Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

Máy công cụ - trung tâm gia công điều khiển bằng chương trình số và kỹ thuật vi xử lý CNC - đã được sử dụng trong sản xuất hàng loạt vừa và hàng loạt nhỏ đã tạo điều kiện linh hoạt hoá v

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHAY

CNC ĐIỀU KHIỂN HAI TRỤC

Đà Nẵng - 2009

Footer Page 1 of 126

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHAY

CNC ĐIỀU KHIỂN HAI TRỤC

Sinh viên thực hiện : Phùng Văn Duy

Đào Phú Khánh

Giáo viên hướng dẫn : TS Nguyễn Văn Yến

ThS Nguyễn Đắc Lực Giáo viên duyệt :

Đà Nẵng – 2009

Footer Page 2 of 126

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘ CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

1 Tên đề tài: Thiết kế chế tạo mô hình máy phay CNC điều khiển hai trục

2 Các số liệu ban đầu

Căn cứ theo số liệu của máy chuẩn máy phay điều khiển số PC MILL 155 để tính

toán thiết kế máy phay CNC 2D và thiết kế chế tạo mô hình để mô phỏng quá trình

hoạt động của nó

3 Nội dung tính toán thiết kế của thiết minh

- Phần 1: Các vấn đề chung về máy CNC và đặc điểm kinh tế kỹ thuật

- Phần 2: Thiết kế phần truyền động của máy phay

- Phần 3: Thiết kế hệ thống dẫn động tang dao

- Phần 4: Cơ cấu gá kẹp phôi

- Phần 5: Sử dụng, bảo quản và vận hành máy

- Phần 6: Lập trình gia công

4 Các bản vẽ thiết kế

5 Mô hình máy phay CNC 2D

6 Cán bộ hướng dẫn : Th.S Nguyễn Đắc Lực

7 Ngày giao nhiệm vụ: : / 2009

8 Ngày hoàn thành nhiệm vụ : / 2009

Footer Page 3 of 126

Thông qua bộ môn Cán bộ hướng dẫn

Ngày tháng năm 2009 Ngày tháng năm 2009

Tổ trưởng bộ môn Sinh viên đã hoàn thành và Chủ tịch hội đồng nộp toàn bộ đồ án cho bộ môn

Ngày tháng năm 2009 Ngày tháng năm 2009

Footer Page 4 of 126

LỜI NÓI ĐẦU

Trong một thời gian khá dài, ngành cơ khí đã tập trung nghiên cứu để giải quyết vấn đề tự động hóa ở các xí nghiệp có quy mô sản xuất lớn (hàng loạt và hàng khối) Nhưng trong thực tế, các xí nghiệp máy có quy mô sản xuất hàng loạt vừa và hàng loạt nhỏ lại là phổ biến ở Việt Nam Do đó, đòi hỏi các xí nghiệp này phải nâng cao về hiệu quả sản xuất năng suất lao động; đều này đã dẫn tới vấn đề nghiên cứu triển khai kỹ thuật tự động có tính linh hoạt cao trong các dây chuyền sản xuất Máy công cụ - trung tâm gia công điều khiển bằng chương trình số và kỹ thuật

vi xử lý CNC - đã được sử dụng trong sản xuất hàng loạt vừa và hàng loạt nhỏ đã tạo điều kiện linh hoạt hoá và tự động hoá dây chuyền gia công Đồng thời làm thay đổi phương pháp và nội dung chuẩn bị cho sản xuất

Trong những năm gần đây các máy NC và CNC đã được nhập vào Việt Nam

và hiện nay đang hoạt động trong một số nhà máy, viện nghiên cứu và các công ty liên doanh Cũng chính vì thế nên việc nghiên cứu, chế tạo máy CNC đã được nhiều nhà kỹ thuật, kỹ sư Việt Nam đang theo đuổi

Để tổng kết lại những kiến thức đã học cũng như để làm quen với công việc thiết kế của người cán bộ kỹ thuật trong ngành cơ khí sau này Em đã được nhận đề

tài "Thiết kế máy phay CNC 2D“ dựa trên máy chuẩn PC MILL155 Vì lần đầu

làm quen với công việc thiết kế tổng thể, mặc dù được sự hướng dẫn của thầy

Nguyễn Đắc Lực nhưng cũng không tránh khỏi những bỡ ngỡ Hơn nữa, tài liệu

phục vụ cho công việc thiết kế còn quá ít, thời gian thực hiện đề tài không nhiều, khả năng còn hạn chế nên chắc trong quá trình thiết kế sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Nên rất mong được sự giúp đỡ và chỉ bảo của các thầy cô

Sau thời gian 3 tháng làm đề tài tốt nghiệp bằng chính nổ lực của bản thân và được sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Đắc Lực, các thầy cô giáo và sự giúp đỡ của các bạn sinh viên khác trong khoa em đã hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp này đúng thời gian qui định Một lần nữa cho phép em gởi đến quí thầy cô cùng các bạn lòng biết ơn sâu nhất

Đà Nẵng, ngày 20 tháng 5 năm 2003

Sinh viên thực hiện

Footer Page 5 of 126

1

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

Phần 1 CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ MÁY CNC 5

ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - KỸ THUẬT 5

Chương 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY CNC 5

1 Khái niệm cơ bản về điều khiển và điều khiển số 5

1.1 Khái niệm 5

1.2 Phân loại hệ thống điều khiển trên máy công cụ 5

1.3 Điều khiển theo kiểu truyền thống 5

1.4 Điều khiển số 5

2 Quá trình phát triển của máy CNC 8

2.1 Quá trình phát triển 8

2.2 Thực trạng ứng dụng máy CNC tại Việt Nam 11

2.3 Sự giống và khác nhau giữa máy phay truyền thống và máy phay CNC 11

3 Các hệ điều khiển số và các dạng điều khiển số 13

3.1 Các hệ điều khiển số 13

3.2 Các dạng điều khiển của máy 15

4 Hệ tọa độ trên máy CNC và các điểm chuẩn 18

4.1 Hệ tọa độ trên máy CNC 18

4.2 Hệ tọa độ của các loại máy phay 19

4.3 Các điểm gốc và điểm chuẩn 19

5 Những khái niệm cơ bản về lập trình gia công trên máy CNC 20

5.1 Quĩ đạo gia công 20

5.2 Cách ghi kích thước chi tiết 21

5.3 Lập trình cho máy công cụ CNC 22

5.4 Các phương pháp lập trình cho hệ điều khiển 24

5.5 Chương trình con và chương trình chính 27

6 Quy trình công nghệ, chủng loại và tính công nghệ của chi tiết 27

6.1 Đặc điểm của qui trình công nghệ gia công trên máy CNC 27

6.2 Chọn chủng loại chi tiết gia công trên máy CNC 28

6.3 Yêu cầu đối với công nghệ của chi tiết 28

Footer Page 6 of 126

2

7 Phương pháp thực hiện nguyên công trên máy CNC 29

7.1 Phân loại nguyên công trên các máy CNC 29

7.2 Các nguyên công phay 30

Chương 2 CƠ SỞ TỰ ĐỘNG CỦA MÁY CNC 34

1 Hệ thống đo chuyển vị trên máy công cụ CNC 34

1.1 Hệ thống đo theo kiểu quang học 34

1.2 Hệ thống đo chuyển vị theo số đo tuyệt đối 35

1.3 Nguyên tắc cảm ứng 35

2 Hệ thống tự động điều chỉnh vị trí 36

2.1 Điều khiển vị trí bằng thước mã hoặc bộ mã góc 36

2.2 Điều khiển vị trí bằng số với hệ thống đo dịch chuyển bằng gia số 37

2.3 Điều khiển vị trí bằng số nhờ hệ thống đo dịch chuyển tương tự có tính chất chu kỳ 37

3 Bộ so sánh 38

3.1 Bộ so sánh kiểu gia số 38

3.2 Bộ so sánh kiểu tuyệt đối 38

4 Đo trên máy CNC 38

4.1 Đo chi tiết máy trên máy CNC 38

4.2 Đo dao trên máy CNC 39

Chương 3 CÁC ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - KỸ THUẬT 40

Phần 2 THIẾT KẾ PHẦN TRUYỀN ĐỘNG CỦA MÁY PHAY 42

Chương 1 THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH VÀ SƠ LƯỢC MÁY CHUẨN PC MILL-155 42

1 Thông số kỹ thuật chính của máy PC MILL- 155 42

1.1 Vùng làm việc (Working area) 42

1.2 Bàn máy (Milling table) 42

1.3 Hộp tốc độ (Milling spindle drive) 42

1.4 Hộp chạy dao (Feed drive) 42

1.5 Hệ thống dao cụ (Tool System) 43

2 Sơ lược máy chuẩn 43

Chương 2 HIẾT KẾ ĐỘNG HỌC CỦA MÁY 44

1 Vận tốc cắt và lượng chạy dao giới hạn 44

Footer Page 7 of 126

3

2 Thiết kế đường truyền tốc độ 46

2.1 Chọn động cơ và bộ biến tầng 46

2.2 Thiết kế động học bộ truyền đai 47

3 Thiết kế đường truyền chạy dao 47

3.1 Vài nét về truyền động bước 47

3.2 Đặc điểm và yêu cầu kỹ thuật của đường truyền chạy dao 48

3.3 Tính toán thiết kế đường truyền động chạy dao (Sử dụng động cơ bước) 48

3.4 Tính chọn công suất động cơ chạy dao ( Động cơ bước) 50

Chương 3 THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC HỌC TOÀN MÁY 51

1 Xác định chế độ làm việc giới hạn 51

1.2 Chế độ cắt cực đại: 51

2 Xác định lực tác dụng khi gia công 52

2.1 Lực cắt 52

2.2 Thành phần của lực cắt (Hình2.8) 52

2.3 Các phương pháp xác định thành phần lực 53

3 Thiết kế động lực học đường truyền tốc độ trục chính 55

3.1 Chọn loại đai 55

3.2 Xác định đường kính bánh đai 56

3.3 Khoảng cách trục A và chiều dài đai 56

3.4 Xác định tiết diện đai 56

3.5 Xác định chiều rộng B của bánh đai 56

3.6 Tính lực căng và lực tác dụng lên trục 57

4 Thiết kế động lực học đường truyền chạy dao 57

4.1 Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ-răng thẳng cấp nhanh 57

4.2 Thiết kế bộ truyền răng trụ răng thẳng cấp chậm 62

4.3 Tính toán thiết kế trục và then 67

4.4 Thiết kế bộ truyền vítme- đai ốc bi 79

4.5 Thiết kế gối đỡ trục 85

Chương 4 CÁC CƠ CẤU ĐẶC BIỆT CỦA MÁY 90

1 Cơ cấu cấp và thay thế dụng cụ 90

2 Cơ cấu gá kẹp phôi (Đồ gá) 91

2.1 Phân tích các dạng cơ cấu sinh lực 91

2.2 Tính toán sơ bộ hệ thống sinh lực bằng khí nén 93

Footer Page 8 of 126

4

Hình4.4: Sơ đồ hệ thống kẹp chặt bằng khí nén 93

Phần 3 SỬ DỤNG BẢO QUẢN VẬN HÀNH MÁY 95

1 Sử dụng và các chế độ truy nhập dữ liệu 95

1.1 Sử dụng 95

1.2 Các chế độ vận hành máy 96

1.3 Các chế độ truy nhập dữ liệu 97

2 Bảo quản máy 98

2.1 Đặt máy 98

2.2 Sửa chữa máy 99

2.3 Nội dung của hệ thống sửa chữa dự phòng theo kế hoạch 101

3 Bôi trơn máy 104

Phần 4 LẬP CHƯƠNG TRÌNH GIA CÔNG 106

1 Cấu trúc của chương trình NC 106

2 Lập trình gia công trên máy bằng tay 106

3 Các chức năng dịch chuyển và các chu trình 108

3.1 Các chức năng dịch chuyển 108

3.2 Các chu trình 111

TÀI LIỆU THAM KHẢO 112

Footer Page 9 of 126

1.2 Phân loại hệ thống điều khiển trên máy công cụ

Người ta chia hệ thống điều khiển máy công cụ thành hai loại:

− Điều khiển theo kiểu truyền thống

− Điều khiển số

1.3 Điều khiển theo kiểu truyền thống

Hệ thống điều khiển (HTĐK) theo kiểu này gồm: điều khiển bằng cam, điều khiển theo quảng đường, điều khiển theo thời gian, điều khiển theo chu kì, Nhìn chung các loại điều khiển này có chung các đặc điểm chính sau đây:

− Điều khiển máy có sự tham gia phần lớn của người vận hành từ khâu cấp phôi, gá phôi, hiệu chỉnh dụng cụ cho đến khâu kiểm tra sản phẩm

− Các thao tác của HTĐK thường khó thay đổi (chính xác là không thay đổi được) Do vậy, nó không thích ứng với sự thay đổi sản phẩm

− Nếu không có sự tham gia của người vận hành thì cơ cấu máy thực hiện chu trình làm việc liên tục như các máy tự động Với các loại máy này không thay đổi được hoặc muốn thay đổi cũng rất phức tạp

Do vậy, khuynh hướng phát triển chung là người ta muốn có những HTĐK mà

nó dễ dàng thích nghi với sự thay đổi của sản phẩm Nhìn chung, các HTĐK theo kiểu truyền thống tuy càng lúc càng được cải thiện tuỳ theo mức độ cơ khí hoá, tự động hoá của nhà máy sản nhưng vẫn chưa thực sự đáp ứng được nhu cầu của thực

tế

1.4 Điều khiển số

1.4.1 Bản chất của điều khiển số

Khi gia công trên các máy công cụ thì chi tiết và dụng cắt thực hiện các chuyển động tương đối với nhau Những chuyển động được lặp đi lặp lại nhiều lần khi gia công mỗi chi tiết gọi là chu kỳ gia công

Footer Page 10 of 126

6

Mỗi chu kỳ gia công được đặt trưng bởi hai thành phần đó là: phần kích thước

và phần điều khiển Hai thông tin không thể thiếu trong bất kỳ một máy điều khiển nào Thông tin về kích thước cho phép chúng xác định hành trình của chu kỳ; trong khi đó thông tin về sự điều khiển cho phép xác định thứ tự của hành trình theo thời gian

1.4.2 Điều khiển số và hệ thống điều khiển số

1.4.2.2 Hệ thống điều khiển số

Là hệ thống mà trong đó các hoạt động được điều khiển là dữ liệu số đưa vào trực tiếp ở một điểm nào đó Hệ thống đó phải tự động dịch chuyển tối thiểu một phần nào đó của dữ liệu này

Dữ liệu số là thông tin cung cấp bỡi tín hiệu mã nhị phân Nó được biểu diễn dưới dạng mã số hoặc kí tự Đây là thông tin cần thiết để tạo ra một chương trình, gọi là chương trình gia công chi tiết

7

1: Bộ đọc 2: Bộ giải mã 3: Bộ khuếch đại 4: Bàn máy

Đặc điểm của hệ thống điều khiển số vòng hở như sau:

− Các hệ thống điều khiển được vận hành theo nhịp thời gian của một đồng

hồ và độc lập với biến ra

− Không có cảm biến và bộ so sánh Do đó, muốn đảm bảo chính xác cho biến ra của cơ cấu chấp hành thì cần có yêu cao về độ chính xác của hệ truyền động

− Cấu trúc đơn giản và giá thành thấp

Đặc điểm của hệ thống điều khiển số vòng hở như sau:

− Độ chính xác của biến ra ít phụ thuộc vào hệ truyền động mà phụ thuộc vào cảm biến

− Làm việc chính xác và độ tin cậy cao

Do vậy, hầu hết các HTĐKS hiện nay là hệ thống kín Các hoạt động điều khiển được vận hành qua các sai lệnh điều khiển giữa biến vào và biến ra

c Cấu trúc từng phần của HTĐKS

− Bộ đọc: bao gồm các dữ liệu gia công, mô tả các hoạt động của máy kể cả hiệu chỉnh dụng cụ dưới dạng từng câu lệnh của chương trình Nó được in vào băng

Bộ so sánhBăng đục lỗ

Hình 1-2 Hệ thống điều khiển số vòng kính

Footer Page 12 of 126

8

đục lỗ Và chỉ khi nào mỗi một dòng lệnh được hoàn hành nhiệm vụ thì một dòng lệnh khác được đọc

− Bộ giải mã: nhiệm vụ biến nội dung dòng lệnh thành tín hiệu điều khiển

− Bộ so sánh: so sánh giá thực của biến ra để chấp hành với giá trị biến vào của hệ điều khiển Sai lệnh này nếu có sẽ được biến thành tín hiêụ điều khiển

− Bộ khuếch đại: dùng để biến đổi mức tín hiệu cần thiết cho mục đích điều khiển

− Cảm biến: dùng đo giá thực của biến ra Sau đó, cung cấp cho bộ so sánh dưới dạng tín hiệu, thường là tín điện.s

2 Quá trình phát triển của máy CNC

2.1 Quá trình phát triển

Điều khiển số NC (Numerical Control) là phương pháp tự động điều chỉnh các máy công tác (máy công cụ, Robot, băng tải vận chuyển phôi liệu, chi tiết gia công, sản phẩm, ) trong đó các hành động bị điều khiển được sản ra trên cơ sở cung cấp các dữ liệu ở dạng mã nhị phân Nó được biểu diển dưới dạng các con số thập phân, các chữ cái và kí hiệu đặc trưng tạo thành một chương trình làm việc của thiết bị hay của hệ thống

Trước đây, cũng đã có những quá trình gia công cắt gọt được điều khiển theo chương trình bằng các kỹ thuật chép hình theo mẫu, chép hình bằng hệ thống thuỷ lực, Ngày nay, với sự tiến bộ vượt bậc của KH- KT, nhất là trong lĩnh vực ĐKS

và tin học đã tạo điều kiện thuận lợi cho các nhà chế tạo máy nghiên cứu và ứng dụng đưa vào các máy công cụ truyền thống các HTĐK tự động Biến các máy công này thành các máy điều khiển theo chương trình số, gọi là các máy CNC (Computrized Numerical Control)

Việc sử dụng các máy CNC cho phép giảm khối lượng gia công chi tiết, nâng cao độ chính xác gia công và hiệu quả kinh tế; đồng thời cho phép rút ngắn được chu kỳ sản xuất Do đó, hiện nhiều nước trên thế giới đã và đang ứng dụng rộng rãi công nghệ mới này vào lĩnh vực cơ khí chế tạo Đặc biệt là chế tạo các khuôn mẫu chính xác, các chi tiết đòi hỏi độ chính xác và độ phức tạp cao

Xuất phát từ ý tưởng điều khiển một dụng cụ thông qua một chuỗi lệnh kế tiếp, liên tục như các máy công cụ ĐKS ngày nay được thực hiện từ mãi thế kỉ XIV Khi ở châu Âu người ta dùng các chốt hình trụ để điều khiển các chuyển động của các hình trang trí trên đồng hồ lớn của nhà thờ

Năm 1808, Joseph M Jacquard dùng những tấm tôn đục lỗ để điều khiển tự động các máy dệt

Footer Page 13 of 126

Từ năm 1949 đến 1952, Jonh Parsons và Học viện kỹ thuật Massachusett

(Massachusett Institute Of Technology) đã thiết kế “một hệ thống điều khiển

dành cho máy công cụ, để điều khiển trực tiếp vị trí của các trục thông qua dữ liệu đầu ra của một máy tính, làm bằng chứng cho một chức năng gia công chi tiết” theo hợp đồng của Không lực Hoa Kỳ

Cũng trong thời gian này, Parsons cùng với đồng nghiệp của ông đã đưa ra 4 tiên đề cơ bản sau:

− Những vị trí được tính ra trên một biên dạng được ghi nhớ vào băng đục lỗ

− Các đục lỗ được đọc trên máy một cách tự động

− Những vị đã được đọc ra được liên tục truyền đi và được bổ sung thêm tính toán cho các giá trị trung gian nội tại

− Các động cơ servo ( vô cấp tốc độ ) có thể điều khiển được chuyển động các trục

Năm 1952, chiếc máy phay ĐKS đầu tiên ra đời mang tên là “ Cincinnate Hydrotel” có trục thẳng đứng do Học viện kỹ thuật Masssachusett cung cấp Đơn vị điều khiển được lắp bằng các bóng đèn điện tử chân không, điều khiển 3 trục nhận

dữ liệu thông qua băng đục lỗ mã nhị phân

Năm 1954, Bendix mua bản quyền phát minh của Parsons và chế tạo được thiết bị điều khiển NC công nghiệp đầu tiên, nhưng vẫn còn dùng bóng đèn điện tử chân không

Năm 1958, “công cụ lập trình tự động APT” (Automatically Programmed

Tool) ra đời Đánh dấu một bước phát triển mới về lập trình cho máy

Trong thời gian đó, giới công nghệp nói chung đã bắt đầu nhận ra những ưu thế tiềm tàng của kỹ thuật ĐKS Điều đó buộc họ phải xem xét một cách nghiêm túc, chặt chẽ và kỹ càng những vấn đề về nghành chế tạo máy của chính họ Đồng thời họ cũng phải suy xem cái kỹ thuật công nghệ mới này có thể giúp đỡ họ như thế nào để cải tiến phương pháp hiện có của họ Người ta nhanh chóng nhận ra rằng, phần lớn các bài toán cắt gọt kim loại như: Khoan lỗ, tiện, phay đường thẳng, không nhất thiết đòi hỏi tới bộ điều khiển hiện đại, sử dụng những phương máy tính hoá Thế nhưng, việc ứng dụng ngay cả dạng cơ bản nhất của APT cho những thành phần hình học đơn giản cũng vừa cồng kềnh, vừa rắc rối và vừa đắt tiền.0

Footer Page 14 of 126

10

Do vậy, nhiều ngôn ngữ đơn giản hơn dùng cho mục đích đặc biệt đã được phát triển Tuy nhiên, đa số các ngôn ngữ này điều lấy APT làm gốc.0

Rồi cho đến giữa những thập niên 70, 80, với sự phát triển của công nghệ vi

xử lí Lần dầu tiên nó được đưa vào thiết bị điều khiển số có sự hỗ trợ của máy tính, tạo một bước nhảy khổng lồ trong lĩnh vực ĐKS Từ các máy ĐKS NC trở thành những máy ĐKS CNC (Computeized Numerical Control), tức là những máy công

cụ điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính Mặc khác, cùng với những mô đun điện tử dùng để lưu trữ dữ liệu và tạo xung, bộ vi xử lí hình thành trung tâm đóng ngắt và tính toán của tất cả mọi điều khiển số CNC hiện đại Tốc độ chuyển nhanh của các phần tử này đủ để đưa ra nhiều chức năng và nhiệm vụ tính toán khác nhau

mà không làm ảnh hưởng đến nhịp độ làm việc của các máy công cụ ghép nối với chúng Nhưng nếu một bộ vi xử lí nào đó tỏ ra không đủ thực hiện mọi chức năng yêu cầu trong chu trình thời gian cực đại cho phép, thì khi đó có thể thêm vào đơn

vị xử lí thứ 2 hoặc thậm chí thứ 3 sử dụng song song hoặc luân phiên cho những nhiệm đặc biệt.0

Rồi từ thập niên 80 trở đi, với sự phát triển của công nghệ truyền số liệu, các mạng cục bộ và liên thông đã tạo điều kiện cho các nhà chế tạo thực hiện việc nối kết giữa các máy CNC riêng lẽ (CNC Machine Tools) lại với nhau tạo thành các trung tâm gia công DNC (Directe Numerical Control) nhằm khai thác một cách có hiệu quả nhất như: cách bố trí, sắp xếp các công việc trên từng máy, tổ chức sản xuất, Và cũng dựa trên nền công nghệp này, một chuỗi các loại thiết bị, phần mềm và hệ thống được phát triển không ngừng bỡi các viện nghiên cứu và công nghệ khác nhau trên thế giới Nhằm thoả mãn về nhu cầu thiết kế và chế tạo đặc biệt

Đó là những phần mềm thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ CAD/CAM (Computer Aided Desgin/ Computer Aided Manufacturing) theo hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System) và cao hơn là việc chế tạo và gia công chi tiết được thực hiện toàn bộ qua máy tính, người ta gọi là tổ hợp CIM (Computer Intergraded Manufacturing)

Cho đến năm 2003 này, lịch sử phát triển của máy công cụ ĐKS đã được 51 năm tuổi Nó đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới Từ những ứng dụng gia công đơn giản như việc di chuyển từ điểm đến điểm của máy khoan đến những máy công cụ điều khiển 2 trục như máy tiện, điều khiển 3 trục như máy phay, và cho đến những nhiệm vụ tự động gia công nhiều trục và độ phức tạp cao như: các khuôn rèn dập, các khuôn đúc áp lực, cánh tuabin và những chi tiết phức tạp của máy bay, tàu thuỷ, Ngoài ra, ngày nay máy CNC còn được dùng vào

Footer Page 15 of 126

11

việc kiểm tra giám sát, điện báo điện tín và nhiều lĩnh vực khác đã đem lại chất lượng và hiệu quả kinh tế rất đáng kể Trong tương lai, với lợi thế về sự ghép nối các hệ thống CNC riêng lẽ với nhau để tạo thành mạng sẽ được phát huy trong chiến lượt gia cơng tồn cầu Trong đĩ, dịng thơng tin được thu phát, chuyển giao bằng hệ thống vệ tinh, đảm nhiệm mối liên kết giữa nhu cầu thị trường_ đơn đặt hàng_ nhà thiết kế_ nhà chế tạo_ nhà cung cấp_ nhà tiêu thụ , trong mạng liên thơng tồn cầu WAR (World Area Netword)

2.2 Thực trạng ứng dụng máy CNC tại Việt Nam

Ở Việt Nam trước năm 1990 khi nhắc đến cơng nghệ NC, CNC quả là rất xa lạ

và ít người biết đến nĩ

Bắt đầu từ năm 1991, thơng qua một số dự án chuyển giao cơng nghệ, hợp tác

với nước ngồi như: dự án “Chuyển giao cơng nghệ thiết kế, phát triển và chế

tạo khuơn mẫu” Lúc đĩ các cơng nghệ CNC như: máy phay CNC, máy tiện CNC,

đo lường CNC, lần đầu tiên được giới thiệu và thu hút sự quan tâm của nhiều nhà chuyên mơn cũng như của các doanh nghiệp trong nước và liên doanh với ngồi Hiện nay, nhiều nhà máy cơ khí trong nước đã và đang cĩ những dự án đầu tư các dây chuyền sản xuất với phần lớn thiết bị trong dây chuyền là các máy CNC Mặc dù, cơng nghệ CNC du nhập vào Việt Nam trong một thời gian ngắn nhưng cĩ thể nĩi cơng nghệ này đã cĩ một chỗ đứng tại Việt Nam và tin chắc trong những năm tới đây cơng nghệ này sẽ được dùng nhiều trong các xí nghiệp, phân xưởng, nhà máy ở nước ta Vì nĩ đem lại hiệu quả kinh tế rất cao Đặc biệt trong điều kiện sản xuất hiện nay ở nước ta Do vậy, việc đẩy mạnh ứng dụng cơng nghệ CNC là một nhu cầu cần thiết đối với các cơ sở sản xuất nĩi chung và nghành chế taỏ máy nĩi riêng

2.3 Sự giống và khác nhau giữa máy phay truyền thống và máy phay CNC

2.3.1 Giống nhau:

− Cấu trúc tổng thể Nĩi chung tương tự nhau là cùng sử dung bàn máy hình chữ thập nhằm nâng

độ cứng cho máy

− Chức năng:

+ Dùng để gia cơng các bề mặt: mặt phẳng, mặt định hình

+ Gia cơng các rãnh: rãnh thẳng, rãnh nghiêng, rãnh xoắn

+ Gia cơng bánh răng

2.3.2 Khác nhau:

2.3.2.1 Máy phay truyền thống

− Về mặc kết cấu hộp tốc độ

Footer Page 16 of 126

12

Trong máy phay vạn năng người ta sử dụng một động cơ điện xoay chiều có công suất lớn với một cấp tốc độ thông qua bộ truyền cơ khí gồm các bánh răng di trượt để thay đổi tốc độ, các tốc độ này được truyền đến đầu trục chính tạo ra tốc độ quay cho trục chính, thông qua các bánh răng ghép nối giữa hộp tốc độ với trục chính Với hệ truyền động này do ma sát sinh ra giữa các băng ăn khớp, trọng lượng của các bánh răng, của các trục, ma sát giữa ổ và trục tất cả tạo nên một mômen cản rất lớn, nên mômen mở máy của động cơ phải lớn Ngoài ra, do ma sát sinh ra làm tiêu hao một phần công suất của động cơ làm ảnh hưởng đến độ chính xác của máy

Sự rung động lớn cũng ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng bề mặt gia công chi tiết

− Về kết cấu hộp chạy dao Cũng sử dụng một động cơ điện xoay chiều có một cấp tốc độ để truyền chuyển động và công suất chạy dao cho bàn máy theo 3 phương X, Y, Z trong không gian Để thay đổi được tốc độ người ta dùng hộp giảm tốc cơ khí (gồm các bánh răng di trượt) để tạo ra một số cấp tốc độ nhất định (điều khiển tốc độ phân cấp) Giữa các phương chuyển động X, Y, Z không có sự phối nhau mà chúng chỉ chuyển động độc lập Bộ truyền vít me_ đai ốc dùng để truyền chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến cho bàn máy với độ tự hãm tốt Tuy nhiên, do có khe

hở giữa vítmevà đai ốc nên tạo nên sự va đập và dao động khi đảo chiều chuyển động Đường truyền chuyển động tương đối dài, làm tiêu hao nhiều công suất Khi cần định vị hành trình máy người ta dùng các cữ chặn có sự tác động của con người Ngoài ra sự tác động của nhiệt lượng, sự rung động làm cho máy thiếu chính xác và khó khắc phục

− Các HTĐK dùng để đóng mở các nguồn động, thay đổi chuyển động của dao, thay đổi số vòng quay của trục chính, gá đặt phôi, tháo chi tiết, bôi trơn, thường là HTĐK cơ khí

− Công việc điều khiển máy điều do người thợ điều khiển bằng tay như: điều khiển số vòng quay, kiểm tra vị trí dung cụ và chi tiết, phụ thuộc vào tay nghề của người thợ

− Dễ sinh phế phẩm khi gia công chi tiết

− Khó gia công các chi tiết có hình dạng phức tạp

− Hiệu kinh tế không cao

Tuy nhiên, ngày nay nó vẫn được dùng nhiều trong các phân xưởng và nhà máy

Footer Page 17 of 126

− Hộp chạy dao:

Ngoài việc truyền công suất chạy dao cần thiết, khi gia công các chi tiết khác nhau như ở máy công cụ vạn năng thì hệ truyền động phải đảm bảo cho cơ cấu chấp hành định vị nhanh và chính xác cao Để đáp ứng được điều kiện này thì hệ thống truyền động phải được thiết kế theo một hệ thống kín

− Sự chuyển động của bàn máy trong không gian có sự phối hợp nhịp nhàng của 3 trục X, Y, Z Do vậy, trong các máy ĐKS người ta sử dụng động cơ bước điều khiển vô cấp tốc độ, tạo ra sự dịch chuyển theo 3 phương trong hệ toạ độ ĐềCác

− Để biến chuyển động quay của trục động cơ thành chuyển động tịnh tiến của bàn máy, người ta bộ truyền vít me_ đai ốc bi

− Quá trình gia công chi tiết được thực hiện một cách tự động Tuy nhiên, trước khi gia công một chi tiết nào người ta phải đưa vào máy một chương trình đã được lập sẵn theo biên dạng của chi tiết đó HTĐK thực hiện các lệnh này và kiểm tra chúng nhờ một hệ thống đo dịch chuyển của bàn trượt máy

− Độ chính xác gia công phụ thuộc vào độ chính xác của hệ thống đo

− Chất lượng gia công ổn định

− Có thể gia công những chi tiết phức tạp mà máy công cụ thường không gia công được

− Tháo và kẹp chi tiết một cách tự động

− Đem lại hiệu quả kinh tế rất cao

Ngày nay, các máy CNC chiếm phần lớn trong các dây chuyền sản xuất của phân xưởng, nhà máy có qui mô lớn

3 Các hệ điều khiển số và các dạng điều khiển số

3.1 Các hệ điều khiển số

3.1.1 Hệ điều khiển NC ( Numerical Control )

Với hệ điều khiển này các thông số hình học của chi tiết gia công và các lệnh điều máy được cho dưới dạng dãy các con số Tất cả được ghi vào băng đục lỗ dưới dạng các câu lệnh của chương trình Các thông tin này được đưa vào hệ điều khiển,

nó được mã hoá và tách thành các thông tin hình học và thông tin công nghệ

Footer Page 18 of 126

14

− Thông tin hình học (Geometrical Information): là hệ thống thông tin điều khiển các chuyển động giữa dao và chi tiết Nó ảnh hưởng tực tiếp đến quá trình tạo hình bề mặt (hình thành đường sinh và đường chuẩn của bề mặt hình học)

− Thông tin công nghệ (Technological Information): là hệ thống thống tin cho phép máy thực hiện gia công với những giá trị công nghệ yêu cầu: chiều sâu cắt, tốc

độ chạy dao, số vòng quay trục chính,

− Nguyên tắc làm việc của hệ điều khiển NC là: Sau khi mở máy các lệnh thứ nhất và thứ hai được đọc Khi quá trình đọc kết thúc thì máy bắt đầu thực lệnh thứ nhất Trong khi đó, thông tin của lệnh thứ hai nằm trong bộ nhớ của hệ điều khiển Sau khi lệnh thứ nhất thực hiện xong thì lệnh thứ hai bắt đầu làm việc Trong khi đóï lệnh thứ ba được đọc và ghi vào bộ nhớ tại vị trí mà lệnh thứ hai vừa được giải phóng Và quá trình đọc dịch như vậy cho đến hết chương trình

− Nhược điểm của hệ điều khiển NC là:

+ Khi gia công các chi tiết tiếp theo thì hệ điều khiển phải đọc lại tất cả các lệnh từ đầu Điều này dễ gây nhầm lẫn, sai xót của bộ tính toán trong hệ điều khiển

Do đó, dễ gây phế phẩm đối với chi tiết gia công

+ Chương trình dễ bị lỗi do băng đục lỗ, băng từ bị nhiễm bẩn hoặc bị mòn

+ Khó thay đổi chương trình

3.1.2 Hệ điều khiển CNC ( Computerized Numerical Control )

Đặc điểm chính của hệ điều khiển CNC là có sự tham gia của máy tính Trong

hệ điều khiển này, các nhà chế tạo máy đã cài đặt vào máy tính một chương trình điều khiển riêng cho từng loại máy Với hệ điều khiển CNC cho phép thay đổi và hiệu chỉnh chương trình hoạt động của bản thân nó Các chương trình có thể được nạp vào nhớ toàn bộ một lúc hoặc từng lệnh Các lệnh điều khiển không chỉ viết cho từng lệnh riêng rẽ mà còn cho nhiều chuyển động cùng một lúc Điều này cho phép giảm tối thiểu số câu lệnh của chương trình; từ đó nâng cao độ tin cậy và khả năng làm việc của máy Ngoài ra, so với hệ điều khiển NC hệ điều khiển CNC có kích thước nhỏ hơn và giá thành cũng thấp hơn nhưng hiệu quả đạt được thì lại rất cao

3.1.3 Hệ điều khiển DNC( Directe Numerical Control )

Hệ điều khiển DNC là sự kếït nối giữa các máy CNC riêng rẽ với nhau thành một trung tâm gia công và chụi sự chi phối của các máy tính trung tâm

Tất cả các chương trình CNC sẽ được lưu trữ trên đĩa cứng của máy tính và có thể gọi trực tiếp theo nhu cầu từng máy Trong một số trường hợp, máy tính đóng vai trò trong việc chỉ đạo lựa chọn những chi tiết gia công theo thứ tự ưu tiên để phân đi các máy khác nhau

Footer Page 19 of 126

15

Ngoài ra, nó còn khả năng truyền dữ liệu nhanh và nối ghép vào hệ thống gia công linh hoạt FMS ( Flexible Manufacturing System )

3.1.4 Điều khiển thích nghi AC (Adaptive Control)

HTĐK thích nghi là hệ thống điều khiển có tính đến những tác động bên ngoài của hệ thống công nghệ để hiệu chỉnh chu kì gia công, nhằm loại những ảnh hưởng của các yếu tố đến độ chính xác gia công như : lượng dư gia công, độ mòn dụng cụ, lượng chạy dao,

HTĐK thích nghi có 2 loại:

− Điều khiển thích nghi cưỡng bức ACC (Adaptive Control Contrain )

− Điều khiển thích nghi tối ưu ACO ( Adaptive Control Optimation )

Với hệ thống điều khiển ACC chủ yếu dùng để điều khiển giới hạn các thông

số cắt gọt còn hệ thống điều khiển ACO dùng cho việc điều khiển tối ưu hoá các quá trình gia công nhằm giảm thời gian gia công và giá thành sản phẩm

Hệ thống điều khiển thích nghi ngày càng phát triển, điều đó làm tăng hiệu quả quá trình gia công cắt gọt trên các máy công cụ

3.1.5 Hệ thống gia linh hoạt FMS ( Flexible Manufacturing System )

Là hệ thống có thể gia công một chủng loại chi tiết có mức độ khác nhau nhất định, với số lượng và thứ tự gia công tuỳ ý

Một hệ thống gia công linh hoạt thường có 3 yếu tố cơ bản sau:

− Các trạm gia công

− Lưu trữ và vận chuyển nguyên vật liệu

− Hệ thống điều khiển máy tính

Ngoài ra, một yếu quan trọng của hệ thống điều khiển FMS là con người Con người ở đây chỉ đảm nhận công việc quản lí và điều hành hệ thống chế tạo; còn từng nguyên công do máy thực hiện một cách tự động theo chương trình cài đặt sẵn

3.2 Các dạng điều khiển của máy

Như ta đã biết, các máy CNC khác nhau có thể gia công được các bề mặt khác nhau do sự chuyển động tương đối giữa dao và chi tiết cần gia công như: các lỗ, mặt phẳng, các mặt định hình, Do đó các dạng điều khiển của máy chia thành 3 loại sau:

− Điều khiển theo điểm

− Điều khiển theo đường

− Điều khiển theo biên dạng ( Contour )

Footer Page 20 of 126

16

3.2.1 Điều khiển theo điểm

Được dùng để gia công các lỗ bằng các phương pháp khoan, khoét, doa, và cắt ren lỗ

Trong quá trình gia công, chi tiết được cố định

trên bàn máy còn dụng cụ thực hiện việc chạy

dao nhanh đến vị trí đã được lập trình Trong

khi dịch chuyển nhanh dao cụ không thực hiện

việc cắt gọt Chỉ khi nào đạt được toạ độ theo

yêu cầu thì nó mới bắt đầu thực hiện các

− Quĩ đạo dịch chuyển theo MM1KN song song với trục Ox, Oy

− Quĩ đạo chuyển động theo đường tối ưu MKN

3.2.2 Điều khiển theo đường thẳng

Là dạng điều khiển mà khi gia công dụng cắt được thực hiện lượng chạy dao theo một đường thẳng nào đó (Hình 1.4a)

3.2.3 Điều khiển theo biên dạng ( Contour )

Là dạng điều khiển cho phép thực hiện chạy dao nhiều trục cùng một lúc, nghĩa là nó có thể gia công một đường cong bất kì trên mặt phẳng hay trong không gian (Hình 1.4b)

Hình 1.4a: Điều khiển theo đường Hình 1.4b: Điều khiển theo biên dạng

Hình 1.3 Điều Khiển điểm

Footer Page 21 of 126

.2.3.1 Điề

Cho phông Riêngược điều kh

.2.3.2 Điề

Cho ph

ục đồng th

òn trục thứhiên, nó kh

heo số trụcạng điều kh

u khiển 2D

hép thực h

g đối với mhiển một c

u khiển bi

hép dịch chời để tạo m

ứ 3 được đhác với điềiều khiển đ

u (Hình1-6)

u khiển 3D

phép thực thời theo

ậy, tuỳ thehích hợp

c được điềhiển: 2D, 2

D

hiện chạy dmáy phay tcách độc lập

Hình 1 iên dạng 2

chuyển dụnmột đườngiều khiển đ

ều khiển 2Dđồng thời c)

D

hiện chuy

cả 3 trục gia công cáian phức tạ

D, 5D (Hì

hiển 3D ngtiết có thêm

hệ ràng bu

eo độ phức

ều khiển đ2.5D, 3D, 4

dao theo 2trục thứ 3

p so với 2

1.5: Điều k 2.5D

ng cụ theo

g cong phẳnđộc lập Tu

c tạp của c

ồng thời k4D, 5D,

trục đồngthực hiện trục kia (H

khiển đườn

o 2

ng

uy hai

vị

chạy Nó

H

H

khi gia côn

g thời trongviệc ăn daHình 1.5)

ng 2D

động quay xộng trên cá

nh một trục

ác của máypháp điều

ộ nào đó

ThôngOxyz (Hình

ắn vào chi

Khi tiế

ếp xúc và là tiết gia côhực hiện

ương trục cương chuyểcông

ục Oy xác đ

đường viề

y CNC và máy CNC

trí tương qông một cá

rên các má

h xác định

ng

àm việc vớông được x

chính là Oz

ển động củđịnh theo q

Hình1.9: H

ền 4D

các điểm

quan hình hách rõ ràng

áy CNC ngcác trục th

ới máy CNxem là cố

z, chiều dươ

ủa bàn xe dqui tắc bàn

học trong

g thì cần th

gười ta thưheo qui tắc

C phải tuânđịnh còn m

ơng là chiềdao là Ox vtay phải

+ A +

ạ độ ĐêCác

8b: Điều kh

vùng làm hiết phải gắ

ường sử dụ

c bàn tay p

n theo qui mọi chuyển

ều dao tiến

độ ĐềCácluôn được

− Trụhiều mà kh

ác chuyển Điểm M là

ịnh.Ở máy

.3.2 Điểm

Là điểmũng do các

.3.3 Điểm

− Là g

a độ của cá phay đứn

m chuẩn củ

m mà toạ d nhà chế tạ

ng trên má

a dao và ch

n động của

i hạn vùngờng nằm ở đ

ui tắc bàn ta

uẩn (Hình Machine Re

áy ĐKS đư

hi tiết Do v

a dao phải

g làm việc điểm giới h

ay phải

ều dương

dương là nằm phía

ay phải

1.12) eference Z

ược thiết lậvậy để đảm

i được so scủa máy

Nó được huyển của

i

à

Footer Page 24 of 126

20

− Đối với chi tiết phay người ta thường chọn điểm W tại điểm góc ngoài của đường viền chi tiết

4.3.4 Điểm gốc của chương trình P (Programmed)

− Điểm gốc của chương trình thực tế là điểm P của dụng cắt (Hình1.13)

− Chú ý khi chọn điểm P phải thuận tiện cho việc thay dao (không làm ảnh hưởng đến chi tiết và đồ gá)

4.3.5 Điểm chuẩn của gá dao Tvà điểm gá dao N

Điểm T dùng để xác định hệ trục toạ độ của dao Thường khi gá dao trên máy thì điểm T trùng với điểm N (Hình1.14)

5 Những khái niệm cơ bản về lập trình gia công trên máy CNC

Trên các máy CNC quá trình gia công được thực hiện một cách tự động Hệ thống điều khiển số sẽ điều khiển quá trình gia công theo một chương trình đã lập sẵn Trong đó, quá trình CNC đóng một vai trò rất quan trọng Nó là một mắc xích quan trọng của quá trình chuẩn bị sản xuất

Trên cơ sở này, cho phép ta định nghĩa lập trình là gì? Lập trình là quá trình thiết lập các lệnh cho dụng cụ cắt, trên cơ sở bản vẽ chi tiết và các thông tin công nghệ Nó được tổng hợp rồi được chuyển sang bộ phận mang dữ liệu Tại đây nó được mã hoá và sắp xếp theo dạng mà máy có thể hiểu được

5.1 Quĩ đạo gia công

Để gia công các chi tiết theo chương trình, trước hết phải xác định được quĩ đạo chuyển động cắt gọt và quĩ đạo chuyển động của tâm dao P Quĩ đạo của tâm dao có thể trùng với biên dạng của chi tiết, có thể theo đường cách điều biên dạng

Hình1.13: Điểm gốc của chương trình

Hình1.14: Điểm chuẩn của gá dao Tvà điểm gá dao

Footer Page 25 of 126

5.2 Cách ghi kích thước chi tiết

Để lập trình gia công trên máy CNC thì kích thước trên bản vẽ phải được ghi theo toạ độ ĐềCác Có hai cách ghi thước trên bản vẽ:

− Ghi kích thước tuyệt đối

− Ghi kích thước tương đối (theo gia số)

5.2.2 Ghi kích thước tuyệt đối (Hình 1.15)

Là cách ghi mà tất cả các kích thước xuất phát từ điểm gốc của chi tiết W

5.2.3 Ghi kích thước tương đối

Là cách ghi mà các kích thước sau xuất phát từ điểm kết thúc của kích thước trước nó Thực tế, cách ghi này người ta ít dùng vì nó ảnh nhiều đến kết quả gia công (Hình 1.16)

Y

6

54

32

7

Y74

1

Hình 1.15 Ghi kích thước tuyệt

X

Footer Page 26 of 126

22

5.3 Lập trình cho máy công cụ CNC

Một máy phay thông thường thực hiện các nguyên công kế tiếp nhau do người vận hành điều khiển bằng tay Còn trên máy phay CNC thì mọi quá trình gia công được thực hiện một cách tự động, nhờ hệ thống điều khiển theo chương trình số điều khiển và theo dõi

Một chương trình CNC phải đảm bảo 2 thông tin cần thiết là thông tin hình học và thông tin công nghệ Ngoài ra, nó phải được viết bằng loại ngôn ngữ lập trình mà máy có thể hiểu được

5.3.1 Thông số hình học (Geomatrical Information)

Tuỳ theo từng biên dạng cụ thể của chi tiết mà ta có thể tiến hành lập quĩ đạo chạy dao cắt gọt Dựa trên các thông số hình học của bản vẽ chế tạo (hình1.17)

5.3.2 Thông số công nghệ (Technological Information)

5.3.2.1 Tốc độ chạy dao F (Feedrate)

− Được lập trình với địa chỉ F (mm/ph hoặc in/ph)

− Trong phạm vi lượng chạy dao, có thể lập trình với bất kì giá trị nào

− Chuyển động chạy dao chỉ có thể thực hiện khi trục chính quay

− Giá trị chạy dao sẽ hết hiệu lực khi có một giá trị khác của lượng chạy dao thay thế

5.3.2.2 Số vòng quay trục chính S (Speed)

− Được lập trình với địa chỉ S (v/ph)

− Chiều quay được xác định:

+ Quay theo chiều kim đồng hồ dùng lệnh M03 hoặc S+

23

+ Quay theo chiều ngược kim đồng hồ dùng lệnh M04 hoặc S-

− Giá trị vòng quay trục chính hiệu lực khi có giá trị khác thay thế

5.3.3 Chương trình gia công

Một chương trình được thiết lập để gia công một chi tiết gọi là chương trình chi tiết Nó bao gồm nhiều từ lệnh và các từ lệnh này nằm trong các câu lệnh

5.3.3.1 Từ lệnh

Từ lệnh là sự phối hợp giữa con số và kí

tự Mỗi từ lệnh thực hiện một công việc riêng lẽ

5.3.3.3 Các kí tự địa chỉ và những dấu hiệu đặt biệt (DIN 66025)

A Chuyển động quay quanh trục X

B Chuyển động quay quanh trục Y

C Chuyển động quay quanh trục Z

D Chuyển động quay quanh một trục khác hoặc chạy dao thứ 3

E Chuyển động quay quanh một trục khác hoặc chạy dao thứ 2

F Chạy dao

H Chưa dùng

I Thông số nội suy hoặc bước ren song song với trục X

J Thông số nội suy hoặc bước ren song song với trục Y

K Thông số nội suy hoặc bước ren song song với trục Z

Footer Page 28 of 126

24

P Chuyển động thứ 3 // X hoặc thông số hiệu chỉnh dao

Q Chuyển động thứ 3 // Y hoặc thông số hiệu chỉnh dao

R Chuyển động thứ 3 // Z hoặc thông số hiệu chỉnh dao

LF Kết thúc câu lệnh (Line feed)

SP Dấu cách (Space)

5.3.3.4 Cấu trúc một chương trình

Để viết chương trình gia công cho một biên dạng chi tiết Ta tiến hành chia biên dạng đó thành những biên dạng hình học đơn giản.Nó có thể được điều khiển trong từng bước gia công hay trong một câu lệnh của chương trình

Cấu trúc cơ bản của một chương trình gia công gồm:

1 Chia biên dạng thành các yếu tố hình học đơn giản

2 Chia quá trình gia công thành các bước gia công

3 Lập chương trình

4 Nạp vào bộ điều khiển

5 Chạy mô phỏng

6 Khởi động chương trình

7 Cho thực hiện việc gia công chi tiết

5.4 Các phương pháp lập trình cho hệ điều khiển

Xuất phát từ yêu cầu về tính linh hoạt và mức độ tự động hoá cao của tất cả các thiết bị gia công, dẫn tới bước nhảy vọt trong việc ứng dụng các hệ điều khiển CNC trong các phân xưởng, xí nghiệp sản xuất và chế tạo Sự phát triển đó tác động rất lớn đến khả năng thiết lập các chương trình CNC

Footer Page 29 of 126

25

Tuỳ theo đặc tính và khả năng làm việc của từng máy CNC mà chúng ta có thể lựa chọn phương pháp lập trình thích hợp nhất

5.4.1 Lập trình trực tiếp trên máy CNC

Lập trình trực tiếp trên máy CNC là quá trình tìm ra các thông số điều khiển

và nạp chúng vào hệ điều khiển, thực hiện trực tiếp trên máy thông qua bảng điều khiển

Tuy nhiên, để thực hiện công việc này được thì các máy CNC phải được trang

bị các phím chức năng và màng hình đồ hoạ cho phép nhận trực tiếp các câu lệnh vào máy CNC Với phương pháp lập trình này, cho phép giảm tối thiểu thời gian chi phí cho việc tính toán các điểm trung gian, chiều sâu cắt và thời dừng máy cần thiết của máy,

Sở dĩ phương pháp lập trình này có những ưu điểm như trên là do người ta bố trí vào các máy CNC các chương trình con, các số liệu về toạ độ các điểm cần thiết

để người lập trình có thể lấy chúng ra dùng bất kì lúc nào

Một đặc điểm không thể thiếu đối với các lập trình viên và kỹ sư lập trình khi lập trình trực tiếp trên máy là phải sử dụng thành thạo các kỹ thuật menu và các softkey trên cụm điều khiển CNC

Kỹ thuật menu được hiểu là: trên màn hình hiển thị một loạt các khả năng lựa chọn khác nhau cho người sử dụng trong một lĩnh vực cụ thể xác định

Softkey là những phím gắn liền với màn hình mà chức năng của chúng không xác định theo thời gian Chức năng các nút bấm thay đổi theo menu lựa chọn và được hiển thị trên màn hình

Sau khi lập trình xong, muốn kiểm tra chương trình có đúng hay không, có nguy cơ mất an toàn hay gây ra va chạm với máy, đồ gá hay không, Người lập trình phải tiến hành cho máy chạy mô phỏng quĩ đạo chuyển động cắt của dao cụ trên màn hình theo chương trình đã được thiết lập Nếu còn chỗ nào đó chưa hợp lí thì tiến hành kiểm tra và sữa chữa lại cho đến lúc chắc chắn là đúng thì mới tiến hành gia công

Phương pháp lập trình này phù hợp với nhà ứng dụng kỹ thuật CNC lần đầu tiên khi chế tạo các chi tiết đơn giản, gia công các chi tiết đơn lẽ trên máy CNC để thí nghiệm, chế tạo mẫu, dao cụ,

5.4.2 Lập trình bằng tay

Là quá trình thu thập, sắp xếp và xử lý các số liệu cần thiết cho việc gia công chi tiết trên máy CNC mà không có sự trợ giúp của máy tính

Footer Page 30 of 126

26

Với phương pháp lập trình này đòi hỏi người lập trình phải có kiến thức vững

về lượng giác, về hình giải tích, công nghệ gia công và khả năng sử dụng của máy

Ngoài ra, người lập trình phải thành thạo các chức năng G code và M code

Phương pháp này thường được ứng trong các phân xưởng hoặc trên các cụm CNC khác

5.4.2.1 Lập trình bằng tay trên cụm CNC khác

Trong khi các máy CNC đang hoạt động, người ta có thể chuẩn bị cho chúng một chương trình gia công tiếp theo bằng cách bảng lập trình CNC khác hay các máy tính trong hệ thống DNC Phương pháp này thuận lợi để gia công các chi tiết đơn giản, thực hành và công tác đào tạo

5.4.2.2 Lập trình bằng tay tại các phân xưởng chuẩn bị sản xuất

Kiểu lập trình này được áp dụng cho các nhà máy có qui mô sản xuất lớn, tức

có nhiều máy CNC khác nhau, gia công được nhiều loại chi tiết khác nhau với số lượng lớn Khi đó, công việc lập trình được thực hiện tại phòng công nghệ , tại trung tâm lập trình của nhà máy, phân xưởng Do đó, đòi hỏi đội ngũ lập trình viên phải có đủ trình độ về chuyên môn và kinh nghiệm

5.4.3 Lập trình với sự trợ giúp của máy tính

Quá trình lập trình theo kiểu này tương tự lập trình bằng tay Tuy nhiên, thời gian lập trình và các lỗi được giảm xuống một cách đáng kể nhờ các bộ vi xử lí, bộ nội suy và một số khối lượng lớn các dữ liệu cần thiết được cài đặt sẵn trong máy khi cần chỉ việc truy cập theo địa chỉ và sử dụng

Hiện nay với sự phát triển vượt bậc của nghành công nghệ thông tin và kỹ thuật số Nó đã cho phép các nhà lập trình ứng dụng vào công việc của mình Cụ thể

từ cơ sở CAD (Computeri Aided Design) người ta cài đặt thêm một hệ thống biên dịch trợ giúp cho quá trình lậûp trình Sau khi chi tiết được thiết kế xong, máy tính thực hiện việc tính toán hình học và công nghệ nhờ vào bộ vi xử lí (Processor) để đưa ra phương án gia công thích hợp Sau đó, nhờ bộ hậu xử lí (Post Processor) theo code của HTĐKS tương thích được lắp trên máy, để cho ra chương trình gia công thích hợp với ngôn ngữ của máy, kỹ thuật này gọi là CAM (Computer Aided Manufacturing)

Footer Page 31 of 126

27

Công nghệ CAD/ CAM ngày càng phát triển và được ứng dụng rộng rãi có qui

mô sản xuất vừa và lớn

5.5 Chương trình con và chương trình chính

Chương trình con là chương trình gia được thực hiện trên từng bề mặt hoặc từng phần của chi tiết

Chương trình chính là chương trình để gia công toàn bộ biên dạng của chi tiết

6 Quy trình công nghệ, chủng loại và tính công nghệ của chi tiết

6.1 Đặc điểm của qui trình công nghệ gia công trên máy CNC

Qui trình công nghệ gia công trên các máy CNC khác với qui trình công nghệ truyền thống ở mức cụ thể hoá rất cao và ở đặc điểm ở việc cung cấp thông tin Về mặc cấu trúc, qui trình công nghệ trên các máy CNC cũng được chia ra các nguyên công, các bước, nhưng các bước ở đây lại phải chia ra các lớp cắt, mỗi lớp cắt được thực hiện sau mỗi quĩ đạo dịch chuyển của dụng cụ cắt

Thành phần đơn giản nhất của qui trình công nghệ này là các dịch chuyển đơn giản và các bộ điều khiển công nghệ do bộ điều khiển máy cung cấp Các dịch chuyển đơn giản đó là các đoạn thẳng, cung tròn Các lệnh điều khiển công nghệ được thực hiện bỡi các cơ cấu chấp hành của máy để đảm bảo điều kiện cần thiết cho các dịch chuyển đơn giản Như vậy, các dịch chuyển đơn giản và các lệnh điều khiển công nghệ tạo thành chương trình điều khiển

Lập qui trình công nghệ và điều khiển cho máy CNC là một nhiệm vụ của chuẩn bị công nghệ

Thiết kế qui trình công nghệ gia công chi tiết trên máy CNC gồm 3 bước:

Bước 1: Lập tiến trình công nghệ

− Tài liệu cần thiết là bản vẽ chi tiết và bản vẽ phôi

− Nhiệm vụ:

+ Xác định khả năng gia công chi tiết trên máy CNC theo kết cấu công nghệ và theo điều kiện sản xuất

+ Nghiên cứu phôi, làm quen với dụng cắt và đồ gá

+ Xác định trạng thái công nghệ của chi tiết như: yêu cầu đối với các bề mặt chuẩn, lượng dư và các kích thước chính

+ Lập tiến trình gia công chi tiết (phân các bề mặt theo loại để chọn máy gia công)

+ Xác định phương pháp gá đặt và chọn đồ gá cần thiết

+ Xác định dụng cắt và chọn chúng theo từng loại

Footer Page 32 of 126

28

Bước 2: Thiết kế nguyên công

− Xác định nộüi dung nguyên công , chia nguyên công ra các bước và cụ thể hoá các phương pháp kẹp chặt

− Chia ra các lớp cắt, chọn dụng cụ cắt, chuẩn bị phương pháp điều chỉnh máy và điều chỉnh dao

Bước 3: Lập trình gia công

− Tính toán các quĩ đạo chuyển động của dao sau khi xác định toạ độ các điểm

− Lập trình và ghi vào bộ nhớ của bộ điều khiển máy

− Kiểm tra chương trình và tiến hành chạy mô phỏng

6.2 Chọn chủng loại chi tiết gia công trên máy CNC

Khi nghiên cứu về chủng loại chi tiết người ta muốn đề cập đến tính không đổi của chúng Các chi tiết máy có thể chia thành các loại sau: chi tiết tròn xoay, chi tiết hình trụ, chi tiết phẳng và chi tiết định hình phức tạp Các chi tiết loại này chiếm khoảng 92% tổng số các chi tiết trong sản xuất

Mỗi chi tiết được đặt trưng bỡi 2 nhóm yếu tố sau:

− Nhóm yếu tố kỹ thuật: vật liệu và kích thước hình học

− Nhóm yếu tố về kinh tế: tổ chức sản lượng hàng năm, số lượng chi tiết trong loạt, giá thành chế tạo

Tiêu chuẩn đánh giá sự lựa chọn chủng loại chi tiết gia công trên máy CNC thường là chỉ tiêu kinh tế, các chi phí chế tạo chi tiết

Còn tính hiệu quả kinh tế được xác định trên cơ sở nghiên cứu những yêu cầu

kỹ thuật và những giới hạn phụ thuộc vào điều kiện cụ thể của chi tiết

6.3 Yêu cầu đối với công nghệ của chi tiết

Các chi tiết gia công trên máy CNC phải đảm bảo được các yêu cầu về tính công nghệ như: tiêu chuẩn hoá được các kích thước mặt trong và mặt ngoài, hình dáng kích thước phải đảm bảo cho việc ăn dao và thoát dao dễ dàng Ngoài ra, chi tiết còn phải đảm bảo cho việc định vị an toàn và thuận tiện khi gia công

Đối với các chi tiết gia công trên máy phay CNC điều kiện cần thiết nhất là phải đảm bảo được vị trí chính xác so với các trục toạ độ của máy Vì vậy, khi phân tích tính công nghệ của chi tiết phải chú ý đến các bề mặt chuẩn của nó Nếu trên chi tiết không có các lỗ để làm chuẩn (theo kết cấu của chi tiết) thì ta phải tạo ra các

lỗ phụ để làm chuẩn và khoảng cách giữa các lỗ phải là xa nhất mà ta có thể tạo ra Đường kính d nhỏ nhất của lỗ chuẩn phụ thuộc vào kích thước của chi tiết và được xác định như sau:

Footer Page 33 of 126

29

Kích thước chi tiết < 100 < 200 < 1000 < 2000 > 2000 Đường kính chi tiết 4 6 10 16 20 Trong trường hợp, không thể tạo ra được các lỗ chuẩn trên chi tiết thì phải tạo thêm các phần kết cấu phụ để tạo các lỗ chuẩn trên đó (phần kết cấu phụ sẽ được hớt đi ở phần nguyên công cuối cùng)

Một đặc điểm nổi bật của công nghệ phay thường thấy là bề mặt phay có tính chất sử dụng tốt hơn bề mặt mài, vì: bề mặt sau khi phay tạo ra những hố tập trùng với ứng suất ít nguy hiểm hơn bề mặt sau khi mài Vì vậy, khi lập qui trình công nghệ trên máy phay không cần có thêm nguyên công mài sau khi phay

7 Phương pháp thực hiện nguyên công trên máy CNC

7.1 Phân loại nguyên công trên các máy CNC

Các nguyên công cắt gọt trên máy CNC có thể chia thành 4 loại cơ bản sau:

7.1.1 Gia công các loại nhỏ không lặp lại (Dạng A)

Loạt nhỏ chi tiết là loại có tổng thời gian cắt và thời gian ăn dao, thoát dao của tất cả dụng t nhân với hệ số thời gian cắt λ nhỏ hơn tổng tuổi bền kinh tế của tất cả các dụng cụ Ti

Σti λ.q < ΣTi.q (7.1) Trong đó:

ti : thời gian cắt của dao thứ i(ph) λ: hệ số thời gian cắt (ph)

q: số lượng dụng cụ cắt

Ti: tuổi bền của dụng cụ thứ I (ph) Tóm lại, loạt nhỏ là loạt có thời gian gia công nhỏ hơn tổng tuổi bền của các dụng cụ cắt

7.1.2 gia công loạt nhỏ có lặp lại ( Dạng B)

7.1.3 gia công các loạt vừa và lớn các chi tiết không lặp lại.( Dạng C )

− Loạt vừa là loạt có tổng thời gian gia công ≥ tổng tuổi bền của tất cả dụng

cụ cắt

− Loạt lớn là loạt có tổng thời gian gia công > tổng tuổi bền của tất cả dụng

cụ cắt cần thiết và của các dụng cụ lắp đặt thêm

Σti λ.q > ΣTi.(q + qo) (7.3) Với qo: số lượng dụng cụ lắp đặt thêm

Footer Page 34 of 126

30

7.1.4 Gia công chi tiết loạt vừa và lớn có lặp lại ( Dạng D )

Việc phân chia ra các dạng loạt chi tiết ở trên cho phép xác định thứ tự và nội dung công việc của các nguyên công Thực tế cho thấy gia công loạt lớn lặp lại trên máy CNC mang lại hiệu quả kinh tế cao hốn với trường hợp gia công các loạt nhỏ không lặp lại

7.2 Các nguyên công phay

7.2.1.2 Vùng gia công nữa hở

Là vùng mà dao bị hạn chế khi dịch chuyển dọc hoặc trong mặt phẳng vuông

góc với trục của nó (Hình1-20a)

31

7.2.1.4 Vùng gia công tổ hợp

Là vùng mà dao tạo thành các vùng gia công trên (Hình1-20c)

7.2.2 Lượng dư phay

Có thể xác định theo bảng hoặc bằng phương pháp tính toán

7.2.3 Sơ đồ các bước khi phay

7.2.3.1 Quĩ đạo của dao

Khi thực hiện nguyên công phay trên các máy CNC người ta có thể áp dụng các phương pháp chuyển động của dao sau đây:

a Quĩ đạo chuyển động ziczắc của dao

− Hiện nay sơ đồ này được sử dụng rộng rãi

− Nhược điểm: tính chất phay thay đổi, làm ảnh hưởng đến độ chính xác và chất lượng bề mặt của chi tiết

b Quĩ đạo chuyển động của dao theo dạng lò xo

Đặc điểm nổi bậc của phương pháp này là bản chất của quá trình phay không thay đổi Do đó, đảm bảo tốt đặc điểm kỹ thuật của chi tiết

c Quĩ đạo ăn dao kiểu răng lược:

− Bản chất của quá trình phay thay đổi

− Sau mỗi lần ăn dao (theo chiều mũi tên đậm) thì dao lùi ra khỏi mặt gia công một đoạn rồi chạy nhanh về phía xuất phát ban đầu để thực hiện các bước tiếp theo

7.2.3.2 Khoảng cách giữa hai bước kề nhau

Hình 1-20c

Footer Page 36 of 126

32

Khoảng cách giữa hai bước kề nhau cần phải được tính toán vì nó xác định chiều sâu cắt

tmax= D - 2r – h (7.4) Trong đó:

D: đường kính dao phay(mm) r: bán kính cong ở mặt đầu dao (mm) h: khoảng giao nhau của hai bước đo 2 dao cùng cắt (mm)

7.2.3.3 Phương pháp ăn dao và chi tiết

Phương pháp đơn giản nhất là ăn dao dọc trục của dao theo lỗ đã khoan sẵn

Trong trường hợp gia công tinh biên dạng chi tiết thì ăn dao thực hiện theo cung

tròn tiếp tuyến với biên dạng của chi tiết tại điểm mà ở đó dao bắt đầu chuyển động

Sz1: lượng chạy dao xác định theo độ nhám bề mặt phụ thuộc vào lượng với chiều sâu t và bề rộng phay B

33

Với C1, C2, C3, C4: hệ số phụ thuộc vào vật liệu gia công và được xác định theo bảng sau:

34

Chương 2 CƠ SỞ TỰ ĐỘNG CỦA MÁY CNC

1 Hệ thống đo chuyển vị trên máy công cụ CNC

Khi gia công trên các máy công cụ truyền thống thì chi tiết và dao cụ thực hiện

những chuyển động tương đối với nhau Độ chính xác của chi tiết phụ thuộc vào người thợ Trong khi gia công trên các máy CNC thì độ chính xác của chi tiết phụ thuộc chủ yếu vào hệ thống đo Các hệ thống đo không những làm nhiệm vụ đo đại lượng ra mà còn biến đổi thông số đo được thành các tín hiệu điều khiển tương thích phản hồi gởi đến bộ điều khiển số

Hệ thống đo dùng trong các máy công cụ ĐKS thường sử dụng theo nguyên tắc quang học và nguyên tắc cảm ứng từ

1.1 Hệ thống đo theo kiểu quang học

1.1.1 Đo chuyển vị góc

Đo lượng dịch chuyển của bàn máy thông qua số vòng quay của một trục Khi

đó tồn tại thêm một cơ cấu trung gian (bánh răng _ thanh răng) để biến chuyển góc thành chuyển vị dài

Mô hình đơn giản nhất là lắp đĩa khắc vạch lên trục vítmecủa bàn máy Khi

đó, vítmephải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cao để đạt độ chính góc xác quay theo yêu cầu (Hình 2-1)

5.Đĩa khắc vạch 6.Nguồn sáng 7.Tế bào quang điện 8.Bộ đếm

Đĩa khắc vạch là một đĩa tròn, theo tiêu chuẩn có (16 đến 10000) vạch Mỗi bước vạch sẽ sản ra 4 cấp xung, ánh sáng nhận được qua tế bào quang điện sẽ được biến thành một điện áp nhất định để gởi đến bộ so sánh

7

X

4

5 x

35

™ Đặc điểm

− Kết cấu đơn giản giá thành rẽ

− Độ chính xác đạt được không cao

1.1.2 Đo chuyển vị dài

Người ta có thể đo trực tiếp lượng dịch chuyển của bàn máy mà không cần cơ cấu trung gian Bằng cách sử dụng hệ thống quang học cộng với thước vạch Thước vạch được chế tạo từ vật liệu thuỷ tinh quang học hoặc kim lại nhẵn bóng

Lưới chắn được chia thành hai hàng lỗ lệch nhau Thước được gắn cố định trên thân máy, lưới di dộng với bàn máy

Khi bàn máy dịch chuyển tín hiệu ra từ hệ thống đo sẽ cấp các xung nhọn lệch pha 900 và qua bộ đếm đếm số xung biểu thị quãng đường dịch chuyển (1xung = )

và có chiều dài là sớm pha hoặc trễ pha

Với cách đo này thường dùng được trong các máy công cụ CNC có công suất lớn

1.2 Hệ thống đo chuyển vị theo số đo tuyệt đối

Trong hệ thống đo chuyển vị theo số đo tuyệt đối người ta dùng thước mã nhị phân để có thể đọc và hiển thị một cách tự động Trên thước mã nhị phân có các vạch xen kẻ cho ánh sáng đi qua và không đi qua

Đối với loại máy này thì sai số có thể xuất hiện tại vị trí chuyển đổi từ miền có ánh sáng lọt qua và miền không có ánh sáng lọt qua Nếu mép đo của thước và của tấm mép không thẳng hàng hoặc tế bào quang điện có độ nhạy ánh sáng khác nhau

1.3.2 Chuyển vị dài (thước đo cảm ứng tuyến tính)

Về nguyên tắc giống đầu đo Resolver chỉ khác ở đầu đo cảm ứng tuyến tính cấu tạo có thước đo cố định gắn trên thân máy và con trượt di động với bàn máy Trên thước đo, người ta sắp xếp các dây dẫn bằng mạch in (dập) và đặt các điện áp

Uscosϕ và Ussinϕ Con trượt luôn cách đều 0,1mm so với mạch thước đo

Khi có sự chuyển động tương đối giữa con trượt và thước đo thì dòng từ thông

Φ thay đổi sẽ cảm ứng trên thước đo một hiệu điện thế Uf tỷ lệ với độ dịch chuyển Thước đo có thể sắp xếp cạnh nhau để đo các chiều dài lớn hơn

Footer Page 40 of 126