1
Máy CNC
và
Robot công nghiệp
Tăng Quốc Nam
Học viện Kỹ thuật Quân sự
T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN
Giới thiệu về môn học
1. Tên môn học: Máy điều khiển theo chơng trình số và robot công
nghiệp
2. Số lợng đơn vị học trình: 02 (30 tiết)
3. Mục tiêu của môn học
* Kiến thức:
- Củng cố các kiến thức cơ bản về máy cắt kim loại điều khiển theo
chơng trình số
- Hiểu đợc cấu trúc hệ thống điều khiển theo chơng trình số cho
máy cắt kim loại
-Biết đợc cấu trúc, động học và ứng dụng của robot công nghiệp
* Kỹ Năng: Vận dụng đợc các kiến thức để có thể tiếp cận đợc công
nghệ gia công trên máy CNC.
2
T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN
Giới thiệu về môn học
Tài liệu học tập
[1]. Nguyễn Ngọc Cẩn - Máy điều khiển theo chơng trình số
[2]. Nguyễn Ngọc Cẩn - Điều khiển tự động - NXB khoa học kỹ thuật
[3]. Tạ Duy Liêm - Máy điều khiển theo chơng trình số và robot
công nghiệp Trờng ĐHBK Hà Nội - 1996
[4]. Tạ Duy Liêm - Hệ thống điều khiển số cho máy công cụ - NXB
khoa học & kỹ thuật 1999
[5]. Nguyễn Thiện Phúc - Ngời máy công nghiệp - Trờng ĐHBK Hà

đắt và kém linh hoạt (vì các dỡng mẫu là các chi tiết cơ khí chính
xác, dùng vật liệu đặc biệt nên khó chế tạo).
4
T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN
NC
# NC = Numerical Control
# ý tởng về điều khiển số (NC)
- Có thể hình dung máy công cụ điều khiển số là một máy chép hình,
nhng các dỡng, mẫu, cam,... cơ khí đợc thay bằng chơng trình
máy tính.
-Chơng trình không bị mòn nh các dỡng mẫu, mang đi mang lại
dễ dàng.
- Việc soạn thảo, sửa đổi chơng trình lại dễ, nhanh và rẻ hơn nhiều
so với chế tạo cam, dỡng,...
# 3 nguyên tắc đối với máy NC công nghiệp
- Sử dụng máy tính để tính toán quỹ đạo chạy dao và lu dữ liệu vào
bìa đục lỗ.
- Dùng thiết bị đọc tại máy để tự động đọc dữ liệu từ bìa đục lỗ.
- Hệ thống điều khiển có nhiệm vụ xử lý và liên tục đa ra thông tin
điều khiển các động cơ đợc gắn lên trục vít me.
T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN
Lịch sử phát triển NC
# 1949:
- Mẫu đầu tiên của máy NC do MIT (Viện công nghệ Massachusetts) thiết
kế và chế tạo theo đặt hàng của Không lực Hoa kỳ, để sản xuất các chi tiết
phức tạp và chính xác của máy bay.
# 1952:
- chiếc máy phay đứng 3 trục điều khiển số của hãng Cincinnati Hydrotel
đợc trng bày tại MIT.
# 1960s:

thiết bị đo,... trong hệ thống sản xuất.
- có thể trao đổi thông tin trong mạng máy tính các loại, từ mạng cục bộ
(LAN) đến mạng diện rộng (WAN) và Internet.
T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN
CNC và CAD/CAM
# CAD (Computer Aided Design) - "thiết kế có trợ giúp của máy tính
- là một lĩnh vực ứng dụng của CNTT vào thiết kế.
- trợ giúp cho các nhà thiết kế trong việc mô hình hoá, lập và xuất
các tài liệu thiết kế dựa trên kỹ thuật đồ hoạ.
# CAM (Computer Aided Manufacturing) - "sản xuất có trợ giúp của
máy tính
- xuất hiện do nhu cầu lập trình cho các thiết bị điều khiển số (máy
CNC, robot, thiết bị vận chuyển, kho tàng, kiểm tra) và điều khiển
chúng.
# CAD/CAM
- vốn xuất hiện độc lập với nhau, nhng ngày càng xích lại gần nhau.
- là thuật ngữ ghép, dùng để chỉ một môi trờng thiết kế - sản xuất
với sự trợ giúp của máy tính.
# Sự phát triển của máy CNC và công nghệ gia công trên máy CNC
liên quan đến:
- kỹ thuật điều khiển tự động,
- kỹ thuật thiết kế và sản xuất có trợ giúp của máy tính (CAD/CAM).
6
T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN
CNC và FMS/CIM
# FMS
- Một hệ thống sản xuất tự động, có khả năng tự thích ứng với sự
thay đổi đối tợng sản xuất đợc gọi là hệ thống sản xuất linh hoạt
(Flexible Manufacturing System - FMS).
- FMS gồm máy các CNC, robot, các thiết bị vận chuyển, thiết bị

- Đọc, giải mã các lệnh trong chơng trình NC,
- Lọc và xử lý các thông tin hình học và thông tin công nghệ, tính
toán các thông số điều khiển,
- Xuất các tín hiệu điều khiển cho các cơ cấu tơng ứng: trục chính,
chạy dao, thay dao và các thiết bị phụ trợ khác;
- Giám sát quá trình để đảm bảo yêu cầu công nghệ và sự an toàn của
thiết bị. Chức năng giám sát và một phần chức năng điều khiển
thờng đợc thực hiện thông qua PLC.
T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN
# Nhập dữ liệu vào bộ nhớ của máy:
-bàn phím
-các phơng tiện đọc khác, nh: đọc đĩa, đọc băng.
- trao đổi dữ liệu với các thiết bị lu trữ bên ngoài
qua giao diện truyền thông chuẩn, nh RS 232, RS
485.
9
T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN
- Tính toán công nghệ (2): Các thông tin công nghệ, nh chọn dao,
chiều và tốc độ quay trục chính, tới dung dịch hoặc dừng,... đợc
chuyển tới hệ thống tơng ứng thông qua bộ hiệu chỉnh (4), thờng
là PLC.
- Tính toán hình học (3): Thông tin hình học của đờng chạy dao
(dạng, hớng, tốc độ) đợc phân tích thành chuyển động độc lập
của các trục. Bộ phận thực hiện việc đó gọi là bộ nội suy (3).
# Xử lý dữ liệu:
- Do bộ xử lý trung tâm
(CPU) thực hiện.
- Trên cơ sở các dữ liệu
trong chơng trình, CPU
tính toán các thông số

11
T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN
-Các phơng pháp điều khiển
Điều khiển đồng thời theo 2 trục (a)
Điều khiển độc lập (b)
T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN
# Điều khiển đờng (tuyến tính)
- Kiểu điều khiển này cho phép chạy dao
có gia công (điều khiển đợc tốc độ từ
chơng trình) theo từng trục.
- Tại một thời điểm chỉ có thể chạy dao tự
động theo một trục, nên chỉ gia công tự
động theo các đờng song song với các
trục toạ độ.
- ứng dụng trên các máy phay, tiện đơn
giản.
- Ví dụ: điều khiển đờng
(a) máy tiện
(b) máy phay
12
T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN
# Điều khiển theo contour (biên dạng, phi tuyến)
- Điều khiển có gia công đồng thời theo nhiều trục khác nhau.
- Nhờ vậy có thể gia công đờng thẳng hoặc đờng cong bất kỳ.
- Phần lớn các bộ điều khiển trong công nghiệp hiện nay là điều
khiển contour.
- Bộ điều khiển contour có thể làm đợc các việc của 2 kiểu điều
khiển trớc (điểm, đờng).
- Các bộ điều khiển contour đợc phân loại theo số số trục có thể
điều khiển đồng thời: 2D, ,3D hoặc nhiều hơn.

# Điều khiển 4D, 5D
- Điều khiển dịch chuyển theo 3 trục (3D)
- Có thêm 1 2 chuyển động quay của dao (hoặc chi tiết) xung
quanh 1 trục nào đó.
- ứng dụng
- trong gia công các bề mặt không gian phức tạp
- để duy trì chế độ công nghệ: tốc độ cắt không đổi,...
T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN
# Các dạng điều khiển
- Điều khiển điểm - điểm
- Điều khiển đờng
- Điều khiển contour
2D
2
3D
4D, 5D
# Lựa chọn kiểu điều khiển
phụ thuộc vào hình dáng
bề mặt cần gia công
# Máy phức tạp hơn có thể
thực hiện đợc vai trò của
máy đơn giản hơn
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)

1
T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN
Chơng 1.
Máy cắt kim loại
điều khiển theo chơng trình số
(Máy CNC)
# 1.1 Lịch sử máy CNC và các khái niệm liên quan
# 1.2 Điều khiển theo chơng trình số
# 1.3 Kết cấu máy CNC
# 1.4 Hiệu quả sử dụng máy CNC
T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN
1.3 Kết cấu máy CNC
# Về kết cấu chung, máy thông thờng, máy NC và máy CNC đều
có:
- phần cơ sở (thân máy, bàn máy, hệ thống truyền động trục chính,
hệ thống chạy dao, hệ thống điều khiển, hệ thống gá kẹp
- các thiết bị phụ trợ (làm mát, bôi trơn, chiếu sáng,...).
# Tuy nhiên, kết cấu của từng hệ thống của máy CNC có nhiều điểm
khác so với máy thông thờng.
- Hệ thống điều khiển trục chính
- Hệ thống điều khiển chạy dao
- Hệ thống gá kẹp chi tiết
- Hệ thống thay dao
2
T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN
1.3.1 Đặc điểm kết cấu chung
# Hệ truyền động cơ khí đợc chế tạo cứng vững, chính xác, giảm
thiểu ma sát. Các đờng trợt thờng đợc nhiệt luyện, phủ hợp
kim giảm ma sát và mài mòn hoặc dùng con lăn.
# Các truyền động vít me thờng đợc dùng vít me - đai ốc bi để

# Trục chính là bộ phận tiêu tốn năng lợng nhiều nhất trên máy. Vì
vậy công suất trục chính thờng đợc dùng làm chỉ tiêu đánh giá
công suất gia công của máy.
# Yêu cầu cơ bản đối với trục chính là có khoảng thay đổi số vòng
quay rộng, với momen lớn, ổn định và khả năng quá tải cao.
# Trên các máy thông thờng: dùng động cơ xoay chiều không đồng
bộ hoặc đồng bộ kèm hộp số cơ khí có cấp và vô cấp.
T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN
1.3.2 Hệ thống điều khiển trục chính
# Trên máy CNC, tốc độ trục chính cần đợc điều khiển vô cấp, tự
động theo chơng trình, trong phạm vi rộng.
- Rất cần thiết khi thay đổi đờng kính dao phay hoặc đờng kính
phôi tiện mà lại cần duy trì vận tốc cắt không đổi.
- Gia công ren bằng đầu ta rô cứng, gia công ren nhiều đầu mối,...
còn đòi hỏi phải định vị chính xác góc trục chính.
# Sử dụng các loại động cơ dễ điều khiển tự động tốc độ:
- động cơ một chiều, xoay chiều đồng bộ.
- động cơ không đồng bộ điều khiển bằng biến tần đợc sử dụng
rộng rãi.
- khi cần định vị góc trục chính, ngời ta gắn encoder lên trục động
cơ.
# So với trục chính của máy thông thờng, trục chính của máy CNC
làm việc với tốc độ cao hơn (tới hàng vạn v/ph), thờng xuyên có
gia tốc lớn. Vì vậy, yêu cầu cân bằng, bôi trơn đặc biệt cao ở các
máy CNC.
4
T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN
1.3.3 Hệ thống điều khiển chạy dao
# Hệ thống chạy dao đảm bảo chuyển động tạo hình, nên nó quyết
định khả năng công nghệ (tức là kích thớc, hình dạng, độ chính

- Một đầu của trục có thể (nếu không dùng thớc thẳng) đợc gắn
thiết bị đo vị trí, encoder quay (3).
- Bàn máy (2) đợc gắn trên đai ốc (5).
T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN
Đảm bảo chất lợng truyền động
# Mục đích:
- khử khe hở,
- đảm bảo độ êm dịu chuyển động khi đảo chiều
- tăng độ cứng vững của hệ thống
# Giải pháp
- tạo sức căng giữa vít me và đai ốc nhờ lực kẹp giữa hai nửa của đai
ốc bi 1.
- lực căng và khe hở đợc hiệu chỉnh nhờ thay đổi chiều dày của
vòng cách 2.
1. Đai ốc bi
2. Vòng điều chỉnh khe hở
3. Bi
4. Vít me bi
6
T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN
1.3.4 Thiết bị gá kẹp chi tiết (phôi)
# Về cơ bản, cơ cấu kẹp chi tiết trên máy CNC không khác với trên
máy thông thờng.
Một số điểm khác:
# Máy CNC làm việc ở tốc độ cao, gia tốc góc lớn.
- Vì vậy độ cân bằng động phải rất cao để giảm lực ly tâm cũng nh
rung động.
- Hệ thống ổ và bôi trơn cũng phải có khả năng làm việc ở tốc độ
cao.
# Hệ thống kẹp phải có khả năng đợc điều khiển tự động.

- Thông số bù dao: dùng để xác định vị trí của lỡi cắt: L, R
# Dao tiện.
- Thông số bù dao: L, Q, R
T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN
Đài dao revolver
# Đặc điểm sử dụng
-hay đợc dùng trên máy tiện,
- đôi khi dùng cho máy phay.
-các dao đợc lắp trên mặt ngoài hoặc
trên mặt đầu của đĩa quay.
- có động cơ truyền động riêng, đợc điều
khiển theo chơng trình.
- mỗi đài dao có thể chứa 8 đến 16 dao.
Máy lớn có thể có 2 - 3 đài dao
# Khi một dao nào đó đợc gọi theo lệnh
trong chơng trình thì đài sẽ quay cho
đến khi dao đó ở vị trí chờ gia công.
# Thời gian thay dao rất nhanh: chỉ tính
bằng phần mời giây.
# Trên một số máy, bộ điều khiển có khả
năng xác định chiều quay sao cho góc
quay của đài nhỏ hơn 180
o
.
8
T.Q. Nam. Bài giảng Máy CNC và RBCN
Kho chứa dao
# Khi có trên 48 dao thì thờng dùng kho chứa
# Có nhiều dạng kho chứa:
- dạng thẳng với các dao xếp theo hàng;

động, kho chứa dạng xích