Bài giảng công nghệ và lập trình CNC

công nghệ lập trình CNC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI

KHOA CÔNG NGHỆ

BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ VÀ LẬP TRÌNH CNC

BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Giáo trình CAD/CAM-CNC, NGUYỄN NGỌC ĐÀO, ĐHSPKT

2 Cad/Cam Theory And Applycation, Ait Thailan

3 Điều khiển số và công nghệ trên máy điều khiển số, NGUYỄN ĐẮC LỘC, KHKT

4 Công nghệ lập trình – gia công điều khiển số, ĐOÀN THỊ MINH TRINH, KHKT

5 Công nghệ Cad/Cam, Đoàn Thị Minh Trinh

6 Công nghệ Cad/Cam , Bành Tiến Long

7 Kỹ thuật lập trình CNC với Mastercam V8.1, NGUYỄN HOÀI NAM, ĐHSPKT

CHƯƠNG 1 :TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ

I KHÁI NIỆM ĐIỀU KHIỂN SỐ :

Điều khiển số là một hình thức đặc biệt của tự động hóa

Theo EIA (Electronic Industries Assotiation): “Một hệ thống trong đó các hoạt động được điều khiển bởi dữ liệu số được đưa trực tiếp vào ở một điểm nào đó Hệ thống phải tự động dịch chuyển tối thiểu một phần nào đó của dữ liệu này ”

Dữ liệu số cần có để tạo ra một chi tiết được gọi là chương trình chi tiết (part program)

Các máy công cụ điều khiển theo chương trình số gọi là máy NC (numerical control) hoặc CNC ( computer numerical control)

II LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA CNC :

Ý tưởng điều khiển một công cụ thông qua một chuỗi lệnh kế tiếp liên tục được phát kiến từ thế kỷ 14 bắt đầu từ những cụm chuông được điều khiển bởi các trục đục lỗ

Năm 1808, Joseph M Jacquard điều khiển tự động máy dệt bằng những tấm tôn đục lỗ Đánh dấu sự ra đời của vật mang thông tin thay đổi được

Năm 1863, M Fourneaux đăng ký phát minh đài dương cầm tự động Pianola, trong đó các phím bấm được điều khiển bằng băng giấy đục lỗ Băng giấy đục lỗ dùng làm vật mang thông tin được phát kiến

Năm 1938, Claud E Shannon tại MIT (Massachusetts Intitue of Technology) đã chứng minh rằng việc tính toán và truyền tải nhanh dữ liệu chỉ có thể duy nhất thực hiện nhờ mã nhị phân.Cơ sở khoa học cho máy tính và điều khiển số được hoàn thiện

Năm 1946, máy tính số điện tử đầu tiên “ENIAC” ra đời, dực trên công nghệ đèn điện tử Năm 1949 – 1952, John Parsons và MIT phối hợp chế tạo thành công máy phay điều khiển số đầu tiên có tên là Cincinati Hydrotel, có trục đứng.Tủ điều khiển dùng đèn điện tử, có thể dịch chuyển đồng thời 3 trục (3D Linear interpolation), tiếp nhận dữ liệu qua băng đục lỗ mả nhị phân

Năm 1954, thiết bị điều khiển NC công nghiệp d6àu tiên ra đời

Năm 1957, máy phay NC được trang bị trong các xưởng chế tạo máy bay của không lực Hoa Kỳ

Năm 1958, ngôn ngữ lập trình APT ra đời

Năm 1968, kỹ thuật mạch tích hợp IC (Intergrated Circuits) làm cho các tủ điều khiển nhỏ hơn và có độ tin cậy cao hơn

Năm 1972, thế hệ các thiết bị NC kết nối với máy vi tính –CNC Thế hệ này nhanh chóng được thay thế bởi các cụm điều khiển dùng Microprocessor (µP)

Năm 1986, chuẩn hóa các giao diện, là cơ sở cho hệ thống CIM (Computer Intergrated Manufacturing) phát triển

Năm 1990, hình thành và phát triển các hệ thống CIM

III CẤU TRÚC HỆ THỐNG CNC :

Các đặc điểm kết cấu phân biệt giữa máy công cụ điều khiển CNC và máy công cụ thông thường

Hình

phay

Hình

tieän

CẤU TRÚC MỘT HỆ THỐNG CNC

Gồm 6 thành phần chính:

1 Chương trình gia công (part program) : bao gồm các chỉ thị đã được mã hóa

2 Hệ điều khiển máy (Machine control Unit - MCU) được chia thành 2 thành phần là :

- Đơn vị xử lý dữ liệu (DPU- Data Processing Unit): thực hiện chức năng đọc mã lệnh từ

thiết bị nhập dữ liệu, xử lý mã lệnh (giải mã), truyền dữ liệu cho CLU

- Mạch điều khiển (CLU – Control Loop Unit): thực hiện các chức năng nội suy chuyển

động trên cơ sở tín hiệu nhận được từ DPU , xuất các tín hiệu điều khiển, nhận tín hiệu phản hồi, điều khiển các thiết bị phụ trợ

3 Thiết bị đọc chương trình (program input) : Máy đọc hay đường truyền RS232C

4 Hệ thống truyền động (drive system): Dùng các động cơ một chiều hoặc xoay chiều điều chỉnh

vô cấp tốc độ và các bộ truyển chính xác như vít me/ đai ốc bi

5 Máy công cụ

6 Hệ thống phản hồi (feetback system)

IV KHẢ NĂNG CỦA CNC :

So với NC ( điều khiển bằng mạch cố định), CNC (điều khiển bằng phần mềm) có nhiều chức năng xử lý và linh hoạt hơn

 Hiển thị chương trình và mô phỏng bằng đồ họa quá trình gia công

 Nhập dữ liệu bằng nhiều cách

 Có khả năng lưu trữ chương trình

 Có khả năng thay đổi và cập nhật chương trình

 Kiểm tra , chẩn đoán lỗi chương trình bằng đồ họa máy tính

 Có thể giao tiếp với các thiết bị vi xử lý khác

 Chức năng hỗ trợ lập trình : thu, phóng, xoay

 Có khả năng hậu xủ lý (postprocessing): tiếp nhận trực tiếp dữ liệu quỹ đạo chạy dao dưới dạng mã nhị phân (Binary cutter location- BCL) Thực hiện trong chế độ thời gian thực

1 ƯU ĐIỂM CỦA CNC :

 Năng suất tăng

 Độ chính xác cao (đến 0.001 mm)

 Chất lượng gia công ổn định, độ chính xác lặp lại cao

 Hạ giá thành sản xuất

 Giảm giá thành điều hành trực tiếp

2 NHƯỢC ĐIỂM CỦA CNC :

 Giá thành máy cao

 Giá thành bảo dưỡng cao, phức tạp

 Vận hành phức tạp, cần công nhân có tay nghề

3 CÁC YÊU CẦU ĐẶT RA

 Cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các khâu thiết kế, chuẩn bị sản xuất, gia công

 Cần đào tạo nâng cao cho thợ chuyên môn Một khóa đào tạo về kỹ thuật CNC là phải có

V TRỤC TỌA ĐỘ – CHIỀU CHUYỂN ĐỘNG

Dùng hệ trục tọa độ Decarte

vuông góc được xác định theo

qui tắc bàn tay phải

Qui định về các trục quay

Khi lập trình ta qui ước rằng dụng cụ chuyển động tương đối so với hệ thống tọa độ, còn

chi tiết đứng yên

VI CÁC ĐIỂM “0” VÀ CÁC ĐIỂM CHUẨN trên máy CNC

W Work part zero point

Điểm 0 của chi tiết, là điểm gốc của hệ trục tọa độ gắn lên chi tiết

Do người lập trình chọn và xác định

R Reference point

Các điểm chuẩn của máy, có khoảng cách xác định so với điểm 0 của máy và được đánh dấu trên các bàn trượt

E Tool reference point

Điểm gá dao, khi dụng cụ được lắp vào ổ dao thì điểm B và E trùng nhau

Trên máy phay điểm B nẳm trên vành trục chính Trên máy tiện, B nằm tại mặt phẳng của đầu revonve

B Tool setup point

Điểm chuẩn của dao, dùng hiệu chỉnh tự động các kích thước dao

N Tool change point

Điểm thay dao

Thiết lập điểm W cho máy tiện

Giá trị ZW gọi là dịch chuẩn (zero point shift) , và sẽ được nhập vào máy CNC

Trình tự thực hiện

1 khởi động máy

2 Đưa dao sẽ dùng vào vị trí làm việc

3 địch chuyển dao sao cho dao tựa vào mặt đầu của phôi

4 Nhập vào giá trị của Zw

Thiết lập điểm W cho máy phay

Dịch chuyển dao theo theo trục Z

Dịch chuyển dao theo theo trục X

Dịch chuyển dao theo theo trục

Y

VII CÁC DẠNG ĐIỀU KHIỂN

Điều khiển theo Điểm (PTP)

Gia công theo các tọa độ xác định đơn giản

Dụng cụ thực hiện chạy dao nhanh không

cắt gọt đến các điểm lập trình

Tùy thuộc vào hệ điều khiển mà các trục

có thể chuyển động kế tiếp nhau hay chuyển

động đồng thời không có mối quan hệ hàm

Thực hiện một đường viền trong mp XY

Trục thứ 3 được điều khiển độc lập với 2

trục trên

2D1/2

Thực hiện nội suy một đường viền trong mặt

phẳng, có thể là mp XY, hay YZ, hay ZX tùy

thuộc vào việc khai báo mp nội suy trong

chương trình (G17/G18/G19)

Trục thứ 3 được điều khiển độc lập với 2

trục trên

3D

Lưu ý rằng trong điều khiển 3D đã tích hợp trong đó điều khiển điểm, đường, 2D

VIII QUÁ TRÌNH GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC

 Nghiên cứu công nghệ gia công chi tiết

 Thiết kế quĩ đạo cắt

 Lập chương trình điều khiển

 Kiểm tra chương trình điều khiển

 Điều chỉnh máy CNC

 Gia công chi tiết

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LẬP TRÌNH NC

Tính kinh tế của các máy công cụ CNC phụ thuộc nhiều vào chương trình điều khiển, một chương trình hoàn hảo làm cho quá trình gia công trở nên linh hoạt và kinh tế

I CÁC THỦ TỤC LẬP TRÌNH :

Lập trình Tay Người lập trình hoàn thành chương trình mà không có sự trợ giúp

Lập trình theo công nghệ

CAD/CAM

Bằng các phần mềm tích hợp CAD/CAM cho phép sử dụng chung

cơ sở dữ liệu cho các chức năng thiết kế và lập kế hoạch sản xuất

Chức năng CAD cho phép xác lập hình học chi tiết gia công Chức năng CAM tạo quĩ đạo chạy dao

II GHI KÍCH THƯỚC TRÊN BẢN VẼ :

Việc qui chuẩn cách ghi kích thước trên bàn vẽ dùng trong gia công NC sẽ giúp cho người lập trình

dễ dàng biến đổi các thông tin trên bản vẽ thành các thông tin dịch chuyển

Ghi kích thước tuyệt đối :

Mọi kích thước đều xuất phát từ điểm W

Ghi kích thước tương đối :

Một kích thước được ghi xuất phát từ vị trí

của kích thước trước nó

Ghi kích thước nhờ các bảng

Người ta thay thế các kích thước trên bản

vẽ bằng các số thứ tự vị trí

III LẬP TRÌNH THEO KÍCH THƯỚC TUYỆT ĐỐI VÀ TƯƠNG ĐỐI :

LẬP TRÌNH THEO KÍCH

THƯỚC TUYỆT ĐỐI

Điểm đích có các giá trị tọa độ luôn gắn với điểm W G90

LẬP TRÌNH THEO KÍCH

THƯỚC TƯƠNG ĐỐI

Điểm đích có các giá trị tọa độ luôn gắn với vị trí của dao trước đó

Dùng chủ yếu đối với các chu trình hay các chương trình con

G91

IV CẤU TRÚC CỦA CHƯƠNG TRÌNH NC :

Dấu hiệu chương trình Thường dùng %<tên ct>

Các Câu lệnh (NC block)

Lệnh Kết thúc chương trình (M30 hoặc M2)

V CẤU TRÚC CỦA MỘT CÂU LỆNH (NC block) :

VI CẤU TRÚC CỦA MỘT TỪ (word):

Gồm một ký tự gọi là địa chỉ (Address) và một con số (Number)

Ví dụ

Trong một câu lệnh Có thể có 3 nhóm từ

U, V, W

3 Thông tin vận hành máy và

các chức năng phụ

F, S, T

M

Các địa chỉ theo tiêu chuẩn ISO

5 D Định vị trí góc quay quanh trục đặc biệt hoặc

VII LẬP TRÌNH CÓ DỊCH CHỈNH VÀ BÙ TRỪ :

Trong điều khiển số yêu cầu lập trình gia công là theo tọa độ tâm dao (Tool center coordinate) thay cho điểm biên trên chu vi dao cắt Do đó không thể sử dụng trực tiếp tọa độ chi tiết vì tâm dao cách đường biên cắt một khoảng bằng bán kính dao

Phép dịch chỉnh vị trí tâm dao này được gọi là Bù trừ bán kính (Radius compensation)

Trong qui trình gia công chi tiết có thể sử dụng nhiều dao với những chiều dài khác nhau Do đó

khi lập trình ta không quan tâm đến chiều dài dao (lập trình với dao giả định) nhưng khi gia công cần

phải dịch chỉnh chiều dài dao

Việc sử dụng bù trừ dao sẽ hạn chế các phép tính toán tọa độ tâm dao, do đó làm đơn giản công việc lập trình

Ngoài ra có thể sử dụng bù trừ trong các trường hợp :

+ Dao gia công khác với dao lập trình

+ Phải thay dao do gẫy dao và không có dao tương tự như đã lập trình

+ Sự thay đổi kích thước do dao bị mòn, mài hay sửa lại

+ Khi gia công thô và gia công tinh được thực hiện với cùng một chương trình

Ví dụ lập trình không bù trừ bán kính dao

Hãy xác định tọa độ

của các điểm 1,2 ,3,4

chuyển tiếp trên quỹ

đạo cắt để thực hiện

hiện gia công biên

dạng chi tiết như

hình vẽ

4

Với dao có đường

kính 10mm

Hãy xác định tọa độ

của các điểm 1, 2 ,3

, 4 , 5 chuyển tiếp

trên quỹ đạo cắt để

thực hiện gia công

biên dạng chi tiết

LẬP TRÌNH CÓ BÙ TRỪ BÁN KÍNH DAO

Được thực hiện bởi các lệnh G41/G42 , Các lệnh này tạo ra các vector bù trừ vuông góc với đường biên chi tiết và có độ lớn bằng bán kính dao

Để khai báo chấm dứt hiệu chỉnh dùng G40

Phay biên

dạng lồi

Phay hốc

G41 G42 Tiện ngoài

Tiện trong

Lưu ý :

- Vecto bù trừ bán kính tại câu lệnh ngay sát sau câu lệnh hiệu chỉnh G41/G42 hoặc G40 có :

Vecto đầu =0

Vecto cuối = R và vuông góc với đường lập trình

Nên có đoạn khởi động và kết thúc hiệu chỉnh Tốt nhất chọn ngoài phôi

- Việu bù trừ chỉ có tác dụng trong mặt phẳng nội suy

VIII LẬP TRÌNH VỚI CẤU TRÚC LẶP, CHƯƠNG TRÌNH CON VÀ MACRO :

Để tăng hiệu suất lập trình, giảm chiều dài chương trình thì với những trường hợp gia công

phức tạp về mặt hình dáng hay có tính chất lặp lại về qui trình ta nên sử dụng lập trình có vòng lặp

(loops) hay chương trình con (subprogram) hay macro

Các khả năng lập trình này phụ thuộc vào hệ điều khiển

Vòng lặp Là một chuỗi lệnh được lặp lại nhiều lần với số lần lặp xác định

Cho phép lập trình với các vòng lặp khép kín lồng nhau (4 cấp) Chương trình con Là một phần của chương trình chính và có thể gọi theo yêu cầu

Chương trình Macro được lưu giữ như chương trình độc lập với số hiệu riêng trên bộ nhớ và có thể gọi từ một chương trình chính bất kỳ

CHƯƠNG 3 : CÔNG NGHỆ VÀ LẬP TRÌNH PHAY CNC

THÔNG SỐ GIA CÔNG

Các thông số cơ bản cần được xác định trước khi thực hiện công nghệ gia công

Tốc độ trục chính

Tốc độ di chuyển dao khi gia công

Tốc độ ăn dao đứng

(Plunge feed rate)

Tốc độ chạy dao theo phương Z

Tốc độ cắt

(Cutting feed rate)

Tốc độ chạy dao theo phương X,Y

Lượng dư gia công

Feed plane Mặt phẳng mà tại đây bắt đầu hay kết thúc chạy dao có

cắt gọt

Retract plane Mặt phẳng mà tại đây dao di chuyển nhanh để chuyển

sang vị trí mới trong 1 chu trình gia công

Mặt phẳng gia công Mặt phẳng chạy dao (mặt phẳng nội suy)

Dịch chỉnh dao

(Cutter compensation)

Các thông số khác

Bật/tắt hay chọn dạng tưới trơn

Qui định về số thứ tự câu lệnh

…

II DIỄN GIẢI TẬP LỆNH ADIMILL :

1 Số thứ tự câu lệnh chương trình chính: N1- N4999

chương trình con : N5000 – N9999

M2 Kết thúc CT

M3 Trục chính quay theo chiều kim đồng hồ

M4 Trục chính quay ngược chiều kim đồng hồ

M5 Dừng trục chính

M8 Mở tưới trơn

M9 Tắt tưới trơn

M99 Kết thúc ct con

G90 Lập trình theo tọa độ tuyệt đối

G91 Lập trình theo tọa độ tương đối

G94 Tốc độ chạy dao mm/phút

G95 Tốc độ chạy dao mm/vòng

G41 Hiệu chỉnh trái

G42 Hiệu chỉnh phải

G40 Xóa hiệu chỉnh

G17 Mặt phẳng nội suy là mp XY

G18 Mặt phẳng nội suy là mp ZX

G19 Mặt phẳng nội suy là mp YZ

Cú pháp G0 X… Y… Z…

Chức năng Chạy dao nhanh (Fmax) không cắt gọt

Diễn giải X… Y… Z… tọa độ điểm đích

Lưu ý : Với G00 nên lập trình chạy Z riêng trong một câu lệnh trước và sau đó mới đến câu

lệnh chạy X và Y

Cú pháp G1 X… Y… Z… F…

G1 U… V… W… F…

F : lượng chạy dao

Cú pháp G2 X… Y… Z… I… J… F…

Chức năng Nội suy đường tròn thuận chiều kim đồng hồ

Diễn giải X/U… Y/V… Z/W… tọa độ điểm đích

I và J : Tọa độ tâm của cung tròn được tính tương đối so với điểm đầu của cung

Cú pháp G2 X… Y… Z… R… F…

Chức năng Nội suy đường tròn thuận chiều kim đồng hồ

Diễn giải X/U… Y/V… Z/W… tọa độ điểm đích

R bán kính cung tròn

Gia công với các cung có góc chắn cung <=180

Cú pháp G3 X… Y… Z… I… J… F…

Chức năng Nội suy đường tròn ngược chiều kim đồng hồ

Diễn giải X/U… Y/V… Z/W… tọa độ điểm đích

I và J : Tọa độ tâm của cung tròn được tính tương đối so với điểm đầu của cung

Cú pháp G3 X… Y… Z… R… F…

Chức năng Nội suy đường tròn ngược chiều kim đồng hồ

Diễn giải X/U… Y/V… Z/W… tọa độ điểm đích

R bán kính cung tròn Gia công với các cung có góc chắn cung <=180

CHU TRÌNH

Cú pháp G72 [Q…] [X…] [Y…] [Z…] [D…] [F…]

Chức năng Phay hốc chữ nhật

Diễn giải X,Y,Z : tọa độ điểm B (đáy hốc, đối diện điểm A)

D : trị số dịch dao ngang

Q : trị số dịch dao đứng của trục mang dao

Cú pháp G75 [Q…] [X…] [Y…] [Z…] [R…] [D…] [F…]

Chức năng Phay hốc tròn

Diễn giải X,Y,Z : tọa độ điểm B (đáy hốc)

D : trị số dịch dao ngang

Q : trị số dịch dao đứng của trục mang dao

R : bán kính hốc

R

D

Q