Phần II công nghệ CNC

Hệ thống điều khiển số có khả năng thực hiện các lệnh điều khiển này và kiểm tra chúng nhờ một hệ thống đo lượng dịch chuyển bàn máy... Trong hệ điều khiển NC các thông số hình học của

Phần II : Công nghệ CNC

Chương 1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CÔNG NGHỆ CNC

1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY CÔNG CỤ CNC.

 1938 Claude Shannon bảo vệ luận án tiến sỹ ở viện công nghệ MIT

nội dung tính toán chuyển giao dữ liệu dạng nhị phân - nền tảng cơ sở của máy tính ngày nay.

 1946 tiến sỹ John W Mauchly đã cung cấp máy tính số điện tử đầu tiên có tên ENIAC cho quân đội Mỹ

1952 Viện MIT cho ra đời máy công cụ điều khiển số đầu tiên

(CINCINNATI HYDROTEL) gồm nhiều đèn điện tử với chức năng nội suy đường thẳng

đồng thời theo 3 trục và nhận dữ liệu thông qua băng đục lỗ mã nhị phân.

- 1957 Không quân Mỹ đã trang bị những máy NC đầu tiên ở xưởng.

- 1958 Ngôn ngữ lập trình tự động hoá đầu tiên (APT) được giới thiệu trong quan hệliên kết với máy tính IBM 704

- 1960 Kỹ thuật bán dẫn thay thế cho hệ thống điều khiển xung rơle, đèn điện tử.

- 1965 Giải pháp thay dụng cụ tự động ATC ( Automatic Tool Changer).

- 1968 Kỹ thuật mạch tích hợp IC ra đời có độ tin cậy cao hơn.

- 1972 Hệ điều khiển NC đầu tiên có lắp đặt máy tính nhỏ…

- 1976 Hệ vi xử lý tạo ra một cuộc cách mạng trong kỹ thuật

CNC

 - 1978 Các hệ thống gia công linh hoạt (FMS) được tạo lập

 - 1979 Những giải pháp kết nối liên hoàn CAD/CAM đầu tiên

xuất hiện

 - 1985 Trung tâm gia công (MC) cơ khí đầu tiên là Máy có

tên"Milwaukee Magic" Công ty Carney & Treker (Mỹ) sản xuất.

 - 1986/1987 Giải pháp tích hợp và tự động hoá sản xuất (CIM)

 - 1994 Khép kín chuỗi quá trình CAD/CAM-CNC

 Ngày nay các máy công cụ CNC đã hoàn thiện hơn với tính

năng vượt trội có thể gia công hoàn chỉnh chi tiết trên một máy gia công, với số lần gá đặt ít nhất Đặc biệt chúng có thể gia công các chi tiết có bề mặt phức tạp

2 KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ.

2 KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ

2.1 Điều khiển theo phương pháp truyền thống:

+ Điều khiển bằng cam

+ Điều khiển theo cữ hành trình

+ Điều khiển theo thời gian (tang trống quay theo t) + Điều khiển theo chu kỳ, kêt hợp cả theo quãng

đường và thời gian (Máy giặt ĐK cơ)

2.1 Các hệ điều khiển số.

 Trên máy điều khiển số thì quá trình gia công thực

hiện một cách tự động Trước khi gia công người ta phải đưa vào hệ thống điều khiển một chương trình gia công dưới dạng một chuỗi các câu lệnh điều khiển Hệ thống điều khiển số có khả năng thực hiện các lệnh điều khiển này và kiểm tra chúng nhờ một hệ thống đo lượng dịch chuyển bàn máy.

Hệ điều khiển số NC (Numerical Control)

Hệ thống NC đầu tiên ra đời do sự cần thiết chế tạo các chi tiết phức tạp của máy bay với số lượng ít Ngày nay các máy trang bị hệ điều khiển NC vẫn còn sử dụng Đây là hệ điều khiển đơn giản với số lượng hạn chế các kênh thông tin 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.

* Nguyên tắc làm việc của hệ điều khiển NC.

 Sau khi mở máy các lệnh thứ nhất và thứ hai được đọc Chỉ sau khi quá trình đọc kết thúc máy mới

thực hiện lệnh thứ nhất Trong thời gian này thông tin của lệnh thứ hai nằm trong bộ nhớ của hệ thống điều khiển Sau khi hoàn thành việc thực hiện lệnh thứ nhất máy bắt đầu thực hiện lệnh thứ hai lấy từ

bộ nhớ ra Trong khi thực hiện lệnh thứ hai, hệ điều khiển đọc lệnh thứ ba và đưa vào chỗ của bộ nhớ

mà lệnh thứ hai vừa được giải phóng ra.

Nhược điểm chính của hệ điều khiển NC là khi gia công chi tiết tiếp theo trong loạt hệ điều khiển lại phải đọc tất cả các lệnh từ đầu và như vậy không

tránh khỏi những sai sót của bộ tính toán trong hệ điều khiển Do đó chi tiết gia công có thể bị phế

phẩm Một nhược điểm nữa là do cần rất nhiều lệnh chứa trong băng đục lỗ hoặc băng từ nên khả năng

mà chương trình bị dừng lại có thể xảy ra Ngoài ra với chế độ làm như vậy băng dục lỗ hoặc băng từ sẽ nhanh chóng bị bẩn và mòn gây lỗi cho chương

trình

Cấu trúc của hệ NC:

1- Dữ liệu vào: Còn gọi là chương trình lệnh, được ghi lại và lưu trữ bằng nhiều cách nhờ phần tử

mang chương trình (băng, thẻ, đĩa, bộ nhớ…)

 2- Bộ điều khiển (MCU): ….

 3- Máy công cụ( thiết bị được điều khiển)…

 MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CHÍNH MÁY CÔNG CỤ NC

Sơ đồ cơ cấu servo.

 Hệ điều khiển Direct Numerical Control (DNC)

Vào cuối những năm 60, sự phát triển của kỹ thuật time-sharing trên các máy tính lớn đã mở ra hướng điều khiển một loạt máy NC bằng một máy tính lớn.

 Hệ điều khiển số CNC (Computer Numerical Control)

Đến 1970 máy PC trở thành phổ biến và rẻ, không cần phải sử dụng chung máy tính nữa Mỗi máy NC được trang bị một máy PC.

 Hệ điều khiển CNC cho phép thay đổi và hiệu chỉnh các

chương trình gia công chi tiết và cả chương trình hoạt động của bản thân nó Trong hệ CNC các chương trình gia công có thể

được ghi nhớ lại Trong hệ điều khiển CNC chương trình có thể được nạp vào bộ nhớ toàn bộ một lúc hoặc từng lệnh Các lệnh điều khiển được viết không chỉ cho từng chuyển động riêng lẻ

mà còn cho nhiều chuyển động cùng một lúc Điều này cho phép giảm số câu lệnh của chương trình và như vậy có thể nâng cao

độ tin cậy làm việc của máy

 Hệ điều khiển Distributed Numerical control (DNC).

Ngày nay khái niệm ban đầu của DNC đã được thay đổi bởi

sự phát triển của hệ điều khiển CNC.

Việc bổ xung các máy tính thứ cấp giữa máy công cụ và máy chủ nhằm:

- Tăng tốc độ toàn hệ thống

- ….

* Ưu điểm của các hệ thống DNC:

 - Hệ điều khiển thích nghi(Adaptive control):

 Tế bào gia công.

 - Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS

 Hệ thống tích hợp CIM (Computer Integrated Manufacturing)

Ñònh nghóa veà CIM (tieáp)

Mét hÖ thèng CIM ®­îc t¹o thµnh tõ c¸c ph©n hÖ sau:

• CAD, CAM, CAP, CAPP.

• C¸c tÕ bµo gia c«ng

• HÖ thèng cÊp liÖu

• HÖ thèng l¾p r¸p linh ho¹t

• HÖ thèng kiÓm tra vµ c¸c thµnh phÇn kh¸c.

Chương 2 MÁY CÔNG CỤ CNC

- Máy Công cụ thông thường:

 Thao tác gia công bằng tay

· Thao tác máy phải có tay nghề phù hợp

· Lỗi của người vận hành và đọc sai số kích thước có thể xuất hiện

· Khó khăn trong việc duy tri độ chính xác, và chất lượng thay đổi nhiều

· Người điều khiển luôn phải theo sát máy Không thể gia công được hình dạng phức tạp

· Cần sử dụng nhiều đồ gá

· Sản xuất đa dạng

 - Máy CNC.

· Các thao tác phải làm chỉ là quan sát quá trình gia công bởi vì quá trình gia công được thực hiện tự động bởi số liệu NC

· Không có sai số do đọc kích thước sai

· Khi sản phẩm đầu tiên đã đạt yêu cầu, việc kiểm tra đối với những chi tiết kế tiếp nhiều khi không cần thiết

· Độ chính xác gia công cao có ổn định, chất lượng của sản phẩm có thể luôn được đảm bảo, ít phụ thuộc tay nghề của công nhân

· Tự động hoá cao Một người có thể vận hành được nhiều máy vì

có hệ điều khiển máy tiên tiến

· Chi phí cho trang bị công nghệ thấp hơn vì không cần nhiều đồ gá nhất là khi bàn máy có thể quay được

· Có thể dự đoán chính xác thời gian gia công

 · Quá trình gia công cũng có thể lặp lại với các số liệu NC được lưu giữ.

 · Tính linh hoạt cao (tính thích nghi nhanh với sự thay đổi đối

tượng gia công, thích hợp với sản xuất loạt nhỏ)

 · Khả năng tập trung nguyên công cao (gia công nhiều bề mặt trên chi tiết trong một lần gá phôi)

 · Tốc độ chạy dao và tốc độ cắt lớn Năng suất gia công cao

 · Chuẩn bị công nghệ để gia công khác với máy thường là phải lập trình NC để điều khiển máy theo ngôn ngữ mà hãng chế tạo máy đã đặt trong hệ điều hành của máy

 · Máy CNC đắt tiền Không thể loại trừ hoàn toàn các lỗi Người vận hành có thể vẫn bấm nhầm nút điều khiển hoặc gá đặt chi tiết không hợp lý

 · Chi phí chọn lựa và đào tạo những ngư-ời lập trình và bảo trì máy cao

 2.2 HỆ TRỤC TOẠ ĐỘ TRÊN MÁY CÔNG CỤ CNC

Khi lập trình người ta quy ước rằng dụng cụ chuyển động

tương đối so với hệ thống tọa độ, còn chi tiết đứng yên

 Trên các máy công cụ điều khiển theo chương trình số còn có các trục quay như: trục của bàn quay, ụ quay Các trục này được ký hiệu bằng các chữ A, B và C, và có số thứ tự tương ứng với các trục tịnh tiến X, Y và Z Chiều quay dương của một trục được xác định theo quy tắc vặn nút chai.

 2.2.2 Quy định các tọa độ trên máy

 2.2.2.1 Máy phay.

 2.2.2.2 Máy tiện.

2.2.2.3 Trung tâm gia công

 2.3 CÁC ĐIỂM CHUẨN.

 2.3.1 Điểm chuẩn của máy (kí hiệu M).

Các điểm 0 của máy M là điểm gốc của các hệ trục tọa độ trên máy và

do nhà chế tạo ra các máy đó xác định theo kết cấu của máy

Trên các máy phay, điểm 0 của máy thường nằm trên điểm giới hạn dịch chuyển của bàn máy (hình 2.5)

Trên máy tiện điểm O của máy thường đặt tại tâm mặt đầu của trục chính (hình 2.6)

 2.3.2 Điểm 0 của chi tiết (kí hiệu W)

 2.3.3 Điểm tham chiếu của máy (R)

Trong các máy có hệ thống đo dịch chuyển, các giá trị thực đo được khi bị mất nguồn điện do sự cố sẽ mất theo Trong những trường hợp này để đưa hệ thống đo trở lại trạng thái đã có trước

đó thì ta phải đưa máy về điểm 0 của máy Trong nhiều trường hợp, không thực hiện được điều này vì vướng vào các chi tiết đã kẹp chặt trên máy hoặc đồ gá Do vậy cần thiết xác lập một điểm chuẩn thứ hai trên các trục, đó là điểm chuẩn của máy R (hình 3.39) Điểm chuẩn này có một khoảng cách xác định so với điểm

0 của máy và đã được định vị trên các bàn trượt của máy

 2.3.4 Điểm thay dao ( Ww), thường trùng với điểm R

 2.3.5 Điểm điều chỉnh dao E.

Khi sử dụng nhiều dao, các kích thước của dao phải

được xác định trước trên thiết bị điều chỉnh dao để có thông tin đưa vào trong hệ thống điều chỉnh nhằm hiệu chỉnh tự động kích thước dao Các kích thước hiệu chỉnh này (Q và L) gắn với điểm điều chỉnh dao E nằm trên đuôi dao (hình 2.11)

 2.3.6 Điểm gá dao N.

 2.4 CÁC DẠNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN MÁY CÔNG CỤ CNC.

- Điều khiển điểm - điểm - Điều khiển theo đường

- Điều khiển theo đường biên - Điều khiển 2D

- Điều khiển 2-1/2D

- Điều khiển 3D.

- Điều khiển 4D - Điều khiển 5D

 2.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP NỘI SUY TRONG CÁC MÁY CÔNG CỤ NC, CNC

 2.5.2 Các phép nội suy cơ bản.

- Nội suy đường thẳng - Nội suy cung tròn

Chương 3 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CHƯƠNG

TRÌNH NC VÀ LẬP TRÌNH GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC

3.1 KHÁI NIỆM VÀ CÁC NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC

 Vị trí vai trò của lập trình gia công CNC:

Từ bản vẽ thiết kế- Chuẩn bị công nghệ(bản vẽ công nghệ, máy, dao, gá, QTCN…)- Lập trình CNC- NC file- Máy CNC….

* Chương trình NC là tập hợp những chỉ dẫn cần thiết cho quá trình gia công một chi tiết cơ khí trên máy công cụ điều khiển NC, CNC mà

không có sự trợ giúp của con người Và ngôn ngữ lập trình NC cho máy công cụ NC và CNC sử dụng gồm 2 cấp:

 + Cấp thấp: Lập trình cơ sở bằng ngôn ngữ điều khiển số (ISO - code).

Ví dụ: ISO 6983, DIN 66025

 + Cấp cao: Lập trình nâng cao bằng ngôn ngữ cấp cao

Ví dụ:: APT (Automatically Programed Tool)

 3.2 CÁCH GHI KÍCH THƯỚC GIA CÔNG 3.2.1 Kích thước tương đối

3.2.1 Kích thước tuyệt đối

 3.4 CẤU TRÚC CỦA MỘT CHƯƠNG TRÌNH NC.

Một chương trình NC bao gồm một tập hợp các câu lệnh cần thiết miêu tả tuần tự các bước hoạt động của máy để gia công một chi tiết trên máy CNC

Một chương trình theo tiêu chuẩn ISO 6983 gồm các phần sau:

+ Đầu chương trình Ví dụ: O1234, TP9899, …

+ Thân chương trình gồm một dãy các câu lệnh mang các thông tin + Kết thúc chương trình Ví dụ M30 hoặc M02

Các khối lệnh khác nhau được đánh số tuần tự và được phân biệt với các khối khác bởi dấu hiệu kết thúc khối: “;”

 Các từ lệnh thường sử dụng:

 N….số khối 1 tới 9999

 G chức năng dẫn dao (lệnh di chuyển)

 X, Y, Z dữ liệu về vị trí (X còn là thời gian trễ)

 U, W vị trí gia tăng (U luôn hiện hành)

 R bán kính, giá trị độ côn, biến số

 P thời gian trễ, gọi chương trình con, biến số.

 Q Chiều sâu cắt hoặc giá trị dịch chuyển trong chu trình.

G00 Lệnh di chuyển vị trí, chạy dao nhanh

G01 Nội suy đường thẳng

G02 Nội suy cung tròn theo chiều kim đồng hồ (CW) G03 Nội suy cung tròn ngược chiều kim đồng hồ

(CCW)

G04 Lệnh dừng

G17 Gia công trong mặt phẳng XY

G18 Gia công trong mặt phẳng XZ

G19 Gia công trong mặt phẳng YZ

G94 Khai báo bước tiến theo mm /phút

G95 Khai báo bước tiến theo mm /vòng

G96 Lập trình với tốc độ trục chính không đổi (m/ph)

G97 Lập trình với tốc độ trục chính (v/ph)

F Lượng chạy dao

I Lệnh toạ độ tâm theo X (dùng khi nội suy cung tròn)

J Lệnh toạ độ tâm theo Y (dùng khi nội suy cung tròn)

K Lệnh toạ độ tâm theo Z (dùng khi nội suy cung tròn)

S Khai báo tốc độ trục chính

T Lệnh gọi dao

U Toạ độ tương đối – Theo phương X

V Toạ độ tương đối – Theo phương Y

W Toạ độ tương đối – Theo phương Z

X Toạ độ tuyệt đối - Theo phương X

Y Toạ độ tuyệt đối - Theo phương Y

Z Toạ độ tuyệt đối - Theo phương Z

M1 Lệnh dừng chương trình (có điều kiện) M2 Kết thúc chương trình

M3 Quay trục chính theo chiều kim đồng hồ

M4 Quay trục chính ngược chiều kim đồng hồ M5 Dừng trục chính

M6 Thay dụng cụ

M8 Mở dung dịch trơn nguội

M9 Tắt dung dịch trơn nguội

M30 Kết thúc chương trình

Chương 4 KỸ THUẬT LẬP TRÌNH ( Fanuc 21)

 N G00 X(U) Y(V) Z(W)… ;

Bàn máy sẽ dịch chuyển với tốc độ

lớn nhất tới điểm đích được lập trình

(để thay đổi dụng cụ, bắt đầu gia công

 G01 - Nội suy đường thẳng

N G01 X(U) Y(V) Z(W) F ;Chạy dao theo đường thẳng với lượng chạy dao được lập trình

 Hệ toạ độ tuyệt đối (G90)

 N20 G01 X40 Y20.1 F500 ;

 Hoặc theo tương đối (G91)

 N20 G01 X20 Y-25.9 F500;

 Vát mép và vê tròn góc

 Có thể lập trình để thực hiện tự động việc vát mép cũng như vê tròn góc bằng cách đưa vào khối lệnh có G01 hoặc G00 tham số C hoặc R

 N G00/G01 X Y C;

 N G00/G01 X Y R ;

 G02 -Nội suy cung tròn cùng chiều kim đồng hồ

 G03 - nội suy cung tròn ngược chiều kim đồng hồ

N G02/G03 X Y Z I J K F ;Hoặc

N G02/G03 X Y Z R F ;

Khoảng dịch chuyển của trục Q điều khiển bởi góc được bộ điều khiển chuyển thành khoảng cách của một đường thẳng ảo theo chu vi bề mặt ngoài của trụ.

Với máy phay, trục quay là Q vì nó song song với trục Y Lượng chạy dao trong nội suy theo mặt trụ được xem như tốc độ chuyển động trên vùng trụ được trải rộng ra thành

mặt phẳng.

Lệnh G10 - Cài đặt dữ liệu

Lệnh G10 cho phép xoá bỏ các dữ liệu điều khiển được cài đặt, các tham số chương trình, dữ liệu dụng cụ G10 thường sử dụng để lập trình cho điểm gốc phôi

* Dịch điểm Zero

N G10 l2 Pp… Ip ;

Tham số p = 1 - Dịch điểm gốc phôi

P =2-7 -Dịch điểm gốc phôi theo hệ toạ độ từ 1-6

Ip - Dịch điểm gốc phôi theo trục tọa độ, khi lập

trình Ip thay bằng các trục toạ độ tương ứng.

 * Bù dao

N G10 L11 P R ;

P - Số hiệu bù dụng cụ

R - Giá trị bù dụng cụ theo hệ toạ độ tuyệt đối (G90)

 Lệnh G15 lệnh kết thúc nội suy theo toạ độ cực

 Lệnh G16 Bắt đầu nội suy hệ toạ độ cực.

N G15/G16 ;

Giữa các điểm G16 và G15, các toạ độ điểm được định nghĩa theo hệ toạ độ cực

Việc lựa chọn mặt phẳng sử dụng toạ độ cực được lập trình theo G17

- G19, theo địa chỉ của trục thứ nhất là bán kính đựơc lập trình, địa chỉ của trục thứ hai là góc lập trình tính từ gốc phôi

 Lệnh G20 Hệ thống đo theo đơn vị INCH

Bước tiến (mm/ph; inch/ph; mm/vg; inch/vg)

 G21 Hệ thống đo lường theo đơn vị mm

 Lệnh G28 -Về điểm tham chiếu

 Lệnh G43 - Bù chiều dài dụng cụ - bù dương.

 Lệnh G44 - Bù chiều dài dụng cụ - bù âm.