Nghiên cứu máy tiện CNC và xây dựng hệ thống các bài thực hành, thí nghiệm gia công cắt gọt trên máy CTX310 phục vụ chương trình đào tạo tại các trường đại học và cao đẳng công ngh

Về thực chất đây là một quá trình tự động điều khiển các hoạt động của máy như các máy cắt kim loại, robot, băng tải vận chuyển phôi liệu ho c chi tiết gia công, các kho quản lý phôi và

tr-ờng đại học bách khoa hà nội

Chuyên ngành: CễNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Cụng nghệ Chế tạo mỏy

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS TĂNG HUY

Hà Nội – Năm 2012

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng những nội dung trong luận văn này là trung thực và

là công trình nghiên cứu của tôi

Hà Nội, ngày 10 tháng 11 năm 2012

Học viên

PhạmVăn Hà

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Tăng Huy, người đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài đến quá trình viết và hoàn chỉnh Luận văn Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo và Viện đào tạo Sau đại học, Viện Cơ khí của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành bản Luận văn này

Tác giả cũng chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trung tâm đào tạo và thực hành công nghệ Cơ khí, Trường ĐHSP Kỹ thuật Nam Định đã giúp đỡ tác giả thực hiện thí nghiệm tại trung tâm công nghệ cao của trường

Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp

Tác giả

Phạm Văn Hà

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Lịch sử nghiên cứu 1

3 Mục đích nghiên cứu 1

4 Đối tượng nghiên cứu: 2

5 Ý nghĩa đề tài 2

6 Phương pháp nghiên cứu 2

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY CÔNG CỤ CNC 3

1.1 Khái quát về điều khiển số và lịch sử phát triển của máy CNC 3

1.2 Máy công cụ điều khiển số 5

1.2.1 Các hệ thống dữ liệu cần nạp cho máy công cụ điều khiển số 5

1.2.2 Chuyển động của các trục và khái niệm về hệ tọa độ 6

1.3 Khái quát về hệ thống điều khiển CNC 10

1.3.1 Khái niệm hệ điều khiển số 10

1.3.2 Các dạng điều khiển số 10

1.3.3 Hệ điều khiển CNC (Computer Numerical Control) 11

1.4 Nguyên lý vận hành máy công cụ điều khiển số 12

1.4.1 Chương trình chi tiết gia công 12

1.4.2 Bộ điều khiển logic 13

1.4.3 Chương trình tương thích chuyên dụng và những dữ liệu điều chỉnh máy 13

1.5 Khái quát về máy tiện CNC 14

1.5.1 Sơ lược về máy tiện CNC 14

1.5.2 Các điểm chu n của máy tiện CNC reference 15

1.5.3 Phân loại máy tiện CNC 19

1.5.4 Khả nămg công nghệ của máy tiện CNC 21

1.5.5 Các thành phần cơ bản của máy tiện CNC 22

1.6 Các chỉ tiêu gia công của máy CNC 29

1.6.1 Thông số hình học 29

1.6.2 Thông số gia công 30

1.6.3 Độ chính xác của máy CNC 31

1.6.4 Hướng phát triển của máy CNC trên thế giới và Việt Nam 32

1.7 Kết luận chương 1 34

Chương 2: NGHIÊN CỨU MÁY TIỆN CNC CTX310 35

2.1 Giới thiệu khái quát về máy tiện CTX310 35

2.1.1 Đ c tính kỹ thuật của máy 35

2.1.2.Thông số kỹ thuật của máy 36

2.1 3 Hướng chuyển động của các trục 37

2.2.Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của máy tiện CNC CTX310 37

2.2.1 Các bộ phận chính của máy 37

2.2.2 Bảng điều khiển máy 38

2.2.3 Nguyên lý hoạt đông máy tiên CNC CTX310 38

2.3 Thao tác vận hành máy và sử dụng bảng điều khiển 39

2.3.1 Bảng thao tác bật máy 39

2.3.2 Bảng thao tác tắt máy 40

2.3.3 Màn hình và bàn phím trên máy 40

2.3.4 Lập trình và sửa đổi chương trình 42

2.3.5 Chạy thử chương trình Simulation 43

2.3.6 Chạy chương trình Machining 44

2.4 Kỹ thuật lập trình và gia công trên máy tiện CNC CTX310 44

2.4.1 Tạo một chương trình NCvà chọn gốc 0 cho chương trình NC trên máy 44

2.4.2 Chọn gốc 0 cho phôi gá trên máy 45

2.4.3 Khai báo các thông số về dao trên máy 46

2.4.4 Lập chương trình NC gia công chi tiết 48

2.4.5 Mô phỏng, kiểm tra và sửa lỗi chương trình NC 49

2.4.6 Gia công chi tiết trên máy 49

2.5 Kết luận chương 2 50

Chương 3 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM SHOP TURN TRONG LẬP TRÌNH GIA CÔNG CƠ KHÍ 52

3.1 Giới thiệu chung về hệ điều khiển Siemens và phần mềm Shopturn 51

3.2 Cài đ t phần mềm Shopturn từ điã DVD vào máy tính 54

3.3 Giao diện trong phần mềm Shopturn 56

3.4 Những lợi thế khi lập trình trên ShopTurn 58

3.5 Trình tự lập một chương trình NC tiện theo ngôn ngữ SIEMENS 62

3.5.1 Tạo một thư mục mới 62

3.5.2 Tạo một fine NC trong thư mục 63

3.5.3 Khai báo các tham số về phôi và tham số công nghệ 64

3.5.4 Phác thảo biên dạng 64

3.5.5 Thiết lập các bước công nghệ gia công : thô tinh, cắt rãnh, khoan, phay 65

3.5.6 Mô phỏng, kiểm tra sửa lỗi chương trình 66

3.6 Phương thức lập trình và các chu trình gia công 67

3.6.1 Lập trình với m t trụ ngoài và m t đầu chi tiết 67

3.6.2.Lập trình gia công rãnh và ren 72

3.6.3 Lập trình biên dạng trụ trong 75

3.6.4 Gia công Phay trên ShopTurn 80

3.7 Gia công các chi tiết 3D trên Shopturn và máy tiện CNC CTX310 87

3.8 Kết luận chương 3 88

Chương 4 XÂY DỰNG HỆ THỐNG CÁC BÀI THỰC HÀNH VÀ THÍ NGHIỆM GIA CÔNG CẮT GỌT TRÊN MÁY CNC CTX310 VỚI HỆ ĐIỀU KHIỂN SIEMENS 91

4.1 Cơ sở khoa học của việc xây dựng hệ thống các bài thực hành thí nghiệm 89

4.2 Xác định chu n kỹ năng thực hành CNC đối với sinh viên chuyên ngành Chế tạo máy trong các trường Đại học và Cao đẳng công nghệ 90

4.3 Xây dựng hệ thống các bài thực hành và thí nghiệm gia công cắt gọt trên máy CNC CTX310 với hệ điều khiển Siemens 91

4.3.1 Hệ thống các bài thực hành thí nghiệm 91

4.3.2 Lập trình gia công cho một số bài tập điển hình 93

4.4 Kết luận chương 4 123

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 124

TÀI LIỆU THAM KHẢO 125

HỆ THỐNG CÁC DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của máy tiện CTX-310 36

Bảng 2.2 Hướng dẫn vận hành bật máy 39

Bảng 2.3 Hướng dẫn vận hành tắt máy 40

Bảng 3.1 Trình tự lập một chương trình NC tiện theo ngôn ngữ Siemen 62

Bảng 4.1 Các dạng bài tập trong hệ thống các bài thực hành thí nghiệm 92

HỆ THỐNG CÁC DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Hệ toạ độ đề các 7

Hình 1.2 Hệ toạ độ cực với góc >0 và <0 7

Hình 1.3 Toạ độ tuyệt đối và toạ độ tương đối 8

Hình 1.4 Hệ thống các trục tọa độ theo quy tắc bàn tay phải 8

Hình 1.5 Các trục NC trên máy tiện 3D 10

Hình 1.6 Nguyên lý vận hành máy công cụ điều khiển số 12

Hình 1.7 Máy tiện CNC 14

Hình 1.8 Điểm 0 của chi tiết W 16

Hình 1.9 Điểm chu n của máy R 17

Hình 1.10 Điểm điều chỉnh dao e 18

Hình 1.11 Điểm cắt của dao P 18

Hình 1.12 Vị trí các điểm 0 và điểm chu n trên máy tiện 19

Hình 1.13 Máy tiện CNC cỡ nhỏ 20

Hình 1.14 Máy tiện CNC cỡ lớn 20

Hình 1.15 Các trục trên máy tiện CNC 21

Hình 1.16 Các khả năng công nghệ tiện CNC 22

Hình 1.17 Các bộ phận chính của máy tiện CNC 22

Hình 1.18 Cấu trúc của động cơ servo nguồn Xoay chiều ac servomotor 23

Hình 1.19 Các kiểu căng dùng bộ truyền vít me - đai ốc bi 25

Hình 1.20 Dẫn hướng trên máy CNC 26

Hình 1.21 Mâm c p 3 chấu và mâm c p 4 chấu tự định tâm 26

Hình 1.22 Cụm gá dao trong hệ thống CNC 27

Hình 2.1 máy tiện CTX310 35

Hình 2.2 Hướng chuyển động các trục của máy tiện CNC 37

Hình 2.3 Cấu trúc bên trong của máy CTX310 37

Hình 2.4 Cấu trúc tổng thể máy tiện CTX310 38

Hình 2.5 Bảng điều khiển CTX 310 của hãng Siemens 38

Hình 2.6 Màn hình giao diện máy 41

Hình 2.7 Bàn phím chức năng máy tiện CNC CTX310 41

Hình 2.8 Màn hình ở chế độ lập trình và sửa lỗi chương trình 43

Hình 2.9 Màn hình mô phỏng Simulasiont 43

Hình 2.10 Màn ở chế độ gia công 44

Hình 2.11 Màn hình ở chế độ thiết lập phôi 44

Hình 2.12 Màn hình ở chế độ thiết lập gốc 0 cho phôi 45

Hình 2.13 Màn hình ở chế độ thiết lập thông số về dao 46

Hình 2.14 Màn hình ở chế độ thiết lập chiều dài dao 47

Hình 2.15 Màn hình ở chế độ thiết lập bảng offset dao 47

Hình 2.16 Màn hình ở chế độ tạo chương trình NC mới 48

Hình 2.17 Màn hình ở chế độ mở một chương trình NC theo ngôn ngữ Siemens 48 Hình 2.18 Màn hình ở chế độ mô phỏng 49

Hình 2.19 Màn hình ở chế độ gia công 50

Hình 3.1 Màn hình mô phỏng gia công của phần mềm Shopturn 52

Hình 3.2 Màn hình mô phỏng gia công của phần mềm Shopturn 53

Hình 3.3 Màn hình mở DVD Shopturn trên máy tính 54

Hình 3.4 Màn hình nhập CDkey cho quá trình cài đ t 54

Hình 3.5 Màn hình ở chế độ kết thúc quá trình cài đ t 56

Hình 3.6 Màn hình ở chế độ kích chon khởi động phần mềm 56

Hình 3.7 Màn hình nhập các thông số công nghệ 58

Hình 3.8 Màn hình nhập các thông số công nghệ cho bước tiện ren 59

Hình 3.9 Màn hình nhập các thông số rãnh 60

Hình 3.10 Màn hình mô phỏng và gia công 60

Hình 3.11 Màn hình copy,Paste, các bước công nghệ 61

Hình 3.12 Bảng thông số dao Magazin 62

Hình 3.13 Tạo một thư mục mới 63

Hình 3.14 Tạo một chương trình NC mới 63

Hình 3.15 Khai báo các tham số công nghệ 64

Hình 3.16 Phác thảo biên dạng cho chi tiết 64

Hình 3.17 Thiết lập các bước công nghệ 65

Hình 3.18 Thiết lập bước tiện thô 65

Hình 3.19 Thiết lập bước tiện ren 66

Hình 3.20 Mô phỏng và kiểm tra chương trình NC 66

Hình 3.21 Khai báo các tham số trong Workoffset 67

Hình 3.22 Khai báo các tham số về khoảng cách an toàn 68

Hình 3.23 khai báo các tọa độ cho biên dạng chi tiết 69

Hình 3.24 khai báo các tọa độ cho biên dạng chi tiết 69

Hình 3.25 Thiết lập bước khỏa m t đầu 70

Hình 3.26 Chọn dao cho bước tiện m t đầu 70

Hình 3.27 Thiết lập cho nguyên công tiện thô trụ ngoài 71

Hình 3.28 Thiết lập cho nguyên công tiện tinh trụ ngoài 72

Hình 3.29 Thiết lập cho nguyên công tiện rãnh 72

Hình 3.30 Thiết lập cho nguyên công tiện Ren 73

Hình 3.31 Thiết lập cho nguyên công tiện Ren 74

Hình 3.32 Chi tiết trụ trong 75

Hình 3.33 Thiết lập phôi 75

Hình 3.34 Thiết lập khoảng cách vào dao an toàn 76

Hình 3.35 Hoàn thành biên dạng chi tiết trụ trong 76

Hình 3.36 Thiết lập cho bước khỏa m t đầu 77

Hình 3.37 Kiểu khoan lỗ trong Shopturn 77

Hình 3.38 Thiết lập cho bước khoan lỗ 78

Hình 3.39 Thiết lập cho bước tiện thô trụ trong 78

Hình 3.40 Thiết lập cho bước tiện tinh trụ trong 79

Hình 3.41 Mô phỏng kiểm tra chương trình 80

Hình 3.42 Mô phỏng kiểm tra sửa lỗi toàn bộ chương trình 80

Hình 3.43 Menu phay trên Shopturn 81

Hình 3.44 Phay hốc trên m t đầu 81

Hình 3.45 Mô phỏng kiểm tra phay hốc vuông trên m t đầu 82

Hình 3.46 Thiết lập cho bướcPhay Pocket 82

Hình 3.47 Thiết lập cho bước phay contua trên m t trụ 83

Hình 3.48 Thiết lập cho bước phay trên m t trụ 84

Hình 3.49 Mô phỏng quá trình phay trên m t trụ 85

Hình 3.50 Thiết lập cho bước Phay đa giác trên m t đầu chi tiết 85

Hình 3.51 Thiết lập cho bước khắc dấu 86

Hình 3.52 Chương trình NC 3D 87

Hình 4.1 Bản vẽ chi tiết 01 93

Hình 4.2 Màn hình khi tạo thư mục và tạo Fine NC 94

Hình 4.3 Màn hình khi thiết lập phôi 95

Hình 4.3 Thiết lập bước khỏa m t cho chi tiết 95

Hình 4.4 Thiết lập biên dạng cho chi tiết 96

Hình 4.5 Thiết lập bước tiện thô theo biên dạng 96

Hình 4.6 Thiết lập bước tiện thô theo biên dạng 97

Hình 4.7 Mô phỏng kiểm tra chương trình NC 97

Hình 4.8 Bản vẽ chi tiết 02 98

Hình 4.9 Tạo chương trình NC BT02 99

Hình 4.10 Tạo chương trình NC BT02 99

Hình 4.11 Tạo chương trình NC BT02 100

Hình 4.12 Tạo biên dạng cho chi tiết 100

Hình 4.13 Thiết lập cho bước tiện thô 101

Hình 4.14 Thiết lập cho bước tiện tinh BT02 101

Hình 4.15 Thiết lập cho bước tiện Rãnh 102

Hình 4.16 Thiết lập cho bước tiện rãnh thoát 102

Hình 4.17 Thiết lập cho bước tiện ren 103

Hình 4.18 Mô phỏng kiểm tra chương trình NC BT02 103

Hình 4.19 Bản vẽ chi tiết 03 104

Hình 4.20 Tạo chương trình NC BT03 105

Hình 4.21 Khai báo phôi và các tham số công nghệ BT03 105

Hình 4.22 Mô phỏng kiểm tra chương trình NC BT02 106

Hình 4.23 Phác thảo biên dạng ngoài BT03 106

Hình 4.24 Thiết lập cho bước gia công thô BT03 107

Hình 4.25 Thiết lập bước tiện tinh biên dạng ngoài 107

Hình 4.26 Phác thảo biên dạng trong BT03 108

Hình 4.27 gia công thô biên dạng trong 108

Hình 4.28 Gia công tinh biên dạng trong 109

Hình 4.29 Mô phỏng chương trình NC BT03 109

Hình 4.30 Bản vẽ chi tiết 04 110

Hình 4.31 Tạo chương trình NC BT04 111

Hình 4.32 Khai báo phôi và cá tham số công nghệ BT04 111

Hình 4.33 Khai báo biên dạng cho chi tiết BT04 112

Hình 4.34 Phác thảo biên dạng trên m t trụ 113

Hình 4.35 Gia công trên m t trụ theo contua 113

Hình 4.36 Gia công phay hốc trên m t đầu 114

Hình 4.37 Thiết lập bước khoan lỗ trên m t đầu 114

Hình 4.38 thiết lập bước khoan nhiều lỗ trên m t đầu và mô phỏng 114

Hình 4.39 Bản vẽ chi tiết 05 115

Hình 4.40 Tạo Fine NC cho bài tập tổng hợpBt05 116

Hình 4.41 thiết lập các tham số công nghệ cho phôi gá trên máy 116

Hình 4.42 Tthiết lập biên dang cho chi tiết 117

Hình 4.43 Thiết lập bước tiện thô trụ ngoài BT05 117

Hình 4.44 Thiết lập bước tiện tinh trụ ngoài 118

Hình 4.45 Thiết lập bước tiện rãnh 118

Hình 4.46 Thiết lập bước tiện rãnh 119

Hình 4.47 Mô phỏng kiểm tra chương trinh 119

Hình 4.48 phác thảo biên dạng TH02 120

Hình 4.49 Tiện tinh đầu phía trái TH02 121

Hình 4.50 Phay hốc vuông trên m t trụ TH02 121

Hình 4.51 Khắc chữ trên m t trụ TH02 122

Hình 4.52 Tiện đa giác trên m t đầu TH02 122

Hình 4.53 Khai báo các tham số công nghệ cho bước phay hốc TH02 123

Hình 4.54 Mô phỏng kiểm tra toàn bộ chương trình NC TH02 123

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển, các máy công cụ điều khiển số NC và CNC hiện đang được sử dụng phổ biến tại hầu hết các nước Trong những năm gần đây các máy CNC được nhập vào Việt Nam với số lượng ngày càng nhiều Việc tìm hiểu khai thác khả năng công nghệ gia công trên các máy CNC nhằm đạt hiệu quả kinh tế cao đang là nhiệm vụ cấp bách

Trường Đại học SPKT Nam Định là một trường đại học công nghệ mới được thành lập trường lên đại học tháng 9 năm 2007 Việc ứng dụng các phần mềm CAD/CAM/CNC và khai thác khả năng công nghệ gia công trên máy CNC được Nhà trường hết sức quan tâm, nhằm đạo tạo ra đội ngũ kỹ sư và cử nhân cơ khí có kiến thức và tay nghề về công nghệ cao Trước đây việc tiếp cận về máy CNC chỉ được làm trên máy CNC mô hình dùng cho dạy học, năm 2010 Nhà trường đã đầu

tư mới một máy tiện CNC công nghiệp để phục vụ quá trình giảng dạy, học tập và

giả quyết định chọn đề tài: “Nghiên cứu máy tiện CNC và xây dựng hệ thống

nghiên cứu Do đó, theo yêu cầu của Nhà trường và để đáp ứng nhu cầu của xã hội

tác các bài thực hành và thí nghiệm gia công cắt gọt trên máy tiện CNC CTX310,

phục vụ chương trình đào tạo tại các trường đại học và cao đẳng công nghệ”

việc c n thận, an toàn, khoa học và công nghiệp hiện đại cho các sinh viên ngành

Cơ khí

4 Đối tượng nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là máy tiện CNC CTX 310, và một số bài thực hành và thí nghiệm gia công cắt gọt trên máy

6 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về gia công CNC, nghiên cứu về máy tiện CNC,

và tiếp cận với phần mềm ShopTurn và máy tiện CNC CTX310

- Xây dựng một số bài thí nghiệm và thực hành gia công cắt gọt trên máy tiện CNC phục vụ chương trình đào tạo tại trường đại học SPKT Nam Định nói riêng

và các trường đại học và cao đẳng công nghệ nói chung

- Gia công cắt mẫu

- Phân tích kết quả

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Tăng Huy đã giúp đỡ tận tình để tôi hoàn thành luận văn này Tôi xin cảm ơn

lãnh đạo nhà trường và các thầy cô khoa Cơ khí Trường Đại học SPKT Nam Định

đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện luận văn

Xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày 10 tháng 11 năm 2012

Tác giả

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY CÔNG CỤ CNC

1.1 Khái quát về điều khiển số và lịch sử phát triển của máy CNC

Điều khiển số Numerical Control ra đời với mục đích điều khiển các quá trình công nghệ gia công cắt gọt trên các máy công cụ Về thực chất đây là một quá trình tự động điều khiển các hoạt động của máy như các máy cắt kim loại, robot, băng tải vận chuyển phôi liệu ho c chi tiết gia công, các kho quản lý phôi và sản ph m… trên cơ sở các dữ liệu được cung cấp là ở dạng mã số nhị nguyên bao gồm các chữ số, số thập phân các chữ cái và một số ký tự đ c biệt tạo nên một chương trình làm việc của thiết bị hay hệ thống

Trước đây cũng có các quá trình gia công cắt gọt được điều khiển theo chương trình bằng kỹ thuật chép hình theo mẫu, chép hình bằng hệ thống máy thuỷ lực, cam ho c điều khiển bằng mạch logic… Ngày nay, với việc áp dụng thành quả tiến bộ của Khoa học - Công nghệ, nhất là lĩnh vực điều khiển số và tin học đã cho phép các nhà máy chế tạo máy nghiên cứu đưa vào máy công cụ các hệ thống điều khiển cho phép thực hiện các quá trình gia công một cách linh hoạt hơn, thích ứng với nền sản xuất hiện đại và mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn

Lịch sử phát triển của NC bắt nguồn từ mục đích về quân sự và hàng không

vũ trụ khi mà có yêu cầu các chi tiết về chất lượng của các máy bay, tên lửa, xe tăng là cao nhất có độ chính xác và độ tin cậy cao nhất, có độ bền và tính hiệu quả khi sử dụng cao…

Vào cuối những năm 40 học viện công nghệ MIT Hoa Kỳ bắt đầu thực hiện

đề án nghiên cứu về kỹ thuật điều khiển số Năm 1960 các hệ điều khiển số được chế tạo tương ứng với trình độ kỹ thuật của các công nghệ bóng đèn điện tử và rơle cơ/điện/thuỷ lực , máy kích thước lớn, rất nhạy cảm với các điều kiện môi trường khác nhau và giá cả thì rất đắt đỏ Vì vậy máy không được sử dụng rộng rãi

Từ sau những năm 1960, bóng đèn điện tử được thay dần bằng các phần tử bán dẫn rời rạc, đi ốt, và tranzito đèn 3 cực , thế nhưng những linh kiện đơn lẻ vẫn đòi hỏi có thể tích chiếm chỗ đủ lớn, còn rất nhiều mối hàn và các ổ cắm, các

ghép nối vừa tốn kém khi chế tạo vừa hạn chế độ tin cậy khi vận hành điều khiển Những thông tin điều khiển được ghi trên băng đục lỗ nên dung lượng thấp và phải đọc từng bước trong quá trình gia công, khi gia công nhiều chi tiết giống nhau vẫn phải đọc băng đục lỗ cho từng lần gia công Khi thay đổi chương trình điều khiển chẳng hạn như muốn thay đổi chế độ cắt cho phù hợp đòi hỏi phải làm lại băng đục

lỗ

Vào những năm 70, kỹ thuật điều khiển số nhanh chóng ứng dụng các tiến bộ của kỹ thuật vi điện tử, vi mạch tích hợp: những hệ NC sử dụng những bản mạch logic được thay thế bởi các bộ nhớ có dung lượng đủ lớn, do nối ghép các cụm vi tính vào hệ điều khiển số mà những phần cứng trước đây được thay thế bằng những phần mềm linh hoạt hơn Dung lượng bộ nhớ ngày càng được mở rộng tạo điều kiện lưu giữ trong hệ điều khiển số trước hết là từng chương trình đơn lẻ, sau

đó là cả một thư viện chương trình lại có thể sửa đổi chương trình đã lập một cách

dễ dàng thông qua việc cấp lệnh bằng tay, thao tác trực tiếp trên máy

Cho đến ngày nay các chức năng tính toán trong hệ thống CNC ngày càng được hoàn thiện và đã đạt được tốc độ sử lý rất cao do tiếp tục ứng dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật phát triển của các bộ vi xử lý P Các hệ thống CNC được chế tạo hàng loạt theo các công thức xử lý đa chức năng dùng cho nhiều mục đích điều khiển khác nhau Từ chỗ những vật mang tin là những băng đục lỗ, băng

từ, đĩa từ tiến tới đĩa compact đĩa CD có dung lượng nhớ ngày càng mở rộng độ tin cậy và tuổi thọ ngày càng cao

Việc cài đ t các cụm vi tính trực tiếp vào hệ NC để trở thành CNC Computer Numerical Control đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc ứng dụng, cho chúng ta có thể ứng dụng được máy công cụ điều khiển số CNC ngay cả trong các

xí nghiệp vừa và nhỏ không có phòng lập trình riêng, điều đó có nghĩa là người điều khiển máy có thể lập trình trực tiếp trên máy Những dữ liệu được nhập vào, nội dung lưu trữ trên máy, thông báo về tình trạng hoạt động của máy cùng các chỉ dẫn cần thiết khác cho người điều khiển máy đều được hiển thị trên màn hình Lúc đầu màn hình của các hệ điều khiển số chỉ là màn hình đen trắng với các ký tự chữ

cái và con số nay đã sử dụng các màn hình mầu đồ hoạ với độ phân giải cao, biên dạng của chi tiết gia công, chuyển động của dao cụ đều được hiển thị, có thể mô phỏng chi tiết gia công theo 3 chiều kích thước 3D

Ngoài những ưu điểm cơ bản của máy và công nghệ CNC như độ chính xác cao của sản ph m, đáp ứng nhanh về số lượng và thích ứng nhanh với thị trường về mẫu mã sản ph m thì những ưu điểm nổi bật chỉ có ở máy CNC nữa là phương thức làm việc với hệ thống xử lý thông tin “điện tử-số hoá”, cho phép nối ghép với

hệ thống xử lý trong phạm vi toàn xí nghiệp tạo điều kiện mở rộng việc tự động hoá toàn bộ quá trình sản xuất, ứng dụng các kỹ thuật quản lý hiện đại thông qua mạng liên thông cục bộ LAN hay mạng liên thông toàn cầu WAN

Xét về bản chất của các máy điều khiển theo chương trình số, từ các máy NC đầu tiên với bộ xử lý là được áp dụng công nghệ đèn điện tử, rơle đến các phần tử bán dẫn rời rạc, điốt, và tranzito đèn 3 cực và sau đó là đã áp dụng các tiến bộ của kỹ thuật vi điện tử, vi mạch tích hợp và siêu vi mạch cũng chỉ là để xử lý các

hệ thống dữ liệu đầu vào cho hệ thống điều khiển số

1.2 Máy công cụ điều khiển số

1.2.1 Các hệ thống dữ liệu cần nạp cho máy công cụ điều khiển số

Một máy công cụ điều khiển số muốn hoạt động được thì nó yêu cầu phải được cung cấp các hệ thống dữ liệu, nó được coi như một thứ ngôn ngữ chung để giao tiếp giữa người với máy Khi ta soạn thảo chương trình cho một hệ thống điều khiển số thì có nghĩa là ta đưa toàn bộ các thông tin cần thiết để chế tạo một chi tiết xác định trên máy công cụ trở thành dạng có thể hiểu được cho hệ điều khiển của máy và thông báo cho nó theo một hình thức thích hợp

Thực chất của việc lập trình là thu thập, xử lý và soạn thảo những dữ liệu thông tin yêu cầu Các dữ liệu đó bao gồm:

1.2.1.1 Các thông tin hình học ( Geometrical Information)

Là hệ thống thông tin điều khiển các chuyển động tương đối giữa dụng cụ

và chi tiết, liên quan trực tiếp đến quá trình tạo hình bề m t còn gọi là thông tin về

đường dịch chuyển hình thành đường sinh và đường chu n của bề m t hình học muốn tạo ra

1.2.1.2 Thông tin công nghệ (Technological Information)

Là hệ thống thông tin cho phép máy thực hiện gia công với những gia trị

công nghệ yêu cầu: Chu n hoá các gốc toạ độ, chọn chiều sâu cắt, tốc độ chạy dao,

số vòng quay trục chính, chiều qua trục chính, vị trí xuất phát của dao, đóng hay ngắt mạch tưới dung dịch trơn nguôi, mạch đo lường kiểm tra…

1.2.2 Chuyển đ ng c a các trục và khái niệm về hệ tọa đ

Giống như hệ tọa độ toán học, mỗi trục trong hệ tọa độ của máy CNC đều có

điểm gốc Ứng với các bài toán kỹ thuật, chúng được gọi là điểm gốc (hay chuẩn, hay điểm 0) của chương trình, của phôi hay của chi tiết Thuật ngữ tiếng Anh tương ứng là program zero (hay program origin), work zero, part zero

1.2.2.2 Hệ toạ đ

Để xác định các tương quan hình học trong vùng làm việc của máy, trong phạm vi chi tiết gia công một cách rõ ràng, người ta đưa vào các hệ toạ độ và các điểm gốc chu n Để thống nhất hoá mối tương quan cho các máy công cụ điều khiển số khác nhau, người ta tiêu chu n hoá các trục của hệ toạ độ và chiều chuyển động của chúng

Để tạo điều kiện thuận tiện nhất cho người lập trình, máy CNC thường cho

phép dùng tất cả các loại hệ toạ độ: toạ độ đề các, toạ độ cực

* Hệ toạ độ đề các

Hệ toạ độ đề các được hình thành từ các trục vuông góc với nhau từng đôi

một Vì vậy, nó còn được gọi là hệ toạ độ vuông góc Trong m t phẳng, nó gồm 2

trục toạ độ vuông góc với nhau X-Y, Y-Z, X-Z Trong không gian, nó gồm 3 trục

vuông góc X-Y-Z Hệ toạ độ đề các được dùng thường xuyên nhất trên máy CNC

Hình 1.1 Hệ toạ độ đề các

* Hệ toạ độ cực

Trong nhiều trường hợp, ví dụ lập trình khoan các lỗ theo vòng tròn, dùng hệ

toạ độ cực có thể thuận tiện hơn và giảm được khối lượng tính toán cho máy

Trong hệ toạ độ cực, một điểm

được biểu diễn bằng bán kính cực

khoảng cách từ điểm đến gốc cực

và góc cực góc giữa trục toạ độ và

tia nối giữa điểm và gốc cực Góc là

dương nếu đi ngược chiều kim đồng

hồ H1.2 Hình 1.2 Hệ toạ độ cực với góc >0 và <0

Phương pháp nhập toạ độ

Toạ độ của một điểm có thể được tính bằng toạ độ tuyệt đối ho c toạ độ

tương đối tính theo gia số

Toạ đ tuyệt đối

toạ độ tuyệt đối của một điểm được

tính theo khoảng cách từ điểm đó đến

gốc toạ độ ví dụ, toạ độ tuyệt đỗi của

điểm a là 5,5 , của điểm b là 20,15

Toạ đ tương đối

Toạ độ tương đối của một điểm

được tính bằng khoảng cách theo các trục Hình 1.3 Toạ độ tuyệt đối và toạ độ

-X

-Z

Hình 1.4 Hệ thống các trục tọa độ theo quy tắc bàn tay phải

y 1

Ký hiệu các trục NC và chiều các chuyển động trên máy cnc đó được tiêu chu n hóa theo iso r841 như sau:

3 trục thẳng cơ bản X, Y, Z xác định theo quy tắc bàn tay phải ở trên

3 trục quay cơ bản a, b, c tương ứng quay xung quanh các trục X, Y, Z chiều dương được quy ước như sau: nếu ta nhìn theo hướng dương của 1 trục thẳng X,

Y, Z thì chuyển động quay thuận chiều kim đồng hồ là dương

3 trục thẳng NC thứ 2 u, v, w, trong đó các trục u, v, w theo thứ tự bắt buộc phải song song với 3 trục thẳng cơ bản a, b, c

3 trục thẳng nc thứ 3 p, q, r, trong đó các trục p, q, r theo thứ tự không nhất thiết phải song song với 3 trục thẳng cơ bản X, Y, Z

Ngoài ra có thể còn có: trục NC thứ 4 d , thứ 5 e …có đường tâm quay song song với các trục quay cơ bản a, b…

Tuy nhiên các quy ước trên chỉ áp dụng được khi ta coi chi tiết đứng yên và dao cắt chuyển động Lý do ở đây là hệ tọa độ cơ bản được gắn liền với chi tiết và thường là cố định Ví dụ trên máy phay, rừ ràng chi tiết thực hiện chuyển động chính, nhưng để đơn giản húa việc lập trình, ta coi chi tiết đứng yên còn dụng cụ cắt thì dịch chuyển Ta gọi đó là chuyển động tương đối của dụng cụ cắt

Dưới đây là mô tả cụ thể hệ thống các trục tọa độ và chuyển động trên máy máy tiện CNC

Trên máy tiện CNC, trục Z nằm trùng với trục chính công tác, trục X chạy ngang qua điểm O chi tiết W được xác định bởi người lập trình, thông thường nằm trên m t giới hạn bên phải của biên dạng gia công chi tiết Ở các máy có đầu kẹp dao rơvonve nằm phía trước đường tâm trục máy thì chiều dương trục X hướng vào người vận hành, còn trên máy có đầu rơvonve nằm về phía sau đường tâm trục thì chiều dương trục X ngược lại có thể nhận biết chiều dương của các trục X, Z theo cách đơn giản sau: trục X dương theo phương đường kính gia công tăng lên, trục Z dương theo phương dao cắt dời xa trục chính Các chuyển động theo hai trục X, Z đều do đầu dao rơvonve thực hiện

Hình 1.5 là sơ đồ máy tiện 2 trục NC với trục X theo phương kích thước đường kính, trục Z theo phương kích thước chiều dài Đây đều là các dịch chuyển thẳng Ngoài ra, nếu là máy tiện 3D CNC còn được bổ sung thêm một trục NC thứ ba: đó là chuyển động quay C do trục chính thực hiện, C theo chiều âm khi nhìn dao cắt từ trục chính thì chuyển động cái đinh ốc tiến về phía trước

+Z +X

Hình 1.5 Các trục NC trên máy tiện 3D

1.3 Khái quát về hệ thống điều khiển CNC

1.3.1 Khái niệm hệ điều khiển số

Là hệ thống điều khiển đ c trưng bởi các đại lượng đầu vào là những tín hiệu số nhị phân, chúng được đưa vào hệ điều khiển dưới dạng một chương trình điều khiển có hệ thống Trong hệ điều khiển số ứng dụng cho máy công cụ, các đại lượng đầu vào là những thông tin, dữ liệu hay số liệu nạp vào

1.3.3 Hệ điều khiển CNC (Computer Numerical Control)

1.3.3.1 Phân biệt hệ điều khiển NC và CNC

- Điều khiển NC (Numberical Control)

Đ c tính của hệ điều khiển này là “chương trình hoá các mối quan liên hệ” trong đó mỗi mảng linh kiện điện tử riêng lẻ được xác định một nhiệm vụ nhất định, liên hệ giữa chúng phải thông qua dây nối hàn cứng trên các mạch logic điều khiển Chức năng điều khiển được xác định chủ yếu bởi phần cứng

- Điều khiển CNC(Computerized Numerical Control)

Điều khiển CNC là một hệ điều khiển có thể lập trình và ghi nhớ Nó bao gồm một máy tính cấu thành từ các bộ vi xử lý (microprocessor) kèm theo các bộ nhớ ngoại vi

Đa số các chức năng điều khiển đều được giải quyết thông qua phần mềm nghĩa là các chương trình làm việc có thể được thiết lập trước

Nhờ các chương trình hệ thống CNC mà các máy tính có thể sử dụng để thực hiện những chức năng điều khiển theo yêu cầu

Do các hệ điều khiển hiện đại có nguyên lý cấu trúc và xử lý dữ liệu theo dạng điều khiển CNC

1.3.3.2 Đặc trưng cơ bản c a hệ điều khiển CNC

Nâng cao tính tự động

Các máy công cụ được trang bị bộ điều khiển CNC có tốc độ dịch chuyển lớn Do đó tăng được năng suất cắt gọt, giảm tối đa thời gian phụ Khi so sánh một máy công cụ không được trang bị bộ điều khiển CNC với máy được trang

bị người ta nhận thấy năng suất tăng gấp 3 lần

Nâng cao tính linh hoạt

Máy CNC có khả năng thích nghi nhanh với chương trình gia công với các chi tiết khác nhau Do nguyên lý hoạt động và cấu trúc của nó đã tạo điều kiện giảm thời gian gia công và hiệu chỉnh công nghệ kỹ thuật

Nâng cao tính tập trung nguyên công

Các máy công cụ CNC có khả năng thực hiện nhiều bước công nghệ ho c nhiều bước nguyên công khác nhau trong một lần gá đ t phôi

Nâng cao tính chính xác và đảm bảo chất lượng gia công

Trong quá trình gia công độ chính xác luôn được đảm bảo ổn định Ngoài ra máy CNC còn có khả năng mô phỏng quá trình cắt gọt nên người vận hành có thể quan sát tổng thể trực tiếp các giai đoạn gia công, phát hiện kịp thời sai sót

Nâng cao hiệu quả kinh tế

Máy CNC vừa có khả năng điều

khiển trực tiếp trên máy vừa có khả

năng lập trình trên phần mềm nên máy

CNC hữu dụng kinh tế ngay cả với xí

nghiệp có quy mô trung bình và nhỏ

Ngoài ra CNC có khả năng thay đổi

một cách nhanh chóng công nghệ sản

xuất nên nó đáp ứng kịp thởi với nhu

cầu của thị trường

Hiện nay trên thế giới đang sử

dụng chủ yếu một số hệ điều hành sau

cho các máy CNC Đó là: Fanuc, Fagor,

Siemens, Siemens,…Trong đó một số

nước đứng đầu phải kể đến Đức, Đài

Loan và Trung Quốc…

Hình 1.6 Nguyên lý vận hành máy công

cụ điều khiển số

1.4 Nguyên lý vận hành máy công cụ điều khiển số

1.4.1 Chương trình chi tiết gia công

Những thông tin cần thiết để gia công một chi tiết nào đó, được tập hợp một cách hệ thống gọi là chương trình gia công chi tiết Chương trình này có thể: Được soạn thảo và lưu trữ trong vật mang tin băng tờ, đĩa từ, ho c đĩa compact CD và đưa vào hệ điều khiển số qua cửa nạp tương thích

Được đưa vào hệ điều khiển số thông qua các nút bấm bằng tay trên bảng điều khiển số thông qua các nút bấm bằng tay trên bảng điều khiển Nhờ bảng điều khiển cũng có thể đưa vào hệ điều khiển số các thông tin đ c biệt số liệu về dao cụ, các giá trị hiệu chỉnh biên dạng các dữ liệu điều chỉnh máy

1.4.2 B điều khiển logic

Bộ điều khiển logic xử lý các dữ liệu chương trình từ các phần mềm hệ thống Systematical software nhằm:

- Cung cấp các giá trị cần về vị trí cho từng trục riêng lẻ của máy công cụ theo một tần số phụ thuộc vào tốc độ xử lý dữ liệu chương trình

- So sánh giá trị cần GTC và giá trị thật GTT về vị trí, xác định giá trị chênh lệch:

Những dữ liệu điều chỉnh máy xác định: tốc độ chạy nhanh không cắt tối

đa, bố trí xắp đ t các trục máy, các trạng thái đóng mạch của hệ điều hành và giới hạn vùng làm việc của hệ thống công nghệ bàn máy, gá lắp, dao cụ

Chương trình gia công chi tiết còn bao hàm những thông tin liên quan trực tiếp đến máy:

+ Lệnh đóng/ngắt mạch bơm dung dịch trơn nguội

+ Lệnh tạo số vòng quay và chiều quay cho trục chính

+ Lệnh thay dụng cụ

Bộ điều khiển logic chuyển tiếp những lệnh này qua một cụm điều khiển tương thích cài đ t trong hệ điều khiển số đến các khâu điều khiển máy như: van, rơle, các cầu giao tiếp mạch… Ngược lại, cụm điều khiển tương thích cũng tiếp nhận các thông tin phản hồi từ các công tắc ngắt cuối cữ ch n , các bộ phận cảnh báo áp suất và những bộ phận khác lắp đ t trên máy có kèm theo dụng cụ phát tín hiệu để chuyển thành các thông báo về tình trạng sẵn sàng hoạt động

ho c trạng thái dừng … cho hệ điều khiển số

1.5 Khái quát về máy tiện CNC

1.5.1 Sơ lược về máy tiện CNC

Máy tiện CNC Xuất hiện đã nhanh chóng thay đổi việc sản xuất công nghiệp Việc tiến hành các đường cong, hình phức tạp được thực hiện dế dàng như đường thẳng, các cấu trúc phức tạp 3 chiều cũng dễ dàng thực hiện, và một lượng lớn các thao Tác do con người thực hiện được giảm thiểu

Hình 1.7 áy tiện CNC

Việc tăng tự động hóa trong quá trình sản xuất với máy CNC tạo nên sự phát triển đáng kể về chính xác và chất lượng Kĩ thuật tự động của máy tiện CNC giảm thiểu tối đa các sai sót và giúp người thao tác có thời gian cho các công việc khác Ngoài ra còn cho phép linh hoạt trong thao tác các sản ph m và thời gian cần thiết cho thay đổi máy móc để sản xuất các linh kiện khác

Trong môi trường sản xuất, các máy tiện CNC có thể kết hợp thành một

tổ hợp, gọi là cell, để có thể làm nhiều thao tác trên một bộ phận Máy tiện CNC ngày nay được điều khiển trực tiếp từ các bản vẽ do phần mếm CAM, computer – aided design có thể nói máy tiện CNC gần giống nhất với hệ thống robot công nghiệp, tức là chung được thiết kế để thực hiện nhiều thao tác sản xuất trong tầm giới hạn

1.5.2 Các điểm chu n c a máy tiện CNC (reference)

Nhiệm vụ của người thợ làm việc bên cạnh máy CNC là ngoài việc lập trình gia công cũng phải điều chỉnh máy móc, dụng cụ cho chế độ vận hành tự động Cụ thể là:

Kẹp dao và nạp dữ liệu hiệu chỉnh

Kẹp chi tiết và nạp dữ liệu để xê dịch các điểm 0 trong chương trình ho c cài

đ t vào bộ nhớ memory setup)

Vị trí chính xác của các hệ thống tọa độ do các điểm 0 quyết định nhưng để đơn giản hóa việc vận hành máy và lập trình NC thì ngoài các điểm 0 người ta cũng đưa ra các điểm chu n khác nhau

* Điểm 0 của máy M

Điểm 0 của máy M là điểm gốc của hệ thống tọa độ máy, do nhà chế tạo ra máy đó xác định theo kết cấu động học của máy

Trên các máy phay, điểm 0 của máy thường nằm tại điểm giới hạn dịch chuyển của bàn máy Cũng trên các máy tiện, điểm 0 của máy nằm ở điểm giao nhau giữa m t tỳ của mâm c p và đường tâm trục chính

* Điểm 0 của chi tiết W

Điểm 0 của chi tiết W là gốc của hệ thống tọa độ gắn lên chi tiết nó là điểm chu n cho tất cả các thông tin về đường dịch chuyển đo bằng kích thước tuyệt đối

vị trí của điểm w do người lập trình tự lựa chọn và quyết định, tùy thuộc vào dạng kích thước đo trên bản vẽ và khả năng kẹp chi tiết của máy Song cần lưu ý xác định W sao cho các kích thước trên bản vẽ chi tiết gia công trực tiếp là các giá trị của hệ thống tọa độ

Nếu hệ thống tọa độ chi tiết và hệ thống tọa độ máy khác loại nhau thì các tọa

độ của chi tiết phải chuyển sang các tọa độ của máy Công việc này được gọi là chu n hóa lại bản vẽ, vì thông thường các số đo kích thước chi tiết không được đưa vào trực tiếp, mà chúng cần phải được tính toán lại để tìm ra các thông tin về đường dịch chuyển dùng trong lập trình Ví dụ: trong bản vẽ chi tiết gia công vừa

có tọa độ đề-các vừa có tọa độ độc cực, trước khi gia công ta phải tính toán và chuyển đổi các tọa độ độc cực thành các tọa độ đề các, cũng như tính toán thêm các tọa độ cũng chưa rõ

Hình 1.8 Điểm 0 của chi tiết W

Đối với các chi tiết phay, để hợp lý ta nên chọn điểm W nằm tại góc ngoài của đường viền chi tiết Còn trên các chi tiết đối xứng chẳng hạn khi tiện trục tròn xoay thì tốt hơn hết W chọn tại trục đối xứng

* Điểm 0 của chương trình po

Điểm 0 của chương trình Po là điểm mà dao cắt sẽ ở đó trước khi gia công

Để hợp lý người ta chọn Po sao cho chi tiết gia công ho c dụng cụ cắt có thể được thay đổi một cách dễ dàng

Ở một số hệ điều khiển, điểm 0 của chương trình đó được xác định qua hội thoại trước khi lập trình, ho c thụng qua các lệnh dịch chuyển điểm 0 trong chương trình NC ví dụ, theo din 66025, lệnh G92 X70 Y60 dịch chuyển điểm 0 của chương trình trên giá trị X 70 và Y 60 tính từ điểm O của chi tiết W Với

hệ điều khiển siemens thì lệnh tương ứng là: G59 X70 Y60

z+

X +

m

R

* Điểm chu n 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 về trạng thái đó có trước đó thì điểm 0 của máy phải được chạy đến bằng tất cả các trục của máy Nhưng thực tế nhiều khi điều này không thực hiện được do vướng phải chi tiết được kẹp ch t trên bàn máy ho c đồ gá do vậy cần thiết phải xác định một điểm chu n thứ hai trên các trục, đó là điểm chu n của máy r Điểm chu n này có một khoảng cách xác định với điểm 0 của máy m và được đánh dấu trên bàn trượt của máy

Hình 1.9 Điểm chuẩn của máy R

Trên máy tiện CNC, điểm chu n r là một vị trí đ t mốc cố định thông qua công tắc cữ ch n hành trình của bàn dao ngang, trên đó đầu dao rơvonve có điểm gốc của dao e được định vị

Vị trí này sau mỗi lần đóng mạch hệ điều khiển phải được người vận hành máy đưa bàn dao đi tới Chỉ sau khi bàn dao đó tới được điểm chu n so, hệ điều khiển mới

có thể làm việc được với các hệ thống đo và tất cả các giá trị tọa độ vị trí trên hệ tọa

độ máy mới được chuyển giao Độ chính xác định vị là 0.001 mm 1 m)

e

Điều chỉnh theo phương Z Điều chỉnh theo Phương x

Hình 1.10 Điểm điều chỉnh dao e

* 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 khiển nhằm hiệu chỉnh tự động kích thước dao các kích thước hiệu chỉnh này q và l gắn với điểm điểu chỉnh dao e nằm trên chui dao

Trên máy tiện CNC, điểm này nằm trên vị trí tiếp nhận dao của đầu rơvonve

Vị trí của nó trong hệ tọa độ máy có thể được hệ điều khiển xác định ở bất cứ thời điểm nào bằng hệ thống đo lường vị trí của điểm e phụ thuộc vào dạng cấu trúc của đầu rơvonve và kết cấu tiếp nhận gá dao của nó Nhờ việc nạp các dữ liệu đo dao như X, Z ví dụ thông qua hệ thống thay dao tự động atc , hệ điều khiển sẽ tính toán khoảng cách của mũi dao so với điểm gốc của dao, sao cho khi gia công biên dạng chi tiết, đầu rơvonve được điều khiển chuyển động một cách chính xác

* Điểm cắt của dao P

Điểm cắt của dao P là điểm mũi dao thực ho c lý thuyết

Dao tiÖn Khoan ruét gµ

Hình 1.11 Điểm cắt của dao P

Dưới đây là hình minh họa vị trí các điểm 0 và các điểm chu n trên máy tiện

và bảng ký hiệu của chung

W w

Hình 1.12 Vị trí các điểm 0 và điểm chuẩn trên máy tiện

1.5.3 Phân loại máy tiện CNC

Máy tiện CNC có nhiều cỡ khác nhau Có loại nhỏ để bàn dùng để giảng

dạy trong trường học nhưng cũng có những máy tiện có chiều dài rất lớn dùng

trong công nghiệp n ng Đ c điểm của máy cũng thay đổi đáng kể theo quy mô

của máy Số lượng trục chính và số đầu rơ-vôn-ve cũng như cỡ kích thước phủ bì

của khu vực gia công được kết hợp để cho các máy được thiết kế có thể gia công

một loại chi tiết, cấp độ chất lượng và năng suất gia công cụ thể Trên Hình 13 là

hình dáng bên ngoài của một máy tiện CNC kiểu để bàn

Số lượng trục trên các máy CNC từ 2-6 theo quy ước thông thường cho máy tiện CNC thì:

+ Trục Z: Trùng với trục chính và chiều dương hướng ra xa khỏi ụ trước trục chính

+ Trục X: Vuông góc với trục Z thường là trục cho chuyển động của bàn trượt ngang

+ Trục C: Trục có chuyển động quay quanh trục Z, được dùng để xác định vị trí hướng trục cho công việc gia công thứ hai

Hình 1.15 Các trục trên máy tiện CNC

Cho đến nay, kiểu máy tiện CNC truyền thống với hai trục X và Z vẫn phổ biến nhất, tuy nhiên ngày càng xuất hiện nhiều máy tiện đa chức năng với giải pháp gia công tối ưu để gia công các chi tiết tròn xoay, một số máy được trang bị trục dao quay, trục C, trục chính thứ cấp

1.5.4 Khả nămg công nghệ c a máy tiện CNC

Khả năng gia công của máy tiện CNC chủ yếu để chế tạo các chi tiết tròn xoay, phạm vi rất rộng phụ thuộc vào số trục của máy

Với máy tiện CNC hai trục ta có thể thực hiện được các nguyên công như sau: Tiện m t đầu, tiện trụ ngoài, tiện rãnh ngoài, rãnh trong, khoan lỗ, tiện lỗ, tiện ren ngoài, ren trong, doa lỗ, cắt đứt…, với các máy ba trục, 5 trục thì có thể gia công đồng thời hai dao ho c sau khi gia công xong một đầu thì mâm c p của trục thứ 2 thực hiện việc kẹp chi tiết để gia công tiếp giống như trở đầu ho c có thể gia công cùng lúc hai chi tiết với hai trương trình gia công khác nhau Trên máy còn có hệ thống tự động cấp và tháo chi tiết Các sự tích hợp này càng làm cho các trung tâm tiện CNC trở nên rất linh hoạt Các trung tâm tiện CNC cũng có thể được trang bị trong hệ thống sản xuất linh hoạt FMS

Hình 1.16 Các khả năng công nghệ tiện CNC

1.5.5 Các thành phần cơ bản c a máy tiện CNC

1.5.5.1 Đặc điểm cấu tạo

Về cơ bản máy tiện CNC cũng có các bộ phận cơ bản như máy tiện thông thường Máy tiện CNC có thể chia thành các thành phần cơ bản như sau:

Hình 1.17 Các bộ phận chính của máy tiện CNC

Ụ trước

Là bộ phận làm viêc chủ yếu của máy tạo ra vận tốc cắt gọt, bên trong lắp trục chính, một đầu của trục chính được nối với động cơ, đầu còn lại được gắn mâm c p để kẹp ch t chi tiết gia công

Cụm truyền động chính

Tiện trục bậc

Tiện ren

Đối với máy tiện CNC có nhiều trường hợp yêu cầu vận tốc cắt gọt không đổi

để đảm bảo độ bóng bề m t, do đó tốc độ vòng quay của trục chính phải thay đổi liên tục tuỳ theo đường kính của vật gia công để thực hiện được yêu cầu này, trên các máy tiện CNC thường được trang bị các loại động cơ bước ho c các động cơ servo dòng một chiều ho c xoay chiều điều chỉnh tốc độ bằng biến tần

Máy tiện CNC dùng động cơ servo dòng xoay chiều điều chỉnh tốc độ theo phương pháp biến tần Trục rotor cũng là trục chính của máy Cấu trúc của loại động cơ này được giới thiệu cụ thể trong chương 1 tổng quan về điều khiển số

Hình 1.18 C u trúc của động cơ servo ngu n Xoay chiều ac servomotor

Nguyên tắc hoạt động của động cơ servo dòng xoay chiều biến tần: động cơ xoay chiều biến tần hiện nay được sử dụng tất rộng rãi do có những ưu điểm vượt trội Động cơ này được phát triển trên cơ sở nguyên lý hoạt động của động cơ servo một chiều, phần khác chỉ là động cơ xoay chiều có mạch chuyển điện để chuyển nguồn điện xoay chiều sang một chiều và dùng nam châm vĩnh cửu cho rotor thay vì cho stator như trong động cơ một chiều

Chuyển động chạy dao

Để thực hiện cắt gọt chi tiết theo hình dạng đã định thì dụng cụ cắt phải chuyển động theo hai phương là X và Z, hai chuyển động này độc lập với nhau nguyên tắc điều khiển của chuyển động này là theo hai trục 2 – axis control , một điểm được biều diễn bằng hai toạ độ, khi cần di chuyển đầu dao tới một vị trí nào

đó thì bộ nội suy sẽ phát ra các tín hiệu điều khiển hai motor để thực hiện dịch chuyển bàn dao theo hai phương đã xác định máy tiện CNC dùng động cơ servo

cho truyền động chạy dao, bộ nội suy đóng vai trò một máy phát tần số phát tín hiệu dạng xung để điều khiển động cơ, lượng dịch chuyển căn cứ vào số xung điều khiển, tốc độ dịch chuyển căn cứ vào thời gian phát xung

Trên máy tiện, dụng cụ cắt được điều khiển theo hai trục X và Z Độ phức tạp của điều khiển không cao trong đó sử dụng các bộ truyền vít me - đai ốc bi làm truyền dẫn Bộ truyền vít me - đai ốc bi

Bộ truyền vít me - đai ốc bi được dùng rất phổ biến trong các thiết bị tự động hoá như trong công nghiệp robot và các cơ cấu biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến trên các máy CNC, bộ truyền vít me - đai ốc bi được dùng

để biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của bàn dao

Bộ truyền vít me - đai ốc bi có một số đ c điểm ưu việt đáp ứng được yêu cầu cao trên máy cnc như:

Giảm lực ma sát

Có khả năng truyền mômen xoắn lớn

Giảm được hiệu ứng stick – slip

Những điều này là rất cần thiết vì những lý do sau:

Trong quá trình đổi chiều chuyển động ho c phanh dừng đòi hỏi thời gian tác dụng nhanh, chính xác

Trong các trường hợp chuyển của bàn dao với tốc độ cao, lực xuất hiện lớn Không cho phép có sai số tiến khứ hồi khi chuyển động

Hiệu suất truyền dẫn cao: 90  95 %

Ngoài ra, bộ truyền vít me - đai ốc bi còn là một loại cơ cấu giảm cấp và tăng mômen xoắn Để tăng tốc độ dịch chuyển của đai ốc, có thể tăng tốc độ vòng quay

ho c tăng chiều dài bước ren tuy nhiên, khi tăng tốc độ vòng quay thường gây ra các hiện tượng như: phát sinh nhiệt, tiếng ồn, rung động do đó để tăng tốc đọ dịch chuyển người ta thường tăng chiều dài bước ren

Vận tốc dịch chuyển của đai ốc được tính theo công thức: v l*n

Trong đó:

l: là chiều dài bước ren

n: tốc độ vòng quay của trục vít me

Để tăng độ chính xác vận hành, khử khe hở, người ta dùng phương pháp ghép căng hai đai ốc bi lại với nhau như minh hoạ trong hình 19

Các máy công cụ CNC ngày nay thường được trang bị chức năng bù khe hở

có nhiện vụ nhớ số lượng ước đoán các khe hở từ các lỗi về vị trí của bàn dao và trục chính một cách chắc chắn và vô hướng trong các tham số của bộ điều khiển CNC

Hình 1.19 Các kiểu căng dùng bộ truyền vít me - đai ốc bi

Khoảng dịch chuyển của bàn dao được xác định dựa theo số vòng quay của trục rotor còn tốc độ dịch chuyển của bàn được xác định theo góc quay của trục rotor trong một đơn vị thời gian

Góc quay của rotor dẫn được điều khiển bởi dòng điện dạng xung và trục rotor quay một góc cố định tương ứng với một xung được phát ra Do các xung được phát ra liên tục nên motor dẫn trông giống như quay liên tục ví dụ, motor quay một góc là 0.6 0

cho mỗi xung, nều bước ren của bộ truyền bộ truyền vít me - đai ốc bi là 6 mm thì khoảng dịch chuyển của bàn dao với mỗi xung sẽ là: 0.01

mm 0.6/360*6 có nghĩa là bàn dao sẽ di chuyển mộg khoảng là 0.01 mm khi

có một xung được phát ra Vì vậy, để dịch chuyển bàn dao một khoảng là 200 mm với vận tốc là 1mm/s thì hệ NC phải phát ra 20000 200/0.01 xung với tần số là

100 Xung/ 1phút (=1/0,01)

Các thanh dẫn hướng trên máy tiện CNC

Sơ đồ cấu tạo của thanh dẫn hướng như sau:

Hình 1.20 Dẫn hướng trên máy CNC

Mâm c p

Trên máy tiện nhất thiết phải dùng mâm c p để kẹp ch t chi tiết gia công đối với máy tiện thông thường, mâm c p thường dùng loại 3 chấu tự định tâm ho c loại 4 chấu c p yêu cầu đối với mâm c p là lực kẹp đủ lớn để kẹp ch t chi tiết, nhất là khi gia công cớn tốc độ cao để tạo ra lực kẹp lớn, người ta thường dùng các cơ cấu thuỷ lực hoạc khi nén để kẹp

Hình 1.21 âm c p 3 ch u và mâm c p 4 ch u tự định tâm

Trên máy tiện CNC, thường xuyên phải gia công với tốc độ lớn đến 8000 vòng/ phút do đó các cơ cấu kẹp ch t thường được thiết kế sao cho lợi dụng được lực quan tính ly tâm, khi quay càng cao thì lực kẹp càng được tăng cường

Ụ động

Ụ động dùng trong các trường hợp chi tiết gia công quá dài, cần phải tăng cường độ cứng vững của hệ thống trên máy CNC, ụ động có thể được điều khiển bằng tay quay điện tử ho c bằng một động cơ riêng một số loại máy được trang bị

§Öm Bµn trù¬t

Thanh dÉn Bi

thêm các thiết bị đ c biệt có thể điều khiển ụ động như là một trục chính thứ hai để tiết kiệm thời gian thay đổi đầu gia công chi tiết

Cụm gá dao

Hình 1.22 Cụm gá dao trong hệ thống CNC

Cụm gá dao có nhiệm vụ là định vị, kẹp ch t dụng cụ cắt, tích chứa các dụng

cụ để đáp ứng các yêu cầu về dụng cụ trong một trương trình gia công

Bao gồm hai bộ phận chính sau:

+ Giá đỡ ổ tích dao bàn xe dao

Bộ phận này là bộ phận đỡ ổ chứa dao thực hiện các chuyển động tịnh tiến ra, vào song song, vuông góc với trục chính nhờ vào các động cơ bước các chuyển động này đã được lập trình sẵn

+ Ổ tích dao đầu rơvonve

Máy tiện cnc thường dùng hai loại sau:

Đầu rơvonve có thể lắp từ 10 đến 12 dao các loại

Các ổ chứa dao trong tổ hợp gia công với các bộ phận khác đồ gá thay đổi dụng cụ

Đầu rơvonve cho phép thay nhanh dao trong một thời gian ngắn đã chỉ định, còn ổ chứa dao thì mang một số lượng lớn dao mà không gây nguy hiểm, va chạm trong vùng làm việc của máy tiện

Trong cả hai trường hợp chuôi của dao thường được kẹp trong khối mang dao tịa những vị trí xác định trên bàn xe dao các khối mang dao phù hợp với các giá

đỡ dao trên máy tiện và được tiêu chu n hoá

Các kết cấu của đầu rơvonve tuỳ thuộc vào công dụng và yêu cầu công nghệ của từng loại máy

Bao gồm đầu rơvonve kiểu chữ thập, kiều đĩa hình trống Đầu rơvonve có thể lắp các loại dao: tiện, phay, khoan, khoét, cắt ren … được tiêu chu n hoá phần chuôi có thể lắp lẫn và lắp ghép với các đồ gá trên đầu rơvonve

+ Ổ chứa dụng cụ dùng cho máy tiện CNC

Các ổ chứa dao cụ thường được sử dụng ít hơn so với đầu rơvonve vì việc thay đổi dụng cụ khó khăn so với các cơ cấu của đầu rơvonve song ổ chứa có ưu điểm là an toàn, ít gây ra va chạm trong vùng gia công, dễ dàng ghép nối một số lớn các dụng cụ một cách tự động mà không cần sự can thiệp bằng tay

1.5.5.2 M t số thiết bị song song dùng trên máy tiện

Các thiết bị song song đi kèm với máy thường có tác dụng mở rộng khả năng làm việc của máy cũng như rút ngắn thời gian hao phí, thiết lập các chế độ hoạt động của máy, sau đây giới thiệu một số thiết bị thường dùng trong hệ thống sản suất tự động và trong nhà máy:

Thiết bị đo dao settingauge

Thiết bị đo dao là một thiết bị rất quan trọng trong các thiết bị đi kèm với máy tiện Đây là thiết bị để xác định các thông số của dao để đưa vào trong bộ nhớ

về dao tool offset Nó thường được quy chu n về kích thước và thường được ghép với máy thông qua một đường truyền Khi cần đo một dụng cụ mới, thiết bị

đo được lắp với máy và sau đó sẽ tiến hành các thủ tục đo dụng cụ

Hệ thống đo tự động chi tiết automatic workpiece mesuring divice

Hệ thống này để đo tự động các kích thước của chi tiết gia công như đường kính, vị trí lỗ khoan Có hai phương pháp đo được áp dụng thường dụng là đo ngoài và đo trong Phương pháp đo trong sử dụng nhiều loại cảm biến khác nhau