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

TÁC GIẢ
Đỗ Anh Tuấn

TÊN ĐỀ TÀI
Nghiên cứu máy phay CNC và xây dựng các hệ thống bài
thực hành và thí nghiệm gia công cắt gọt trên máy, phục
vụ chương trình đào tạo tại các trường đại học, cao đẳng
công nghệ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS Tăng Huy
Hà Nội, năm 2011

-1-


MỤC LỤC
Nội dung

Trang

Trang phụ bìa

0


15

1.3. Đặc trưng cơ bản và vai trò của máy CNC đối với tự động hoá

17

1.3.1. Tính năng tự động cao

17

1.3.2. Tính năng linh hoạt cao

17

1.3.3. Tính năng tập trung nguyên công

17

1.3.4. Tính năng chính xác, đảm bảo chất lượng cao

17

1.3.5. Gia công biên dạng phức tạp

18

1.3.6. Tính năng hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao

18


24

1.8 Lập trình gia công CNC

25

1.8.1 Cấu trúc chương trình CNC

25

1.8.2 Trình tự để thiết lập một chương trình gia công

29

1.9. Hiệu quả kinh tế khi gia công trên máy CNC

30

1.10. Kết luận chương 1

31

1


Nội dung

Trang


2.2.3. Hướng dẫn vận hành tắt máy (bảng 2.4)

39

2.2.3 Hướng dẫn sử dụng hộp vô lăng điều khiển dẫn tiến bằng tay (bảng 2.5)

40

2.3. Hệ điều khiển trong máy phay CNC X.Mill 640

41

2.3.1 Bảng điều khiển trong máy phay CNC X.Mill 640

41

2.3.2 Giới thiệu về các nút chức năng trong bảng điều khiển

41

2.3.2.1. Bàn phím MDI (MDI keyboard) (bảng 2.6)

41

2.3.2.2. Các phím chức năng (Function keys) (bảng 2.7)

44

2.3.2.3. Các phím mềm


2.4. Kết luận chương 2

68

Chương 3. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TOPSOLID’CAM TRONG LẬP
TRÌNH GIA CÔNG TỰ ĐỘNG NHỮNG CHI TIẾT PHỨC TẠP 2D, 3D

69

3.1. Giới thiệu về phần mềm TOPSOLID 2009

69

3.1.1. Cách cài đặt phần mềm từ đĩa DVD

69

3.1.2. Giới thiệu về phần mềm TOPSOLID

77

3.1.3. Giao diện trong phần mềm Topsolid’Cam

77

2


Nội dung


3.3. Lập trình gia công phay 3D

107

3.3.1 Trình tự các bước thực hiện

107

3.3.2 Lập trình gia công phay 3D

107

3.3.2.1 Nghiên cứu bản vẽ và các yêu cầu

107

3.3.2.2. Chuẩn bị trước khi lập trình gia công 3D

107

3.3.2.3. Lập trình gia công 3D

108

3.4. Kết luận chương 3

117

Chương 4. MỘT SỐ BÀI THỰC HÀNH VÀ THÍ NGHIỆM GIA CÔNG
CẮT GỌT TRÊN MÁY PHAY CNC X.MILL 640

140

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

141

TÀI LIỆU THAM KHẢO

142

3


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng những nội dung trong luận văn này là trung thực và là
công trình nghiên cứu của tôi.

Hà Nội, ngày 20 tháng 3 năm 2011
Học viên

Đỗ Anh Tuấn

4


HỆ THỐNG CÁC DANH MỤC BẢNG BIỂU
Chương 1: Tổng quan về CNC
Bảng 1.1 So sánh máy công cụ vạn năng và máy CNC........................................... 19
Bảng 1.2 Trình tự thiết lập một chương trình gia công ........................................... 29
Chương 2: Nghiên cứu về máy phay CNC X.Mill 640

Hình 1.6. Điểm gốc và điểm cắt của dao ................................................................ 25
Hình 1.7. Chương trình chính và chương trình con ................................................. 27
Chương 2. Nghiên cứu về máy phay CNC X.Mill 640
Hình 2.1. Máy phay CNC X.mill 640 ...................................................................... 32
Hình 2.2. Một số bộ phận cơ bản của máy phay CNC X.Mill 640.......................... 34
Hình 2.3. Bảng điều khiển của máy phay CNC X.mill 640..................................... 41
Hình 2.4. Bàn phím MDI ......................................................................................... 41
Hình 2.5. Bảng các phím chức năng ........................................................................ 41
Hình 2.6. Màn hình LCD của bảng điều khiển ........................................................ 49
Hình 2.7. Phím mềm trong chức năng POS ............................................................. 51
Hình 2.8. Phím mềm trong chức năng SYSTEM .................................................... 51
Hình 2.9. Phím mềm trong chức năng SYSTEM .................................................... 51
Hình 2.10. Phím mềm trong chức năng POS ........................................................... 52
Hình 2.11. Phím mềm trong chế độ MEM/RMT..................................................... 52
Hình 2.12. Phím mềm trong chế độ MDI ................................................................ 53
Hình 2.13. Phím mềm trong chế độ EDIT/JOG/THND .......................................... 53
Hình 2.14. Phím mềm trong chế độ JOG/HND/REF............................................... 53
Hình 2.15. Phím mềm trong chế độ OFS/SET......................................................... 53
Hình 2.16. Phím mềm trong chức năng SYSTEM .................................................. 55
Hình 2.17. Phím mềm trong chức năng MESSAGE................................................ 58

6


Hình 2.18. Phím mềm trong chức năng GRPH........................................................ 59
Chương 3. Ứng dụng phần mềm Topsolid’Cam trong lập trình gia công tự
động những chi tiết phức tạp 2D, 3D
Hình 3.1 Đĩa cài phần mềm TopSolid 2009 69
Hình 3.2. Giao diện chính cài đặt bộ phần mềm TopSolid 2009 ............................ 69
Hình 3.3 Chọn ngôn ngữ sử dụng trong phần mềm................................................. 70

Hình 3.30. Chọn đồ gá cho quá trình gia công ........................................................ 83
Hình 3.31. Chọn kiểu loại đồ gá .............................................................................. 83
Hình 3.32. Chọn kiểu ê tô cần dùng......................................................................... 84
Hình 3.33. Định vị ê tô lên bàn máy ........................................................................ 84
Hình 3.34. Chọn bề mặt định vị trên ê tô................................................................. 84
Hình 3.35. Chọn bề mặt định vị trên bàn máy ......................................................... 85
Hình 3.36. Gá phôi lên ê tô ...................................................................................... 85
Hình 3.37. Chọn chi tiết cần gá lên ê tô ................................................................... 85
Hình 3.38. Hiệu chỉnh khoảng cách bề mặt định vị phôi lên ê tô 86
Hình 3.39. Tạo phôi ................................................................................................. 87
Hình 3.40. Chọn vật liệu của phôi ........................................................................... 87
Hình 3.41. Điều chỉnh lượng dư của phôi................................................................ 87
Hình 3.42. Chọn gốc phôi ........................................................................................ 88
Hình 3.43. Hoàn thành bước chuẩn bị trước khi lập trình ....................................... 88
Hình 3.44. Chọn phương thức gia công 2D ............................................................. 88
Hình 3.45. Chọn dao phay mặt đầu (dao số 6)......................................................... 89
Hình 3.46. Thiết lập lượng dư khi phay mặt đầu ........................................................ 89
Hình 3.47. Thiết lập điều kiện cắt khi phay mặt đầu .............................................. 90
Hình 3.48. Chọn phương thức gia công hốc hở ...................................................... 90
Hình 3.49. Chọn dao để gia công hốc hở ................................................................. 91
Hình 3.50. Thiết lập lượng dư khi phay hốc hở ...................................................... 91
Hình 3.51. Thiết lập điều kiện cắt khi phay hốc hở ..................................................... 92

8


Hình 3.52. Chọn phương thức gia công hốc hở ....................................................... 92
Hình 3.53. Chọn dao để gia công hốc hở (dao số 3)................................................ 93
Hình 3.54. Thiết lập lượng dư khi phay hốc hở ...................................................... 93
Hình 3.55. Thiết lập điều kiện cắt khi phay hốc hở ..................................................... 94

Hình 3.82. Chi tiết phay 3D đã được thiết kế sẵn ..................................................107
Hình 3.83. Chọn phương thức gia công phay 3D ..................................................108
Hình 3.84. Thiết lập lượng dư khi gia công thô.....................................................108
Hình 3.85. Thiết lập vùng chạy dao khi gia công thô.....................................................109
Hình 3.86. Thiết lập điều kiện cắt khi gia công thô ...............................................109
Hình 3.87. Thiết lập đường chạy dao khi gia công thô ...................................................110
Hình 3.88. Thiết lập điều kiện cắt khi gia công bán tinh................................................110
Hình 3.89. Thiết lập đường chạy dao khi gia công bán tinh...............................................................111
Hình 3.90. Thiết lập vùng chạy dao khi gia công bán tinh.............................................................111
Hình 3.91. Chọn phương thức Zlevel khi gia công tinh..................................................112
Hình 3.92. Thiết lập đường chạy dao khi gia công tinh ..................................................112
Hình 3.93 Thiết lập vùng chạy dao khi gia công tinh ...........................................113
Hình 3.94. Thiết lập điều kiện cắt khi gia công tinh..............................................113
Hình 3.95. Kích hoạt chế độ chạy mô phỏng.........................................................114
Hình 3.96. Bảng điều khiển quá trình chạy mô phỏng ..........................................114
Hình 3.97. Kích hoạt chế độ xuất dữ liệu sang chương trình NC..........................115
Hình 3.98. Giao diện chính của phần mềm xuất dữ liệu........................................115
Hình 3.99. Số file chương trình cần xuất dữ liệu...................................................115
Hình 3.100. Lưu tên cho chương trình xuất...........................................................116
Hình 3.101. Chương trình NC gia công 3D ...........................................................116
Chương 4. Một số bài thực hành và thí nghiệm gia công cắt gọt trên máy phay
CNC X.Mill 640

10


Hình 4.1 Chi tiết gia công số 1...............................................................................126
Hình 4.2 Chi tiết gia công số 2...............................................................................128
Hình 4.3 Giao diện chính của Notepal...................................................................128
Hình 4.4. Lập trình bằng tay trong Notepal ...........................................................129

trường đã đầu tư mới một máy phay CNC công nghiệp để phục vụ quá trình giảng
dạy, học tập và nghiên cứu. Do đó, theo yêu cầu của Nhà trường và để đáp ứng nhu
cầu của xã hội tác giả quyết định chọn đề tài: “Nghiên cứu máy phay CNC và xây
dựng hệ thống các bài thực hành và thí nghiệm gia công cắt gọt trên máy, phục vụ
chương trình đào tạo tại các trường đại học và cao đẳng công nghệ”
2. Lịch sử nghiên cứu
Nghiên cứu về máy phay CNC và xây dựng hệ thống các bài thực hành và thí
nghiệm gia công cắt gọt trên máy trong trường đại học Kinh tế Kỹ thuật Công
nghiệp nói riêng và tại các trường đại học và cao đẳng công nghệ nói chung còn khá
mới mẻ.
3. Mục đích nghiên cứu:
Đưa ra những được những kiến thức cơ bản về: Tổng quan về CNC (đặc
trưng cơ bản và vai trò của máy CNC, các phương pháp điều khiển trong máy CNC,
lập trình gia công CNC...). Biết cách vận hành và sử dụng thành thạo máy phay
CNC công nghiệp. Biết cách sử dụng một phần mềm CAM trong lập trình gia công
tự động. Và đưa ra được một số bài thí nghiệm và thực hành gia công cắt gọt trên

12


máy, bước đầu tiếp cận với công nghệ cao, rèn luyện tác phong làm việc cẩn thận,
an toàn, khoa học và công nghiệp hiện đại cho các sinh viên ngành Cơ khí.
4. Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là máy phay CNC X.Mill 640, và một số bài
thực hành và thí nghiệm gia công cắt gọt trên máy.
5. Ý nghĩa đề tài:
- Nhằm đạo tạo ra đội ngũ kỹ sư và cử nhân cơ khí có kiến thức và tay nghề
về công nghệ cao.
- Nâng cao khả năng hiểu biết về tự động hóa công nghiệp và tác phong công
nghiệp cho sinh viên khi ra trường.

độ tự động hoá cao vào sản xuất. Ngành cơ khí nước ta nói riêng và tất cả các ngành
khác nói chung đã có bước phát triển mới. Sản phẩm chế tạo ra có chất lượng cao
hơn, thời gian chế tạo nhanh hơn. Tuy nhiên, tìm hiểu một số doanh nghiệp sử dụng
kỹ thuật CNC thì thấy có một số hạn chế sau:
- Chủng loại máy, nguồn gốc máy đa dạng nhưng chủ yếu là các máy của:
Đức, Nhật, Trung quốc, Đài loan. Đáng chú ý là có một số máy không rõ nguồn gốc
vì việc mua bán máy qua nhiều trung gian, tài liệu thất lạc...
- Hệ điều khiển của máy chủ yếu là FANUC, HEIDENHAIN,
MITSUBISHI..
- Việc chuyển giao kỹ thuật từ các chuyên gia nước ngoài cho đối tác tại Việt Nam
không đầy đủ. Chủ yếu chỉ hướng dẫn lập trình cơ bản và thao tác vận hành máy.
- Ngoại trừ một số doanh nghiệp liên doanh, doanh nghiệp 100% vốn nước
ngoài trong sản xuất có mặt hàng truyền thống thì chương trình gia công CNC được
chuẩn bị trước từ nước ngoài đưa vào, còn lại chủ yếu do người vận hành máy lập
trình trực tiếp trên máy.
- Một số doanh nghiệp chưa thực sự chú ý đến khai thác máy một cách hiệu
quả, thời gian máy hoạt động không nhiều.
- Các máy gia công sử dụng kỹ thuật CNC thường được nhập ngoại với giá
thành rất cao, hiệu quả khai thác sử dụng máy còn hạn chế, giá thành sản phẩm cao
vì mức khấu hao lớn.

14


Thực tế đó cho thấy việc “nghiên cứu về máy phay CNC và xây dựng hệ thống
các bài thực hành và thí nghiệm gia công cắt gọt trên máy, phục vụ chương trình
đào tạo tại các trường đại học và cao đẳng công nghệ” nhằm đạo tạo ra đội ngũ kỹ
sư và cử nhân có kiến thức và tay nghề về công nghệ cao là việc làm hết sức cần
thiết.
1.2. Sự thích hợp của các hệ thống CNC đối với các nước đang phát triển.

nhất ở các nước đang phát triển. Chúng ta tin rằng có những lý do sâu sắc hơn
để tiếp cận vấn đề này so với sự giảm chi phí nhân lực do tự động hoá. Các lý
do quan trọng nhất là:
+ Chấp hành các kỷ luật công nghệ bên trong tổ chức sản xuất (như các hệ thống
computer thường liên quan đến các số liệu đầu vào được yêu cầu rất chuẩn mực, các
quy trình kỹ thuật...).
+ Tính linh hoạt lơn hơn trong quá trình chế tạo, nghĩa là nâng cao khả năng của
chúng, đáp ứng nhanh chóng và có hiệu quả với mọi thay đổi về kỹ thuật, các yêu
cầu cả thị trường thay đổi và các sản phẩm mới.
+ Đảm bảo không có khuyết tật và các dữ liệu chính xác dùng cho sự điều khiển
quản lý.
+ Đảm bảo sản xuất chính xác cao thậm chí của các chi tiết phức tạp hoặc các
nguyên công phức tạp (độc lập với tay nghề người đứng máy).
+ Tăng hiệu quả kinh tế của quá trình công nghệ qua việc lập kế hoạch tốt hơn,
khuyển khích sản xuất tối ưu...
- CNC là chìa khoá để tiếp cận các hệ thống kỹ thuật công nghiệp và rằng sự phối
hợp CAD/CAM/CIM có thể được tạo nên chỉ thông qua kỹ thuật CNC.
- Sự thay đổi lớn trong gia công kim loại có thể gán cho sự phát triển nhanh chóng trong
thiết kế máy công cụ vào trong công nghệ, kỹ thuật điều khiển và sản xuất.
- Trong thực tế, sự phát triển liên quan tới các vật liệu mới, các dụng cụ cắt mới...
không chỉ ảnh hưởng lên quan điểm gia công mà còn bổ sung một tầm nhìn mới cho
sự thiết kế máy công cụ và hệ điểu khiển máy công cụ.

16


1.3. Đặc trưng cơ bản và vai trò của máy CNC đối với tự động hoá
1.3.1. Tính năng tự động cao
Máy CNC có năng suất cắt gọt cao và giảm được tối đa thời gian phụ, do mức độ tự
động được nâng cao vượt bậc. Tuỳ từng mức độ tự động, máy CNC có thể thực hiện

việc lắp lẫn, giảm khả năng tổn thất phôi liệu ở mức thấp nhất.
1.3.5. Gia công biên dạng phức tạp
Máy CNC có thể gia công chính xác và nhanh các chi tiết có hình dạng phức tạp
như các bề mặt 3 chiều.
1.3.6. Tính năng hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao
- Cải thiện tuổi bền dao nhờ điều kiện cắt tối ưu. Tiết kiệm dụng cụ cắt gọt, đồ gá và
các phụ tùng khác.
- Giảm phế phẩm.
- Tiết kiệm tiền thuê mướn lao động do không cần yêu cầu kỹ năng nghề nghiệp
nhưng năng suất gia công cao hơn.
- Sử dụng lại chương trình gia công.
- Giảm thời gian sản xuất.
- Thời gian sử dụng máy nhiều hơn nhờ vào giảm thời gian dừng máy
- Giảm thời gian kiểm tra vì máy CNC sản xuất chi tiết chất lượng đồng nhất.
- CNC có thể thay đổi nhanh chóng từ việc gia công loại chi tiết này sang loại khác
với thời gian chuận bị thấp nhất.
Tuy nhiên bên cạnh đó máy CNC cũng có một số hạn chế như:
- Sự đầu tư ban đầu cao: Nhược điểm lớn nhất trong việc sử dụng máy CNC là tiền
vốn đầu tư ban đầu cao cùng với chi phí lắp đặt.
- Yêu cầu bảo dưỡng cao: Máy CNC là thiết bị kỹ thuật cao và hệ thống cơ khí, điện
của nó rất phức tạp. Để máy gia công được chính xác cần thường xuyên bảo dưỡng.
Người bảo dưỡng phải tinh thông cả về cơ và điện.
- Hiệu quả thấp với những chi tiết đơn giản.
1.4. Một số nét cơ bản về máy công cụ vạn năng và máy CNC
- Về cơ bản máy công cụ vạn năng và máy công cụ điều khiển số có kết cấu khung
giống nhau, đó là: Thân máy, đế máy, bàn trượt, đầu trục chính

18



Truyền động

- Kiểu nối tiếp (thông - Độc lập
qua hộp số)

4

Bộ truyền dẫn

- Thanh răng/bánh răng

- Thanh răng/bánh răng yêu

thường

cầu có cơ cấu kẹp khử khe

- Vít me/đai ốc thường

hở
- Vít me/đai ốc bi

5

Điều khiển

- Bằng tay (công tắc, - Bằng máy tính với hệ điều
tay gạt cơ khí)

khiển số (bảng điều khiển và

cấu chấp hành, đồng thời kiểm tra sự hoạt động của chúng thông qua các tín hiệu
được gửi về từ các cảm biến liên hệ ngược. Bao gồm các cơ cấu đọc, cơ cấu giải
mã, cơ cấu chuyển đổi, bộ xử lý tín hiệu, cơ cấu nội suy, cơ cấu so sánh, cơ cấu
khuếch đại, cơ cấu đo hành trình, cơ cấu đo vận tốc, bộ nhớ và các thiết bị xuất
nhập tín hiệu.
Đây là thiết bị điện - điện tử rất phức tạp, đóng vai trò cốt yếu trong hệ thống điều
khiển của máy NC. Việc tìm hiểu nguyên lý cấu tạo của các thiết bị này đòi hỏi có
kiến thức từ các giáo trình chuyên ngành khác, cho nên ở đây chỉ giới thiệu khái quát.
1.5.2. Phần chấp hành: gồm máy cắt kim loại và một số cơ cấu phục vụ vấn đề tự
động hoá như các cơ cấu tay máy, ổ chứa dao, bôi trơn, tưới trơn, thổi phoi, cấp phôi...

20


- Cũng như các loại máy cắt kim loại khác, đây là bộ phận trực tiếp tham gia cắt gọt
kim loại để tạo hình chi tiết. Tuỳ theo khả năng công nghệ của loại máy mà có các
bộ phận: Hộp tốc độ, hộp chạy dao, thân máy, sống trượt, bàn máy, trục chính, ổ
chứa dao, các tay máy...
- Kết cấu từng bộ phận chính chủ yếu như máy vạn năng thông thường, nhưng có
một vài khác biệt nhỏ để đảm bảo quá trình điều khiển tự động được ổn định, chính
xác, năng suất và đặc biệt là mở rộng khả năng công nghệ của máy.
+ Hộp tốc độ: Phạm vi điểu chỉnh tốc độ lớn, thường là truyền động vô cấp, trong
đó sử dụng các lý hợp điện tử để thay thế tốc độ được dễ dàng.
+ Hộp chạy dao: Có nguồn dẫn động riêng, thường là các động cơ bước. Trong xích
truyền động, sử dụng các phương pháp khử khe hở của các bộ truyền như vít me đai ốc bi.
+ Thân máy cứng vững, kết cấu hợp lý để dễ thải phoi, tưới trơn, dễ thay dao tự
động. Nhiều máy có ổ chứa dao, tay máy thay dao tự động, có thiết bị tự động hiệu
chỉnh khi dao bị mòn...
Trong các máy CNC có thể sử dụng các dạng điểu khiển thích nghi khác nhau bảo
đảm một hoặc nhiều thông số tối ưu như các thành phần lực cắt, nhiệt độ cắt, độ

22


1.7. Hệ toạ độ và các điểm gốc lập trình gia công CNC
1.7.1. Hệ toạ độ
- Theo tiêu chuẩn ISO, các chuyển động cắt gọt khi gia công chi tiết trên máy CNC
phải nằm trong một hệ trục toạ độ Descarte theo quy tắc bàn tay phải (hình 1.5).
Trong đó có ba chuyển động tịnh tiến theo các trục và ba chuyển động quay theo
các trục tương ứng.

Hình 1.5. Hệ toạ độ trong máy CNC
- Khi lập trình người ta quy ước rằng dụng cụ chuyển động tương đối so với hệ
thống toạ độ còn chi tiết đứng yên. Do vậy có quy tắc mà người lập trình phải luôn
nhớ “ Chi tiết đứng yên, chỉ có dụng cụ chuyển động”.

- Trên các máy gia công điều khiển theo chương trình số còn có các trục quay như:
Trục của bàn quay, ụ quay. Các trục này được ký hiệu bằng các chữ cái A, B, C, và
các trục này có thứ tự tương ứng với các trục tịnh tiến X, Y, Z. Nếu ta nhìn theo
hướng dương của trục thì chuyển động quay theo chiều kim đồng hồ là chiều quay
dương.
- Quy định các trục toạ độ trên máy:
+ Trên máy tiện trục chính mang chi tiết quay tròn, dụng cụ cắt (ví dụ: dao tiện)
thực hiện chuyển động tịnh tiến theo hướng X, Z. Trục Z chạy song song với trục

23


chính máy, chiều dương của trục Z (+Z) chạy từ chi tiết đến dụng cụ tiện (dụng cụ
tiến xa chi tiết). Chiều dương của trục X (+X) chạy từ chi tiết (tâm quay) đến giá
dao. Như vậy chiều của trục X sẽ khác nhau khi gá dao ở phía trước hoặc phía sau