BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CƠ SỞ MÁY CNC

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CƠ SỞ MÁY CNC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CƠ KHÍ

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CƠ SƠ MÁY CNC

Môn học : Cơ sở máy CNC

Họ và tên : Trần Khánh Duy

MSSV : 200110180

Lớp : KT.CĐT3- K56

NỘI DUNG BÁO CÁO:

1 Giải thích dịch chuyển của ổ tích dao khi thực hiện lệnh reference, vị trí 0 trong ổ tích dao có tác dụng gì

2 Trình bày ưu điểm máy CNC băng nghiêng

3 Trình bày về con đường truyền dẫn thông tin trong máy CNC

4 Kết cấu cụm trục chính máy phay

5 Trình bày các loại động cơ dùng trong máy CNC

6 Trình bày kết cấu cụm ,các loại vitme đai ốc bi,cách hoạt động

TRẢ LỜI CÂU HỎI

1 Giải thích dịch chuyển của ổ tích dao khi thực hiện lệnh reference

Các dịch chuyển đó là để máy tìm điểm tham chiếu R của máy Điểm R là 1

điểm trong vùng làm việc của máy được xác định chính xác bởi công tắc hành trình Vị trí của các bàn trượt được báo tới bộ điều khiển khi nó tiếp cận điểm R Phải thực hiện sau tất cả các lần tắt nguồn

Vị trí 0 trong ổ tích dao có tác dụng gì

tọa độ của máy và thường là vị trí giới hạn dịch chuyển Trên các máy phay CNC, điểm 0M nằm ở các điểm giới hạn dịch chuyển của bàn máy Điểm tham chiếu này không thể thay đổi được, được qui định bởi nhà sản xuất

lên chi tiết Vị trí 0wdo người lập trình tự chọn sao cho việc xác định biên dạng trên bản vẽ chi tiết gia công là dễ nhất

- Vị trí 0 của chương trình 0P: đây là điểm xuất phát hay trở về của dụng cụ khi gia công chi tiết Thường điểm 0P được chọn sao cho dụng cụ có thể thay đổi 1 cách thuận tiện và an toàn

2 Những ưu việt của một máy tiện bang nghiêng so với máy tiện băng ngang.

Máy tiện băng nghiêng thường có góc nghiêng của bề mặt các sống trượt là

450 so với mặt phẳng nằm ngang. Nhờ đó, phoi tiện không thể đọng trên

mặt băng làm cào xước mặt băng, dung dịch tưới nguội cũng không đọng

được trên mặt băng gây ăn mòn hoá học mặt băng và sống trượt

Về mặt kết cấu máy, bàn trượt X của máy được đặt trên mặt nghiêng 450,

tức là trên cạnh huyền của tam giác vuông cân. Hình chiếu của bàn trượt X

đó máy chiếm diện tích mặt bằng hơn trong nhà xưởng, ngoài ra việc bố trí

đài dao Revonve ở máy tiện băng nghiêng cũng thuận tiện hơn so với ở máy băng ngang

3 Trình bày con đường truyền dẫn thông tin.

Truyền các chương trình gia công qua các hệ điều khiển CNC đã trở nên được

ưa chuộng do việc truyền dữ liệu nhanh chóng, tiện lợi Chương trình có thể được lưu trữ, cập nhật… dễ dàng, có thể kiểm tra sửa đổi ngay trên máy Mãi cho đến gần đây, truyền thông nối tiếp qua cổng RS232C được dùng để truyền chương trình Loại truyền tải này phổ biến ở mọi thiết bị ngoại vi của máy tính ( ví dụ máy in, máy vẽ…) Và với ý nghĩa đó, các máy công cụ CNC cũng được coi là 1 loại thiết bị ngoại vi

Các hệ điều khiển mới còn có khả năng truyền thông hiện đại hơn khi được nối mạng theo nhiều cách đến các hệ điều khiển CNC của từng máy công cụ Điều khiển theo nguyên tắc DNC (Direct Numericcal Control) Một máy tính trung tâm có thể điều khiển nhiều máy công cụ riêng biệt và tạo nên 1 liên kết bằng chương trình cho các hẹ thống sản xuất linh hoạt ( FMS – Flexible Manufacturing Systems)

Ở hệ thống FMS, các hệ điều khiển CNC của máy công cụ được nối với các hệ thống cấp và tháo phôi tự động, hệ thống kiểm tra sản phẩm,… Dùng 1 chương trình máy tính chung để điều khiển vận chuyển nguyên vật liệu phôi,… Phân phối, lập khế hoạch tổ chức và các thao tác điều khiển khác Máy tính trung tâm

có nhiêm vụ lưu trữ, phân phối các chương trình theo yêu cầu Các trương trình liên lạc cài đặt sẵn trên máy chủ hỗ trợ cho biết khi nào các chương trình phân phối đã kết thúc, các thông tin về định mức sản xuất, hiệu quả sử dụng máy cũng như các thông tin về sản phẩm gia công… Kiểu truyền dữ liệu 2 chiều này là 1 đặc tính cơ bản của nguyên tắc điều khiển DNC

Một đặc điểm khác của truyền dữ liệu DNC là trong một chương trình gia công, có thể truyền 1 lệnh hay 1 đoạn chương trình thông qua 1 bộ nhớ đệm

ở sau bộ đọc Dữ liệu được truyền đến hệ điều khiển giống như đang đọc băng, mặc dù thực tế đang ở dữ liệu mã ASCII từ máy tính Bộ nhớ đệm ( khoảng 4

Kb, tương đương 4000 ký tự của chương trình gia công, khoảng 100 lệnh hay 10m băng)chứa dữ liệu và luôn được duy trì ở mức (1,2- 4) Kb Nhờ vậy, máy công cụ được điều khiển từ 1 máy tính bên ngoài và khi đó, để đảm bảo sự làm việc bình thường cho máy công cụ, bộ nhớ đệm phải được điền đầy theo từng

mà lệnh G

Với bộ nhớ đệm, có thể nhập được các chương trình dài mà không cần phải trang bị các bộ nhớ dung lượng lớn cho các hệ điều khiển CNC Đặc điểm này thích hợp với sự ứng dụng rộng rãi của các hệ thống lập trình có sự trợ giúp của máy tính Trong đó các chương trình gia công dễ dàng được tạo ra trên máy tính

từ xa, đang ở dạng mã sẵn sàng truyền trực tiếp đến hệ điều khiển máy công cụ Ngoài ra độ dài của chương trình gia công hầu như không bị giới hạn nên rất thuận tiện khi gia công các bề mặt phức tạp thường phải dùng 1 mảng lớn các dữ liệu tọa độ điểm xác định bề mặt Hơn thế nữa, có thể thêm vào hay bớt đi 1 đoạn chương

trình trên máy

chủ ngay cả khi

đang gia công chi

tiết

Hình 1 trình

bày sơ đồ khối 1

hệ ĐKS máy

công cụ truyền dữ

liệu qua bộ nhớ

đệm Dữ liệu

chương trình gia

công được lưu trữ

ở 1 máy tính bên

ngoài ở dạng mã

ASCII theo bảng mã ISO- 7bit tiêu chuẩn truyền các bít dữ liệu 1 lúc 1 bít( truyền nối tiếp) hoặc có thể 8 bít 1 lúc ( truyền song song) Truyền dữ liệu nối tiếp so với song song có các ưu điểm:

- Dây cáp nối tiếp truyền được khoảng cách lớn hơn so với dây cáp song song Cổng nối tiếp truyền 1 bít “1” ứng với mức điện áp (-3¿-25)V và bít “0” với (+3

¿+25)V trong khi 1 cổng song song truyền “0” ở mức 0V và “1” ở mức 5V Do

đó cổng nối tiếp có thể có 1 mức dao động tối đa đến 50V so với cổng song song

có mức dao động tối đa 5V Như thế, khả năng gây nhiễu không phải là vấn đề lớn đặt ra đối với các dây cáp nối tiếp so với dây cáp song song

- Không cần phải dùng cáp nhiều sợi như truyền song song Nếu thiết bị ngoại

vi ( Máy công cụ ĐKS ) được lắp ở xa máy tính thì dây cáp 3 sợi

( Null Modem Configuration) có giá thành thấp hơn nhiều so với dây cáp 9 hay

25 sợi tuy nhiên cũng phải chú ý đến đặc điểm kết nối ở mỗi đầu nối

( loại cổng, có sử dụng tín hiệu bắt tay hoặc không…) Các thiết bị nối với cổng nối tiếp đều chuyển đổi truyền nối tiếp sang lại song song để sử dụng, nhờ 1 UART ( Universal Asynchronous Receiver Transmitter )

Một ví dụ truyền nối tiếp ký tự “A” cùng với các bít khởi động, bít kiểm tra và các bít dừng được trình bày ở Hình 2

Để truyền dữ liệu, chuỗi các bít truyền bắt đầu từ phía tay trái 1 bít khởi

động bắt đầu cho việc truyền dữ liệu, tiếp theo là các bít dữ liệu riêng lẻ Cuối dòng dữ liệu còn có 1 hoặc 2 bít dừng mỗi bít là “0” hay “1” trong 1 khoảng thời gian cố định theo tốc độ truyền, được định nghĩa là số bít lớn nhất có thể truyền được trong 1s, đơn vị tính “ Baud” Tốc độ truyền gộp cả bít khởi động, bít kiểm tra và bít dừng, chẳng hạn tốc độ truyền 9600 baud có thể truyền được 9600/(1+7+1+2) = 872 byte mỗi giây Bít kiểm tra dùng để phát hiện lỗi về bít, nếu số bít dữ liệu là chẵn bít kiểm tra sẽ là số chẵn và ngược lại Bít kiểm tra và

2 bít dừng ngăn cách byte đang truyền với byte kế tiếp

Các hệ ĐKS máy công cụ hiện nay đều có cổng ghép nối tiếp RS-232C tiêu chuẩn Với các thiết bị dùng dây cáp nối tiếp làm kênh liên lạc, có thể phân thành 2 loại :

- DTE ( Data Terminal Equipment ) : Thiết bị đầu cuối dữ liệu

- DCE ( Data Communication Equipment ) : thiết bị truyền thông dữ

liệu

Thiết bị đầu cuối dữ liệu là các máy trạm trong khi thiết bị truyền thông dữ liệu

là các bộ phận như modem, adapter, máy vẽ… Cổng RSC232C tiêu chuẩn cũng

sử dụng các loại này

Các đặc điểm kỹ thuật của cổng nối tiếp tiêu chuẩn được quy định bởi hiệp hội

kỹ nghệ điện tử EIA ( Electronics Industry Association), gồm nhiều tham số như:

- Một mức logic 0 nằm giữa +3 và +25V

- Một mức logic 1 nằm giữa -3 và -25V

- Miền giữa +3 và -3V không xác định

- Thế hiệu mạch hở không được vượt quá 25V

- Một dòng ngắn mạch không được vượt quá 500mA

Trên đây là 1 phần của tiêu chuẩn EIA RS232-C Các cổng này được chế tạo với 2 cỡ, đầu nối kiểu D-25 chân và kiểu D-9 chân, cả 2 đều là dạng chân cắm Loại cổng kiểu D-25 thực tế có 25 chân liên lạc độc lập, mỗi chân có chức năng riêng, tuy nhiên chỉ có 9 chân được dùng ( Hình 3a,b)

Các chân được dùng :

- FG ( Frame Ground)

- SD ( Sending Data) : Truyền dữ liệu

- RD ( Receiving Data) : Nhận dữ liệu

- RS (Request to Send) : Khi máy nhận đã sẵn sàng nhận dữ liệu, Bít CS ( Clear to Send) đặt ở trạng thái tích cực và máy gửi biết thông tin này trên chân RS

- CS (Clear to Send )

- DR ( Data Set Ready) : Các kênh liên lạc cho biết dữ liệu sẵn sàng được truyền

- SG ( Signal): Dùng thiết lập 1 thế hiệu chuẩn cho SD & RD ( nối đất )

- CD ( Carrier Detect ) : Nhận biết đang có thiết bị từ xa

- ER ( NC Ready to Operate – Data Terminal Ready) : Các kênh liên lạc cho biết máy đầu cuối sẵn sàng nhận dữ liệu

4 Kết cấu cụm trục chính máy phay CNC

Trục chính gồm các bộ phận chính:

- Động cơ

- Cơ cấu kẹp dụng cụ

- Làm mát động cơ

Tốc độ trục chính ở các máy CNC thường rất lớn, có thể lên đến chục nghìn vòng/phút Ngày nay, các máy phay CNC cao tốc có tốc độ trục chính lên đến 30.000 – 40.000 vòng/phút Do vậy việc tính toán, thiết kế, kiểm tra rất quan trọng

Hình ảnh: Kết cấu trục chính

Hình ảnh trên cho thấy kết cấu bên trong khá phức tạp, kết cấu cơ bản của trục chính gồm:

- Đông cơ: 2 phần Rotor và Stator

- Trục chính: Spinlde Shafp

- Các ổ bi đỡ trước và sau: Front Bearing, Rear Bearing, Tail Bearing

- Phần kẹp dụng cụ cắt: Tool – Holder

- Đai ốc khóa: Front Lock – nut

- Các lò xo giảm chấn trước và sau: Spring

- Encoder quay: Encoder Wheel

- Các miếng đệm: Labyrinth

- Hệ thống làm mát: Motor Coolant

Hình ảnh: kết cấu trục chính

5 Các loại động cơ trên máy CNC.

Máy cnc sử dụng 2 loại động cơ servo chủ yếu là :DC và AC servo Những máy đời cũ thì thường dùng là máy DC còn cá máy từ khoảng năm 1987 trở về đây thì người ta thường sử dụng động cơ AC servo

+ Thường sử dụng động cơ không đồng bộ AC, công suất 0.75 kw + Dải tốc độ trục chính ( có điều chỉnh liên tục ) từ 150 – 3500 V/ph + Momen lớn nhất trên trục chính : 3,7 Nm

- Ưu điểm:

+ Mô men ổn định trong dải tốc độ rộng,tốc độ cao ,ít ồn

+ Không yêu cầu bảo trì ,công suất lớn

+ Cấp nguồn trực tiếp từ điện lưới xoay chiều

+ Đa dạng và rất phong phú về chủng loại, giá thành rẻ

- Nhược điểm :

+ Phải có mạch cách ly giữa phần điều khiển và phần chấp hành để đảm bảo an toàn, momen khởi động nhỏ

+ Mạch điều khiển tốc độ phức tạp( biến tần)

 Đối với chuyển động bàn máy :

+ Dẫn động bằng động cơ bước 3 pha cho các trục X/Y/Z với độ phân giải 0.0005 mm

+ Dải tốc độ dịch chuyển bàn và tốc độ chạy bàn nhanh theo hướng trục X/Y/Z  2 mét/phút

+ Giá trị dịch chuyển vị trí bàn theo chuẩn VDI 3441 theo chiều X/Y/Z là 0.006/ 0.008 mm

+ Lực ăn dao lớn nhất theo hướng trục X/Y/Z 800/ 1000 N

- Ưu điểm :

+ Điều khiển vị trí, tốc độ chính xác không cần mạch phản hồi

+ Thường sử dụng trong các hệ thống CNC

- Nhược điểm :

+ Giá thành cao

+ Momen máy nhỏ, momen xoắn nhỏ

Sơ đồ cấu tạo:

Trong đó :

- S1, S2 là các khóa đóng mở để cấp từ trường vào các cực của nam châm

- SM là cơ cấu chấp hành biến năng lượng điện thành năng lượng cơ học đặc tính chuyển động rời rạc ( chuyển động theo bước )

SM có thể điều khiển cả vị trí và tốc độ ( 0 – 300 v/ph ) Tần số cấp cho động

cơ là vùng tần số thấp, độ chính xác vị trí góc thường dùng là : 1.8o, 7.5o, 15

o

, 30o, 90o

Có 3 kiểu động cơ thường gặp :

- SM No1: SM nam châm vĩnh cửu < PM_Permanent Metric>

- SM No2: SM có từ và trở biến thiên < VR_viriable Reluetance>

- SM No3: Động cơ sai, kết hợp cả 2 loại trên < PM+ VR -> Hybride>

6 Kết cấu cụm các loại vit me đai ốc bi, cách hoạt đông

Bộ truyền vít me - đai ốc bi thường được dùng trong chuyển động chạy dao của máy công cụ NC, CNC và dùng trong các máy công cụ chính như máy mài, máy doa tốc độ và các loại máy khác Đôi khi còn dùng trong máy tiện, máy tổ hợp, dùng trong truyền dẫn di động xà, trụ và các máy công cụ hạng nặng Ngoài dẫn ra còn dùng trong bộ truyền chính của các loại máy có chuyển động tịnh tiến khứ hồi như máy bào giường, máy chuốt

Các ưu điểm:

- Khắc phục độ rơ khớp ren, chịu lực kéo với kết cấu đảm bảo độ cứng vững chiều trục cao

- Tổn thất do ma sát bé, hiệu suất bộ truyền đạt tới 0,9 so với vít me đai ốc trượt là 0,2 ÷ 0,4

- Gần như độc lập hoàn toàn với lực ma sát (biến đổi theo tốc độ), ma sát tĩnh rất bé nên chuyển động êm

Hình 2.2 Kết cấu sơ bộ của vít me đai ốc bi Kết cấu bộ truyền vít me - đai ốc bi hình trên bao gồm trục vít me, đai ốc, dòng bi chuyển động trong vít me - đai ốc và ống hồi bi đảm bảo dòng bi tuần hoàn liên tục

Tùy theo dạng chuyể n động của vít và đai ốc có thể chia ra các loại:

+ Vít vừa quay vừa tịnh tiến, đai ốc cố định với giá

+ Đai ốc quay, vít tịnh tiến

+ Vít quay, đai cố tịnh tiế n

+ Đai ốc vừa quay vừa tịnh tiến, vít cố định

Các dạng prôfin ren của vít me và đai ốc như sau

Dạng chữ nhật (hình b), dạng hình thang (hình c), dạng nửa cung tròn và dạngrãnh (dạng cung nhọn) Dạng chữ nhật và dạng prôfin ren hình thang có khả năng tải thấp, chỉ dùng khi máy có khả năng chịu tải trọng chiều trục bé và độ cứng vững không cao

Dạng nửa cung tròn (hình d) được sử dụng phổ biến nhất, bán kính rãnh r2 gần bằng bán kính viên bi R1 sẽ giảm tối đa ứng suất tiếp xúc, có thể chọn

r2/r1=0,95÷0,97, giá trị r2/r1 sẽ làm tổn thất do ma sát 1 cách rõ rệt Tại góc tiếp xúc bé thì bộ truyền có độ cứng vững bé và khả năng tải bé, lực hướng kính sẽ lớn Do tăng góc tiếp xúc thì khả năng đảo và độ cứng vững truyền động tăng và

hạ thấp tổn thất do ma sát vì vậy khe hở đường kính ∆d phải chọn để góc tiếp xúc đạt 45° ∆d = 4.(r2 − r1 ).(1 − cos α )

Hình Các dạng profin ren vít me và ổ bi Dạng rãnh cung nhọn (a) có nhiều ưu điểm hơn loại cung tròn, nó còn cho phép truyền động không rơ hoặc chọn được độ dôi của đường kính viên bi Còn

ở dạng nửa tròn muốn khử độ rơ và tạo độ dôi đều dùng thêm đai ốc thứ hai để điều chỉnh