Băng đục lỗ trong NC Chương trình gia công muốn được biến thành trình tự hoạt động của máy công cụ phải thông qua một phương tiện trung gian chứa chương trình và thiết bị điều khiển có
Trang 1Lê Trung Thực
CHƯƠNG 8
CHƯƠNG 8
LẬP TRÌNH GIA CÔNG CHO MÁY NC
LẬP TRÌNH GIA CÔNG CHO MÁY NC
Để lập trình NC có 2 phương pháp :
- Bằng tay
- Nhờ máy tính
Trong chương này chúng ta sẽ nói về cả hai phương pháp với việc nhấn mạnh phương pháp thứ 2
Trước khi nói về lập trình ta hãy tìm hiểu xem băng lỗ là gì
8.2 Băng đục lỗ trong NC
8.2 Băng đục lỗ trong NC
Chương trình gia công muốn được biến thành trình tự hoạt động của máy công cụ phải thông qua một phương tiện trung gian chứa chương trình và thiết bị điều khiển có thể hiểu được nó Phương tiện trung gian thông dụng nhất là băng lỗ Băng lỗ được tiêu chuẩn hoá để các máy đục lỗ và các máy đọc băng lỗ có thể dùng được Băng có bề rộng là 1 inch Băng lỗ điển hình được vẽ trên hình 8.1
Hình 8.1 Băng lỗ dùng trong NC được tiêu chuẩn hoá
bởi Electronic Industries Association
Trang 2Lê Trung Thực
Có hai phương pháp chuẩn bị băng lỗ:
- Bằng thiết bị đục băng lỗ giống như máy đánh chữ (hình 8.2), dùng khi lập trình bằng tay Người sử dụng máy đục trực tiếp băng lỗ theo tờ lập trình viết bằng tay của người lập trình
- Nhờ máy tính Máy tính sẽ tạo ra băng lỗ trực tiếp bằng cách sử dụng thiết bị đục băng lỗ
Sau khi băng lỗ được hình thành, nó sẽ được được đưa vào máy đọc băng trong các máy
NC truyền thống Mỗi lần khi gia công một chi tiết, máy sẽ đọc lần lượt từng dòng lệnh Khi máy thực hiện một dòng lệnh thì dòng tiếp theo được đọc và được lưu vào bộ nhớ đệm Việc này làm cho hệ thống hoạt động hiệu qủa hơn Khi dòng lệnh cuối cùng được đọc, băng được quay ngược trở lại về đầu chương trình để sẵn sàng cho việc gia công chi tiết tiếp theo
Hình 8.2 Thiết bị dùng để chuẩn bị băng lỗ 8.3 Mã hóa và tạo dạng băng lỗ
8.3 Mã hóa và tạo dạng băng lỗ
Mã hóa băng NC
Mã hóa băng NC
Như chúng ta thấy trên hình 8.1 dọc theo băng có 8 hàng lỗ Có một hàng thứ 9 nữa nằm giữa hàng thứ 3 và thứ 4 nhưng lỗ nhỏ hơn Nó dùng để kéo băng
Trên hình 8.1 bạn thấy hầu như chỗ nào cũng có lỗ Tuy nhiên việc mã hóa băng được thực hiện bằng cách cho băng có lỗ hay không có lỗ tại mỗi vị trí Do có hai điều kiện có và không cho nên hệ thống mã hóa này gọi là hệ nhị phân.Với hệ này bất cứ con số nào của hệ đếm thập phân cũng được mã hóa Hệ thống mã hóa băng NC không chỉ mã hóa chữ số mà còn mã hóa các chữ alphabet và những ký hiệu khác Tám cột lỗ trên băng đủ để mã hóa bất kỳ ký hiệu nào
Cách hình thành các lệnh
Cách hình thành các lệnh
Trang 3Lê Trung Thực
Một số nhị phân gọi là 1 bit Nó có 2 gía trị là 1 và 0 tuỳ theo sự hiện diện của lỗ hay không trên băng ở vị trí hàng và cột xác định Hàng nằm ngang băng còn cột nằm dọc băng Qua sự sắp xếp số lỗ trên một hàng, một ký tự được hình thành Mỗi ký tự là sự phối hợp của các bits Ký tự có thể là số, chữ hay ký hiệu khác Một từ là tập hợp các ký tự và được dùng để tạo nên một phần của câu lệnh Các từ NC điển hình là vị trí
X, Y, tốc độ cắt, v.v… Tập hợp các từ tạo nên một block Tập hợp các block tạo nên một chương trình hoàn chỉnh Thí dụ trong nguyên công khoan, một block có thể chứa thông tin về tọa độ X, Y của lỗ, tốc độ quay của mũi khoan và lượng ăn dao dọc trục mũi khoan
Để ngăn cách các block, ký hiệu End-Of-Block (EOB) được dùng (theo tiêu chuẩn EIA) Đây là lỗ ở hàng thứ 8 Máy đọc nạp dữ liệu từ băng vào bộ nhớ đệm theo từng block Nghĩa là mỗi lần nó đọc một dòng lệnh hoàn chỉnh
Các từ lệnh NC (Words):
Các từ lệnh NC (Words):
Dưới đây là danh sách các từ được dùng để tạo nên block Không phải máy NC nào cũng dùng hết các từ Cách viết từ ở các máy NC khác nhau có thể khác nhau Nhìn chung thứ tự từ trong một block là như sau:
N - Thứ tự block
G- Chuyển động (preparatory functions)
X, Y, Z, - Tọa độ
F – Lượng ăn dao
S – Tốc độ cắt
T – Dụng cụ
M – Hàm phụ
; (EOB) – kết thúc dòng lệnh
8.4 Lập trình NC bằng tay
8.4 Lập trình NC bằng tay
Để lập trình bằng tay, người lập trình dùng một phiếu gọi là Bản thảo chương trình NC Các dòng lệnh phải được viết thật chính xác vì băng lỗ được hình thành trực tiếp từ bản thảo này Tuỳ theo dạng máy công cụ và dạng băng lỗ, bản thảo chương có thể khác nhau Thí dụ bản thảo chương cho máy khoan điểm với hai tọa độ sẽ khác so với loại máy phay đường cong 3 tọa độ Bản thảo là danh sách liệt kê các vị trí tương đối giữa dụng cụ cắt và phôi Nó cũng có thể bao gồm các lệnh chuẩn bị (G code), lệnh phụ (M code), tốc độ (S), lượng ăn dao (F), tất cả những gì cần cho việc điều khiển máy
NC
Công việc lập trình bằng tay có thể chia ra làm hai loại: Theo điểm và theo đường cong Lập trình bằng tay rất thích hợp cho việc điều khiển điểm-điểm, trừ khi công việc qúa phức tạp và rất nhiều lỗ Nhưng nếu dùng cho các công việc như gia công các đường cong phức tạp thì lại rất không nên vì mất nhiều thì giờ Vì thế khi lập trình bằng tay ta chỉ nói đến việc lập trình cho công việc điểm- điểm Khi gia công theo đường cong thì dùng máy tính sẽ thích hợp hơn
Để hiểu được lập trình bằng tay là thế nào, tay hãy xem thí dụ sau đây
Trang 4Hình 8.3 Bản vẽ chi tiết cho thí dụ 8.1
Quy trình khoan là:
Lúc đầu khoan 3 lỗ đường kính 31/64 in với số vòng quay 592 rpm và lượng ăn dao 3.55 in./min
Sau khi khoan thay mũi khoan bằng mũi doa đường kính 0.5 in với số vòng quay là 382 rpm và lượng ăn dao là 3.82 in./min
Hệ thống có điểm 0 di động và vị trí là tuyệt đối
Bước đầu tiên khi chuẩn bị chương trình là xác định các trục tọa độ so với chi tiết gia công Cho rằng các cạnh bên của phôi đã được gia công trước khi khoan Chúng
ta chọn góc trái dưới của phôi làm gốc tọc độ Các tọa độ được cho trên hình 8.4 Bản thảo chương trình hoàn chỉnh được cho trên hình 8.5
Trang 5Lê Trung Thực
Hình 8.4 Hệ tọa độ được xác định cho chi tiết trong thí dụ 8.1
Hình 8.5 Phiếu thảo chương trình cho thí dụ 8.1 Dòng đầu tiên là tọa độ X, Y của điểm zero Người vận hành cho băng vào và đọc block đầu tiên vào trong hệ thống Một block là một dòng lệnh trong bản thảo Dụng cụ sau đó được định vị tại điểm xuất phát trên bàn máy Người vận hành sau đó nhấn nút zero để thiết lập gốc tọa độ trên máy
Dòng tiếp theo là RWS – ReWind Stop Tín hiệu này được mã hóa thành 3 lỗ trên cột 1, 2, 4 ở trên băng Tín hiệu này dừng băng sau khi được quay lại Dòng cuối cùng có chứa mã M30 dùng để quay băng trở về đầu chương trình sau khi hết chương trình Mã M06 dùng để dừng chương trình cho người vận hành thay dao Mã M13 dùng để quay trục chính đồng thời bật dung dịnh trơn nguội Chú ý ở dòng cuối cùng dụng cụ đã được dưa ra ngoài vùng gia công để thay phôi
8.5 Lập trình nhờ máy tính.
8.5 Lập trình nhờ máy tính
Dùng khi gia công những bề mặt phức tạp mà việc lập trình bằng tay sẽ rất lâu và không xác định
Công việc của người lập trình:
Công việc của người lập trình:
1/ Xác định hình học của chi tiết
2/ Xác định trình tự gia công, đường đi của dao và chế độ gia công
Trang 6Lê Trung Thực
Chi tiết dù phức tạp đến cỡ nào cũng được hình thành từ những phần tử hình học
cơ sở Chúng ta hãy lấy một chi tiết mẫu như trên hình 8.6 làm thí dụ
Hình 8.6 Chi tiết mẫu, giống như những chi tiết khác, có thể được xác định bằng các phần tử hình học cơ sở như điểm, đường thẳng và đường tròn
Mặc dù vẻ ngoài của chi tiết có vẻ hơi méo mó, đường bao của nó hình thành từ những đường thẳng giao nhau và một phần đường tròn Các lỗ bên trong chi tiết được xác định bở tâm điểm và bán kính của nó Hầu như phần tử nào được người thiết kế nghĩ ra cũng có thể được mô tả bởi các điểm, đường thẳng và đường tròn Mặt phẳng, mặt trụ và các mặt khác được xác định bằng toán học Nhiệm vụ của người lập trình là đánh số các phần tử mà từ đó chi tiết được hình thành Mỗi một phần tử hình học phải được nhận diện và kích thước và vị trí của phần tử phải được xác định rõ ràng
Sau khi xác định hình học của chi tiết, người lập trình xây dựng đường di chuyển dao để gia công chi tiết Đường di chuyển dao là trình tự di chuyển con dao gia công từng bước một Chuyển động này được thực hiện dọc theo phần tử hình học mà ta đã xác định từ trước Người lập trình có thể sử dụng nhiều lệnh chuyển động để điều khiển dao dọc theo bề mặt của chi tiết, tới một điểm để khoan lỗ, v.v… Ngoài hình học của chi tiết và các câu lệnh chuyển động, người lập trình còn phải đảm bảo những câu lệnh khác để điều khiển máy hoạt động tốt Chúng ta sẽ xem xét các loại lệnh khác nhau này trong phần 8.6.
Công việc của máy tính : Công việc của máy tính : Công việc của máy tính :
1/ Biên dịch dữ liệu vào
2/ Tính toán số học
3/ Tính toán hiệu chỉnh dao ( Cutter offset compensation)
4/ Xuất chương trình gia công
Trình tự các bước và quan hệ giữa người lập trình và máy tính được vẽ trên hình 8.7
1.75
1.125R 4.5
1.0
1
1.625 2.5
6.00
Trang 7Lê Trung Thực
Người lập trình nhập chương trình được viết bằng APT hoặc một một ngôn ngữ khác Thiết bị biên dịch dữ liệu nhập sẽ chuyển đổi các lệnh được mã hóa chứa trong chương trình thành dạng dùng được cho máy tính và chuẩn bị cho qúa trình gia công tiếp theo
Hình 8.7 Các bước lập trình nhờ máy tính
Thiết bị tính toán số học của hệ thống gồm bộ các chương trình giải các bài toán để tạo ra các mặt của chi tiết
Các chương trình con này được gọi ra bởi các câu lệnh khác nhau của chương trình Thiết bị tính toán số học là phân tử căn bản trong bộ chương trình gia công Thiết
bị này giải phóng người lập trình khỏi những tính toán hình học và lượng giác để tập trung nghiên cứu về công nghệ gia công
Nhiệm vụ thứ nhì của người lập trình là xây dựng đường di chuyển dụng cụ Tuy nhiên đường di chuyển của tâm dụng cụ sẽ khác so với biên dạng của bề mặt gia công Khi gia công dụng cụ dùng bề mặt chu vi của nó Mục tiêu của việc tính toán offset dụng cụ so với bề mặt gia công là làm cho tâm của dụng cụ nằm cách một đoạn bằng nửa bán kính dao Nhờ có công cụ tính toán offset mà người lập trình không phải tính toán gì cả sau khi đã chỉ ra biên dạng của bề mặt gia công Bài toán offset dụng cụ được mô tả trên hình 8.8
Như đã nhận xét từ trước, máy NC rất khác nhau, có những đặc điểm và khả năng khác nhau Dạng băng lỗ được dùng cũng khác nhau Hầu như tất cả các ngôn ngữ lập trình, kể cả APT, thì lại được thiết kế làm ngôn ngữ chung cho tất cả các máy NC
Công việc của người lập trình
APT program
Trạm thiết kế
Công việc của máy tính
Biên dịch dữ
liệu vào Tính toán số học
Tính toán offset dao Chương trình hậu xử lý
Hình 8.8 Vấn đề offset dụng cụ (hiệu chỉnh bán kính dao) khi lập trình gia công theo đường viền (contour) của chi tiết
Trang 8Lê Trung Thực
Vì vậy nhiệm vụ của máy tính trong việc lập trình gia công nhờ máy tính là phải làm cho chương trình chung có tính đặc thù để thích nghi cho từng loại máy riêng biệt, phần chương trình này gọi là chương trình hậu xử lý (postprocessor)
Postprocessor là một chương trình máy tính riêng rẽ được viết để tạo ra băng lỗ cho từng máy NC riêng biệt Đầu ra của postprocessor là 1 băng NC được viết ở dạng chính xác cho máy mà nó sử dụng
Các ngôn ngữ lập trình NC:
Một ngôn ngữ lập trình NC bao gồm một bộ phần mềm (chương trình máy tính) cộng với quy tắc đặc biệt, các quy ước và các từ vựng dùng cho phần mềm đó Mục đích là làm cho nó thích ứng với người lập trình để truyền thông tin về hình dạng của chi tiết và thông tin về chuyển động của dụng cụ cho máy để chuẩn bị chương trình gia công cần thiết Từ vựng thường là giống với tiếng Anh để cho dễ dùng
Có lẽ có tới hơn 100 ngôn ngữ lập trình NC từ khi MIT lần đầu tiến hành nghiên cứu lập trình NC vào giữa những năm 1950 Phần lớn các ngôn ngữ được phát triển cho nhu cầu riêng và không tồn tại được lâu
Ngày nay có vài chục ngôn ngữ NC là còn được dùng Gọt giũa và nâng cấp những ngôn ngữ đã có vẫn không ngừng được thực hiện Dưới đây là danh sách mô tả một số ngôn ngữ NC được dùng hiện nay:
1) APT: ( Automatically Programmed Tools) do MIT phát triển, bắt đầu tháng 6/1956 và lần đầu tiên được dùng cho sản xuất vào khoảng năm 1959 Nó được dùng rộng rãi ở Mỹ, có thể dùng để lập trình NC theo vị trí và đường cong tới 5X Các phiên bản của APT cho các ứng dụng riêng rẽ là:
• APTTURN ( cho máy tiện),
• APTMILL ( cho máy phay),
• APTPOINT(cho các nguyên công gia công theo điểm)
2) ADAPT (Adaptation of APT) Do IBM thiết kế để dùng cho máy tính nhỏ Do APT đầy đủ đòi hỏi phải có máy tính lớn nên nhiều khách hàng không dùng nổi ADAPT không mạnh bằng APT nhưng có thể dùng để lập trình cho máy NC kiểu điểm và đường cong
3) EXAPT – Extended subset of APT, do người Đức xây dựng từ đầu những năm
1964 và dựa trên ngôn ngữ APT Có 3 phiên bản là:
EXAPT 1 – Dùng cho máy phay theo điểm và khoan
EXAPT 2 – Dùng cho máy tiện
EXAPT 3 - Cho các nguyên công gia công theo đường cong
Một trong những đặc điểm của EXAPT là tự động tối ưu hóa tốc độ cắt và lượng ăn dao
4) UNIAPT - Do United Computing Corp of Carson, California, phát triển để dùng cho minicomputer, cho phép nhiều xưởng sản xuất nhỏ có khả năng lập trình nhờ máy tính Đây là một phiên bản APT hạn chế
5) SPLIT ( Sundstrand Processing Language Internally Translated) Là hệ thống dùng riêng cho các máy công cụ của hãng Sundstrand Có thể lập chương trình cho máy NC 5 trục loại điểm và đường cong Đặc điểm nổi bật của SPLIT là
Trang 9Lê Trung Thực
Postprocessor có sẵn trong chương trình Mỗi máy NC dùng hệ thống SPLIT riêng,
do vậy không cần phải có postprocessor chuyên biệt
6) COMPACT II:
6) COMPACT II: Do Manufacturing Data Systems, Inc ( MDSI) thiết kế, một hãng đặt cơ sở tại Ann Arbor, Michigan, Mỹ, phát triển Ngôn ngữ này có nhiều đặc điểm giống với SPLIT MDSI bán COMPACT II cho khách hàng theo kiểu chia sẻ thời gian (Time-sharing) Người lập trình NC dùng đầu nối từ xa nạp chương trình của họ vào 1 trong những máy tính của MDSI, còn MDSI thì cho ra băng NC COMPACT II là một trong những ngôn ngữ lập trình được dùng rất rộng rãi Hãng MDSI có tới 3000 công ty là khách hàng sử dụng hệ thống của họ
7) PROMPT : Phát triển bởi hãng Weber N/C system, đóng ở Milwaukee, Wilsconsin, được thiết kế để dùng cho nhiều loại máy NC thông dụng như máy tiện, trung tâm gia công, cắt gió đá và máy đột
8) CINTURN II: 8) CINTURN II: Được phát triển bởi hãng Cincinnati Milacron để đơn giản việc lập trình cho máy tiện
Sử dụng rộng rãi nhất là ngôn ngữ APT, kể cả các phiên bản xuất xứ từ APT (ADAPT, EXAPT, UNIAPT, v.v.) Chúng ta sẽ giới thiệu về ngôn ngữ APT trong mục 8.6
8.6 Ngo
8.6 Ngôn ngữ APT ân ngữ APT ân ngữ APT
Trong mục này chúng ta giới thiệu về ngôn ngữ APT cho việc lập trình nhờ máy tính Mục đích là cho thấy các câu lệnh giống tiếng Anh trong ngôn ngữ NC và chúng được dùng như thế nào để điều khiển dụng cụ cắt theo trình tự các nguyên công APT không chỉ là ngôn ngữ NC Nó cũng là một ngôn ngữ máy tính thực hiện việc tính toán và tạo
ra các vị trí cắt dựa trên các câu lệnh APT Chúng ta sẽ không xem xét mặt bên trong của chương trình máy tính Thay vì thế, chúng ta tập trung vào ngôn ngữ mà người lập trình phải dùng
APT là hệ thống 3 trục tọa độ và có thể dùng để điều khiển đến 5 trục Chúng ta sẽ giới hạn trong việc bàn về những hệ thống quen thuộc hơn: Loại 3 trục X, Y, Z và loại trừ việc xem xét các tọa độ xoay APT có thể dùng để điều khiển nhiều nguyên công công nghệ khác nhau Chúng tôi sẽ giới thiệu về các ứng dụng trên máy khoan và máy phay Có tới hơn 400 từ trong từ điển APT Chỉ một phần nhỏ là được giới thiệu ở đây Có 4 loại câu lệnh trong ngôn ngữ APT:
1 Các câu lệnh về hình học
2 Các câu lệnh về chuyển động
3 Các câu lệnh về postprocessor
4 Các câu lệnh phụ
Các câu lệnh hình học:
Các câu lệnh hình học:
Để lập trình trong APT, hình học của chi tiết phải được xác định Dụng cụ sẽ di chuyển dựa vào biên dạng của vật gia công Việc xác định phần tử hình học phải đi trước các câu lệnh chuyển động
Qui tắc chung khi viết câu lệnh mô tả hình học:
• Ký hiệu = dạng hình học/ dữ liệu mô tả
Trang 10Lê Trung Thực
Thí dụ P1 = POINT/5.0, 4.0, 0.0
Ký hiệu phải nhỏ hơn 6 chữ và khác với lệnh APT (≠APT Word)
Trong ký hiệu trên:
• P1 = ký hiệu
• POINT = dạng hình học - APT Words
• 5.0,4.0,0.0 - dữ liệu hình học
• Dấu / ngăn cách phần chữ lệnh APT với dữ liệu (Data)
• Dấu ,,,, ngăn cách chữ và số trong phần dữ liệu
Có nhiều cách để thể hiện phần tử hình học khác nhau Các phần tử hình học thường dùng là Points, Lines, Circles và Planes
Để xác định một đường, đơn giản nhất là dùng hai điểm Thí dụ
Xác định bằng ba điểm: PL1 = PLANE / P1, P4 , P5
Xác định bằng cách song song với mặt phẳng PL1 và đi qua điểm P2
Thí dụ: P2 = POINT / INTOF, L1, L2
L1 và L2 phải được xác định trước
3 Một ký hiệu chỉ được dùng để chỉ một phần tử hình học.
3 Một ký hiệu chỉ được dùng để chỉ một phần tử hình học
Thí dụ viết thế này là sai:
P1 = POINT / 1.0, 1.0, 1.0
P1 = POINT/ 2.0, 3.0, 4.0
4 Chỉ mỗi một ký hiệu xác định một phân tử cho trước.
4 Chỉ mỗi một ký hiệu xác định một phân tử cho trước
Thí dụ viết thế này là sai:
P1 = POINT / 1.0, 1.0, 1.0
P2 = POINT/ 1.0, 1.0, 1.0
5 Đường thẳng được xác định trong APT được coi như là có chiều dài vô tận. Mặt phẳng cũng vậy Đường tròn được coi là kín hoàn toàn
Trang 11C1 = CIRCLE/ CENTER, P1, RADIUS, 1.125
L2 = LINE/ P4, LEFT, TANTO, C1
PL1 = PLANE/ P2, P3, P4
Các câu lệnh chuyển động
Các câu lệnh chuyển động
Câu lệnh chuyển động trong APT cũng có dạng thức như câu lệnh hình học Dạng chung của câu lệnh chuyển động là
Lệnh chuyển động/Dữ liệu mô tả
Lệnh chuyển động/Dữ liệu mô tả
Thí dụ GOTO / P1
GOTO: motion comnand:
1.75
1.125R 4.5
P0
C1
Trang 12Lê Trung Thực
P1: Descriptive Data - phải được xác định từ trước ở đầu các câu lệnh chuyển động, phải chỉ rõ điểm bắt đầu của dụng cụ Điểm này giống như là điểm Target (tiêu điểm),
vị trí mà người vận hành đặt ở điểm bắt đầu của việc gia công Người lập trình chỉ ra
vị trí bắt đầu bằng câu như sau:
FROM/ TARG
FROM là một từ lệnh APT chỉ ra rằng đây là điểm bắt đầu mà từ đó các điểm khác phải tham chiếu Bất kỳ ký hiệu APT nào cũng có thể được dùng để xác định điểm đầu Câu lệnh trên có thể viết như sau:
GOTO/P2
GODLTA/0,0, - 1.5
GODLTA/ 0,0, + 1.5
Các chuyển động theo đường cong
Các chuyển động theo đường cong
Các chuyển động theo đường cong hơi phức tạp vì vị trí của dụng cụ phải được điều khiển liên tục trong toàn bộ chuyển động Để thực hiện sự điều khiển này dụng cụ được cho chuyển động theo 2 mặt giao nhau như chỉ ra trên hình 8.10 Những mặt này có tên gọi rất đặc biệt trong APT:
Mặt dẫn
(Drive surface)
Chuyển động tương đối của dụng cụ
Dụng cụ cắt
Mặt kiểm tra
Mặt gia công
