông số công nghệ; hệ điều khiển cũng như ứng

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CNC ...Error! Bookmark not defined.
1.1. Lịch sử phát triển .....................................................Error! Bookmark not defined.
1.2. Các hệ thống điều khiển CNC................................Error! Bookmark not defined.
1.2.1. Điều khiển điểm - điểm ...................................Error! Bookmark not defined.
1.2.2. Điều khiển đoạn thẳng.....................................Error! Bookmark not defined.
1.2.3. Điều khiển đƣờng.............................................Error! Bookmark not defined.
1.3. Hệ thống tọa độ và các điểm gốc, điểm chuẩn.....Error! Bookmark not defined.
1.3.1. Hệ thống tọa độ trên máy CNC ......................Error! Bookmark not defined.
1.3.2. Các điểm gốc và điểm chuẩn ..........................Error! Bookmark not defined.
1.4. Ngôn ngữ và hình thức tổ chức lập trình CNC ....Error! Bookmark not defined.
1.4.1. Chƣơng trình gia công theo hệ tọa độ tuyệt đốiError!
defined.

Bookmark

not

1.4.2. Chƣơng trình gia công theo hệ tọa độ tƣơng đốiError!
defined.

Bookmark

not

1.4.3. Chƣơng trình theo hệ tọa độ hỗn hợp ............Error! Bookmark not defined.
1.4.4. Chƣơng trình theo hệ tọa độ độc cực.............Error! Bookmark not defined.
1.4.5. Các hình thức tổ chức lập trình gia công CNCError!
defined.

Bookmark

3.1.4. Các mục cần kiểm tra : ....................................Error! Bookmark not defined.
3.1.5.Các thuật ngữ trong lập trình :.........................Error! Bookmark not defined.
3.1.6.Điều khiển và định hƣớng các trục .................Error! Bookmark not defined.
3.1.7. Các dạng mã lệnh .............................................Error! Bookmark not defined.
3.1.8 Mẫu cơ bản của một chƣơng trình ..................Error! Bookmark not defined.
3.2 Mã lệnh G ..................................................................Error! Bookmark not defined.
3.2.1 Danh sách các mã G: ........................................Error! Bookmark not defined.
3.3 Mã lệnh M..................................................................Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 4: CÁC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM...............Error! Bookmark not defined.
4.1 Lập trình gia công chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy phay PC-Mill55 .. Error!
Bookmark not defined.
4.1.1 Nguyên công 1: Gia công phá thô ...................Error! Bookmark not defined.


4.1.2.Nguyên công 2: Gia công bán tinh hai mặt congError!
defined.

Bookmark

not

4.1.3 Nguyên công 3: Gia công tinh hai mặt cong .Error! Bookmark not defined.
4.1.3.4 Mô phỏng gia công trên phần mềm MasterCam X4Error! Bookmark not
defined.
4.1.4 Một số hình ảnh khi cắt thử tại máy phay PC-Mill55Error! Bookmark not
defined.
4.2 Xác định chất lƣợng hai bề mặt cong của chi tiết gia côngError! Bookmark not
defined.
4.2.1 Tiến hành chụp 3d hai mặt cong bề mặt chi tiếtError!
defined.

Bảng2.1. Thông số kỹ thuật của máy ..............................Error! Bookmark
Bảng 3.1. Các dạng mã lệnh...............................................Error! Bookmark
Bảng 3.2 Bảng mã G ...........................................................Error! Bookmark
Bảng 3.3: Bảng mã lệnh M.................................................Error! Bookmark

not defined.
not defined.
not defined.
not defined.

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Lịch sử phát triển công nghệ CAD/CAM-CNCError!
Bookmark
not
defined.
Hình 1.2. Điều khiển điểm – điểm ....................................Error! Bookmark not defined.
Hình 1.3. Điều khiển đoạn thẳng .......................................Error! Bookmark not defined.
Hình 1.4. Điều khiển 2D .....................................................Error! Bookmark not defined.
Hình 1.5. Điều khiển 3D .....................................................Error! Bookmark not defined.
Hình 1.6. Điều khiển 2D ................................................Error! Bookmark not defi ned.
Hình 1.7 Điều khiển 4D và 5D ..........................................Error! Bookmark not defined.
Hình 1.8. Hệ tọa độ trên máy CNC ...................................Error! Bookmark not defined.
Hình 1.9. Chiều chuyển động của các trục trên máy CNCError!
Bookmark
not
defined.
Hình 1.10. Hệ tọa độ trên máy tiện 3D với bàn dao phía sauError! Bookmark not
defined.
Hình 1.11. Hệ tọa độ trên máy phay đứng .......................Error! Bookmark not defined.
Hình 1.12. Hệ tọa độ trên máy phay ngang......................Error! Bookmark not defined.

Hình 3.4. Nội suy 2 điểm S, E và R ..................................Error! Bookmark
Hình 3.6. Nội suy 3 điểm S, E và điểm trung gian..........Error! Bookmark
Hình 3.5. Nội suy với góc chắn cung ................................Error! Bookmark
Hình 3.7. Nội suy theo đƣờng xoắn ốc .............................Error! Bookmark
Hình 3.8. Dừng chính xác...................................................Error! Bookmark
Hình 3.9. Gia công theo contour ........................................Error! Bookmark
Hình 3.10. Xác định mặt phẳng làm việc .........................Error! Bookmark
Hình 3.11. Gia công ren......................................................Error! Bookmark
Hình 3.12. Taro ....................................................................Error! Bookmark
Hình 3.13. Bù bán kính dụng cụ ........................................Error! Bookmark
Hình 3.14. Dịch chuyển tại góc phôi.................................Error! Bookmark
Hình 3.15. Bù trái G41........................................................Error! Bookmark
Hình 3.16. Bù phải G42 ......................................................Error! Bookmark
Hình 3.18. Dịch chuyển điểm 0 .........................................Error! Bookmark
Hình 3.19. Kích thƣớc tuyệt đối/ tƣơng đối .....................Error! Bookmark
Hình 3.20. Hệ tọa độ cực ....................................................Error! Bookmark
Hình 3.21. Tiếp cận và rời đi của dụng cụ .......................Error! Bookmark
Hình 3.22. Hƣớng dịch chuyển với G430/G431..............Error! Bookmark

not defined.
not defined.
not defined.
not defined.
not defined.
not defined.
not defined.
not defined.
not defined.
not defined.
not defined.

Hình 4.4 Dao c ầu
........................................................Error! Bookmark not defined.
Hình 4.5 Thông số cắt bán tinh 2 mặt với kiểu chạy dao khác nhauError!
not defined.
Hình 4.6 Phay bán tinh mặt cong trái................................Error! Bookmark
Hình 4.7 Phay bán tinh mặt cong phải ..............................Error! Bookmark
Hình 4.8: Dao cầu
.......................................................Error! Bookmark

Bookmark
not defined.
not defined.
not defined.

Hình 4.9 Thông số cắt bán tinh 2 mặt với kiểu chạy dao khác nhauError! Bookmark
not defined.
Hình 4.10: Phay tinh mặt trái .............................................Error! Bookmark not defined.
Hình 4.11: Phay tinh mặt phải ...........................................Error! Bookmark not defined.
Hình 4.12: Lập trình gia công chi tiết ...............................Error! Bookmark not defined.
Hình 4.13: Gia công chi tiết ...............................................Error! Bookmark not defined.
Hình 4.14: Kính hiển vi điện tử Keyence VH Z450 .......Error! Bookmark not defined.
Hình 4.15: Tiến hành đo trên kính hiển vi VH-Z450......Error! Bookmark not defined.
Hình 4.16: Hình ảnh bề mặt 3D của mặt cong trái ..........Error! Bookmark not defined.
Hình 4.17: Hình ảnh bề mặt 3D của mặt cong phải ........Error! Bookmark not defi ned.
Hình 4.18: Hình ảnh 2D của mặt cong trái với độ phóng đại 2000 lần ................... Error!
Bookmark not defined.
Hình 4.19: Hình ảnh 2D của mặt cong phải với độ phóng đại 2000 lần ................. Error!
Bookmark not defined.
Hình 4.20: Máy đo độ nhám Mitutoyo SJ 301.................Error! Bookmark not defined.
Hình 4.21: Đo thực tế trên máy đo độ nhám ....................Error! Bookmark not defined.

Luận văn thạc sỹ

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin đƣợc bày tỏ sự cảm ơn chân thành tới thầy giáo hƣớng dẫn GS.TS.Trần
Văn Địch. Những gợi ý và giúp đỡ lựa chọn đề tài luận văn tốt nghiệp, sự hƣớng dẫn
tận tình, ủng hộ thƣờng xuyên cũng nhƣ sự động viên của thầy trong quá trình thực
hiện là cơ sở để tôi hoàn thành hoàn thành luận văn này. Bên cạnh đó thầy cũng đã đƣa
ra những đánh giá tổng kết sâu sắc và gợi mở hƣớng phát triển của đề tài nghiên cứu
trong tƣơng lai cho tôi.
Tôi cũng chân thành gửi lời cảm ơn tới tất cả các thầy, cô giáo đã tham gia
giảng dạy tất cả các môn học của chƣơng trình cao học. Các thầy, cô đã cung cấp cho
tôi tất cả những kiến thức cần thiết để làm nên tảng cho tôi có thể hoàn thành tốt nội
dung của luận văn tốt nghiệp này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn sự hƣớng dẫn và giúp đỡ rất tận tình của
GS.TS.Trần Văn Địch và các thầy, cô trong bộ môn Công nghệ Chế tạo máy-Viện Cơ
khí- Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này.
Trong suốt quá trình thực hiện luận văn không thể tránh khỏi những sai sót, tác
giả rất mong những ý kiến đóng góp, phê bình của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp.
Hà Nội, Tháng 08 năm 2011

Nguyễn Anh Dũng

Bộ Môn CNCTM

1

Trƣờng ĐH Bách Khoa Hà Nội


Học viên: Nguyễn Anh Dũng


Bộ Môn CNCTM

2

Trƣờng ĐH Bách Khoa Hà Nội


Học viên: Nguyễn Anh Dũng

Luận văn thạc sỹ

2.4 Sơ đồ cấu tạo chung của máy ..................................................................................... 33
2.4.1 Sơ đồ cấu tạo máy ................................................................................................ 33
2.4.2 Các điểm trên máy: .............................................................................................. 34
2.5 Khu vực làm việc của máy: ........................................................................................ 35
2.6 Các hệ thống phụ ......................................................................................................... 36
2.6.1 Hệ thống thay dụng cụ tự động .......................................................................... 36
CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP LẬP TRÌNH GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC 39
3.1. Chuẩn bị lập trình : ..................................................................................................... 39
3.1.1. Những yêu cầu đối với ngƣời lập trình: ........................................................... 39
3.1.2. Các bƣớc cần thiết khi lập một chƣơng trình : ................................................ 39
3.1.3. Nhập chƣơng trình vào máy : ............................................................................ 39
3.1.4. Các mục cần kiểm tra : ....................................................................................... 41
3.1.5.Các thuật ngữ trong lập trình :............................................................................ 45
3.1.6.Điều khiển và định hƣớng các trục .................................................................... 48
3.1.7. Các dạng mã lệnh ................................................................................................ 49
3.1.8 Mẫu cơ bản của một chƣơng trình ..................................................................... 49
3.2 Mã lệnh G ..................................................................................................................... 51
3.2.1 Danh sác h các mã G: ........................................................................................... 51


Trƣờng ĐH Bách Khoa Hà Nội


Học viên: Nguyễn Anh Dũng

Luận văn thạc sỹ

CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
NC (Number Control) - Điều khiển số
CNC (Computer Numerical Control) – Điều khiển số có trợ giúp của máy tính
CAD (Computer Aided Design)- Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính
CAM (Computer Aided Manufacturing)- Sản xuất có sự trợ giúp của máy tính
LAN (Local Area Netword)- Mạng cục bộ
WAN (Wide Area Netword)- Mạng diện rộng
CW (Counter Clockwise)- Chiều quay thuận kim đồng hồ
DNC (Direct Numerical Control)- Hệ điều khiển số trực tiếp DNC
FMS (Flexible Manufacturing System)- Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS
FK (Free counter Programing)- Lập trình biên dạng tự do
Q Parameters – Lập trình tham số Q
CHF (Chamfer)- vát cạnh
RND (Rounding)- Bo cung
1D, 2D, 3D – Điều khiển 1 chiều, 2 chiều, 3 chiều
CC (Circle Center)- Tâm cung tròn

Bộ Môn CNCTM

5

Trƣờng ĐH Bách Khoa Hà Nội

Hình 1.17. Các điểm gốc của dụng cụ ................................................................................. 21
Hình 1.18. Hệ tọa độ tuyệt đối .............................................................................................. 23
Hình 1.19. Hệ tọa độ tƣơng đối ............................................................................................ 23
Hình 1.20. Hệ tọa độ hỗn hợp ............................................................................................... 24
Hình 1.21. Hệ tọa độ độc cực................................................................................................ 24
Hình 2.1. Máy phay PC-Mill55 ............................................................................................ 28
Hình 2.2: Các chi tiết trên máy ............................................................................................. 33
Hình 2.3 Các điểm trên máy.................................................................................................. 34
Hình 2.4: Khu vực làm việc trong X và Y .......................................................................... 35
Hình2.5: Giới hạn di chuyển các trục của máy................................................................... 35

Bộ Môn CNCTM

6

Trƣờng ĐH Bách Khoa Hà Nội


Học viên: Nguyễn Anh Dũng

Luận văn thạc sỹ

Hình 2.6: 8 vị trí khác nhau của dụng cụ............................................................................. 36
Hình 2.7: Chân dụng cụ ......................................................................................................... 36
Hình 2.9: Đầu dụng cụ. .......................................................................................................... 38
Hình 2.10 :Đầu dạng ống....................................................................................................... 38
Hình 3.1. Chèn vát góc, lƣợn góc ......................................................................................... 52
Hình 3.2. Nội suy cung tròn .................................................................................................. 52
Hình 3.3. Nội suy 3 điểm S, E, M ........................................................................................ 53
Hình 3.4. Nội suy 2 điểm S, E và R ..................................................................................... 53

Bộ Môn CNCTM

7

Trƣờng ĐH Bách Khoa Hà Nội


Học viên: Nguyễn Anh Dũng

Luận văn thạc sỹ

Hình 4.10: Phay tinh mặt trái ................................................................................................ 82
Hình 4.11: Phay tinh mặt phải .............................................................................................. 82
Hình 4.12: Lập trình gia công chi tiết .................................................................................. 83
Hình 4.13: Gia công chi tiết .................................................................................................. 83
Hình 4.14: Kính hiển vi điện tử Keyence VH Z450 .......................................................... 84
Hình 4.15: Tiến hành đo trên kính hiển vi VH-Z450......................................................... 84
Hình 4.16: Hình ảnh bề mặt 3D của mặt cong trái ............................................................. 85
Hình 4.17: Hình ảnh bề mặt 3D của mặt cong phải ........................................................... 85
Hình 4.18: Hình ảnh 2D của mặt cong trái với độ phóng đại 2000 lần ........................... 86
Hình 4.19: Hình ảnh 2D của mặt cong phải với độ phóng đại 2000 lần ......................... 86
Hình 4.20: Máy đo độ nhám Mitutoyo SJ 301.................................................................... 87
Hình 4.21: Đo thực tế trên máy đo độ nhám ....................................................................... 87

Bộ Môn CNCTM

8

Trƣờng ĐH Bách Khoa Hà Nội


9

Trƣờng ĐH Bách Khoa Hà Nội


Học viên: Nguyễn Anh Dũng

Luận văn thạc sỹ

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CNC
1.1. Lịch sử phát triển

Hình 1.1 Lịch sử phát triển công nghệ CAD/CAM-CNC
Năm 1952 máy điều khiển số NC (Numerical Control) đầu tiên ra đời và chƣơng trình
gia công đƣợc lập trình theo ngôn ngữ APT (Automatically Programmed Toolls) do
viện nghiên cứu Masschusetts tạo ra. Không lâu sau đó bắt đầu xuất hiện khái niệm
CAD (Computer Aided Design).
Vào những năm 70 các hệ điều khiển CNC (Computer Numerical Control), ngoài các
chức năng riêng của hệ NC thì hệ CNC còn có thể thực hiện đƣợc nhiều chức năng
khác nhau, nó có bộ phận lƣu giữ chƣơng trình và có thể thay đổi đƣợc chƣơng trình
gia công.
Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ tin học với sự xuất hiện của các máy vi tính hiện
đại cho khả năng ghép nối quá trình thiết kế với quá trình gia công thành một dự án
tổng thể với sự trợ giúp của máy vi tính đã tạo ra công nghệ CAD/CAM (Computer
Aided Manufacturing) và không lâu sau đó là các hệ thống sản xuất linh 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 lƣợng gia công không lớn.


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 đƣợc
biển diễn trên hình 1.2.
1.2.2. Điều khiển đoạn thẳng
Với các máy loại này, trong quá
trình dịch chuyển theo các trục tọa độ
dụng cụ vẫn thực hiện quá trình gia công.
Ví dụ khi thực hiện phay các bề mặt song
song với các trục tọa độ hoặc khi tiện các
chi tiết dụng cụ thực hiện các chuyển
động cắt gọt theo phƣơng X hoặc Z.

Bộ Môn CNCTM

11

Trƣờng ĐH Bách Khoa Hà Nội


Học viên: Nguyễn Anh Dũng

Luận văn thạc sỹ

Hình 1.3. Điều khiển đoạn thẳng
1.2.3. Điều khiển đường
Ngoài các chức năng điều khiển điểm và điều khiển theo đoạn thẳng, các máy CNC
còn có khả năng điều khiển dụng cụ chuyển động theo các đƣờng bất kỳ trong mặt
phẳng hoặc trong không gian để thực hiện gia công cắt gọt.
Tùy thuộc vào đƣờng đƣợc điều khiển là phẳng hay không gian mà ngƣời ta có thể bố

chuyển dụng cụ trong một 3 mặt phẳng
đồng thời để tạo nên một đƣờng cong hay
một mặt cong bất kỳ trong không gian.
Điều này tƣơng 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 đƣờng cong phẳng, còn trục
thứ 3 đƣợc điều khiển chuyển động độc
lập. Sự khác biệt ở dạng điều khiển này
so với dạng điều khiển dạng 2D là hai
trục đƣợc điều khiển đồng thời có khả
năng đổi chỗ cho nhau. Điều này có nghĩa
là có thể thực hiên các đƣờng 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, ngƣời 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 nhƣ vậy, các bề mặt phức tạp hay các bề mặt có trục quay có thể đƣợc thực hiện
dễ dàng hơn so với gia công trên máy 3D.