Nghiên cứu công nghệ gia công nắp động cơ D50 trên máy CNC

Trong máy cắt kim loại cổ điển, kế hoạch gia công chi tiết được thực hiện bởi người sản xuất và theo đó chi tiết được gia công đảm bảo các yêu cấu về kích thước và dung sai.

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

  Trong công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước, cơ khí là mộtngành then chốt Trong đó chế tạo máy là một phần quan trọng trong nền sảnxuất cơ khí Chế tạo máy là nghành sản xuất ra các loại thiết bị máy móc phục vụcho mọi ngành sản xuất nói chung và trình độ công nghệ nói riêng của một nếnsản xuất Đặc biệt đối với nước ta, một nước nông nghiệp lạc hậu, lại bị chiếntranh tàn phá, thì vấn đề phát triển cơ khí và công nghệ chế tạo máy lại càng cấpthiết trong sự nghiệp Cơ Khí hoá nền sản xuất Trong những năm gần đây, cơ khí

đã có bước phát triển mạnh mẽ nhưng nói chung còn chưa đáp ứng được sự đòihỏi của thực tế sản xuất Công nghệ chế tạo máy của nước ta còn lạc hậu, kémphát triển so với các nước trong khu vực Nên việc ứng dụng các công nghệ giacông mới còn ít, và chưa đồng bộ do nhiều lý do khác nhau Do vậy đổi mớicông nghệ, ứng dụng các thành tựu mới trong công nghệ chế tạo máy vào quátrình sản xuất là một vấn đề cấp bách mang tính sống còn trong quá trình hội

nhập vào nền kinh tế khu vực và nền kinh tế thế giới Công nghệ CAD/CAM vàmáy CNC đã được ứng dụng rộng rãi ở các nước có nền sản xuất tiên tiến từnhững năm 50 của thế kỷ XX, và nó đã thực sự thúc đẩy công nghệ chế tạo máylên một tầm cao mới Tuy nhiên ở nước ta, công nghệ này còn khá mới mẻ Điều

đó đặt ra cho những người làm cơ khí nhất là những người làm cơ khí trẻ phảiluôn luôn trau dồi kiến thức, cập nhật kịp thời những tiến bộ của ngành sản xuất

cơ khí thế giới để đưa nền cơ khí Việt Nam tiến kịp với khu vực và thế giới.Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó mà chúng em chọn đề tài tốt nghiệp là: “ Nghiêncứu công nghệ gia công nắp động cơ D50 trên máy CNC ” Qua đề tài này, em

có thể hiểu hơn về công nghệ gia công trên máy CNC, là phương pháp côngnghệ còn khá mới và tổng quan về hệ thống CAD/CAM/CNC trong thực tế Quá trình thực hiện, đọc kỹ bản vẽ chi tiết và lập qui trình công nghệ giacông đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, phù hợp với điều kiện công nghệ, mày mócvới chi phí sản xuất là thấp nhất nhưng vẫn đảm bảo chất lượng Trong đồ ánnày, qui trình công nghệ gia công cơ bản được thiết kế cho máy CNC, một xuhướng phát triển chung của quá trình gia công cơ hiện nay

Đồ án của chúng em lấy đề tài “Nghiên cứu công nghệ gia công chi tiết nắpđộng cơ D50 trên máy CNC”

THIẾT KẾ QUY TRÌNH NẮP ĐỘNG CƠ D50 TRÊN MÁY CNC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC

I Khỏi niệm về lập trỡnh trờn mỏy CNC:

1.1 Chương trình CNC:

Trong máy cắt kim loại cổ điển, kế hoạch gia công chi tiết được thực hiệnbởi người sản xuất và theo đó chi tiết được gia công đảm bảo các yêu cấu về kíchthước và dung sai Tương tự như vậy, đối với máy công cụ NC, chương trình NCthực chất là một bản dịch của của kế hoạch gia công chi tiết từ tiếng Anh sangnhững code NC mà hệ thống điều khiển của máy có thể hiểu được Chương trình

đó được đọc và thực hiện bởi hệ thống điều khiển của máy Như vậy máy công

cụ NC được thực hiện bởi chương trình viết bằng code NC, gọi là chương trình

NC Nó bao gồm một tập hợp các câu lệnh (statement) hoặc khối (block) cho biết

các hoạt động máy và các chuyển động cắt được thực hiện để gia công một chitiết cụ thể nào đó.

Mặc dù đã có những code NC tiêu chuẩn, như tiêu chuẩn quốc tế ISO6983/1 nhưng các hệ thống điều khiển được chế tạo bởi các nhà sản xuất khácnhau vẫn sử dụng các code NC khác nhau Bởi thế, một chương trình NC có thểkhông tương thích với các hệ thống điều khiển khác nhau Nói cách khác, chươngtrình NC viết cho các máy được sản xuất bởi các hãng sản xuất khác nhau sẽkhác nhau Trong phạm vi đồ án này xin được trình bày về loại máy CNC dohãng Mori Seiki của Nhật Bản, viết cho hệ điều khiển FANUC

1.2 Ưu điểm của phương pháp gia công trên máy CNC:

Hiện nay, linh hoạt hoá, tự động hoá quá trình gia công cơ khí được coi làmột giải pháp hữu hiệu về mặt kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất trongqui mô hàng loạt vừa và nhỏ Phương pháp gia công trên máy CNC có những nét

ưu việt hơn hẳn so với các máy thường ở những điểm sau:

- Gia công được các chi tiết phức tạp hơn

- Qui hoạch thời gian sản xuất tốt hơn do có thể tính toán chính xác thời gianmáy

- Thời gian lưu thông lớn hơn do tập chung nguyên công cao và giảm thời gianphụ Trên máy CNC có khả năng gia công bằng nhiều dao nên có thể gia côngnhiều bề mặt trong cùng một thời gian, thay đổi dụng cụ được thực hiện tự động

- Tính linh hoạt cao hơn do việc thay đổi chương trình nhanh chóng và đơn giản

- Độ lớn loạt tối ưu nhỏ hơn

- Độ chính xác gia công cao, ổn định đều

- Chi phí kiểm tra giảm

- Chi phí cho phế phẩm giảm.

- Hoạt động liên tục nhiều ca sản xuất

- Một công nhân có thể vận hành nhiếu máy đồng thời

- Hiệu suất cao hơn

- Tăng năng lực sản xuất

Những nét ưu việt trên của máy CNC là không phụ thuộc vào kiểu máy

1.3 Các hệ toạ độ của máy CNC:

Đặc trưng của máy công cụ chính là các chuyển động của mà nó có thể thựchiện Chẳng hạn như chuyển động thay đổi quan hệ về vị trí giữa dụng cụ và phôibao gồm chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay theo các trục khác nhau.Tuy nhiên, nó không bao gồm các chuyển động quay của dụng cụ hoặc của phôi

để duy trì hoạt động cắ Ví dụ, đối với máy tiện chỉ có hai chuyển động songsong và vuông góc với trục chính, còn đối với máy phay lại có ba trục chuyểnđộng đặc trưng

Quy tắc bàn tay phải đã được tiêu chuẩn hoá để xác định chiều chuyển độngcủa dụng cụ hay phôi Theo nguyên tắc này ngón tay cái chỉ chiều dương trục X,ngón tay giữa chỉ chiều dương trục Z, còn ngón tay trỏ chỉ chiều dương trục Y.Các trục quay tương ứng với trục X, Y, Z được kí hiệu bởi các chữ A, B, C.Chiều quay dương là chiều quay theo chiều kim đồng hồ nếu nhìn theo chiềudương của các trục X, Y, Z

Ba trục chuyển động chính của máy CNC là trục X, Y, Z Trục Z vuông gócvới trục X, Y và có chiều dương xác định sao cho khoảng cách giữa dụng cụ cắt

hoặc phôi và dụng cụ kẹp tăng dần khi gia công Cụ thể như sau:

 Trục Z :

Trên các máy công cụ phôi quay như tiện, trục Z song song với trục chính vàchiều dương theo chiều di chuyển của dụng cụ cắt ra xa phôi.

Trên máy công cụ dụng cụ quay, như phay, doa … trục Z song song trục dụng

cụ, chiều dương xác định theo chiều di chuyển của dụng cụ ra xa phôi

Trên các may khác như máy dập, máy bào … trục Z vuông góc với bàn dao,chiều dương xác định theo chiều tăng dần khoảng cách giữa dụng cụ và phôi

 Trục X :

Trên máy tiện, chiều trục X là chiều chuyển động của dụng cụ và chiều dương

là chiều di chuyển dụng cụ từ phôi ra

Máy phay ngang trục X song song với bàn máy

Máy phay đứng trục X nằm trên bàn máy và chiều dương hướng về người điềukhiển khi đứng đối diện với máy

 Trục Y :

Xác định theo qui tắc bàn tay phải

Chuyển động của mỗi trục được đảm bảo bởi một nguồn động cơ riêng biệt.Nguồn động cơ này có thể là động cơ DC, động cơ bước hoặc động cơ thuỷ lựccăn cứ vào độ chính xác của máy CNC

1.4 Các điểm không :

 Điểm không máy (M) :

Là điểm gốc của hệ toạ độ máy, phụ thuộc vào từng loại máy khác nhau.Điểm M xác định vùng giới hạn làm việc của máy Máy phay, điểm M thườngnằm ở điểm giới hạn dịch chuyển của bàn máy Máy tiện, điểm M thường nằm ởtâm trấu kẹp.

 Điểm không của chi tiết (W) :

Là điểm gốc toạ độ của chi tiết Điểm này do người lập trình quyết định dựatrên bản vẽ chi tiết sao cho thuận tiện cho việc lập trình và đảm bảo các yêu cầu

về kích thước

Hệ thống điều khiển cung cấp những code cho phép người lập trình xác địnhgốc toạ độ dựa trên cơ sở vị trí hiện thời của dụng cụ cắt Cách khác có thể xácđịnh gốc toạ độ dựa voà điểm tham khảo cố định của máy (thông thường là điểmthay dao)[XIII]

 Điểm không khác :

Ngoài ra cũng cần xác định điểm chuẩn của dao, điểm chuẩn của gá dao, vàđiểm gá dao…

II Các phương pháp lập trình trên máy CNC:

Cùng với sự phát triển của ngành cơ điện tử , đến nay đã xuất hiện ba phươngpháp lập trình quá trình gia công chi tiết trên máy NC Đó là : lập trình bắng tay,lập trình với sự trợ giúp từ máy tính và lập trình từ CAD

2.1 Lập trình bằng tay:

Cấu trúc chương trình gia công chi tiết lập bởi người lập trình được ghi lạitrên tài liệu (recorder) gọi là một chương trình viết tay Chương trình viết tayđược thiết lập thành thứ tự các quan hệ vị trí giữa dụng cụ cắt và phôi mà theo đó

ta gia công chi tiết Chương trình viết tay được viết trên Flexowriter để tạo ra mộtchương trình, các ký tự Alphabet hoặc ký tự đặc biệt tương ứng với các hoạt

động trên băng và được liên hệ với các ký tự Mỗi dòng của chương trình ứng vớimỗi khối trên băng dục lỗ theo ký tự EOB (End of block).

a Mã máy:

Một chương trình bao gồm một tập hợp các câu lệnh (khối) được liệt kê theodãy chỉ định các chuyển động cắt và các hoạt động được hình thành Ký tự, biểutượng, con số là các nguyên tố hợp lại thành từ

Ví dụ: Câu lệnh N1G20G90X0Y0Z1.5

Bao gồm các từ “N1”, “G20”, “G90”, “X0”, “Y0”, “Z1.5”, các nguyên tố củacác từ trong câu lệnh là “N”, “G”, “X”, “Y”, “Z”, “0”, “1”, “5”, “9”, “2” và “;” Như đã biết, tín hiệu điện tín được truyền đi và được hiểu bởi con người thôngqua việc sử dụng mã M Tương tự, máy NC có thể hiểu được một chương trình

NC thông qua việc sử dụng mã nhị phân hoặc thập phân Hai loại mã này đangđược sử dụng trong máy NC, mã EIARS_224B và ASCII Vật trung gian truyềnthống mà một chương trình NC được chuyển đổi đến hệ thống điều khiển NC làdải băng Với sự phát triển của việc ứng dụng trong chế tạo, một chương trình

NC cũng được tải vào một máy tính hoặc hệ thống chuyển đổi NC được nối với

hệ thống điều khiển thông qua một cáp RS232 Mã ASCII cũng được chấp nhậnbởi EIA như mã RS_558_B và ISO Cả hai mã này đều được chấp nhận bởi nhiềumáy NC Chúng được hiểu là mã EIA và ISO

b Định dạng khối của một chương trình NC:

Có nhiều cách khác nhau để thể hiện một từ NC trong câu lệnh (khối), phụthuộc vào thiết kế của hệ thống điều khiển NC [XIII] Một trong những địnhdạng sớm nhất là dãy cố định liên tiếp (fixed sequential) ở đây, sự liên tiếp rõràng được yêu cầu với mọi từ trong khối và những từ đó được sử dụng bởi hệthống điều khiển yêu cầu trong bất cứ trường hợp nào cũng phải chỉ rõ ý nghĩathay đổi trạng thái máy NC Mỗi từ bao gồm một số chỉ rõ trạng thái (chẳng hạn

vị trí theo phương X, tốc độ trục chính ) của máy NC Bởi vậy, một câu lệnh

bao gồm một số cố định các chữ số được liệt kê theo một trật tự nhất định vàtượng trưng cho các từ NC khác nhau

Kiểu thứ hai của định dạng khối được sử dụng trong quả trình phát triển củacông nghệ NC là dạng địa chỉ khối (Block address format), ở dạng này mã khốiđược chỉ rõ ở đầu mỗi khối để truyền thông tin đến máy về phía những từ sẽ bịthay đổi, bị chỉ định hoặc cả hai trong câu lệnh đặc biệt

Loại định dạng thứ 3 là dãy nhãn (tab sequential), nó là một dạng khác củađịnh dạng dãy cố định ở dạng này, một ký tự nhãn phải được chỉ định trước mỗi

từ Các từ cũng phải được chỉ định theo một trật tự rõ ràng, mọi ký tự trong từ cóthể bị bỏ qua nếu nó không làm thay đổi nội dung của từ quan hệ tới lệnh trước

đó Tuy nhiên, mã nhãn trước một từ đặc biệt vẫn cần thiết, mặc dù từ đó bị bỏqua

Ba kiểu định dạng trình bày ở trên được sử dụng trong hệ thống điều khiển cũ.Với sự ra đời của hệ thống điều khiển có ứng dụng máy tính, chúng được thaythế bởi định dạng địa chỉ từ (word address format)

Định dạng địa chỉ từ là một loại sử dụng trong hệ thống điều khiển CNC Mỗi

từ trong câu lệnh (khối) có một ký tự đánh dấu nghĩa của từ hoặc địa chỉ của từ

và một số thể hiện nội dung của nó

Ví dụ: Từ chỉ định vị trí của dụng cụ là 1.0 là: X1.0

Một trong những đặc trưng quan trọng của kiểu định dạng địa chỉ khối là từtrong một khối không cần được chỉ định theo trật tự cố định bởi vì nghĩa của từđược chỉ rõ bởi các chữ cái alphabet Thêm nữa, nếu một mã giống với mã trongcâu lệnh trước nó sẽ được bỏ qua

Khi lập trình bằng tay, việc tính toán toạ độ của các điểm trên quỹ đạo dụng cụđược thực hiện “bằng tay” trước khi bắt đầu viết chương trình Hoạt động cắtđược thiết lập dựa vào các mã G, M, S, T đã được mã hoá cho từng loại máy cụ

thể Bảng dưới đây liệt kê các mã thông dụng được sử dụng trên các máy kiểuGV503 của hãng Mori Seiki:

Bảng mã lệnh:

Mã Chức năng

G00 Di chuyển nhanh dụng cụ từ điểm đến điểm

G01 Nội suy đường thẳng

G02 Nội suy cung tròn theo chiều kim đồng hồ

G03 Nội suy cung tròn ngược chiều kim đồng hồ

G04 Tạm dừng trong một khoảng thời gian xác định trước

G05 Tạm dừng trong một khoảng thời gian không xác định

G06 Nội suy parabol

G41 Hiệu chỉnh dụng cụ cắt về bên trái

G42 Hiệu chỉnh dụng cụ cắt về bên phải

G80 Huỷ chu kỳ các khoan, doa

G81 Chu kỳ khoan

G83 Chu kỳ khoan phá

G85 Chu kỳ khoét, doa

G86 Các chu kỳ gia công đặc biệt

G90 Lập trình kích thước tuyệt đối

G91 Lập trình kích thước tương đối

G92 Đặt gốc toạ độ

M00 Dừng trục chính, dung dịch trơn nguội và dao tại vị trí bất kỳ

M03 Trục chính quay theo chiều kim đồng hồ

M04 Trục chính quay ngược chiều kim đồng hồ

M05 Dừng trục chính

M06 Thay đổi dụng cụ

M08 Mở dung dịch trơn nguội

M09 Đóng dung dịch trơn nguội

M30 Kết thúc chương trình

M98 Gọi chương trình con

M99 Quay về chương trình chính từ chương trình con

Sxxxx Chỉ định tốc độ trục chính

Fxxx Chỉ định lượng chạy dao

Txxxx Hai số đầu xác định số hiệu dao, hai số sau là số hiệu chỉnh

; Dấu hiệu EOB

2.2 Lập trình với sự trợ giúp của máy tính:

Trong lập trình với sự trợ giúp của máy tính, máy tính thông dụng được sửdụng như một ứng dụng trong lập trình và ngôn ngữ lập trình bậc cao có mụcđích đặc biệt để thực hiện các công việc tính toán nhàm chán nhưng cần thiết.Máy tính cho phép lập trình một cách kinh tế quá trình gia công các chi tiết phứctạp không thể lập trình bằng tay Công việc của người lập trình được chia làm hainhiệm vụ Xác định sự xắp của chi tiết trên cơ sở các yếu tố hình học như điểm,đường, mặt, cung tròn và điều khiển dụng cụ cắt thực hiện các bước gia côngtheo các yếu tố hình học Ngôn ngữ lập trình có thể chạy trên các máy tính thôngdụng đã được phát triển Những ngôn ngữ đó dựa trên các từ tiếng Anh thôngdụng và những quy tắc toán học nên dễ sử dụng

Một bộ sử lý NC là một chương trình ứng dụng máy tính chấp nhận các câulệnh ngôn ngữ người dùng trong đó mô tả các hoạt động mà máy thực hiện

Có ba loại ngôn ngữ lập trình chính chủ yếu [XIII]: ngôn ngữ máy chính xác,ngôn ngữ thông dụng và APT (Automatically Programed Tool: Công cụ lập trình

tự động)

2.3 Lập trình từ CAD:

Sự ứng dụng máy tính hoặc ngôn ngữ lập trình dần làm đơn giản quá trìnhlập trình bởi người lập trình sử dụng cùng một ngôn ngữ cho mỗi chương trình,không kể đến máy công cụ Bộ sử lý ngôn ngữ, nơi biến đổi ngôn ngữ lập trìnhthành cấu trúc của máy NC, cũng thực hiện hầu hết các tính toán cần thiết để thểhiện quỹ đạo dụng cụ Tuy nhiên, lỗi thường không được phát hiện khi chươngtrình chưa được chạy thử

Mặc dù việc ứng dụng máy tính đã đem lại nhiều thuận lợi so với lập trìnhbằng tay, nhưng cả hai cách này vẫn yêu cầu người lập trình biến đổi các thôngtin hình học từ một dạng thông thường là bản vẽ kết cấu sang dạng khác, trong đókhả năng tạo ra lỗi rất lớn Việc tạo một chương trình NC từ nay đã được cungcấp một sự lựa chọn khác cho phép người lập trình truy cập các khả năng tínhtoán của máy tính qua thiết bị giao tiếp đồ hoạ tương tác [XIV] Nó cho phép cácyếu tố hình học được miêu tả dạng điểm, đường thẳng, cung tròn đã có trên bản

vẽ, hơn là chuyển đổi sang các quy ước văn bản cố định Việc sử dụng các thiết

bị hiển thị đồ hoạ cũng cho phép hệ thống hiển thị quỹ đạo hình học sẽ tạo ra, chophép kiểm tra chương trình nhanh hơn, có thể tránh được các tốn phí cho việc càiđặt các chương trình kiểm tra

III Đặc điểm của chi tiết, dụng cụ cắt và đồ gá trên máy CNC:

3.1 Chi tiết gia công trên máy CNC:

Các loại chi tiết gia công trên máy CNC có hiệu quả kinh tế được xác địnhtrên cơ sở nhiên cứu những yêu cầu kỹ thuật và những giới hạn phụ thuộc vàođiều kiện sản xuất cụ thể của chi tiết

Tiêu chuẩn để đánh giá sự lựa chọn chủng loại chi tiết gia công trên máyCNC được dùng nhiều nhất là chỉ tiêu kinh tế, các chi phí chế tạo chi tiết Nhưvậy, trên máy CNC nên gia công những loại chi tiết có nguồn gốc và yếu tố kinh

tế phù hợp

Những chi tiết gia công trên máy CNC mang lại hiệu quả cao nhất là các chitiết phức tạp có nhiều bề mặt cong, nhiều đường thẳng và mặt phẳng không songsong với các trục của máy

Các chi tiết gia công trên máy CNC phải đảm bảo các yêu cầu về tính côngnghệ như: tiêu chuẩn hoá được các kích thước mặt trong và mặt ngoài cũng như