Giáo trình Công nghệ CNC

Điều khiển số là một hệ thống điều khiển mà mỗi hành trình được điều khiển theo số, mỗi thông tin đơn vị ứng với một dịch chuyển gián đoạn của cơ cấu chấp hành. Đại lượng này có tên gọi là giá trị xung. Cơ cấu chấp hành có thể dịch chuyển với một đại lượng bất kỳ ứng với giá trị xung. Như vậy khi biết giá trị xung q và đại lượng dịch chuyển L của cơ cấu chấp hành ta có thể xác định được số lượng xung N theo công thức sau: L = qNLịch sử phát triển của NC bắt nguồn từ các mục đích về quân sự và hàng không vũ trụ khi mà yêu cầu các chỉ tiêu về chất lượng của các máy bay, tên lửa, xe tăng… là cao nhất. Ngày nay lịch sử phát triển NC đã trải qua các quá trình phát triển không ngừng cùng với sự phát triển của ngành công nghệ thông tin.

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA

KHOA CƠ KHÍ

PHẠM HỮU LỘC – PHẠM QUỐC LỢI

(DÀNH CHO SINH VIÊN CAO ĐẲNG NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ)

( LƯU HÀNH NỘI BỘ)

TP TUY HÒA, THÁNG 08 NĂM

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: Khái niệm cơ bản về điều khiển số 1

1.1 NC ( Numerical control) 2

1.2 DNC ( Direct numerical control) 2

1.3 CNC ( Computer numerical control) 3

1.4 FMS ( Flexible Manufacturing System) 4

1.5 CIM 4

Câu hỏi ôn tập 5

CHƯƠNG 2: Máy công cụ CNC 6

2.1 Các khái niệm cơ bản 7

2.2 Cấu trúc máy CNC 8

2.3 Khả năng của máy CNC 14

2.4 Ưu nhược điểm của máy CNC 14

2.5 Một số ứng dụng của máy CNC 14

2.6 Các bộ phận cơ bản của máy CNC 15

2.7 Các dạng điều khiển của máy công cụ CNC 17

Câu hỏi ôn tập 21

CHƯƠNG 3: Cơ sở lập trình NC 23

3.1 Một số khái niệm cơ bản 24

3.1.1 Chương trình NC 24

3.1.2 Lập trình NC 25

3.1.3 Định dạng của một chương trình 25

3.1.4 Cấu trúc của một chương trình 25

3.2 Phương thức lập trình NC 32

3.2.1 Lập trình bằng tay 32

3.2.2 Lập trình tự động: Lập trình theo công nghệ CAD/CAM 33

Bài tập 33

Câu hỏi ôn tập 35

Chương 4: Công nghệ tiện CNC 36

4.1 Các bộ phận chính của máy tiện CNC 37

4.2 Đặc tính kỹ thuật cơ bản của máy tiện CNC 40

4.3 Một số dụng cụ cắt trên máy tiện CNC 40

4.4 Đặc điểm, đặc trưng của máy tiện CNC 41

4.5 Một số thiết bị bên ngoài 45

4.6 Lập trình gia công trên máy Tiện CNC 47

4.6.1 Ngôn ngữ lập trình 47

4.6.2 Các lệnh tiện NC cơ bản 47

4.6.3 Chu trình tiện trên máy CNC 54

4.7 Tính toán bù bán kính mũi dao khi tiện 65

4.8 Vận hành máy tiện CNC 68

4.9 Các lưu ý về an toàn lao động trên máy Tiện CNC 77

4.10 Bài tập và thực hành lập trình gia công trên máy tiện CNC 77

Câu hỏi ôn tập 82

Bài tập về nhà 83

Chương 5: Công nghệ phay CNC 89

5.1 Các bộ phận chính của máy phay CNC 90

5.2 Đặc tính cơ bản của máy phay CNC 91

5.3 Một số dụng cụ cắt trên máy phay CNC 92

5.4 Đặc điểm, đặc trưng của máy phay CNC 93

5.5 Các lệnh lập trình cơ bản 96

5.5.1 Các lệnh di chuyển dao 97

5.5.2 Lệnh đo theo toạ độ tương đối và toạ độ tuyệt đối 101

5.5.3 Lệnh xác định mặt phẳng gia công 102

5.5.4 Lệnh trở về điểm tham chiếu 103

5.5.5 Lệnh thay dao 103

5.5.6 Lệnh tạm dừng chương trình 104

5.5.7 Lệnh kết thúc chương trình 104

5.5.8 Lệnh cấp dung dịch tưới nguội 104

5.5.9 Lệnh tạm dừng trục chính 104

5.5.10 Bù trừ dao trong công nghệ phay 104

5.5.11 Lệnh tạo bước nhảy không điều kiện : G25 107

5.5.12 Lệnh đối xứng 108

5.6 Chu trình gia công 109

5.6.1 Khái niệm 109

5.6.2 Các chu trình gia công 110

5.7 Vận hành máy phay CNC 116

5.8 Bài tập và thực hành lập trình gia công Phay CNC 124

Câu hỏi ôn tập 127

Bài tập về nhà 128

Tài liệu tham khảo 136

LỜI NÓI ĐẦU

Ở Việt Nam hiện nay, đổi mới công nghệ là một trong những nhiệm vụ khoa học công nghệ hàng đầu trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa Trong tiến trình đổi mới công nghệ, Trường Cao Đẳng Công Nghiệp Tuy Hòa đã đưa vào giảng dạy các học phần điều khiển số, máy công cụ điều khiển số CNC từ năm 2001

Để đáp ứng nhu cầu học tập của sinh viên Khoa cơ khí, chúng tôi biên soạn GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ CNC Đây là tài liệu học tập cho học sinh Hệ Cao Đẳng ngành Cơ khí

Giáo trình đề cập đến các kiến thức cơ bản về Công nghệ CNC trên máy tiện và máy Phay CNC Toàn bộ giáo trình có 5 chương, mỗi chương đều có mục tiêu bài học, nội dung chính, phần lý thuyết và phần bài tập giải mẫu và cuối chương có hướng dẫn

ôn tập, riêng chương 4 và 5 có bài tập về nhà cho học sinh tự rèn luyện

Giáo trình còn có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho học sinh ngành Cơ khí hệTrung cấp chuyên nghiệp, Trung cấp nghề Chúng tôi hy vọng giáo trình sẽ đáp ứngđược nhu cầu đào tạo của Trường.

Chúng tôi rất mong và trân trọng đón nhận những ý kiến đóng góp của đồngnghiệp và sinh viên

Các tác giả

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ

MỤC ĐÍCH - YÊU CẦU:

Sau khi học xong chương này, người học có khả năng:

* Trình bày được các khái niệm NC, DNC, CNC, FMS, CIM

* Phân biệt được hệ điều khiển NC và hệ điều khiển CNC.

* Phân biệt được hệ thống sản suất FMS và CIM

NỘI DUNG:

1.1 NC (Numerical Control)

1.2 DNC (Direct Number Control)

1.3 CNC (Computer Numerical Control)

1.4 FMS (Flexible Manufacturing System)

quá trình tự động điều khiển các hoạt động của máy ( Như máy cắt kim loại, Robot,

…) trên cơ sở các dữ liệu được cung cấp là ở dạng mã số nhị nguyên bao gồm các chữ

số, số thập phân, các chữ cái Điều khiển số ra đời với mục đích điều khiển các quátrình công nghệ gia công cắt gọt trên các máy công cụ

Điều khiển số là một hệ thống điều khiển mà mỗi hành trình được điều khiển theo

số, mỗi thông tin đơn vị ứng với một dịch chuyển gián đoạn của cơ cấu chấp hành Đạilượng này có tên gọi là giá trị xung Cơ cấu chấp hành có thể dịch chuyển với một đạilượng bất kỳ ứng với giá trị xung Như vậy khi biết giá trị xung q và đại lượng dịchchuyển L của cơ cấu chấp hành ta có thể xác định được số lượng xung N theo công

thức sau: L = qN

Lịch sử phát triển của NC bắt nguồn từ các mục đích về quân sự và hàng không

vũ trụ khi mà yêu cầu các chỉ tiêu về chất lượng của các máy bay, tên lửa, xe tăng… làcao nhất Ngày nay lịch sử phát triển NC đã trải qua các quá trình phát triển khôngngừng cùng với sự phát triển của ngành công nghệ thông tin

1.2 DNC ( DIRECT NUMERICAL CONTROL ):

DNC viết tắt direct numerical control: Là một hệ thống mạng kết nối nhiều

máy CNC dưới sự quản lý của một máy tính trung tâm với mục đích khai thác có hiệuquả như bố trí và sắp sếp các công việc trên từng máy, tổ chức sản xuất và quản lý chấtlượng sản phẩm….( Hình 1.1 )

Máy tính trung tâm có thể nhận những thông tin từ các bộ điều khiển CNC đểhiệu chỉnh chương trình hoặc có thể đọc những dữ liệu từ máy công cụ CNC

Trong một số trường hợp máy tính trung tâm đóng vai trò chính trong việc lựachọn những chi tiết gia công theo thứ tự ưu tiên để phân chia đi các máy khác nhau

 Ưu điểm của hệ thống điều khiển DNC:

Hình 1.1: Mô hình điều khiển DNC

Máy CNC 1

So với các máy công cụ CNC đơn lẻ thì một hệ thống điểu khiển DNC có các ưuđiểm sau:

- Công tác tổ chức ở xí nghiệp được cải tiến tốt hơn

- Khả năng truy cập nhanh các chương trình và các thông tin hỗ trợ

- Giảm thiểu thời gian dừng máy của máy công cụ CNC bởi sự sẵn sàngliên tục của các chương trình NC, dụng cụ cắt và vật liệu gia công

- Giảm thiểu các lỗi khi nhập dữ liệu

- Kiểm tra danh mục dữ liệu máy và dữ liệu xí nghiệp tạo điều kiện chongười sử dụng kiểm soát thường xuyên và lưu trữ các dữ liệu sản xuất(thời gian chính, thời gian phụ, thời gian dừng của máy …), các chỉ dẫn bảotrì và các chỉ dẫn nguyên nhân lỗi

1.3 CNC (COMPUTER NUMERICAL CONTROL):

CNC viết tắt computer numerical control: Là điều khiển số với sự trợ giúp của

máy tính Ở đây cần phân biệt rõ hệ điều khiển NC và hệ điều khiển CNC

Trong hệ điều khiển NC, các thông số hình học của chi tiết gia công và các lệnh

điều khiển được cho dưới dạng dãy các con số

Hệ điều khiển NC hoạt động theo nguyên tắc sau: Sau khi mở máy các lệnh thứnhất và thứ hai được đọc Khi quá trình đọc kết thúc máy mới bắt đầu thực hiện lệnhthứ nhất, trong thời gian này thông tin của lệnh thứ hai nằm trong bộ nhớ của hệ thốngđiều khiển Sau khi hoàn thành lệnh thứ nhất máy mới bắt đầu thực hiện lệnh thứ hailấy từ bộ nhớ ra Trong khi thực hiện lệnh thứ 2 hệ điều khiển đọc lệnh thứ 3 và đưavào chỗ của bộ nhớ mà lệnh thứ 2 vừa được giải phóng ra

Nhược điểm cơ bản thứ nhất của hệ NC là khi gia công các chi tiết tiếp theotrong loạt thì hệ điều khiển NC lại phải đọc lại tất cả các lệnh từ đầu và như vậy sẽkhông tránh khỏi những sai sót của bộ tính toán của hệ điều khiển, do đó chi tiết giacông sẽ dễ bị phế phẩm

Nhược điểm cơ bản thứ hai của hệ NC do cần nhiều câu lệnh chứa trong băngđục lỗ ( Băng đục lỗ là băng trên đó có các lỗ đột ) nên khả năng mà chương trình bịdừng lại thường xuyên xảy ra, ngoài ra băng đục lỗ mau mòn và bị bẩn trong quá trìnhlàm việc sẽ gây lỗi cho chương trình

Hệ điều khiển NC là hệ điều khiển cứng, vì khi thay đổi hình dạng chi tiết giacông ta phải thay đổi băng đục lỗ, băng từ…

Hệ điều khiển CNC là hệ điều khiển có sự tham gia của máy vi tính, nhà chế tạo

máy CNC cài vào máy tính một chương trình điều khiển cho từng loại máy

Hệ điều khiển CNC là hệ điều khiển mềm cho phép thay đổi và hiệu chỉnhchương trình gia công, nó có kích thước nhỏ gọn, có những ưu điểm hơn so với hệđiều khiển NC ví dụ hệ điều khiển CNC có thể hiệu chỉnh những sai số cố định củamáy

1.4 FMS (Flexible Manufacturing System):

FMS viết tắt Flexible Manufacturing System: Là hệ thống sản xuất linh hoạt, làcác hệ thống khác nhau ở mức độ cơ giới hoá, di chuyển tự động, và điều khiển bằng

máy Một FMS là một hệ thống được thể hiện với sự gia tăng máy móc và sự tự động:modun sản xuất linh hoạt, theo ô, nhóm, hệ thống sản xuất, và dây chuyền.

Nhìn chung, chủng loại sản phẩm sẽ tăng lên từ sản xuất theo modun đến hệthống sản xuất linh hoạt Hệ thống sản xuất linh hoạt là sự chọn lựa tốt nhất cho loạihình sản xuất đa chủng loại nhưng sản lượng thấp

1.5 CIM (Computer Integrated Manufacturing):

CIM viết tắt computer integrated manufacturing là hệ thống sản xuất tích hợp có trợ giúp của máy tính

CIM là hệ thống sản xuất tự động hoàn chỉnh có sự trợ giúp của máy tính Trong

hệ thống CIM các chức năng thiết kế và chế tạo được gắn kết với nhau, cho phép tạo

ra những sản phẩm nhanh chóng bằng các quy trình sản xuất linh hoạt và hiệu quả.Khái niệm về CIM tuy chưa xuất hiện lâu (vào đầu những năm 70) nhưng ngày nay đãtrở thành quen thuộc trong sản xuất hiện đại

Cùng với sự phát triển của sản xuất, sự phát triển của khoa học công nghệ đặcbiệt là trong lĩnh vực tự động hoá và phần mềm máy tính thì một hệ thống CIM đượctriển khai ở một cơ sở sản xuất công nghiệp ngày càng trở nên quen thuộc và trở thànhchiến lược nền tảng của tích hợp các thiết bị và hệ thống sản xuất thông qua các máytính hoặc các bộ vi xử lí

Có rất nhiều định nghĩa khác nhau về CIM tuỳ thuộc vào mục đích ứng dụng của

nó, sau đây là một số các định nghĩa về CIM tiêu biểu và ngày càng được công nhậnrộng rãi trên thế giới :

Hiệp hội các nhà sản xuất SME (Society of Manufacturing Engineers) định

nghĩa về CIM như sau: CIM là một hệ thống tích hợp có khả năng cung cấp sự trợ

giúp của máy tính cho tất các các chức năng thơng mại của một nhà máy sản xuất, từ khâu tiếp nhận đơn đặt hàng, thiết kế, sản xuất, cho đến khâu phân phối sản phẩm đến tay khách hàng

Công ty máy tính IBM của Mỹ định nghĩa: CIM là một ứng dụng, có khả năng

tích hợp các nguồn thông tin về thiết kế sản phẩm, kế hoạch sản xuất, thiết lập và điều khiển các nguyên công trong toàn bộ quá trình sản xuất

Một hệ thống CIM có thể được xem tạo thành từ các phân hệ sau:

CÂU HỎI ÔN TẬP:

1 Khái niệm NC, CNC, so sánh sự giống nhau và khác nhau của hệ điều khiển NC

và hệ điều khiển CNC

2 Khái niệm DNC, vẽ hình minh họa nguyên tắc hoạt động của một hệ thốngDNC

3 So sánh sự giống và khác nhau của hệ thống sản xuất FMS và CIM, theo em ởViệt Nam đã có công ty nào ứng dụng thành công hệ thống sản xuất CIM?

4 Tự liên hệ tìm hiểu hệ thống sản xuất CIM mà em biết?

CHƯƠNG 2: MÁY CÔNG CỤ CNC

 MỤC ĐÍCH - YÊU CẦU :

Sau khi học xong chương này, người học có khả năng:

* So sánh được máy công cụ thông thường với máy NC và máy công cụ CNC.

* Trình bày được cấu trúc cơ bản của một máy CNC.

* Phân tích được ưu nhược điểm và khả năng ứng dụng của máy CNC.

* Phân biệt được các dạng điều khiển của máy CNC, tự cho ví dụ minh họa về các dạng điều khiển máy CNC.

* Nhận biết được máy CNC 3 trục, 4 trục, 5 trục.

 NỘI DUNG:

2.1 Các khái niệm cơ bản

2.1.1 Máy công cụ thông thường2.1.2 Máy công cụ NC

2.1.3 Máy công cụ CNC

2.2 Cấu trúc máy CNC

2.3 Khả năng của máy CNC

2.4 Ưu nhược điểm của máy CNC

2.5 Một số ứng dụng của máy CNC

2.6 Các bộ phận cơ bản của máy CNC

2.7 Các dạng điều khiển của máy công cụ CNC

2.7.1 Điều khiển theo điểm – điểm

2.7.2 Điều khiển đường thẳng

2.7.3 Điều khiển theo contour ( Theo biên dạng )

Câu hỏi ôn tập

Tham quan xưởng CNC

2.1 Các khái niệm cơ bản:

Như chúng ta đã biết trước thế hệ máy công cụ CNC ( còn gọi là máy CNC ) cóhai thế hệ máy công cụ có trình độ hiện đại thấp hơn: Máy công cụ NC và máy công

cụ thông thường

2.1.1 Máy công cụ thông thường:

Khi thực hiện gia công trên máy công cụ thông thường, công nhân dùng tay đểđiều khiển máy, công nhân căn cứ vào phiếu nguyên công để cắt gọt chi tiết nhằm đảmbảo các yêu cầu kỹ thuật đặt ra

Như vậy năng suất và chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào tay nghề người thợ.Mặc dù còn nhiều hạn chế so với máy NC và máy CNC nhưng máy công cụ thôngthường vẫn được sử dụng rộng rãi vì giá thành thấp, phù hợp với dạng sản xuất nhỏ,đơn chiếc Đặc biệt máy công cụ thông thường vẫn có ý nghĩa rất lớn đối với cáctrường dạy nghề cơ khí và các công việc thực tập của học sinh hệ cao đẳng và đại học

2.1.2 Máy công cụ NC:

Đối với máy công cụ NC thì việc điều khiển các chức năng của máy được thựchiện bởi các chương trình lập sẵn Các máy công cụ NC rất thích hợp với dạng sảnxuất hàng loạt nhỏ và trung bình

Hệ thống điều khiển máy NC là các mạch điện tử, thông tin vào chứa trên cácbăng từ hoặc băng đục lỗ, thực hiện chức năng theo từng khối lệnh Khi khối trước kếtthúc máy đọc tiếp các khối lệnh tiếp theo để thực hiện các dịch chuyển cần thiết

Máy NC chỉ thực hiện được các chức năng: Nội suy đường thẳng, nội suy cungtròn, chức năng đọc theo băng

Đặc biệt máy NC không có chức năng lưu trữ chương trình

2.1.3 Máy công cụ CNC:

Máy công cụ CNC là bước phát triển cao của máy NC Các máy CNC có trang

bị máy tính để cài đặt phần mềm điều khiển dùng để điều khiển các chức năng dịchchuyển của máy

Các chương trình gia công được đọc cùng một lúc và được lưu trữ vào bộ nhớcủa máy Khi gia công máy tính đưa ra các lệnh điều khiển máy.

Máy CNC thực hiện được các chức năng như: nội suy đường thẳng, nội suycung tròn, mặt xoắn, mặt Parabol và bất kỳ mặt bậc 3 nào

Máy CNC có khả năng bù chiều dài và bán kính của dao Các chương trình lập

ra có thể lưu trữ trên ổ đĩa

Bảng dưới đây so sánh những chức năng cơ bản giữa máy công cụ thôngthường, máy công cụ NC và máy công cụ CNC

Máy công cụ thông

thường Máy công cụ NC Máy công cụ CNC

Nhập dữ liệu

Người công nhân điều

chỉnh máy công cụ bằng

tay dựa theo nhiệm vụ sản

xuất và bản vẽ chi tiết, gá

phôi và dụng cụ cắt

Nhập dữ liệu

Chương trình NCđược nhập vào hệđiều khiển NC bởibăng đục lỗ

Nhập dữ liệu

Chương trình NC cóthể được nhập vào hệđiều khiển CNC thôngqua bàn phím, đĩa

Nhiều chương trình NCđược lưu trữ trong một

bộ lưu trữ như đĩacứng

Điều khiển bằng tay

Người công nhân cài

đặt các thông số công

nghệ (số vòng quay,

lượng chạy dao…) và

điều khiển việc gia công

thông qua các tay quay

Điều khiển NC

Điều khiển NC xử

lý các thông tin vềđường dịch chuyển vàcác chức năng máytrong chương trình

NC và đưa ra các tínhiệu điều khiển tươngứng tới từng bộ phậnhình thành máy NC

Điều khiển CNC

Máy tính và phầnmềm tương ứng tíchhợp trong hệ điều khiểnCNC làm điều khiển vàđiều chỉnh máy công cụCNC Bộ lưu trữchương trình, chươngtrình con, dữ liệu máy,kích thước dụng cụ cắt

và các giá trị hiệuchỉnh cũng như các chutrình gia công được sửdụng

Kiểm tra

Người công nhân đo và

kiểm tra kích thước bằng

tay, nếu cần thiết phải lập

lại tiến trình gia công

Kiểm tra

Máy NC đã đảmnhận trong khi giacông đạt các kíchthước chi tiết bởi sựphản hồi thườngxuyên của hệ thống

đo và của motor vị trí

Máy không có khảnăng kiểm tra lỗichương trình trướcchu kỳ gia công

Kiểm tra

Máy CNC đảm nhậntrong khi gia công đạtcác kích thước chi tiếtbởi sự phản hồi liên tụccủa hệ thống đo và cácmotor vị trí được điềuchỉnh số vòng quay

Nhờ có các cảm biến

đo được tích hợp màviệc kiểm tra kíchthước đạt được ngaytrong suốt quá trình gia

công Máy được cài đặtchương trình kiểm tralỗi chương trình, lỗi hệthống.

2.2 Cấu trúc máy CNC:

Máy công cụ CNC được thiết kế cơ bản như máy công cụ thông thường, sự khácnhau thật sự là các bộ phận liên quan đến quá trình gia công được điều khiển bằng máytính Máy CNC gồm hai phần chính :

Phần điều khiển

Phần chấp hành

 Phần điều khiển:

Gồm chương trình ứng dụng và các cơ cấu điều khiển

Phần điều khiển của máy CNC là nhóm cơ bản của máy có các nhiệm vụ sau :

- Tổ chức số liệu vào là chức năng nhận số liệu và lưu trữ, số liệu vào là số liệubiểu diễn đường chuyển động của dụng cụ cắt và điều kiện gia công của sản phẩm

- Xử lý số liệu là chức năng mã hóa các số liệu sang số nhị phân và các số liệunày được lưu trữ trong thanh ghi đệm Số liệu được đưa tới bộ xử lý trung tâm CPU(Central Processor Unit) tính toán chiều dài đường chuyển động dụng cụ, tốc độ chạydao, tốc độ trục chính, xác định vị trí ban đầu của dụng cụ, đồng thời các số liệu đưavào cũng có lệnh yêu cầu đóng cắt động cơ làm mát chi tiết gia công

Sau khi xử lý các số liệu sẵn sàng đưa tới hệ dẫn động các trục

 Phần chấp hành:

Gồm máy cắt kim loại và một số cơ cấu phục vụ vấn đề tự động hóa như các cơcấu tay máy, ổ chứa dao, bôi trơn, tưới trơn, hút thổi phoi, cấp phôi…

Ngoài ra máy CNC còn có một số đặc điểm cấu trúc quan trọng sau:

- Điều khiển trục quay và trục bước tiến:

Gia công chi tiết trên máy CNC đòi hỏi các trục bước tiến có thể được điều khiển

và điều chỉnh, chúng được điều khiển bởi các động cơ bước hoặc động cơ servo độclập Do đó các tay quay của các máy công cụ thông thường không còn dùng đến trêncác máy CNC hiện đại

Truyền động bước tiến được liên kết với thiết bị đo cho việc đo vị tríđược chính xác Mỗi trục bước tiến cần một hệ thống đo hành trình với việc

sử lí tự động các tín hiệu đo Khoảng được ứng dụng khi đo chiều dài thôngthường mang trị số 0.001 mm, riêng trục X của máy tiện ( Kích thước đườngkính) cần là 0.0005 và trường hợp máy mài chính xác là 0.0001

- Bộ truyền trục vít – đai ốc bi ( vitme – đai ốc bi ):

Máy CNC sử dụng bộ truyền trục vít – đai ốc bi, chi tiết truyền lực là nhữngviên bi truyền động tuần hoàn Bộ truyền này có ưu điểm là lực ma sát nhỏ ( ma sátlăn), cơ cấu làm việc hầu như không có khe hở

Nguyên lý làm việc : Nhiều viên bi được đổ vào rãnh xoắn ốc và lưu chuyểnliên tục trong đó, đóng vai trò chịu tải chính Rãnh xoắn ốc tạo thành từ nửa rãnh ngoàithuộc đai ốc và nửa rãnh trong thuộc vít me ( Hình 2.2 )

Trong suốt quá trình truyền động hai nửa của đai ốc bi được kẹp tựa vào vớinhau bảo đảm khe hở ren là nhỏ nhất Để bảo đảm khe hở ren là nhỏ nhất, hai nửa củađai ốc bi được hiệu chỉnh trước, các chi tiết trong truyền động được chế tạo với độchính xác khá cao, đặc biệt là các viên bi

Chẳng hạn độ nhẵn bề mặt ren phải đạt Ra = 0,32 ÷0,63µm, sai lệch đườngkính tại các điểm tiếp xúc trên vít và đai ốc khoảng 0,005mm theo suốt chiều dài đai

ốc, sai lệch tích lũy của bước ren không quá 0,003mm, sai lệch đường kính bi khôngvượt quá 0,002mm

Hình 2.1: Truyền động bước tiến của bàn máy với vitme bi

Hình 2.2: Truyền động vitme – đai ốc bi

- Bộ truyền đai răng:

Những máy công cụ hiện đại nhất là

máy CNC đều dùng bộ truyền đai răng

Bộ truyền đai răng có ưu điểm là

truyền động êm, tốc độ cao, không có hiện

tượng trượt đai, không bị giãn nên không

phải thường xuyên chỉnh cân đai

- Băng máy:

Do yêu cầu cao về độ chính xác gia

công, các sống trượt của máy NC phải bảo

đảm không có khe hở, chuyển động đều

ngay khi ở tốc độ thấp Ở máy CNC sử

dụng sống trượt phẳng, ở giữa các lớp

trượt có lót một lớp chất dẻo chịu mòn

- Thiết bị gá và thay dao:

Máy công cụ CNC được trang bị với những thiết bị có thể điềukhiển để thay dao tự động Tùy thuộc vào dạng cấu trúc và phạm vi ứng dụng,những thiết bị thay dao này có thể đồng thời chứa được nhiều dao khác nhau

và lắp đặt dao vào vị trí công tác theo chương trình NC Thường có các loại sau:

• Đầu Rơvolve chứa dao ( hình 2.3 )

• Ổ chứa dao ( hình 2.4 )

Đầu rơvolve chứa dao thường dùng cho máy tiện và ổ chứa dao thườngdùng cho máy phay Khi chương trình NC gọi một dao mới đầu Rơvolve sẽquay dao được yêu cầu vào đúng vị trí công tác, công việc thay dao chỉ diễn

ra trong vài giây

- Hệ thống đo hành trình :

Trong máy CNC nhất thiết phải có hệ thống đo, tùy thuộc vào dạng thiết bị

đo được sử dụng hoặc thang đo để phân biệt giữa đo vị trí trực tiếp và gián

Hình 2.3: Đầu Rơvolve chứa dao

Hình 2.4: Ổ chứa dao trên máy Phay

tiếp cũng như đo vị trí tuyệt đối và tương đối Thước đo được đo trực tiếpmang lại giá trị đo chính xác nhất

- Khi đo vị trí trực tiếp: (xem hình 2.5)

Thước đo được gắn trên bàn xa dao hay trên bàn máy, vì thế độ khôngchính xác của trục chính và khớp nối truyền động không ảnh hưởng đến giá trị đo Các giá trị đo được nhận biết bởi một cảm biến quang học trên có chia vạchcủa thang đo, Cảm biến đo biến đổi các giá trị đo đã xác định sang tín hiệu điện vàchuyển chúng cho hệ điều khiển

+ Đo vị trí gián tiếp: (Xem hình 2.6)

Chuyển động dịch chuyển đạt được từ chuyển động quay của vít me bi,chuyển động quay này cùng với một đĩa xung như là một thước đo Chuyểnđộng quay của đĩa xung được ghi nhận từ một xung quay và được chuyển tiếpđến hệ điều khiển như là một tín hiệu

Sau đó hệ điều khiển tính toán chính xác chuyển động của bàn máyhay vị trí hiện tại của chúng dựa trên số các xung quay

- Đo vị trí tuyệt đối: (xem hình 2.7 )

Hình 2.5: Đo vị trí trực tiếp

Hình 2.6: Đo vị trí gián tiếp

Một thang đo đã được mã hóa hiển thị trực tiếp vị trí của bàn máy liênquan tới một điểm định hướng cố định trên máy Điểm này là điểm không

“0“ của máy, nó được xác định bởi nhà chế tạo máy Điều kiện là phạm viđọc của thang đo cũng lớn như phạm vi làm việc và sự mã hóa nhị phânđược thực hiện trên thang đo, do vậy hệ điều khiển có thể hiểu được trật tựgiá trị số cho mỗi vị trí đọc được

+ Đo vị trí tương đối : (xem hình 2.8)

Thang đo được ứng dụng với một lưới vạch đơn giản, chúng hình thành

từ các vạch sáng tối xen kẻ nhau Khi chuyển động bước tiến vượt qua cảmbiến đo, cảm biến sẽ đếm số các vệt sáng và vệt tối và tính toán vị trí tứcthời của bàn máy dựa vào sự khác biệt tới vị trí bàn máy trước đó

Hệ điều khiển phải được nhận biết một lần vị trí tuyệt đối, từ đó nó mới

có thể tính toán vị trí bàn máy tức thời với sự hổ trợ của việc đo vị trítương đối, điểm này được sử dụng như là một điểm chuẩn Do đó cần thiếtphải nhận biết điểm tuyệt đối này khi hệ điều khiển được khởi động Điểmtuyệt đối này được gọi là “điểm tham chiếu“ Mỗi chuyển động của các trục,thậm chí khi dịch chuyển bằng tay qua sử dụng các tay quay hay nút bấm cầnphải được nhận biết điểm này cho hệ điều khiển

Hình 2.7: Đo vị trí tuyệt đối

Hình 2.8: Đo vị trí tương đối

2.3 Khả năng của máy CNC:

Những khả năng chính của máy Tiện CNC:

- Tự động hoá cao

- Tốc độ dịch chuyển, tốc độ quay lớn (> 1000vòng /phút)

- Độ chính xác cao (sai lệch kích thước < 0.001 mm)

- Năng xuất gia công cao gấp 3 lần máy tiện thường

- Tính linh hoạt cao thích nghi nhanh với các đối tượng gia công

2.4 Ưu nhược điểm của máy CNC:

 Ưu điểm Máy CNC:

- Máy công cụ CNC có vận tốc cắt cao

- Máy công cụ CNC gia công chi tiết có chất lượng như nhau

- Máy công cụ CNC gia công chi tiết có độ chính xác cao

- Thời gian gia công ngắn do thời gian gia công cơ bản, thời gian phụ, thời gianchuẩn bị và thời gian kết thúc giảm

- Chất lượng chi tiết gia công ổn định, ít phế phẩm

- Thời gian vận hành máy cao

- Tính linh hoạt trong sản xuất cao, có thể gia công các chi tiết có độ phức tạpcao

- Đơn giản hóa dụng cụ cắt và đồ gá dùng trên máy CNC đơn giản

 Nhược điểm Máy CNC:

- Giá thành thiết bị cao

- Để vận hành và lập trình trên máy CNC đòi hỏi người vận hành máy phải có

Máy Khoan và máy doa

Máy gia công tia lửa điện

Máy Dập cắt

Máy Mài

Máy Hàn

Máy Uốn…

Trong các nhóm máy trên thì Trung tâm gia công và máy Tiện CNC là được sửdụng rộng rãi trong ngành công nghiệp

Máy CNC được sử dụng rất phổ biến trong hệ thống sản xuất tích hợp CIM

2.6 Các bộ phận cơ bản của máy CNC:

Máy CNC có đặc điểm cấu tạo tương tự như máy công cụ thông thường MáyCNC ở đây trình bày chủ yếu là Máy Tiện CNC và Máy Phay CNC

2.6.1 Máy Tiện CNC thường có các bộ phận chính sau:

2.6.1.1 Ụ đứng:

Là bộ phận làm việc chủ yếu của máy tạo ra vận tốc cắt gọt Bên trong lắp trụcchính và động cơ bước (điều chỉnh được các tốc độ và thay đổi được chiều quay) Trênđầu trục chính một đầu được lắp với mâm cặp dùng để gá và kẹp chặt chi tiết gia công.Phía sau trục chính lắp hệ thống thủy lực hoặc khí nén để đóng, mở, kẹp chặt chi tiết

2.6.1.3 Truyền động chạy dao:

Động cơ (một chiều, xoay chiều) truyền chuyển động đến bộ vít me - đai ốc bilàm cho từng trục chạy dao độc lập ( trục X, Z) Các loại động cơ này có đặc tínhđộng học ưu việt cho quá trình cắt, quá trình phanh hãm do mô men quán tính nhỏ nên

 Bao gồm hai bộ phận chính sau:

+ Giá đỡ ổ tích dao ( Bàn xe dao)

Bộ phận này là bộ phận đỡ ổ chứa dao thực hiện các chuyển động tịnh tiến ra,vào song song, vuông góc với trục chính nhờ các động cơ bước ( các chuyển động này

đã được lập trình sẵn)

+ Ổ tích dao ( Đầu Rơvolve):

Đầu Rơvolve có thể lắp từ nhiều dụng cụ cắt, Đầu Rơvolve cho phép thaynhanh dao trong một thời gian ngắn đã chỉ định, còn ổ chứa dao thì mang một số lượnglớn dao mà không gây nguy hiểm, va chạm trong vùng làm việc của máy tiện

Trong cả hai trường hợp chuôi của dao thường được kẹp trong khối mang daotại những vị trí xác định trên bàn xe dao Các khối mang dao phù hợp với các giá đỡdao trên máy tiện và được tiêu chuẩn hoá

Các kết cấu của đầu Rơvolve tùy thuộc vào công dụng và yêu cầu công nghệcủa từng loại máy Bao gồm các đầu Rơvônve (kiểu chữ thập, các đầu Rơvônve kiểuchữ thập kiểu đĩa kiểu hình trống) Phổ biến đầu Rơvolve của các loại máy tiện CNC

có kết cấu như sau:

2.6.1.6 Bảng điều khiển: ( Xem chương 4 )

Bảng điều khiển là nơi thực hiện giao diện giữa người với máy Kết cấu củabảng có thể khác nhau tùy thuộc vào nơi sản xuất Thông thường bảng điều khiển củamáy tiện CNC có cấu tạo như sau:

Gồm có màn hình CRT giống như màn hình máy tính và một bàn phím gồmcác nút chức năng dùng để nhập các dữ liệu, bản vẽ Các dữ liệu này được chuyển vàomáy và dùng nó để mở các thực đơn điều khiển các chức năng vận hành máy

2.6.2 Máy Phay CNC thường có các bộ phận chính sau:

Bàn máy có công dụng để gá phôi Bàn máy có thể di chuyển theo phương X vàY.

2.7 Các dạng điều khiển của máy công cụ CNC :

Các máy CNC khác nhau có khả năng gia công các bề mặt khác nhau như các

lỗ, các mặt phẳng, các bề mặt định hình Do đó các dạng điều khiển của máy cũng chia

ra thành các dạng sau:

- Điều khiển điểm – điểm

- Điều khiển theo đường thẳng

- Điều khiển theo contour ( Theo biên dạng )

2.7.1 Điều khiển theo điểm – điểm:

Điều khiển điểm - điểm hay còn gọi là

điều khiển theo vị trí được dùng để gia công

các lỗ bằng các phương pháp khoan, khoét,

doa, cắt ren lỗ ( Hình 2.10 )

Ở đây chi tiết gia công được cố định

trên bàn máy Dụng cụ cắt chạy dao nhanh

đến vị trí đã lập trình Khi đạt điểm đích dao

bắt đầu cắt Tuy nhiên cũng có trường hợp

dao không dịch chuyển mà bàn máy dịch chuyển

Khi gia công 2 lỗ A, B trong hệ tọa độ Oxy, chúng ta có thê điều khiển như sau:+ Trước hết điều khiển dụng cụ dịch chuyển nhanh đến điểm A, sau đó tiến hànhgia công lỗ A

+ Sau khi dịch chuyển dụng cụ thoát khỏi lỗ gia công một cách an toàn sẽ điềukhiển dịch chuyển nhanh dụng cụ đến điểm B theo 2 cách:

Quỹ đạo dịch chuyển theo AA’CB song song với các trục tọa độ ox, oy, trongtrường hợp này các chuyển động của dụng cụ hoàn toàn độc lập nhau

Quỹ đạo dịch chuyển theo đường thẳng ACB: Trong trường hợp này dao dịchchuyển đồng thời theo 2 trục

2.7.2 Điều khiển đường thẳng:

Điều khiển đường thẳng là dạng điều khiển mà khi gia công dụng cụ cắt sẽ thựchiện chuyển động cắt gọt trong quá trình dịch chuyển theo một đường thẳng nào đó

Trên máy Tiện dụng cụ cắt chuyển động song song hoặc vuông góc với trục

chi tiết

Hình 2.10: Điều khiển điểm

YB

YA

Trên máy Phay dụng cụ cắt chuyển động song song với trục X và trục Y

( Hình 2.11 )

contour: ( Theo biên dạng )

Ngoài chức năng điều khiển điểm, đường thằng, ta có thể điều khiển dụng cụdịch chuyển theo biên dạng

Điều khiển theo biên dạng cho phép thực hiện chạy dao trên nhiều trục cùnglúc Ví dụ trên hình ( 2.12 )cho thấy điều khiển theo biên dạng trên máy Tiện và máyPhay

Trên hình vẽ ta thấy dụng cụ cắt chuyển động đồng thời theo 2 trục để tạo ra

biên dạng vừa có phần thẳng, vừa có phần cong ( Hình 2.12 )

Tuy theo số trục được điều khiển đồng thời khi gia công, người ta phân biệt:Điều khiển biên dạng 2D, điều khiển biên dạng 2.5 D, điều khiển biên dạng 3D, 4D,5D ( D: Dimension)

- Điều khiển biên dạng 2D:

Điều khiển biên dạng 2D cho phép thực hiện chạy dao trên 2 trục đồng thời

trong một mặt phẳng gia công

Ví dụ trong mặt phẳng XZ khi Tiện CNC hoặc mặt phẳng XY khi Phay CNCtrên hình (2.12 ) Trục thứ 3 được điều khiển hoàn toàn độc lập với hai trục kia Ví dụ

Hình 2.11: Điều khiển theo đường thẳng

`

trên máy Phay CNC 3 trục, có 2 trục để phay contour, còn trục thứ 3 trục ( Z) thựchiện ăn dao theo chiều sâu cắt và được điều khiển không phụ thuộc vào 2 trục kia.

- Điều khiển biên dạng 2,5D:

Điều khiển contour 2.5D cho phép ăn dao đồng thời theo 2 trục nào đó để giacông bề mặt trong một mặt phẳng nhất

định

Điều khác biệt của phương pháp

điều khiển này so với điều khiển contour

2D là 2 trục được điều khiển đồng thời

có thể đổi vị trí cho nhau Trên máy Phay

CNC 3 trục, có thể điều khiển đồng thời

trục X và Y, trục Y và Z hoặc trục X và

Z

Tùy thuộc vào mặt phẳng gia công được chọn mà các trục khác nhauđược điều khiển đồng thời, do vậy các chuyển động có thể ở các mặt phẳng sau:mặt phẳng X0Y , Y0Z, X0Z

- Điều khiển biên dạng 3D:

Điều khiển contour 3D cho phép đồng thời chạy dao theo cả 3 trục X, Y, Z( Cả 3 trục chuyển động đồng thời với nhau theo một quan hệ ràng buộc) Điều khiểncontour 3D được ứng dụng trong gia công khuôn mẫu, gia công các chi tiết có bề mặt

gia công không gian phức tạp ( Hình 2.14 )

Hình 2.14: Điều khiển theo contour 3D

Hình 2.13: Điều khiển 2.5 D

- Điều khiển biên dạng 4D, 5D:

Trên cơ sở điều khiển 3D, bố trí dụng cụ hay chi tiết có thêm 1 chuyển động quay( hoặc 2 chuyển động quay ) xung quanh 1 trục nào đó theo một quan hệ ràng buộc vớicác chuyển động trên các trục khác của máy 3D ta có điều khiển biên dạng 4D hoặc 5D

Tóm lại tùy thuộc vào yêu cầu của bề mặt gia công mà có thể lựa chọn máy thíchhợp, máy càng phức tạp có nhiều trục điều khiển thì giá thành càng cao, tính toán lậptrình càng phức tạp Hiện nay trên thế giới đã xuất hiện máy CNC 5 trục, 6 trục

CÂU HỎI ÔN TẬP

1.Hãy giải thích sự khác nhau căn bản giữa máy công cụ thông thường và máy CNC ?

2 Các đặc trưng nào mô tả máy công cụ điều khiển số?

3.Những ưu điểm của máy CNC so với máy thông thường?

4.Tại sao các trục bước tiến trên máy CNC phải điều chỉnh được ?

5.Truyền động bước tiến hiện đại hình thành từ những bộ phận nào?

6.Máy tiện CNC phải có tối thiểu bao nhiêu trục bước tiến?

7.Máy phay CNC phải có tối thiểu bao nhiêu trục bước tiến?

8 Hãy giải thích ý nghĩa và tác dụng của trục vít-me bi?

Hình 2.15: Máy phay CNC 5 trục

Hình 2.16: Máy tiện CNC 4 trục

9 Hãy nêu sự khác nhau cơ bản giữa đo vị trí trực tiếp và gián tiếp?

10 Đo vị trí tuyệt đối phân biệt như thế nào so với đo vị trí tương đối?

11 Có các thiết bị thay dao tự đông nào trên máy công cụ CNC?

12 Có bao nhiêu dạng điều khiển trên máy CNC ?

13 Tìm hiểu các máy CNC 4 trục, 5 trục trên mạng, so sánh với máy CNC ở dướixưởng

THAM QUAN XƯỞNG CNC

Diễn giải các dạng của điều khiển CNC khác nhau trên các máy công cụ CNChiện có ở xưởng Nếu không có máy công cụ điều khiển điểm và đoạn thì cóthể mô phỏng các dạng điều khiện CNC với sự hỗ trợ của các chi tiết gia côngtương ứng

Ví dụ:

* Điều khiển điểm

Trên máy Phay CNC : Cho chạy khoan lỗ

* Điều khiển đường thẳng

Trên máy Phay CNC: Cho chạy đường thẳng song song các trục theo phương

X, phương Y, phương Z

Trên máy Tiện CNC: Cho chạy đường thẳng song song các trục X và trục Z

* Điều khiển 2D

Trên máy Phay CNC: Cho chạy các chuyển động theo các cung tròn

Trên máy Tiện CNC: Tiện côn hoặc tiện bo cung

* Điều khiển 2½D

Trên máy Phay CNC: Chạy các đường thẳng bằng hai trục ( 2 trục chuyển

động đồng thời ) trên các mặt phẳng gia công khác nhau , cụ thể là trên 3 mặt phẳngXOY, XOZ, YOZ ( Nhớ là phải chạy đường thẳng được trên 3 mặt phẳng thì mới là

điều khiển 2½D )

* Điều khiển 3D ( Máy ở xưởng CNC không có điều khiển 3D, 4D, 5D )

Trên máy Phay CNC: Chạy các đường thẳng trên ba trục ( 3 trục chuyển độngđồng thời )

Trên máy Tiện CNC: Chạy được các chuyển động tròn trong không gian

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LẬP TRÌNH NC

MỤC ĐÍCH - YÊU CẦU :

Sau khi học xong chương này, người học có khả năng:

* Trình bày được khái niệm chương trình NC.

* Phân biệt được cấu trúc một chương trình NC với cấu trúc một câu lệnh NC.

* Trình bày được cấu trúc của một từ lệnh, giải thích ý nghĩa các mã lệnh G-code, M-code thông dụng.

* Phân biệt được lập trình bằng tay và lập trình tự động bằng máy.

3.2.2 Lập trình tự động: Lập trình theo công nghệ CAD/CAM

Câu hỏi ôn tập

Chương trình NC hình thành từ một chuỗi các câu lệnh, chúng dùng để điềukhiển máy công cụ CNC gia công một chi tiết cụ thể Các lệnh được viết bằng các mãquy định và sắp xếp theo một thứ tự để máy có thể hiểu được khi nó làm việc

Trong máy có bộ điều khiển, nó đọc các lệnh theo thứ tự để thực hiện quá trìnhgia công Hiện nay có rất nhiều kiểu điều khiển CNC, chúng phụ thuộc vào các nhàchế tạo máy CNC Tuy nhiên mã quốc tế ISO được sử dụng rộng rãi nhất Các hệ nàykhác nhau không nhiều, cho nên khi chuyển từ hệ này sang hệ khác người ta có thểứng dụng một cách dễ dàng

3.1 Một số khái niệm cơ bản:

3.1.1 Chương trình NC:

Trên các máy CNC quá trình gia công được thực hiện một cách tự động Hệthống điều khiển số của máy sẽ điều khiển quá trình gia công theo một chương trình đãlập sẵn

Chương trình NC đóng vai trò quan trọng trong quá trình gia công, nó là một mắtxích của quá trình chuẩn bị sản xuất Vị trí của chương trình NC được thể hiện trong

 Quá trình hình thành chương trình NC như sau:

Từ bản vẽ thiết kế, người lập trình có các thông tin hình học để tính toán, sắp xếpcác câu lệnh điều khiển theo trình tự nhất định, đồng thời người lập trình phải cungcấp các thông tin công nghệ ( Chế độ cắt, dụng cụ cắt, các chức năng phụ ) để hìnhthành chương trình NC

Như vậy chương trình NC chứa toàn bộ các thông tin hình học và thông tin

công nghệ của quá trình gia công.

Chương trình NC là một file chứa các lệnh điều khiển máy, mỗi lệnh điều khiển

một thao tác nào đó của máy, các lệnh được viết bằng các mã qui định và sắp xếp theo một thứ tự để máy có thể hiểu khi nó làm việc.

3.1.2 Lập trình NC:

Lập trình NC là quá trình thiết lập các lệnh cho dụng cụ cắt trên cơ sở bản vẽ chitiết và các thông tin công nghệ rồi chuyển các thông tin này sang bộ phận mang dữliệu được mã hóa và sắp xếp theo dạng mà máy CNC hiểu được

3.1.3 Định dạng của một chương trình:

Định dạng chương trình liên tục phát triển theo thời gian, hiện nay đang sử dụng

ba loại định dạng được liệt kê theo thứ tự xuất hiện:

+ Tab Sequential Format: Chỉ dùng cho NC không có điểm thập phân

+ Fixed Format: Chỉ dùng cho NC không có điểm thập phân

+ Word address format: ( Định dạng địa chỉ từ ngữ ): dùng cho NCvà CNC cóđiểm thập phân

Chỉ có những hệ thống điều khiển thời kỳ đầu mới mới sử dụng Tab SequentialFormat và Fixed Format Cả hai đều đã lạc hậu và không còn được sử dụng ở đầu năm

1970, chúng được thay thế bằng Word address format ( Định dạng địa chỉ từ ngữ )thuận tiện và hiệu quả hơn

 Word address format: ( Định dạng địa chỉ từ ngữ )

Định dạng địa chỉ từ ngữ dựa trên sự kết hợp một chữ cái với một hoặc nhiều chữ

số

Chữ cái: Về lý thuyết cả 26 chữ cái đều sử dụng cho lập trình, hầu hết các hệthống điều khiển chỉ chấp nhận một số chữ cái, loại bỏ các chữ còn lại Ví dụ Bộ điềukhiển trên máy Tiện CNC loại bỏ chữ Y

Chữ số có mười chữ cái từ 0 đến 9, các chữ số được dùng theo 2 chế độ: Một là

số có giá trị nguyên, hai là số có dấu thập phân, số có thể có giá trị âm hoặc dương.Địa chỉ chữ cái luôn được viết trước chữ số ví dụ: X50 là đúng, 50X là sai

N15 G00 X30.5 Z2 ( Vị trí dụng cụ trước khi gia công )

Khai báo tốc độ trục chính là 1000 v/phút, máy quay cùng chiều kim đồng hồ

Thân chương trình

Bao gồm một dãy các khối lệnh về gia công và các chế độ gia công.

Ví dụ:

N20 G68 P0=K10 P1=K0 P5=K0.3 P7=K0.05 P8= K0.05 P9=K0.1 P13=K30P14=K45

Chữ cái: gồm 26 chữ cái từ A,B……….X,Y,Z

 Một khối lệnh có cấu trúc như sau:

N5 G01 X20 Z30 F0.2 T1.1 M03 M08

Thông tin vận hành máy

(Thông tin công nghệ)

Thông tin dịch chuyển

Số thứ tự câu lệnh

Gồm: - Thông tin vận hành máy;

- Thông tin dịch chuyển;

- Số thứ tự câu lệnh

+ Số thứ tự câu lệnh

Số thứ tự câu lệnh bao gồm một chữ cái N (Number) và một số tự nhiên đứngđằng sau Số thứ tự câu lệnh giúp ta tìm dễ dàng các câu lệnh trong bộ nhớ của hệthống điều khiển, hay trong trường hợp cần sử dụng các lệnh lặp, chu trình…

Thông thường số thứ tự gồm các số từ N1 đến N9999

+ Thông tin dịch chuyển:

Bao gồm mã dịch chuyển G, kèm theo các con số chỉ kiểu dịch chuyển

Lệnh về cho trục chính quay M, kèm theo số chỉ chiều quay

Ví dụ: M04 ( Là trục chính quay ngược chiều cắt gọt)

Lệnh về mở dung dịch làm mát M08

3.1.4.3 Cấu trúc một từ lệnh:

Một từ lệnh hình thành từ một chữ cái địa chỉ và một con số (Mang dấu “+”

hoặc dấu “-“) Mỗi con số sẽ tùy thuộc chữ cái địa chỉ mà có ý nghĩa hoặc là một mãlệnh hoặc là một giá trị

Ví dụ Địa chỉ Số Ý nghĩa

N100 N 100 Số 100 mô tả số của câu lệnh NC cho địa chỉ N

G01 G 01 Số 01 có ý nghĩa là một mã lệnh cho địa chỉ G.Lệnh G01 cho biết “ Hành trình của dụng cụ

cắt là đường thẳng với lượng chạy dao “

X25 X 25 Số 25 có ý nghĩa là một giá trị cho địa chỉ X.Dụng cụ cần chạy tới vị trí X = +25 trong hệ

tọa độ tức thời của chi tiết

Z-20 Z -20 Số -20 có ý nghĩa là một giá trị cho địa chỉ Z.Dụng cụ cần chạy tới vị trí Z = -20 trong hệ

tọa độ tức thời của chi tiết

 Có 3 nhóm từ lệnh trong một câu lệnh NC:

Điều kiện về hành trình Cho biết các tọa độ Các chức năng công nghệ

và phụ trợG00

G01

G02

G03

XYZ

FSTM

 Thứ tự của các từ lệnh trong một câu lệnh NC được qui định như sau:

STT Địa chỉ Ý nghĩa

2 G Chức năng chuẩn bị (điều kiện về hành trình :

Geometric Function)

3 X, Y, Z Địa chỉ kích thước (các tọa độ)

4 I, J, K Địa chỉ tâm của các cung tròn (các tham số nội

suy)

5 F Bước tiến (Feed) : Chức năng điều khiển lượng

chạy dao

6 S Chức năng điều khiển tốc độ trục chính (Speed)

7 T Chức năng thay dụng cụ cắt (Tool)

Ghi chú: Trong một câu lệnh, các từ lệnh không cần thiết thì có thể bỏ qua

 Số thứ tự của câu lệnh N :

Từ lệnh đầu tiên của câu lệnh là số thứ tự để nhận biết một câu lệnh

Nó chỉ có thể được cho một lần Số của câu lệnh không ảnh hưởng đến việcthi hành của từng câu lệnh, bởi vì nó được gọi theo trình tự đã cho của nótrong hệ điều khiển

 Điều kiện về hành trình G :

Điều kiện về hành trình xác định cùng với các từ lệnh cho các tọa độ cơ

sở hình học chi tiết của chương trình NC Điều kiện về hành trình bao gồm địa chỉ

G và một mã lệnh với 2 chữ số

 Toạ độ X, Y, Z:

Các toạ độ X, Y và Z xác định toạ độ điểm đích cần thiết

 Tham số nội suy I, J, K:

Các tham số nội suy I, J, K được dùng để xác định tâm của các chuyểnđộng tròn và thường được nhập theo giá trị tương đối

 Bước tiến F :

Tốc độ dịch chuyển của dụng cụ cắt được lập trình bằng chức năng F.Bước tiến của dụng cụ cắt F thường nhập theo đơn vị mm/phút Trong tiện,bước tiến F(mm/vòng) có liên quan đến số vòng quay trục chính cũng có thểđược sử dụng

• Lưu trữ kích thước của dụng cụ cắt trong bộ lưu trữ hiệu chỉnh dụng cụ cắt

• Gọi dụng cụ cắt từ ổ chứa dao

Nội suy cung tròn ngược chiều kim đồng hồ (cắt cung tròn)

Dừng với thời gian xác định

Chạy tiếp tuyến cung tròn với đường dẫn cho trước

Cung tròn được lập trình bởi 3 điểm

Thoát chế độ gia công đối xứng

Đối xứng qua trục X

Đối xứng qua trục Y

Đối xứng qua trục Z

Gia công theo mặt phẳng XY

Gia công theo mặt phẳng XZ

Gia công theo mặt phẳng YZ

Lệnh gọi chương trình con chuẩn

Lệnh gọi chương trình con tham số

Định nghĩa chương trình con chuẩn

Định nghĩa chương trình con tham số

Kết thúc một chương trình con

Lệnh nhảy / gọi không điều kiện

Lệnh nhảy / gọi có điều kiện nếu bằng 0

Lệnh nhảy / gọi có điều kiện nếu khác 0

Lệnh nhảy / gọi có điều kiện nếu nhỏ hơn 0

Lệnh nhảy / gọi có điều kiện nếu bằng hoặc lớn hơn 0

Lưu trữ giá trị cho trước của chương trình hiện hành

Phục hồi giá trị điểm cho trước được lưu giữ bởi hàm G31

Thoát khỏi chế độ bù bán kính dao.

Bù bán kính dao ở bên trái biên dạng chi tiết

Bù bán kính dao ở bên phải biên dạng chi tiết

Bù dao theo chiều dài

Thoát lệnh bù dao theo chiều dài

Nạp giá trị có trong bảng offset dao

Tọa độ zero offset

Chu trình cắt dọc theo quỹ đạo cho trước

Chu trình gia công Tiện thô dọc theo trục X

Chu trình gia công Tiện thô dọc theo trục Z

Hệ đơn vị tính theo inches

Hệ đơn vị tính theo milimet

Chương trình tỷ lệ

Quay đối tượng

Tự động tìm điểm chuẩn tham chiếu R của máy

Hủy lệnh gia công theo chu trình

Chu trình khoan lỗ

Chu trình khoan lỗ có dừng

Chu trình khoan sâu

Chu trình ta rô

Chu trình khoan rộng thêm

Chu trình tiện ren dọc trục

Chu trình gia công hốc chữ nhật

Chu trình gia công hốc tròn

Chu trình gia công lỗ chạy dao chậm

Lập trình theo hệ tọa độ tuyệt đối

Lập trình theo hệ tọa độ tương đối

Giới hạn tốc độ quay trục chính SChọn lại gốc tọa độ cực

Lượng ăn dao F (Feedrate) theo mm/ phút (inches/ phút)

Lượng ăn dao F (Feedrate) tính theo mm/ vòng (inches/vòng)

Tốc độ trục chính S tính theo m/ phút (feet/ phút) ( S: hằng

số )

Tốc độ trục chính S tính theo vòng/ phút Chạy dao về mặt phẳng khởi đầu khi kết thúc chu trình

Chạy dao về gốc khi kết thúc chu trình

M01 Dừng chương trình (muốn hoạt động trở lại ấn CYCLESTART)

Dừng có điều kiện (chỉ được thực hiện khi có lựa chọn trước

Trục chính quay thuận chiều cắt gọt.

Trục chính quay ngược chiều cắt gọt

Dừng trục chính

Thay đổi dụng cụ cắt

Mở dung dịch trơn nguội

Tắt dung dịch trơn nguội

Phương tiện hỗ trợ cho người lập trình bằng tay là các bảng tra số liệu, cata lômáy Lập trình bằng tay đòi hỏi người lập trình phải có kiến thức về lập trình, kiếnthức toán học và am hiểu về công nghệ chế tạo máy

Khi lập trình bằng tay, người lập trình trình bày rõ ràng và chính xácnhiệm vụ gia công trong chương trình NC, mà không có sự trợ giúp từ hệthống lập trình Nguyên tắc lập trình NC bằng tay bao gồm các bước sau:

1 Xác định trình tự gia công

2 Xác định dụng cụ cắt cần thiết

3 Tính toán các thông số công nghệ

4 Tính toán các thông số hình học

5 Thiết lập chương trình NC cho từng bước gia công

6 Kiểm tra chương trình NC

 Xác định các dụng cụ cắt cần thiết:

Người lập trình xác định dụng cụ cắt cần thiết cho từng bước gia công Dụng

cụ cắt được lựa chọn từ ngân hàng dụng cụ cắt

 Tính toán các thông số công nghệ:

Thông số chế độ cắt có liên quan đến vật liệu gia công và dụng cụ cắt phảiđược xác định cho từng bước gia công

 Tính toán các thông số hình học:

Các tọa độ cần thiết cho chương trình gia công được lấy từ bản vẽ chế tạo hoặcphải được tính toán thêm từ các tọa độ đã biết

 Thiết lập chương trình gia công cho từng bước gia công:

Với sự hỗ trợ của các thông số hình học và thông số công nghệ đã xác địnhtrước đây, từng các bước lập trình được ghi lại trong phiếu lập trình

 Kiểm tra chương trình NC:

Các chuyển động dịch chuyển được mô phỏng trên máy công cụ CNC để kiểmtra và phát hiện các lỗi của chương trình

3.2.2 Lập trình bằng máy: Lập trình theo công nghệ CAD/CAM:

Khi lập trình bằng máy, người lập trình sử dụng phần mềm CAD để vẽ và thiết

kế chi tiết trên máy tính, người ta đưa vào một hệ thống biên dịch trợ giúp cho quátrình lập trình, sau khi đã thiết kế xong chi tiết, người ta có thể chọn qui trình côngnghệ gia công và cách thức gia công ( như cắt thô, cắt tinh, các kiểu tiến hành ăndao… ) và từ kiểu lựa chọn đó máy tính sẽ thông qua bộ vi xử lý sẽ dịch ra mộtchương trình gia công thích hợp mô tả các quá trình dịch chuyển dụng cụ cắt và cácchế độ công nghệ tương ứng

Công việc tiếp theo là mã hóa chương trình gia công trên do hậu xử lý theo code

của hệ thống điều khiển số tương ứng được lắp trên máy để cho ra chương trình giacông thích hợp với ngôn ngữ máy Kỹ thuật đó gọi là CAM

Hiện nay các phần mềm CAD/CAM ngày càng mạnh hơn và có nhiều tính nănghơn đã cho phép người sử dụng rất thuận lợi trong quá trình lập trình gia công Ví dụphần mềm MASTERCAM, MILLCAM… hổ trợ rất tốt phần CAM cho người lậptrình

Lập trình bằng máy có ưu điểm là không cần thực hiện các phép tính bằng tay,chỉ cần thiết kế bản vẽ trên CAD, sau đó sử dụng phần mềm CAM thì nó sẽ tự độngdịch ra chương trình gia công

Phương pháp lập trình này cho năng suất cao, đồng thời hạn chế các lỗi lập trình.Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi người lập trình phải sử dụng thành thạo các phầnmềm CAD/CAM

BÀI TẬP:

Bài tập 1: Hãy giải thích ý nghĩa các câu lệnh sau

N5 G90 G95 G97 T1.1 S1000 M03 M08

N10 G00 X133 Z2

N5 G90 G97 T1.1 S1000 M03 M08: Gọi lập trình tuyệt đối, vận tốc cắt

không đổi 1000v/ph sử dụng dao cắt số số 1 Trục chính quay thuận chiều cắtgọt và mở nước trơn nguội

N10 G00 X133 Z2: Dụng cụ chạy nhanh tới điểm đích X133 và Z2 N20 G01 Z-395 F0.3 : Dụng cụ chạy gia công thẳng với lượng tiến dao

N60 G02 X133 Z-274.8 R5: Dụng cụ chạy gia công cùng chiều

kim đồng hồ với lượng tiến dao 0.3mm/vòng tới điểm đích X133 và 274.8 bán kính cung tròn 5mm

Z-N70 G0 Z2: Dụng cụ chạy nhanh tới điểm đích X133 và Z2

X0 X- tọa độ đíchY0 Y- tọa độ đíchZ50

X42Y30

Z-4F100

X42Y68R-20F50

CÂU HỎI ÔN TẬP:

1 Hãy nêu các bước nguyên tắc lập trình trình thủ công ?

2 Hãy giải thích khái niệm “Thông tin về chức năng phụ trợ” ?

3 Hãy nêu và giải thích 5 mã lệnh cho máy CNC?

4 Hãy giải thích cấu trúc của một chương trình NC?

5 Hãy giải thích cấu trúc của một câu lệnh chương trình ?

6 Hãy giải thích cấu trúc của một từ lệnh chương trình ?

7 Hãy giải thích các địa chỉ sau: F, S, T, M, X, Y, Z ?

8 Hãy nhận biết các chức năng sau đây với các từ lệnh: G và M

- Nội suy cung tròn cùng chiều kim đồng hồ?

- Mở nước làm mát ?

- Gọi hướng quay ngược chiều cắt gọt ?

9 Hãy so sánh phương pháp lập trình bằng tay và phương pháp lập trình bằngmáy?

10 Hãy giải thích câu lệnh sau?

G01 G95 X100 Z-5 F0.25 S600 T1.1

CHƯƠNG 4: CÔNG NGHỆ TIỆN CNC

 MỤC ĐÍCH - YÊU CẦU:

Sau khi học xong chương này, người học có khả năng:

* Trình bày được các bộ phận chính của máy Tiện CNC EXPERT

* Phân biệt được công dụng các dụng cụ cắt trên máy

* Xác định được chiều trục X và trục Z trên các loại máy Tiện CNC.

* Phân biệt được các điểm chuẩn và điểm “0”

* Trình bày được cấu trúc lệnh các chu trình tiện G68, G69, G81, G86,…

* Viết được các chương trình gia công chi tiết

* Vận hành được máy tiện CNC EXPERT để gia công chi tiết.

 NỘI DUNG:

4.1 Các bộ phận chính của máy tiện CNC

4.2 Đặc tính kỹ thuật cơ bản của máy tiện CNC

4.3 Một số dụng cụ cắt trên máy tiện CNC

4.4 Đặc điểm, đặc trưng của máy Tiện CNC

4.5 Một số thiết bị bên ngoài

4.6 Lập trình gia công trên máy Tiện CNC

4.6.1 Ngôn ngữ lập trình

4.6.2 Các lệnh tiện NC cơ bản

4.6.3 Chu trình tiện trên máy CNC

4.6.3.1 Chu trình tiện đơn

4.6.3.2 Chu trình tiện hỗn hợp

4.7 Tính toán bù bán kính mũi dao khi tiện

4.8 Vận hành máy Tiện CNC

4.9 Các lưu ý về an toàn lao động trên máy Tiện CNC

4.10 Bài tập và thực hành lập trình gia công trên máy tiện CNC

Câu hỏi ôn tập

Bài tập về nhà

4.1 Các bộ phận chính của máy tiện CNC:

Máy tiện CNC có cấu tạo tương tự máy Tiện thông thường, ngoài ra máy Tiện CNC còn có một số đặc điểm riêng như sau: ( Hình 4.1 )

4.1.1 Ụ đứng:

Là bộ phận làm việc chủ yếu của máy tạo ra vận tốc cắt gọt Bên trong lắp trục chính, động cơ (điều chỉnh được các tốc độ và thay đổi được chiều quay) Trên đầu trục chính một đầu được lắp với mâm cặp dùng để gá và kẹp chặt chi tiết gia công Đóng, mở và kẹp chặt chi tiết bằng cơ

Trục chính bố trí nằm ngang Trong ụ trục chính có xích truyền động: Động cơ trục chính – puly 3 bậc tạo ra 3 dãy tốc độ, dây đai hình thang

4.1.2 Truyền động chính:

Động cơ của trục chính của máy tiện CNC có thể là động cơ một chiều hoặcđộng cơ xoay chiều

Động cơ dòng một chiều điều chỉnh vô cấp tốc độ bằng kích từ Động cơ dòng

xoay chiều thì điều chỉnh vô cấp tốc độ bằng bộ biến đổi tần thay đổi số vòng quay

đơn giản có mô men truyền tải cao

4.1.3 Truyền động chạy dao:

Động cơ bước truyền chuyển động bộ vít me - đai ốc bi làm cho từng trục chạy dao độc lập (trục X,Z) các loại động cơ này có đặc tính động học ưu việt cho quá trình cắt, quá trình phanh hãm do mô men quán tính nhỏ nên độ chính xác điều chỉnh cao và chính xác

Hình 4.1 Cấu tạo bên ngoài máy Tiện CNC EXPERT Bàng điều khiển Vỏ hộp Tay quay trục X Cửa kính bảo vệTay quay trục Z

Hệ thống này gồm có 3 nút, mỗi nút đều có một đèn điều khiển.

+ Nút có hình mũi tên ngược chiều kim đồng hồ: Khi nhấn nút này thì trục chính quay ngược chiều kim đồng hồ

+ Nút có hình chữ O: Khi nhấn nút này thì trục chính dừng

+ Nút có hình mũi tên cùng chiều kim đồng hồ: Khi nhấn nút này thì trục chính quay cùng chiều kim đồng hồ

Chú ý: Khi máy Tiện CNC đang kết nối với máy tính, chịu sự điều khiển bằng

máy tính thì các nút này bị vô hiệu hóa

 Bộ chỉ báo PC ( PC indicator ):

Đèn bộ chỉ báo PC sáng khi máy Tiện kết nối với máy tính và đang ở chế độ điềukhiển bằng tay hoặc đang ở chế độ gia công trên phần mềm điều khiển

Đèn báo khẩn cấp ( Emergency lamp :)

Khi nhấn nút dừng khẩn cấp hoặc khi cửa bảo vệ mở thì đèn báo khẩn cấp sáng

Nút điều chỉnh tốc độ quay trục chính ( Headstock spin speed regulator ):

Nút này sử dụng để tăng hoặc giảm tốc độ quay trục chính

Hình 4.2 Bảng điều khiển máy Tiện CNC EXPERT 1: Nút dừng khẩn cấp, 2: Các nút điều khiển trục chính quay, 3: Bộ chỉ báo PC, 4: Đèn báo khẩn cấp, 5: Nút điều chình tốc độ

4.1.8 Các tay quay trục X, tay quay trục Z:

Các tay quay trục X và trục Z được truyền động bằng các động cơ bước và bộ truyền đai răng có tỷ số truyền 1:2

4.1.9 Ổ kẹp dao 4 vị trí:

Ổ kẹp dao 4 vị trí được bố trí giống như ổ kẹp dao máy tiện thông thường, kẹp chặt dao bằng cơ

4.1.10 Máy tính điều khiển:

Trên máy tính PC được cài phần mềm điều khiển máy Tiện CNC, máy tính được trang bị cổng để giao tiếp với Máy Tiện CNC EXPERT thông qua cáp

4.2 Đặc tính kỹ thuật cơ bản của máy tiện CNC:

Mỗi loại máy có đặc tính kỹ thuật khác nhau, phụ thuộc vào từng hãng sản xuất Máy tiện CNC EXPERT do Tây Ban Nha sản xuất có các đặc tính kỹ thuật cơ bản sau:

Kích thước máy (dài x rộng x cao) 760 x 440 x 320mm

Đường kính gia công trên bệ máy  105 mm

Đường kính gia công trên bàn dao  96mm

Lượng ăn dao lớn nhất trên các trục 400mm/ phút

Cường độ dòng điện trên mỗi pha động cơ bước 1,5 A

Nguồn điện cung cấp: Một pha 230V, 50/60 Hz

4.3 Một số dụng cụ cắt trên máy tiện CNC:

Hiện nay các máy CNC hiện đại đều sử dụng đầu Rơ-vôn ve, cho phép lắp

nhiều dao Mỗi dao yêu cầu chỉ được lắp cố định tại một vị trí trên đầu Rơ-vôn-ve và

có thể thực hiện tự động một cách chính xác theo chương trình đã được định sẵn

Các dao có thể thay đổi cho nhau và có thể lắp lẫn với các máy CNC khác trongphân xưởng Vì vậy người ta chế tạo các loại gá đỡ dao theo tiêu chuẩn để rút ngắn thời gian các thao tác, dễ tháo lắp, sửa chữa và thay đổi số dao

Hình 4.4 Hệ trục tọa độ theo qui tắc bàn tay

phải

Tuy nhiên máy Tiện CNC EXPERT chỉ dùng trong mô hình học tập nên không được trang bị đầu Rơvolve, chỉ sử dụng ổ kẹp dao 4 vị trí để gá lắp dao, dụng cụ cắt được minh họa như hình 4.3, có thể sử dụng dao hợp kim hoặc dao thép gió

4.4 Đặc điểm, đặc trưng của máy

Tiện CNC:

Để xác định các vị trí của các bộ

phận máy trong quá trình chuyển động, về

nguyên tắc ta cần phải gắn chúng vào

những hệ trục toạ độ Để thống nhất việc

lập trình, người ta quy ước như sau:

+ Dụng cụ cắt thực hiện chuyển

động tiến dao, còn chi tiết đứng yên

+ Các chuyển động tịnh tiến được

biểu diễn theo hệ trục toạ độ vuông góc

X,Y,Z Chiều của chúng được xác định

theo quy tắc bàn tay phải ( hình 4.4 )

4.4.1 Hệ trục tọa độ:

Hệ thống trục toạ độ trên máy

tiện được xác định theo quy tắc bàn tay phải Các chuyển động chính của máy tiệnCNC được thiết lập theo các trục tọa độ X, Z (theo quy tắc bàn tay phải, ngón tay cái

là trục X, ngón tay giữa là trục Z) (hình 4.4)

Theo quy tắc bàn tay phải:

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

+ Trục X là trục vuông góc với trục Z trong mặt phẳng nằm ngang Chiều dương của của trục (+X) là chiều hướng từ tâm chi tiết đến dụng cụ cắt, chiều âm (-

Hình 4.3 Hệ thống dụng cụ cắt trên máy tiện CNC