Bài Giảng Môn Học Công Nghệ CNC

1 MÔN HỌC CÔNG NGHỆ CNC TS Phùng Xuân Lan Bộ môn CNCTM Viện Cơ Khí T S P h ù n g X u â n L a n , B m C ô n g n g h ệ ch ế tạ o m á y , V iệ n C ơ kh í, Đ H B K H N Thông tin về môn học  Tên môn học C[.]

MÔN HỌC CÔNG NGHỆ CNC

TS Phùng Xuân Lan

Bộ môn CNCTM Viện Cơ Khí

Thông tin về môn học

 Tên môn học: Công nghệ CNC

 Thời gian học: 15 tuần

 Nhiệm vụ của sinh viên:

Mục tiêu của môn học

 Cung cấp cho học viên các kiến thức cơ bản về

công nghệ CNC;

 Nắm được các phương pháp lập chương trình gia

công chi tiết trên máy CNC;

 Kỹ năng lập chương trình gia công trên phiên bản

mới của các hệ điều hành sử dụng trong công nghiệp như FanucMB21 và FanucTB21.

3

Mục tiêu của môn học

 Sau khi hoàn thành học phần này, yêu cầu sinh viên có khả năng:

 Biết cách lập trình gia công chi tiết cơ bản (2.5D

cho Tiện, Phay/Khoan)

 Biết cách lập trình và mô phỏng gia công trên

phần mềm WinNC

 Hiểu được cách thức cài đặt và điều chỉnh máy,

dao trước khi gia công trên máy CNC ảo

4

Thông tin về môn học

 Tài liệu tham khảo

- GS.TS Nguyễn Đắc Lộc

- Điều khiển số & Công nghệ

trên máy điều khiển số

Thông tin về môn học

 Tài liệu tham khảo

- Warren Seames

Computer Numerical Control

-Concepts and Programming 3rd

- Prentice Hall 1998

Lịch trình học - 15 tuần

1

Giới thiệu chung về môn học,

Tổng quan về điều khiển số

Quy định cơ bản trên máy điều khiển số

2+3

Tổng quan về máy CNC (Dạy kèm phần mềm CNC ảo)

Tổng quan về dụng cụ cắt và lựa chọn dụng cụ cắt khi gia công CNC (Dạy kèm catalogue dụng cụ cắt)

4+5 Tổng quan về Gcode ISO (Dạy kèm phần mềm mô phỏng WinNC)

6+7 Lập trình gia công CNC cơ bản (Phay + Tiện - Fanuc)

8+9 Hướng dẫn sử dụng phần mềm và mô phỏng trên WinNC Turn & Mill

(Sinh viên mang máy tính đi để học trực tiếp trên máy)

10+11 Lập trình gia công CNC theo chu trình (Phay + Tiện - Fanuc)

12 Lập trình gia công CNC nâng cao (Fanuc)

Phần I - Tổng quan về

điều khiển số

 Tổng quan về điều khiển máy công cụ

 Lịch sử phát triển máy điều khiển số

 Khái niệm về điều khiển số máy công cụ

Tổng quan về điều khiển máy công cụ

Máy tiện bàn đạp

 Điều khiển số trong máy công cụ

Máy phay điều khiển số đầu tiên

(MIT)

 Viện MIT cho ra đời máy công

cụ điều khiển số đầu tiên (CINCINNATI HYDROTEL) nhận dữ liệu thông qua băng đục lỗ mã nhị phân.

 1959

 Triển lãm máy công cụ tại Paris, trình bày những máy NC đầu tiên của Châu Âu

 Máy: các máy cắt kim loại, robot, băng tải vận chuyển phôi liệu hoặc chi tiết gia công…

 Dữ liệu số được mã hoá: các chữ số, số thập phân, các chữ cái và một số các ký tự đặc biệt.

 Các chữ số và ký tự: các đặc tính hình học và công nghệ

Đặc trưng cơ bản của điều khiển số

Phần II - Quy định cơ bản

trong máy điều khiển số

 Các trục tọa độ và chiều chuyển động

 Các điểm 0 và điểm chuẩn

 Các dạng điều khiển

 Nếu một trục chính xoay nghiêng được và chỉ có một vị trí xoay nghiêng song song với một trục toạ

độ nào đó, thì chính trục toạ độ đó là trục Z

 Nếu máy có nhiều trục chính công tác, ta sẽ chọn một trong số đó là trục chính theo cách ưu tiên trục nào có đường tâm vuông góc với bàn kẹp chi tiết

 Nếu trục Z đã nằm ngang thì chiều dương của trục X hướng

về bên phải nếu ta nhìn từ trục chính hướng vào chi tiết

 Nếu trục Z thẳng đứng và máy chỉ có một thân máy thì chiều dương của trục X hướng về bên phải khi ta nhìn từ trục chính hướng vào chi tiết

 Trục X nằm theo phương hướng kính đi từ trục chi tiết đến bàn kẹp dao chính

ký hiệu tiếp theo là P (// X), Q (// Y) và R (// Z).

động quay theo chiều kim đồng hồ là chiều quay dương

Quy ước dụng cụ chuyển động tương đối so với hệ thống

toạ độ còn chi tiết thì đứng yên

Quy định toạ độ trên các máy

 Trên máy tiện

 Trục Z chạy song song với trục chính của máy với quy ước chiều dương chạy từ chi tiết đến dụng cụ

 Trục X chạy vuông góc với trục chính với quy ước chiều dương chạy từ tâm chi tiết đến tâm giá dao

Quy định toạ độ trên các máy

 Trên máy phay

 Trục chính mang dụng cụ

cắt quay

 Chuyển động chạy dao là

các chuyển động tịnh tiến theo các trục X, Y và Z

 Trục Z chạy song song với

trục chính của máy, chiều dương hướng từ chi tiết tới dụng cụ cắt

 Trục X, Y thường nằm trong

mặt phẳng định vị

n

Quy định toạ độ trên các máy

 Trên máy phay ngang  Trên máy phay đứng

 Điểm 0 của máy (M)

 Là điểm gốc của các hệ thống toạ độ máy

 Điểm M được các nhà chế tạo quy định theo kết cấu động học của từng loại máy

 Điểm 0 của chi tiết (W)

 Là điểm gốc của hệ tọa độ chi tiết

 Điểm W do người lập trình tự lựa chọn sao cho

 Quy đổi thuận tiện các kích thước ghi trên bản vẽ thành các giá trị toạ độ trong phạm vi không gian làm việc của máy

 Định hướng kẹp chặt, điều chỉnh, kiểm tra hệ thống

đo lường dich chuyển thuận tiện

 Nếu hệ thống toạ độ của chi tiết và hệ thống toạ độ của máy khác loại thì các toạ độ của chi tiết phải chuyển sang hệ toạ độ của máy

 Điểm chuẩn của máy (R)

 Là một điểm xác định trong hệ thống toạ độ máy dùng để xác định vị trí của hệ toạ độ máy trong một số trường hợp nhất định.

 Điểm chuẩn này có một khoảng cách xác định so với điểm 0 của máy và đã được đánh dấu trên bàn trượt của máy

 Điểm chuẩn của dao (P)

 Là điểm đỉnh dao thực hoặc lý thuyết

 Dùng để tính các quỹ đạo chuyển động của dao

 Điểm P với một số loại dao

 Với dao tiện, mũi khoan điểm chuẩn là đỉnh dao

 Với mũi khoét, mũi doa, dao phay thì điểm chuẩn P là tâm của mặt đầu của dao

Điểm thay dao Ww

 Điểm thay dao (Ww)

 Là điểm dao phải chạy đến khi cần thay dao tự động để tránh va đập vào chi tiết gia công hay đồ định vị

 Điểm điều chỉnh dao (E)

 Là điểm được dùng để điều chỉnh kích thước dao khi sử dụng nhiều dao với các kích thước khác nhau

Điểm điều chỉnh dao E

 Điều khiển theo điểm

 Trong quá trình gia công người ta cho định vị nhanh dung cụ đến tọa độ yêu cầu và trong quá trình dịch chuyển nhanh dụng cụ, máy không thực hiện công việc cắt gọt.

 Chỉ đến khi đạt được tọa độ yêu cầu nó mới thực hiện chuyển động cắt gọt ví dụ như khoan khoét, hàn điểm, đột dập

Điều khiển điểm trong quá trình khoan

 Điều khiển theo đường

 Điều khiển đường tạo ra các đường chạy song song với các trục của máy

 Trong khi chạy dao cắt gọt liên tục tạo nên bề mặt gia công

 Yêu cầu chỉ thực hiện trên từng trục một

Các dạng điều khiển

 Điều khiển theo đường viền

 Điều khiển này đạt được nhờ thực hiện chạy dao đồng thời trên nhiều trục và giữa các trục này có mối quan hệ hàm số với nhau (tuyến tính hoặc phi tuyến)

 Tạo ra các đường viền hoặc đường thẳng tuỳ ý trong một mặt phẳng hoặc trong không gian

 Điều khiển đường viền 2D

 Cho phép thực hiện chuyển động chạy dao theo hai trục đồng thời trong một mặt phẳng gia công.

 Trục thứ ba được điều khiển hoàn toàn độc lập với hai trục kia.

Các dạng điều khiển

 Điều khiển đường viền 2,5D

 Cho phép thực hiện chuyển động chạy dao chỉ theo hai trục nào đó Trục thứ ba là trục tiến dao

 Thông qua chức năng G trong chương trình có thể chuyển từ mặt phẳng này sang mặt phẳng kia.

Gia công trong mặt phẳng XY

Gia công trong mặt phẳng YZ

Các dạng điều khiển

 Điều khiển đường viền 3D

 Cho phép thực hiện chuyển động chạy dao theo ba trục đồng thời trong một mặt phẳng gia công.

 Các trục này có mối quan hệ ràng buộc hàm số

Điều khiển đường viền 3D

Các dạng điều khiển

 Điều khiển đường viền 4D, 5D

 Ngoài các trục tịnh tiến X, Y, Z còn có các trục quay chuyển động trong quá trình gia công theo một quan hệ ràng buộc nào đó tạo ra các bề mặt phức tạp 4D, 5D

Điều khiển đường viền 4D

Các dạng điều khiển

Phần III - Tổng quan về

máy CNC

 Cấu trúc của máy CNC

 Giới thiệu một số máy CNC

 Cơ cấu cấp và thay phôi tự động

MAM72-63V PC6 (4 vị trí) MAM72-25V PC10 (8 vị trí) LX-0 5AX (12 vị trí)

MAM72-3VS (PC40) (40 đồ gá) MAM72-3VM (PC180) (180 đồ gá)

http://www5.matsuura.co.jp/

 Nguyên tắc điều khiển

Schematic illustration of the components of (a) an open-loop and (b) a closed-loop control system for a numerical-control machine DAC means “digital-to-analog converter.”

 Trang bị/đồ gá thay đổi dụng cụ

 Có chức năng thay đổi dụng cụ, kể cả tiếp nhận/gá đặt dụng cụ, giữa vị trí làm việc và vị trí ở ổ tích dụng cụ

 Để lắp dụng cụ trên trục chính của máy công cụ

 Kết cấu chưa thực sự tạo được sự thống nhất trên phạm vi quốc tế

Hệ dụng cụ

 Dụng cụ răng chắp hoặc liền khối

 Làm bằng vật liệu thép gió, hợp kim cứng, kim cương…

 Phân loại

Hệ dụng cụ

 Phổ biến là hai loại: đầu rêvonve, ổ tích dao

Ổ tích dao dài

 Cơ cấu thay dụng cụ tự động

 Có chức năng thay đổi dụng cụ kể cả tiếp nhận/gá đặt dụng cụ giữa vị trí làm việc và ổ tích dụng cụ.

 Có kết cấu phổ biến dạng tay tóm

Hệ dụng cụ

 Một số cơ cấu thay dao tự động

 Kết cấu ổ tích dao dạng xích hoặc nhiều tầng

 Vị trí của trục chính máy và ổ tích dao gần nhau

Hệ dụng cụ

 Vị trí của trục chính máy và ổ tích dao tương đối xa

 Một số cơ cấu thay dao tự động

Hệ dụng cụ

 Kết cấu ổ tích dao dạng đĩa tròn

 Vị trí của trục chính và ổ tích dao không thuận tiện cho việc thay dao

 Một số cơ cấu thay dao tự động

Ổ tích dao

 Chương trình

 Là toàn bộ các câu lệnh cần thiết để gia công chi tiết trên máy công cụ điều khiển số

 Từ lệnh

 Là sự phối hợp các con số, chữ cái để lượng hoá chính xác các chức năng yêu cầu thực hiện

Khái niệm chung

 Câu lệnh tổng quát (ISO 6983)

N…G…X…Y…Z…A…B…C…I…J…K…HD…T…M…S…F…; N: Số thứ tự của câu lệnh trong chương trình

G: Điều kiện hoặc dữ liệu dịch chuyển

Khái niệm chung

 Quy trình lập trình gia công NC

Mã lệnh cơ bản trong Fanuc 21 - C

 M code (Turn – Mill)

178

 Các chức năng dịch chuyển, các chu trình

 Các chức năng dịch chuyển và các chu trình được biểu thị bằng các chữ cái địa chỉ G và một con số

có hai chữ số đằng sau

 Một số chức năng dịch chuyển cơ bản

 G00: Chạy dao nhanh không cắt

 G01: Dịch chuyển theo đường thẳng

 G02/G03: Dịch chuyển theo cung tròn cùng/ngược

 Các chức năng dịch chuyển, các chu trình

 Các chu trình là những chức năng dịch chuyển được nhắc đi nhắc lại trong chương trình Chu trình do ngươì chế tạo máy quy định và đã lưu trữ trong phần mềm

 G83: Chu trình khoan lỗ sâu

 G76: Chu trình tiện ren

Mã ISO cơ bản

 Lượng chạy dao (F…)

 Trên máy tiện sử dụng lượng chạy dao với các đơn vị khác nhau

 G94 F120 Lượng chạy dao = 120 mm/phút

 G95 F0.25 Lượng chạy dao = 0,25 mm/vòng

 Trên máy phay chỉ sử dụng số vòng quay trục chính

 F100 Lượng chạy dao = 100 mm/phút

 Dụng cụ cắt (T )

 Biểu thị vị trí của dụng cụ cắt trong hộp tích dao

 T01

Mã ISO cơ bản

 Chương trình NC lập theo ISO là một tệp ký tự có cú pháp riêng

 được lưu giữ trên đĩa mềm hay đĩa cứng,

 được lập bằng tay với sự hỗ trợ của một hệ soạn thảo văn bản nào đó

 hoặc lập tự động (bằng phần mềm lập trình tự động trên máy tính nối với hệ điều khiển cuar máy CNC)

Mã ISO cơ bản

O…;  Số hiệu chương trình 

measurements are shown: (a) absolute dimensioning referenced from one point at the lower left of the part; (b) incremental dimensioning made sequentially from one hole to another; and (c) mixed dimensioning – a combination of both methods.

 Lập trình theo kích thước tuyệt đối (G90)

 Lập trình theo vị trí của các điểm đích.

 Điểm đích có giá trị toạ độ luôn gắn với điểm 0 của chi tiết W

 Gốc toạ độ cố định là điểm 0 của chi tiết W

Lập trình gia công CNC

 Lập trình theo kích thước tương đối (G91)

 Điểm đích có giá trị toạ độ luôn gắn với vị trí của dụng cụ cắt đã đến trước đó

 Gốc toạ độ thay đổi liên tục

Lập trình gia công CNC

 Lập trình theo kích thước tuyệt đối và tương đối

Lập trình cơ bản

 Hiển thị giá trị vị trí hiện tại (inch, mm)

Lập trình cơ bản

 Nội suy đường thẳng

 G00 X… Y… Z… Di chuyển nhanh không cắt

 G01 X… Y… Z…F… Di chuyển có cắt với lượng chạy

dao

Lập trình gia công CNC

 Nội suy đường thẳng

 G00 X… Y… Z… Di chuyển nhanh không cắt

 1 Di chuyển tới điểm bắt đầu gia công (Di chuyển dụng cụ tới gần phôi)

 2 Sau quá trình cắt gọt (Rút dao ra khỏi phôi, khi cắt gọt kết thúc)

 3 Di chuyển đến vùng gia công tiếp theo (Khi di chuyển dụng cụ với tốc độ chạy dao nhanh không cắt phải chắc chắn không có vật cản nào trên đường dụng cụ

 4 Kết thúc gia công (Đưa dụng cụ ra xa phôi khi quá trình cắt gọt kết thúc)

Lập trình gia công CNC

 Nội suy đường thẳng

 G00 X… Y… Z… Di chuyển nhanh không cắt

 Nếu chuyển động trên các trục X, Y, Z được đưa ra đồng thời trong cùng một khối lệnh thì đường chạy dao có thể là đường chéo từ điểm hiện tại đến điểm cuối lập trình.

 Lượng chạy dao F đã được lập trình không có ý nghĩa trong lệnh G00

 Nếu công tắc điều khiển tốc độ chạy dao trên bảng điều khiển về

0, tốc độ chạy dao nhanh không được thực hiện.

Lập trình gia công CNC

 Nội suy đường thẳng

 G01 X… Y… Z…F… Di chuyển có cắt với lượng chạy

 G02/G03: Dịch chuyển theo/ngược chiều kim

đồng hồ

 X, Y, Z - Tọa độ điểm trung gian

 Đầu tiên di chuyển tới điểm trung gian có tọa độ (X, Y, Z) và sau đó tới điểm chuẩn R Cả hai đều thực hiện ở chế độ di chuyển nhanh không cắt G00

 Hiệu chỉnh chiều dài dao (khoan, phay, dao tiện…)

 Hiệu chỉnh bán kính dao (phay theo biên dạng…)

 Hiệu chỉnh bán kính lưỡi cắt dao tiện (tiện…)

Các chức năng hiệu chỉnh

 Bù chiều dài dao là quy trình

hiệu chỉnh khoảng cách giữa chiều dài lập trình của dao và chiều dài thực của dao đó

 Giá trị hiệu chỉnh của bộ nhớ

dụng cụ đã chọn được cộng thêm vào giá trị Z (với phay, khoan) hoặc X, Z (với tiện) đã được lập trình có chú ý đến dấu

 G43 Bù chiều dài dao dương

 G44: Bù chiều dài dao âm

 G49: Huỷ bỏ lệnh bù dao

Lập trình gia công CNC

biên dạng với kích thước như mong muốn, người lập trình phải thiết lập một biên dạng đồng dạng với biên dạng chi tiết theo khoảng cách bằng bán kính dao.

Hi ệu chỉnh bán kính dao khi phay biên dạng

các biên dạng, hệ điều khiển sẽ tự động tính toán quỹ đạo chuyển động của tâm dao sao cho có thể tạo ra biên dạng của chi tiết cách xa tâm dao một khoảng bằng bán kính dao

sẽ được gọi ra khi có lệnh hiệu chỉnh

Hi ệu chỉnh bán kính dao khi phay biên dạng

 G41: Dao ở bên trái đường viền gia công

 G42: Dao ở bên phải đường viền gia công

 G40: Huỷ bỏ lệnh hiệu chỉnh đã chọn

Lập trình gia công CNC

 Hệ điều khiển CNC đã loại bỏ các sai lệch này bằng lệnh bù bán kính đỉnh lưỡi cắt.

 Giá trị của bán kính đỉnh lưỡi cắt được nhập vào trong hệ điều khiển như một giá trị hiệu chỉnh và sẽ được hệ điều khiển xử lý khi gọi lệnh hiệu chỉnh

Hiệu chỉnh bán kính đỉnh lưỡi cắt dao tiện

 Sai lệch vị trí này được xác định và cài đặt vào trong bộ nhớ hiệu chỉnh cho xê dịch điểm chuẩn

 Khi gọi lệnh xê dịch điểm chuẩn, hệ điều khiển sẽ cộng thêm vào cho các giá trị đã lập trình các giá trị hiệu chỉnh này

 Gọi lệnh xê dịch điểm chuẩn G54…G59

 Huỷ bỏ lệnh G53

 Các kích thước xê dịch chính xác đã được xác định hoặc bằng các thiết bị đo hoặc do người vận hành máy trước khi tiến hành gia công thực hiện

và được cài đặt vào bộ nhớ hiệu chỉnh

 Khi dùng xê dịch điểm chuẩn lập trình, các giá trị

xê dịch phải được biết rõ trong chương trình.

 Các giá trị xê dịch điểm chuẩn lập trình trong chương trình gia công không được cài đặt vào trong bộ nhớ hiệu chỉnh

 Khi gọi xê dịch điểm chuẩn lập trình hệ điều khiển

sẽ cộng thêm vào các giá trị xê dịch có chú ý đến dấu cho tất cả các giá trị toạ độ.

kỳ trên chi tiết

 khoan các dãy lỗ giống nhau

 gia công các đường viền như nhau

 Chỉ ra gốc tọa độ cục bộ so với gốc tọa độ hiện hành

 X, Y, Z là các tọa độ tuyệt đối của gốc tọa độ mới

 Để hủy bỏ hệ tọa độ cục bộ viết lệnh G52 X0 Y0

242

 Trước khi sử dụng lệnh G53, phải hủy tất cả các mã lệnh bù dao

 X, Y, Z - Giá trị tọa độ trong hệ tọa độ máy

243