BÁO cáo THÍ NGHIỆM môn CÔNG NGHỆ CNC

+ Các hướng chuyển động của các bộ phận máy công cụ CNC được xác định bởimột hệ trục tọa độ.. + Mỗi chuyển động của các bộ phận máy có một hệ thống đo riêng để tính toán các vị trí tương

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Giảng viên hướng dẫn : Th.S Nguyễn Liên Hiệp

Hà Nội, 12/2020

MỤC LỤC

NỘI QUY PHÒNG THÍ NGHIỆM 3

I Đối với sinh viên 3

II Đối với giáo viên hướng dẫn thí nghiệm 3

QUY ĐỊNH AN TOÀN KHI SỬ DỤNG MÁY, THIẾT BỊ 4

I Đối với phòng thí nghiệm 4

II Đối với máy móc thiết bị 4

III Quy trình vận hành máy 4

KHÁT QUÁT CHUNG VỀ MÁY CNC 5

I Quá trình phát triển của kỹ thuật CNC 5

II So sánh Cấu trúc máy công cụ thông thường và máy CNC 7

III Các loại máy gia công sử dụng kỹ thuật NC và CNC 7

IV Hệ thống điều khiển CNC 8

MÁY PHAY CNC 10

I Cấu tạo chung của máy phay CNC 10

II Các bộ phận chính của máy: 11

III Một số dao gia công 12

IV Hệ trục tọa độ: 14

V Các điểm chuẩn: 15

VI Các dạng điều khiển 17 VII Cách set gốc phôi cho máy phay CNC 19

LẬP TRÌNH CODE TRÊN MÁY PHAY CNC 20

NỘI QUY PHÒNG THÍ NGHIỆM

I Đối với sinh viên

1 Đi học đúng giờ, vào muộn quá 15’ sẽ bị coi như hông đi học thực hành tiết đó

2 Phải trang bị bảo hộ lao động: Quần áo, đầu tóc gọn gang, lịch sự; Đi giày hoặc đi dép có quai hậu

3 Tuân thủ đúng các quy dịnh, quy trình theo hướng dẫn của giáo viên

4 Không tự ý thức hiện các thao tác máy ngoài phạm vi thực tập; không vậnhành thay đổi các thong số hoạt động của máy khi chưa có sự đồng ý củagiáo viện hướng dẫn

5 Không rời vị trí được phân công khi chưa có sự đồng ý của giáo viên

6 Báo cáo ngay cho giáo viên hướng dẫn khi có sự cố thiết bị hoặc tai nạn laođộng

7 Bàn giao máy cần nêu rõ tình trạng của máy trong thời gian làm việc

8 Vệ sinh máy, thiết bị… sau mỗi buổi thí nhiệm theo hướng dẫn của giáoviên

9 Chịu trách nhiệm khắc phục khi gây ra sự cố làm hỏng do không thực hiệntheo hướng dẫn của giáo viên hoặc làm mất thiết bị dụng cụ

II Đối với giáo viên hướng dẫn thí nghiệm

1 Chuẩn bị đủ máy, thiết bị, dụng cụ và vật tư trước khi hướng dẫn thí

nghiệm

2 Dành 20’ đầu của buổi đầu tiên trong đợt thí nghiệm để phổ biến nội quy, quy định an toàn và tóm tắt các nội dung mà sinh viên sẽ thực hiện

3 Hướng dẫn đúng đủ theo chương trình đã được phê duyệt

4 Quản lý lớp học, thường xuyên kiểm tra, nhắc nhở đảm bảo an toàn cho sinhviên

5 Quản lý và chịu trách nhiệm bảo quản máy, thiết bị, dụng cụ trong suốt thời

gian hướng dẫn, ghi đầy đủ nhật kí làm việc.

6 Dành 5-10’ cuối mỗi buổi chỉ đạo sinh viên vệ sinh phòng máy

QUY ĐỊNH AN TOÀN KHI SỬ DỤNG MÁY, THIẾT BỊ

I Đối với phòng thí nghiệm

- Máy, thiết bị, dụng cụ, vật tư phải được bố trí ngăn nắp đúng nơi quy định

- Bật điều hòa hoặc bật máy hút ẩm 24/24h đối với thời tiết ẩm quá 80%

- Trang bị đầy đủ, đảm bảo về an toàn, phòng chống cháy nổ theo quy địnhcủa nhà trường và pháp luật

II Đối với máy móc thiết bị

- Khởi động hoặc tắt theo đúng quy trình, iểm tra các chế độ an toàn

khi vận hành máy

- Bật máy nén hí khi đạt đủ áp mới bật máy công cụ

- Các máy không có lịch làm việc phải được thường xuyên bôi trơn các đường dẫn hướng và bật máy, cho chạy không tải trong thời gian 30 phút mỗi ngày

III Quy trình vận hành máy

- Kiểm tra dầu mỡ của các trục vít me và đường dẫn hướng

- Cho máy chạy không tải 5 phút

- Kiểm tra định vị và kẹp chặt phôi

- Trong quá trình làm việc không để thiết bị, dụng cụ bên trong máy

- Mở công tắc nguồn, mở máy tính, mở phần mềm

- Đưa máy về điểm gốc máy

- Kiểm tra chương trình gia công khi lập trình bằng tay (chế độ cắt, hành trình chạy dao…)

- Tắt chương trình, tắt điện, vệ sinh máy sau khi ngừng sử dụng

KHÁT QUÁT CHUNG VỀ MÁY CNC

I Quá trình phát triển của kỹ thuật CNC

- Máy CNC là gì?

• NC = Numerical Control

• CNC = Computer Numerical Control

• Các hoạt động được điều khiển bằng cách nhập trực tiếp dữ liệu số

• Một dạng tự động hoá lập trình vạn năng

• Máy công cụ được điều khiển bằng hàng loạt các lệnh được mã hoá

- Lịch sử phát triển:

1 •1725 – Phiếu đục lỗ được dùng để tạo mẫu quần áo

2 •1808 – Phiếu đục lỗ trên lá kim loại được dùng để điều khiển tự động máy thêu

3 •1863 – Tự động điều khiển chơi nhạc trên piano nhờ băng lỗ

4 •1940 – John Parsons đã sáng chế ra phương pháp dùng phiếu đục lỗ để ghi các dữ

liệu về vị trí tọa độ để điều khiển máy công cụ

5 •1952 – Máy công cụ NC điều khiển số đầu tiên

6 1959 - Ngôn ngữ APT được đưa vào sử dụng

7 •1960s – Điều khiển số trực tiếp (DNC)

8 1963 - Đồ hoạ máy tính

9 •1970s - Máy CNC được đưa vào sử dụng

10 •1980s – Điều khiển số phân phối được đưa vào sử dụng

để chuyển động theo từng tọa độ, nhờ đó tạo ra được bề mặt cần thiết của cánh máybay.

- Năm 1948 J Parson giới thiệu hiểu biết của mình cho không lực Hoa Kỳ Cơquan này sau đó đã tài trợ cho một loạt các đề tài nghiên cứu ở phòng thínghiệm Servomechanism của trường Đại học kỹ thuật Massachusetts (MIT).Công trình đầu tiên tại MIT là phát triển một mẫu máy phay NC bằng cách điềukhiển chuyển động của đầu dao theo 3 trụ tọa độ Mẫu máy NC đầu tiên được triểnlãm vào năm 1952 Từ 1953 khả năng của máy NC đã được chứng minh

- Một thời gian ngắn sau, các nhà chế tạo máy bắt đầu chế tạo các máy NC đểbán, và các nhà công nghiệp, đặc biệt là các nhà chế tạo máy bay đã dùng máy

NC để chế tạo các chi tiết cần thiết cho họ

- Hoa kỳ tiếp tục cố gắng phát triển NC bằng cách tiếp tục tài trợ cho MITnghiên cứu ngôn ngữ lập trình để điều khiển máy NC Kết qủa của việc này là

sự ra đời của ngôn ngữ APT: Automatically Programmed Tools vào năm 1959

- Mục tiêu của việc nghiên cứu APT là đảm bảo một phương tiện để người lậptrình gia công có thể nhập các câu lệnh vào máy NC Mặc dù APT bị chỉ trích làthứ ngôn ngữ qúa đồ sộ đối với nhiều máy tính, nó vẫn là công cụ chính yếu vàvẫn được dùng rộng rãi trong công nghiệp ngày nay và nhiều ngôn ngữ lập trìnhmới là dựa trên APT

II So sánh Cấu trúc máy công cụ thông thường và máy CNC

+ Máy công cụ CNC được thiết kế cơ bản giống như máy công cụ vạn năng Sựkhác nhau thật sự là ở chỗ các bộ phận liên quan đến tiến trình gia công của máycông cụ CNC được điều khiển bởi máy tính

+ Các hướng chuyển động của các bộ phận máy công cụ CNC được xác định bởimột hệ trục tọa độ

+ Mỗi chuyển động của các bộ phận máy có một hệ thống đo riêng để tính toán các

vị trí tương ứng và phản hồi thông tin này về hệ điều khiển

III Các loại máy gia công sử dụng kỹ thuật NC và CNC

Ngày nay các máy sử dụng kỹ thuật NC và CNC được sử dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau như:

- Các ứng dụng của điều khiển số được ứng dụng rộng rãi hiện nay đặc biệt

là trong gia công kim loại:

- Phay

- Khoan và các nguyên công tương tự

- Tiện trong (boring)

+ Máy đan tự động (thêu)

+ Máy cắt quần áo

+ Máy tán định tự động

+ Máy buộc dây

IV Hệ thống điều khiển CNC

Đặc điểm của hệ điều khiển CNC là sự tham gia của máy tính Các nhà chế tạo máyCNC cài đặt vào máy tính một chương trình điều khiển cho từng loại máy Hệ điềukhiển CNC cho phép thay đổi và hiệu chỉnh chương trình gia công chi tiết và cảchương trình hoạt động của bản thân nó Trong hệ điều khiển CNC, các chươngtrình gia công có thể được ghi nhớ lại trong hệ điều khiển CNC chương trình cóthể nạp vào bộ nhớ toàn bộ một lúc hoặc từng lệnh, bằng tay từ bàn điều khiển cáclệnh điều khiển không chỉ viết cho từng chuyển động riêng lẻ mà cho nhiều chuyểnđộng cùng một lúc Điều khiển này cho phép giảm số chương trình và như vậy cóthể nâng cao độ tin cậy làm việc của máy Hệ điều khiển CNC có kích thước nhỏhơn và giá thành thấp hơn hệ điều khiển NC nhưng lại có các đặc tính mới mà các

hệ điều khiển trước đó không có Ví dụ: nhiều hệ điều khiển này có khả năng hiệuchỉnh những sai số cố định của máy- những nguyên nhân gây ra sai số gia công

Hệ thống điều khiển thích nghi

Sử dụng hệ điều khiển thích nghi là một trong những phương pháp hoàn thiện củamáy công cụ CNC Các máy CNC thông thường có chu kỳ gia công cố định (chu

kỳ cứng ) đã được xác định ở phần tử mang chương trình và như vậy cứ mỗi lần giacông chi tiết khác chu kỳ lại được lặp lại như cũ, không có sự thay đổi nào Chươngtrình điều khiển như vậy không được hiệu chỉnh khi các yếu tố công nghệ thay đổi

ví dụ khi gia công chi tiết lượng dư có thể thay đổi dẫn dến thay đổi biên dạng đànhồi của hệ thống công nghệ Khi đó nếu hệ thống điều khiển không được điều chỉnhlại lực cắt thì kích thước gia công có thể vượt ra ngoài phạm vi dung sai (nghĩa làsinh ra phế phẩm) trong trường hợp này để

tránh phế phẩm ta phải giảm lượng chạy dao hoặc thêm bước gia công, nghĩa là tagiảm năng suất gia công.

1 chi tiết; 2 Dao; 3 Datric; 4 Bộ biến đổi; 5,6,7 cơ cấu chạy dao

Hệ thống điều khiển thích nghi là hệ thống điều khiển có tính đến những tác độngbên ngoài của hệ thống công nghệ để hiệu chỉnh chu kỳ gia công (quá trình giacông) nhằm loại bỏ ảnh hưởng các yếu tố đó tới độ chính xác gia công

Hình 2.7 là một ví dụ sơ đồ điều khiển thích nghi Dao 2 gia công chi tiết 1 Cácyếu tố công nghệ không ổn định có thể gây ra sự thay đổi lực cắt Py (lực hướngkính) Lực Py được datric 3 ghi lại tín hiệu của datric di qua bộ biến đổi 4 xử lý tínhiệu 5 đến điều khiển 6, tác động lên cơ cấu chạy dao 7 và làm ổn định lực cắt Py.Nếu lực cắt Py tăng thì lượng chạy dao giảm xuống và như thế lực cắt Py sẽ giảmxuống nếu lực cắt Py giảm xuống thì lượng chạy dao sẽ tăng lên, ổn định lực cắt cónghĩa là chúng ta ổn định được dao động của kích thước gia công (tăng độ chínhxác và năng suất gia công) Cũng tương tự như vậy, hệ thống điều khiển thích nghi

có thể ổn định được công suất cắt, moment hay nhiệt độ cắt.v.v tuy nhiên hệ điềukhiển thích nghi hay được dùng để ổn dịnh kích thước gia công, ở đây cơ cấu kiểmtra tích cực (kiểm tra chủ động) luôn luôn xác định được kích thước gia công và tácđộng đến cơ cấu điều khiển để ổn định kích thước của chi tiết

MÁY PHAY CNC

I Cấu tạo chung của máy phay CNC

Phần điều khiển: Gồm chương trình điều khiển và các cơ cấu điều khiển.

- Chương trình điều khiển: Là tập hợp các tín hiệu (gọi là lệnh) để điều khiểnmáy, được mã hóa dưới dạng chữ cái, số và môt số ký hiệu khác như dấu cộng,trừ, dấu chấm, gạch nghiêng Chương trình này được ghi lên cơ cấu mangchương trình dưới dạng mã số (cụ thể là mã thập - nhị phân như băng đục lỗ, mãnhị phân như bộ nhớ của máy tính)

- Các cơ cấu điều khiển: Nhận tín hiệu từ cơ cấu đọc chương trình, thực hiệncác phép biến đổi cần thiết để có được tín hiệu phù hợp với điều kiện hoạt độngcủa cơ cấu chấp hành, đồng thời kiểm tra sự hoạt động của chúng thông qua cáctín hiệu được gửi về từ các cảm biến liên hệ ngược Bao gồm các cơ cấu đọc, cơcấugiải mã, cơ cấu chuyển đổi, bộ xử lý tín hiệu, cơ cấu nội suy, cơ cấu so sánh,

cơ cấu khuyếch 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 cốtyếu trong hệ thống điều khiển của máy NC

Phần chấp hành: Gồm máy cắt kim loại và một số cơ cấu phục vụ vấn đề tự động

hóa như các cơ cấu tay máy, ổ chứa dao, bôi trơn, tưới trơn, hút thổi phoi, cấpphôi Cũng như các loại máy cắt kim loại khác, đây là bộ phận trực tiếp tham giacắt gọt kim loại để tạo hình chi tiết Tùy theo khả năng công nghệ của loại máy mà

có các bộ phận : Hộp tốc độ, hộp chạy dao, thân máy, sống trược, bàn máy, trụcchính, ổ chứa dao, các tay máy Kết cấu từng bộ phận chính chủ yếu như máy vạnnăng 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 điều chỉnh tốc độ lớn, thường là truyền động vô cấp,trong đó sử dụng các ly hợp điện từ để thay đổi tốc độ được dễ dàng

- Hộp chạy dao: Có nguồn dẫn động riêng, thường là các động cơ bước Trongxích truyền động, sử dụng các phương pháp khử khe hở của các bộ truyền nhưvít me – đai ốc bi

- Thân máy cứng vững, kết cấu hợp lý để dễ thải phoi, tưới trơn, dễ thay dao tựđộng Nhiều máy có ổ chứa dao, tay máy thay dao tự động, có thiết bị tự độnghiệu chỉnh khi dao bị mòn Trong các máy CNC có thể sử dụng các dạng điềukhiển thích nghi khác nhau bảo đảm một hoặc nhiều thông số tối ưu nhưcác thành phần lực cắt, nhiệt độ cắt, độ bóng bề mặt, chế độ cắt tối ưu, độ ồn,

d) Dao khoét:

e) Dao doa:

f) Mũi khoan tâm:

h Mũi ta rô:

IV Hệ trục tọa độ:

Để xác định các vị trí của các bộ phận máy trong quá trình chuyển động, vềnguyên tắc, ta cần phải gắn chúng vào những hệ trục toạ độ Để thống nhất việc lậptrình, người ta quy ước như sau:

- Dụng cụ cắt quay tròn và thực hiện chuyển động tiến, chi tiết đứng yên

- Các chuyển động tịnh tiến được biểu diễn theo hệ trục toạ độ vuônggóc X,Y,Z Chiều của chúng được xác định theo quy tắc bàn tay phải, (theo quytắc bàn tay phải: ngón tay cái là trục X, ngón tay chỏ là trục Y ngóntay giữa là trục Z) (Hình 2.1)

* Quy tắc bàn tay phải:

- Trục Z trùng với trục chính của máy Chiều dương của trục Z (+Z) là daochạy ra xa bề mặt gia công, chiều âm (- Z ) là chiều dao ăn sâu vào vật liệu

- Trục X là trục vuông góc với trục Z Chiều dương của của trục (+X)

là chiều dao dịch chuyển hướng từ tay trái sang tay phải, chiều âm

(-X) là chiều ngược lại

- Trục Y là trục vuông góc với trục X và trục Z Chiều dương của trục Y làchiều hướng từ cổ tay đến đầu ngón chỏ, chiều âm là chiều ngược lại

- Ngoài ra ở những trung tâm gia công hiện đại có thể có thêm những trục sau:

- Trục A là trục quay quanh trục X

- Trục B là trục quay quanh trục Y

- Trục C là trục quay quanh trục Z

*Chú ý: Xác định chiều âm dương của dụng cụ cắt với quy ước là: Dụng cụ cắt

quay tròn và thực hiện chuyển động tiến, chi tiết đứng yên

V Các điểm chuẩn:

Để điều khiển dao chuyển động tịnh tiến để tạo ra biên dạng của chi tiết gia công,cần phải xác định chính xác toạ độ của từng điểm trên biên dạng của chi tiết giacông Như vậy, sau khi đã xác lập các hệ trục tọa độ vấn đề tiếp theo là phải gắn hệtrục tọa độ đó vào điểm gốc “không” của phôi để so sánh với điểm gốc toạ độ củamáy

a) Điểm gốc tọa độ của máy (điểm R):

Điểm gốc tọa độ của máy là điểm chuẩn cố định do nhà chế tạo đã xác lập ngay từkhi thiết kế máy Là điểm chuẩn để xác định vị trí các điểm gốc khác như gốctoạ độ của chi tiết W… Đối với trung tâm gia công điểm gốc R được chọn là vị trícuối hành trình của trục X, trục Y, trục Z

a) Điểm gốc toạ độ của chi tiết (điểm W):

Trước khi lập trình, người lập trình phải chọn điểm gốc toạ độ “điểm 0” của chi tiết,

để xuất phát từ điểm gốc này mà xác định toạ độ của các điểm trên biên dạngcủa chi tiết gia công Tuỳ theo hình dáng cụ thể của chi tiết mà lựa chọn điểmgốc không của chi tiết cho phù hợp, tính toán dễ dàng Trên bàn máy của trung tâmgia công có thể gá nhiều phôi tối đa là 6 phôi Điểm gốc toạ độ của phôi thứ nhấtđược xác định bằng G54, Điểm gốc toạ độ của phôi thứ

hai được xác định bằng G55 và đến phôi thứ 6 là G59 Giá trị toạ độ theo phương

X, Y và Z của các phôi được khai báo trong bảng: WORK OFFSET MEMORY

- Bảng khai báo gốc toạ độ của phôi:

VI Các dạng điều khiển

Điều khiển điểm – điểm

Điều khiển điểm – điểm dùng cho những nhiệm vụ định vị đơn giản, mục đíchchính là lần đạt được các kích thước a, b, c, d, e, f phải chính xác, còn quỹ đạo chạydao nhanh hay chậm của bàn máy đều không có ý nghĩa quyết định.( hình

2.1 ) Điều khiển điểm – điểm ứng dụng để gia công các lỗ bằng các phương phápkhoan, khoét, doa và cắt ren lỗ

Vị trí của các lỗ có thể được điều khiển đồng thời theo hai trục (hình 2.2a) hoặcđiều khiển kế tiếp nhau ( hình 2.2b ) Trong trường hợp chạy dao đông thời theo