giáo trình lập trình phay CNC

Giáo trình Lập Trình Phay CNC :Chương 1 Tổng quan hệ điều khiển số máy công cụChương 2 Cơ sở lý thuyết về máy CNCChương 3 Lập trình gia công trên máy cncChương 4 Lập trình PhayChương 5 Dịch chỉnh và bù trừ trong công nghệ PhayChương 6 Chu trình PhayChương 7 Chương trình con trong phay CNC

SỐ MÁY CÔNG CỤ

1946: Tiến sỹ John W Mauchly đã cung cấp máy tính số điện tử đầu tiên có tên ENIAC cho quân đội Mỹ

1952: Viện MIT cho ra đời máy công cụ điều khiển số

đầu tiên (Cincinnati Hydro-Tel) gồm nhiều đèn điện tử với chức năng nội suy đường thẳng đồng thời theo 3 trục và

nhận dữ liệu thông qua băng đục lỗ mã nhị phân

- 1978: Các hệ thống gia công linh hoạt (FMS) được tạo lập

- 1979: Những giải pháp kết nối liên hoàn CAD/CAM đầu tiên xuất hiện

- 1985: Trung tâm gia công (MC) cơ khí đầu tiên là máy có tên

"Milwaukee Magic" do công ty Carney&Treker(Mỹ) sản xuất

- Ngày nay các máy công cụ CNC đã hoàn thiện hơn với tính năng vượt trội có thể gia công hoàn chỉnh chi tiết trên một máy gia công, với số lần gá đặt ít nhất Đặc biệt chúng có thể gia công các chi tiết

có bề mặt phức tạp

- Các lệnh điều khiển được viết theo thứ tự logic và được định

dạng trước

- Tập hợp tất cả các lệnh cần thiết để gia công được gọi là chương

trình NC, chương trình CNC hoặc chương trình gia công

và được nối mạch bên trong bộ điều khiển.

- Người lập trình hay vận hành không thể thay đổi các lệnh điều khiển Hệ thống có thể diễn dịch chương trình nhưng không cho phép thay đổi chương trình

- Chương trình nạp vào máy thông qua các băng giấy đục lỗ

- Giảm thời gian khâu chuẩn bị

- Độ chính xác và tính lặp lại cao

- Gia công biên dạng các hình phức tạp

- Hiệu suất làm việc tăng

- Giảm chi phí về dụng cụ cắt

- Giảm thiểu các lỗi do con người gây ra

- Tăng khả năng an toàn khi vận hành

- Người vận hành không cần yêu cầu cao về kỹ năng

- Tăng năng suất chung

- Băng đục lỗ nhanh bị bẩn và mòn gây lỗi chương trình.

- Bộ điều khiển là các mạch logic nối cứng cho nên tính linh hoạt trong việc thay đổi công nghệ cũng như điềukhiển thấp Không tối

ưu được chuyển động cũng như tốc độ chạy dao

- Máy đọc hết chương trình mới bắt đầu thực hiện lệnh thứ nhất Khi gia công chi tiết tiếp theo máy lại đọc lại các lệnh từ đầu

- Khả năng quản lý thông tin hạn chế

- Vào cuối những năm 1960, với sự phát triển của kỹ thuật

Time-sharing trên các máy tính lớn đã mở ra hướng điều khiển một loạt

máy NC bằng một máy tính trung tâm

- Máy tính trung tâm truyền dữ liệu cho các bộ điều khiển

máy MCU (Machine Control Unit) qua đường điện thoại.

- Đặc tính cơ bản của DNC chính là việc điều khiển trực tuyến

nhiều máy NC thông qua một máy tính

- Hệ đk phân tán Distributed NC chính là sự phát triển của hệ điều khiển trực tiếp DNC Máy tính trung tâm được nối tới các bộ điều khiển MCU của máy công cụ (máy CNC) thông qua mạng LAN.

- Sự khác biệt lớn nhất giữa Distributed NC và Direct NC đó là tốc

độ xử lý thông tin và khả năng lưu trữ của máy CNC hiện đại khiến chương trình từ máy tính có thể được truyền thẳng vào bộ nhớ của máy CNC thay vì phải truyền từng khối lệnh theo thời gian như ở hệ Direct NC

- Distributed NC là hệ điều khiển DNC được dùng trong

ngày nay

- Distributed NC là hệ điều khiển DNC được dùng trong ngày nay

* Ưu điểm của hệ DNC:

- Không còn cần sử dụng băng đục lỗ vì đã có máy tính hỗ trợ.

- Chương trình gia công có thể vượt quá dung lượng nhớ của bộ điều khiển máy MCU

- Linh hoạt trong việc thay đổi thiết kế cũng như lập trình

- Tăng hiệu suất làm việc của các máy công cụ thêm từ 2-5%, điều này có nghĩa chi phí đầu tư sẽ được thu lại nhanh chóng

DNC khi xuất hiện khả năng đưa máy tính vào bộ điều khiển máy MCU.

- Bộ điều khiển NC nối cứng truyền thống được thay thế bởi máy tính

- Máy tính thực hiện một vài hoặc tất cả các chức năng NC

- Dữ liệu và chương trình có thể được đưa vào máy hoặc lưu giữ bởi các định dạng khác nhau như bàn phím, đĩa từ, thẻ nhớ, ổ cứng,

ổ đĩa CD-ROM, USB

2 Máy CNC có hệ thống phản hồi - loại mạch kín

(Closed-Loop)

b Phân loại theo điều khiển chuyển động:

1 Máy CNC điều khiển vị trí hữu hạn (Finite Position Control)

2 Máy CNC điều khiển vị trí liên tục (Contour)

c Phân loại theo phương pháp lập trình:

1 Máy CNC lập trình theo giá trị tuyệt đối (Absolute)

2 Máy CNC lập trình theo giá trị gia tăng (Incremental)

2 Máy CNC có bộ điều khiển trực tiếp (Straight controller)

e Phân loại theo hướng trục chính và phương pháp gia công:

1 Trung tâm gia công đứng CNC

2 Trung tâm gia công ngang CNC

3 Trung tâm tiện CNC

4 Trung tâm gia công phay vạn năng CNC

v.v

- Có mạch phản hồi

- Bộ điều khiển chuyển động có mạch phản hồi nhằm điều khiển chính xác hệ thống truyền động bằng cách so sánh giá trị phản hồi với giá trị đầu vào cho tới khi thu được

vị trí mong muốn

* Điều khiển vị trí kiểu điểm – điểm (Point to point)

- Là sự dịch chuyển của dụng cụ cắt từ một vị trí định trước này tới

vị trí định trước khác.

- Điều khiển điểm - điểm: thường

được ứng dụng để gia công các lỗ bằng các phương pháp khoan, khoét, doa, đột

* Điều khiển vị trí kiểu đường thẳng (Straight line control)

- Là sự mở rộng của phương pháp điều khiển điểm-điểm

Điều khiển đường cho phép tạo ra các đường chạy dao song

song với các trục của máy (trong khi dao cắt gọt liên tục) tạo nên

bề mặt gia công

- Điều khiển đường thẳng thường được ứng dụng để phay mặt

đầu, phay các rãnh thẳng hoặc dùng trong nguyên công tiện bậc

* Điều khiển vị trí kiểu đường thẳng (Straight line control)

- Là dạng điều khiển tạo ra các contour hoặc đường thẳng tùy ý trong một mặt phẳng hoặc trong không gian Quá trình này được tạo ra do chuyển động đồng thời của dụng cụ cắt và chi tiết theo hai hoặc nhiều trục

- Số trục có thể được điều khiển đồng thời là: 2, 2 ½ , 3 hoặc

nhiều trục

2

2

2

2

2

2

2

programming)

Tất cả các kích thước xácđịnh vị trí của các điểm đều được xác định so với gốc zero của hệ trục tọa độ được định trước (phép đo giá trị tuyệt đối)

c 2 Máy CNC lập trình theo giá trị gia tăng (Incremental programming)

Tất cả các kích thước về vị trí của các điểm cần điều khiển đều được xác định so với tọa độ vị trí trước đó của

nó

- Các mạch logic (nối cứng): thực hiện một số các chức năng như

điều khiển tốc độ cắt gọt, nội suy đường thẳng, đường tròn, parabol v.v

- Máy tính (nối mềm): thực hiện các chức năng điều khiển còn lại, ngoài ra nó có thể kết hợp với bộ điều khiển nối cứng truyền thống

để thực hiện một số nhiệm vụ khác

1

- Máy tính thực hiện tất cả mọi chức năng

- Chức năng nội suy, điều khiển tốc độ cắt gọt và tất cả các chức năng khác được thực hiện bởi máy tính nhờ sự trợ giúp của phần mềm

- Chỉ những thành phần nối cứng cần thiết dùng để giao tiếp giữa máy tính cũng như bàn phím thao tác với máy công cụ

2

- Trung tâm gia công đứng có trục chính mang dao có hướng thẳng đứng.

- Trung tâm gia công đứng thường có từ 3 tới 4 trục (X,Y,Z và C)

Trung tâm gia công ngang có trục chính nằm theo phương ngang, được dùng để gia công các chi tiết mà mặt gia công chủ yếu nằm ở mặt bên

- Trung tâm gia công tiện có thể kèm theo khả năng phay, khoan nhờ trang bị thêm các đầu dao phay.

- Số trục điều khiển thông thường là 2 (X,Z) hoặc 3(X,Z và C), tuy nhiên có thể thêm trục thứ 4 (Y)

- Trung tâm gia công vạn năng là sự kết hợp của TTGC đứng và TTGC ngang.

- Trung tâm gia công vạn năng DMU 60 monoblock có khả năng điều khiển 5 trục đồng thời (X, Y, Z, B và C)

- Máy khoan-ta rô 2 trục:

X, Y là 2 trục điều khiển bằng lập trình

- Chiều sâu gia công (Z) được chỉnh bằng tay

- Máy khoan-ta rô 3 trục:

X, Y, Z

- Máy khoan-ta ô 4 trục:

X, Y, Z

và trục A hoặc B

Machining)

Máy cắt dây ALC600Gcủa hãng Sodick

- Có khả năng lưu trữ lượng lớn chương trình

- Bộ điều khiển có khả năng nội suy chuyển động và bù dụng cụ một cách tự động

- Gia công biên dạng các hình phức tạp

- Độ chính xác cao, sai số lặp lại thấp

- Thời gian cắt gọt ổn định

- Dễ dàng trong việc quản lý thông tin

- Chi phí bảo trì, bảo dưỡng cao

- Người vận hành phải có những kỹ năng nhất định về máy CNC

MÁY CNC

a Thiết bị điều khiển vào/ra

b Bộ điều khiển MCU

khiển MCU vừa dùng để lấy dữ liệu cần thiết ra

- Thành phần cơ bản của thiết bị vào/ra là màn hình

khâu phản hồi để đưa ra các lệnh điều khiển chuyển động, chạy dao, các lệnh phụ trợ

điều khiển MCU nhằm triệt tiêu các sai số về vị trí, tốc độ, v.v

bộ hệ thống với nhau

a MMI - Man Machine Interface

(Giao tiếp giữa người và máy)

b NCK - Numerical Control Kernel

(Lõi/bộ điều khiển số)

c PLC - Programmable Logic Controller

(Bộ điều khiển logic khả trình)

a MMI - Man Machine Interface

- MMI chịu trách nhiệm giao tiếp giữa người vận hành và

máy công cụ, thi hành các lệnh của máy, hiển thị thông tin trạng thái của máy và thực hiện các chức năng soạn thảo chương trình gia công

a MMI - Man Machine Interface

a1 Thực hiện chức năng liên quan đến hoạt động của máy:

- Hiển thị trạng thái của máy khi hoạt động, ví dụ như tọa

độ các trục, tốc độ dịch chuyển dao, tốc độ quay của trục chính

- Hỗ trợ các chức năng như dịch chuyển bàn máy bằng tay; nhập dữ liệu bằng tay; quản lý dụng cụ cắt; tìm kiếm, tạo mới, soạn thảo hoặc xóa chương trình NC;

a MMI - Man Machine Interface

a2 Chức năng thiết lập các tham số: (Parameter setting

functions)

- Thiết lập các thông số của máy: hệ tọa độ máy, đơn vị

đo lường, các điều kiện biên

- Thiết lập thông số của chương trình; người sử dụng

a3 Chức năng soạn thảo chương trình NC: (Program

editing functions)

- Chương trình mã G (tiêu chuẩn EIA/ISO)

- Chương trình mã H (Heidenhain)

a MMI - Man Machine Interface

a4 Chức năng giám sát và cảnh báo

(Monitoring and alarm functions)

a5 Các dịch vụ/ tiện ích khác

(Service/utility functions)

b NCK – Numerical Control Kernel

(Lõi/bộ điều khiển số)

- Hệ NC thông dịch dữ liệu nhập, lưu

giữ nó trong bộ nhớ, gửi lệnh đến hệ

thống truyền động, và kiểm tra các tín

hiệu phản hồi về vị trí hoặc tốc độ của

hệ thống truyền động

b NCK – Numerical Control Kernel

(Lõi/bộ điều khiển số)

b 1 Chức năng thông dịch (Interpreter)

- Có nhiệm vụ đọc chương trình NC (part program), thông dịch

các block lệnh dưới dạng mã ASCII (American Standard Code for Information Interchange) trong chương trình và lưu giữ chương

trình đã được thông dịch đó vào bộ nhớ trong để rồi chuyển sang

bộ nội suy (interpolator)

N10 G01 X10 Y10 Z10 F1000;

b NCK – Numerical Control Kernel

(Lõi/bộ điều khiển số)

b 2 Chức năng nội suy (Interpolator)

- Có nhiệm vụ đọc các thông tin đã được thông dịch , tính toán vị trí, tốc độ trên mỗi đơn vị thời gian của các trục của máy, điều

khiển việc gia tốc và giảm tốc

- Nội suy chuyển động bao gồm: nội suy đường thẳng, đường

tròn, parabol, spline

b NCK – Numerical Control Kernel

(Lõi/bộ điều khiển số)

b 3 Chức năng điều khiển vị trí (Position control)

- Điều khiển vị trí trực tiếp từ dữ liệu do bộ nội suy

c PLC – Programmable Logic Controller

(Bộ điều khiển logic khả trình)

- Bộ điều khiển logic được dung để thực hiện các điều

khiển mang tính tuần tự trong các máy móc và trong công nghiệp

c PLC – Programmable Logic Controller

(Bộ điều khiển logic khả trình)

* Nhiệm vụ của PLC: giải mã hoặc thực thi các lệnh logic

từ các tín hiệu ON/OFF từ bên ngoài:

- Bàn phím

- Điều khiển cơ cấu thay dao tự động ATC (Automatic

Tool Changer)

- Các giới hạn hành trình

- Điều khiển đóng/ngắt bơm cấp dung dịch trơn nguội

- Tháo/ mở cơ cấu kẹp dao

- Điều khiển theo chu trình nửa kín (Semi-closed loop)

- Điều khiển chu trình kín (Closed loop)

- Điều khiển hỗn hợp (Hybrid loop)

- Điều khiển chu trình hở (Open loop)

- Điều khiển theo chu trình nửa kín (Semi-closed loop)

Encoder đo vị trí được lắp vào trục của động cơ servo và chúng kiểm tra góc quay Độ chính xác cuối cùng

(chuyển động của bàn máy) phụ thuộc khá lớn vào độ

chính xác của trục vít-me.

- Điều khiển theo chu trình nửa kín (Semi-closed loop)

- Điều khiển theo chu trình nửa kín (Semi-closed loop)

+ Bù sai số bước vít me bằng cách hiệu chỉnh chỉ thị đến

hệ truyền động servo nhằm loại bỏ sai số tích lũy

+ Bù sai số khe hở khi đảo chiều chuyển động, một lượng xung tương ứng với khe hở được gửi đến hệ điều khiển động cơ servo để hiệu chỉnh

- Điều khiển chu trình kín (Closed loop)

Vòng phản hồi vị trí lấy tín hiệu từ thiết bị đo vị trí linear scale (thước đo tuyến tính) có độ chính xác rất cao đưa về thẳng bộ điều khiển vị trí

- Điều khiển chu trình kín (Closed loop)

- Điều khiển chu trình kín (Closed loop)

+ Do bộ điều khiển luôn có xu hướng triệt tiêu sai lệch

giữa vị trí thật và vị trí đặt nên bộ điều khiển đòi hỏi phải

có tốc độ đáp ứng cao (độ nhạy cao) dễ gây mất ổn định

hệ thống.

+ Ngoài ra, vì hệ thống đo vị trí được gắn cố định vào máy cho nên máy yêu cầu phải có độ cứng vững rất cao

- Điều khiển hỗn hợp (Hybrid loop)

Trong chu trình hỗn hợp, có hai vòng lặp phản hồi vị trí:

+ Vòng nửa kín lấy tín hiệu từ trục động cơ thông qua encoder

+ Vòng kín lấy tín hiệu từ thước đo tuyến tính

- Điều khiển theo chu trình hở (Open loop):

- Không giống như ba chu trình trên, chu trình hở

không có khâu phản hồi.

- Chu trình hở được sử dụng trong trường hợp việc

điều khiển không đòi hỏi độ chính xác cao.

- Động cơ sử dụng là động cơ bước.

- Độ chính xác của hệ thống truyền động phụ thuộc

trực tiếp vào độ chính xác của động cơ bước, trục

vít-me và cơ cấu truyền tải (các khớp nối)

- Phân loại theo số trục có thể điều khiển đồng thời.

- Phân loại theo hệ điều hành: Fanuc, Siemens,

Heidenhain,Fagor, Haas, …

- Phân loại theo chức năng: Máy khoan CNC, máy phay

CNC, máy tiện CNC, trung tâm gia công, máy xung

CNC, máy cắt dây, máy router gỗ, máy laser,

MÁY CNC

- Viết chương trình gia công một cách nhanh gọn, chính xác nhằm giảm thời gian gia công nhưng vẫn đảm bảo chất lượng gia công

b) Quyết định loại máy cần thiết

c) Lựa chọn dụng cụ cắt

d) Xây dựng tiến trình gia công

e) Tính toán tọa độ các điểm và các đường trên chi tiết f) Xác định chế độ cắt

g) Viết chương trình NC

h) Chuẩn bị cài đặt máy và dụng cụ cắt

i) Mô phỏng kiểm tra chương trình

j) Chỉnh sửa chương trình nếu cần

k) Chạy chương trình để gia công chi tiết

cho dụng cụ so với chi tiết gia công.

- Khi lập trình chi tiết coi như đứng yên còn dụng cụ thì

di chuyển so với chi tiết gia công.

- Có hai hệ tọa độ cơ bản:

+ Hệ tọa độ cực

+ Hệ tọa độ Đề-các

- Là gốc của hệ tọa độ máy

- Do nhà sản xuất quy định

- Là điểm giới hạn vùng làm việc của máy

- Dịch chuyển của dụng cụ luôn được so sánh với điểm

M

- Là điểm gốc tọa độ của chi tiết (so với hệ tọa độ máy)

- Điểm W phụ thuộc vào sự lựa chọn của người lập trình

- Thường phôi tiện chọn ở tâm mặt đầu của chi tiết, khi

phay chọn gốc ở góc hoặc ở giữa chi tiết

- Là điểm có vị trí luônkhông đổi khi so với gốcmáy M

- Do nhà sản xuất quy định

- Vị trí của R được xác địnhbởi các cữ chặn và công

tắc giới hạn hành trình

- Khi khởi động máy, hầuhết đều phải về điểm R

- Có vị trí luôn không đổi khi so với gốc máy M Là nơi

diễn ra quá trình thay dụng cụ.

- Do nhà sản xuất quy định

Là điểm dùng để xác định các kich thước để đưa vào bộ nhớ bù dụng cụ cắt

Là điểm dùng để xác định vị trí của dụng cụ trong quá trình cắt gọt P được gọi là điểm lập trình

Điểm lập trình P trên một số dụng cụ cắt:

(Block),mỗi khối lệnh được kết thúc bởi dấu “ ; ” - EOB (End Of Block).

Từ ” được định dạng theo địa chỉ - Word Address fomat

Word = Address + Number

M03 bật trục chính quay thuận chiều kim đồng hồX15.5 X là trục điều khiển, 15.5 là tọa độ

F250.0 đặt lượng chạy dao là 250 mm/phút

Ví dụ:

code

Chú ý: Trong một khối lệnh có thể sử dụng nhiều mã G

nhưng số mã M tối đa chỉ là 3.