Nghiên cứu phương pháp lập trình gia công bề mặt phức tạp trên máy phay CNC

Lý do chọn đề tài Trong sự phát triển không ngừng của các thành tựu Khoa học – công nghệ, đặc biệt lĩnh vực điều khiển số và tin học đã cho phép các nhà Chế tạo máy ứng dụng vào máy cắt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGUYỄN TIẾN QUYẾT

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH GIA CÔNG BỀ MẶT

PHỨC TẠP TRÊN MÁY PHAY CNC

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ một công trình khác, trừ những phần tham khảo

đã được ghi rõ trong luận văn

Tác giả

Nguyễn Tiến Quyết

MỤC LỤC

Trang Trang phụ bìa

Danh mục các kí hiệu, các chữ viết tắt 4

1.1.1 Khái niệm về Điều khiển số 9

1.1.2 Quá trình hình thành và phát triển 9 1.1.3 Hệ thống Điều khiến số 20

Chương 2 - LÍ THUYẾT TẠO HÌNH BỀ MẶT TRÊN MÁY PHAY

2.1.1 Dụng cụ trong gia công bề mặt không gian trên máy phay CNC

2.1.2 Tổng quan về đường dụng cụ trong gia công trên máy phay CNC

37 39 2.1.3 Sinh đường dụng cụ trong các phần mềm CAD/CAM 40

2.1.4 Các thông số của đường dụng cụ 41

2.1.5 Ảnh hưởng của các thông số của đường dụng cụ lên chất lượng bề

2.2 Ứng dụng công nghệ CAD/CAM trong tạo hình bề mặt không gian

2.2.1 Lý thuyết về gia công phay trên máy phay CNC 45

Chương 3 – PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH GIA CÔNG CHI TIẾT

Chương 4 - LẬP TRÌNH GIA CÔNG CHI TIẾT CÓ BỀ MẶT PHỨC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

OXYZ: Hệ trục tọa độ NC: Numerical Control CNC: Computer Numerical Control APT: Automatically Programmed Tool CIM: Computer-Integrated Manufacturing DNC: Direct Numerical Control

ACC: Adaptive Control Constrain ACO: Adaptive Control Optimation FMS: Flexible Manufacturing System M: Điểm không của máy

R: Điểm gốc tọa độ trên máy W: Điểm không của chi tiết

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Hệ thống điều khiển DNC

Hình 1.2: Ứng dụng điều khiển thích nghi

Hình 1.3: Phân chia các hệ thống gia công

Hình 1.4: Máy NC có trang bị các Robot

Hình 1.5: Dây truyền sản xuất linh hoạt (FMS) hay tích hợp (CIM)

Hình 1.6: Mô hình hệ thống sản xuất linh hoạt

Hình 1.7: Dây truyền sản xuất linh hoạt

Hình 1.8: Máy Phay CNC trục đứng

Hình 1.9: Máy Phay CNC trục ngang

Hình 1.10: Hệ trục tọa độ theo qui tắc bàn tay phải

Hình 1.11: Hệ trục toạ độ của Máy gia công trung tâm trục đứng

Hình 1.12: Hệ trục toạ độ của Máy gia công trung tâm trục ngang

Hình 1.13: Điểm gốc toạ độ của máy và không gian làm việc của máy Hình 1.14: Hệ thống gốc toạ độ của chi tiết từ G54 đến G59

Hình 1.15: Hệ thống gốc toạ độ của chi tiết

Hình 2.1 Các loại dao phay phổ biến trong gia công bề mặt cong

Hình 2.7 Ảnh hưởng của hướng tiến dao đến đường dụng cụ

Hình 2.8 Chiều cao nhấp nhô theo bước tiến ngang

Hình 2.9 Bề mặt thực và bề mặt lý thuyết theo dung sai gia công

Hình 2.10 Nội suy đường tròn

Hình 2.11: Mạch tạo hình ứng dụng CAD/CAM

Hình 2.12: Hình dáng bề mặt sau gia công

Hình 2.14: Ví dụ đường chạy dao đồng phẳng Si (i = 1, 2, )

Hình 2.15: Đường chạy dao đồng tham số (v = const)

Hình 2.16: Tạo bước chạy dao dựa vào chiều cao nhấp nhô

Hình 2.17: Sơ đồ khối của phương pháp chiều cao nhấp nhô không đổi Hình 2.18: Đường chạy dao gia công hốc

Hình 22a: Xác định bước dịch dao đối với dao phay ngón đầu tròn Hình 22b: Xác định bước dịch dao đối với dao phay ngón đầu phẳng Hình 2.23: Xác định giá trị offset trong mặt đẳng góc

Hình 2.24 Sơ đồ chiếu và offset đường cong đẳng dốc

Hình 2.25: Sơ đồ tính sai số

Hình 3.1: Đo theo tọa độ tương đối

Hình 3.2: Lệnh G00

Hình 3.3: Đường đi của dao theo lệnh G01

Hình 3.4: Xác định mặt phẳng gia công trên trung tâm gia công Hình 3.5: Lênh G02; G03

Hình 3.6: G03(G02) viết theo thống số I,J

Hình 3.13: Đường đi của dao về điểm gốc của máy

Hình 3.14: Đường đi thẳng của dao về điểm gốc của máy với G91 Hình 3.15: Đường dịch chuyển của tâm dao khi bù

Hình 3.16: Hướng bù của G41 và G42

Hình 3.17: Ví dụ bù bán kính dao

Hình 3.18: Ví dụ bù chiều dài dao G43

Hình 3.19: Ví dụ bù chiều dài dao G44

Hình 3.20: Ví dụ bù chiều dài dao sử dụng G43

Hình 3.21: Các điểm trong chu trình

Hình 4.2: Mô phỏng phay thô

Hình 4.2: Mô phỏng phay thô

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong sự phát triển không ngừng của các thành tựu Khoa học – công nghệ, đặc biệt lĩnh vực điều khiển số và tin học đã cho phép các nhà Chế tạo máy ứng dụng vào máy cắt gọt các hệ thống điều khiển ngày càng tin cậy hơn với tốc độ xử

lý nhanh hơn và giá thành thấp hơn Tự động hóa sản xuất, mà phương thức cao nhất của nó là sản xuất linh hoạt (dây chuyền mền) Trong đó máy điều khiển số CNC (Computer Numerical Control) đóng vai trò quan trọng nhất, sử dụng máy điều khiển số CNC cho phép giảm khối lượng gia công chi tiết, nâng cao độ chính xác gia công và hiệu quả kinh tế đồng thời cũng rút ngắn được chu kỳ sản xuất

Chính vì vậy, nghành cơ khí chế tạo đa số các nước phát triển trên thế giới cũng như trong nước ta hiện nay đầu tư các dây chuyền CNC ứng dụng vào sản xuất với hiệu quả kinh tế rất cao Vấn đề tài chính không còn là vấn đề đáng quan tâm của các doanh nghiệp khi đầu tư các máy công cụ điều khiển theo chương trình số, ngay cả các doanh nghiệp loại vừa và nhỏ cũng đều có thể tự trang bị được

Với sự tận tình giúp đỡ và định hướng nghiên cứu của GS.TS Trần văn Địch,

tác giả đã chọn đề tài : Nghiên cứu phương pháp lập trình gia công bề mặt phức tạp

trên máy phay CNC Với mục tiêu đặt ra là nghiên cứu phương pháp lập trình chi

tiết có bề mặt phức tạp trên máy phay CNC

3 Múc đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Luận văn giải quyết phần lý thuyết lập trình dựa trên lý thuyết tạo hình bề mặt và đường chạy dao trên máy phay CNC, lập trình gia công bề mặt phức tạp trên máy phay CNC sử dụng phần mềm AutoCAD, CIMATRON… Áp dụng trong giảng dạy của các trường Đại học và Cao đẳng kỹ thuật, trong thực tế sản xuất

Đối tượng, phạm vi nghiên cứu máy phay CNC sử dụng hệ điều hành FUNUC và các hệ điều hành tương đương

4 Nội dung luận văn

Tác giả đi sâu giải quyết các vấn đề chính như sau :

Chương 1: Tổng quan về công nghệ CNC

Chương 2: Lí thuyết tạo hình bề mặt trên máy phay CNC

Chương 3: Phương pháp lập trình gia công trên máy phay CNC

Chương 4: Lập trình gia công chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy phay CNC

5 Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết động học máy CNC, phương pháp tạo hình bề mặt, phương pháp lập trình và thực nghiệm

Tác giả rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn đồng nghiệp

để tác giả hoàn thiện hơn cho các công trình tương tự sau này

Xin trân thành cảm ơn GS.TS Trần Văn Địch người đã tận tình hướng dẫn

em hoàn thành luận văn này.

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 1.1 Gia công điều khiển theo chương trình số

1.1.1 Khái niệm về Điều khiển số

Khi gia công chi tiết trên các máy công cụ thông thường, các bước gia công do người thợ thực hiện bằng tay như: điều chỉnh số vòng quay trục chính và lượng chạy dao, kiểm tra vị trí của dao cắt để đạt được kích thước cần gia công trên bản vẽ v.v…

Ngược lại trên các máy công cụ điều khiển theo chương trình số, quá trình gia công được thực hiện một cách tự động Trước khi gia công, người ta phải đưa vào

hệ thống điều khiển một chương trình gia công dưới dạng một chuỗi các lệnh điều khiển Chương trình này mô tả đầy đủ các bước cần thiết cho quá trình gia công bằng một ngôn ngữ lập trình mà hệ thống điều khiển có thể hiểu được, cũng như có khả năng thực hiện các lệnh đó và kiểm tra chúng bằng các thiết bị đo dịch chuyển trên các bàn trượt của máy

Như vậy điều khiển số (NC = Numerical Control) là một hình thức đặc biệt của

tự động hoá, mà cụ thể là các máy công cụ tự động được lập trình để thực hiện một loạt các thao tác máy ở một chế độ xác định nhằm tạo ra một chi tiết thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật cho trước Các máy công cụ hoạt động theo phương thức điều khiển số gọi là các máy NC hoặc các máy CNC

1.1.2 Quá trình hình thành và phát triển

1.1.2.1 Vài nét về lịch sử Điều khiển số

Trước những năm 1950, trên thế giới xuất hiện hai loại hình sản xuất công nghiệp chính: (1) sản xuất loạt nhỏ và vừa, đặc trưng bởi các máy công cụ vạn năng thao tác bằng tay, năng suất thấp, các chi tiết (sản phẩm) có tính đa dạng cao; (2) sản xuất loạt lớn, thao tác tự động, sử dụng các máy công cụ được thiết kế chuyên

Nó chỉ phát huy được hiệu quả kinh tế khi số lượng chi tiết sản xuất ra phải đủ lớn

để bù lại chi phí ban đầu này Thêm nữa, vì các máy hoặc hệ thống gia công tự động

đã được thiết kế chuyên dụng chỉ cho một chủng loại chi tiết, nên sẽ rất khó khăn hoặc thậm chí là không thể nếu muốn điều chỉnh chúng để sản xuất ra các chủng loại chi tiết khác

Kể từ sau Chiến tranh thế giới thứ II, các yếu tố như sự thay đổi về nhu cầu, sự phát triển về công nghệ và cả sự cạnh tranh trên phạm vi toàn cầu đã dẫn đến sự xuất hiện của các mẫu thiết kế sản phẩm mới với tốc độ nhanh chưa từng thấy Một sản phẩm sẽ không thể tồn tại lâu trên thị trường nếu như không có sự cải tiến về chất lượng, đặc tính và mẫu mã, hay nói cách khác, nếu như không có sự thay đổi

về thiết kế của nó Nhìn chung, các máy công cụ và các hệ thống sản xuất tự động thế hệ cũ đã không còn đáp ứng được nhu cầu mới này, vì hoạt động của chúng đều dựa trên các bộ phận cơ khí, cơ-điện, thuỷ lực và khí nén vốn khó thay đổi để thích ứng được với quy trình chế tạo một chủng loại sản phẩm khác Yêu cầu cấp thiết đặt

ra tại thời điểm này là phải có một hệ điều khiển máy công cụ mới, dựa trên các nguyên lý mới và dễ dàng thích nghi được với các biến thể trong thiết kế và các tình huống sản xuất thực tế

Hệ thống điều khiển mới này còn phải có khả năng điều khiển tự động với độ chính xác cao chuyển động của dao cắt trong khi gia công biên dạng chi tiết, đặc biệt là với các chi tiết lớn, phức tạp trong công nghiệp chế tạo ôtô và máy bay những năm 1950 Muốn vậy hệ điều khiển phải xử lý nhanh các tín hiệu thu nhận

được Sự xuất hiện của các máy tính điện tử số (digital computer) với tốc độ tính

toán nhanh gấp hàng trăm lần so với trước đây đã cho phép phát triển loại hệ thống điều khiển kể trên

Năm 1940, thông qua thực nghiệm John Parsons đã phát hiện ra dữ liệu ba chiều

về vị trí dao cắt được khởi tạo từ các biên dạng chi tiết có thể lại được sử dụng để điều khiển chuyển động máy công cụ Dựa trên ý tưởng này, William Webster cùng

cơ cấu sécvô hiệu năng cao (high-performance servo-mechanism) là cần thiết cho

sự ra đời của kỹ thuật gia công chính xác biên dạng chi tiết

Tiếp đó, một bản hợp đồng về nghiên cứu kiểm chứng tính khả thi của hệ thống điều khiển máy công cụ dựa trên máy tính số đã được kí kết giữa Parsons Corporation và Phòng thí nghiệm về động cơ sécvô thuộc Viện công nghệ bang Massachussets (MIT-Mỹ) vào tháng 10/1949 Tới năm 1952, máy phay đứng đầu tiên với 3 trục NC điều khiển đồng thời nhằm gia công kích thước 3D đã được MIT

chế tạo thành công, có tên gọi là máy điều khiển số- Numerical(ly) Control(led)

Machine

Máy phay NC đầu tiên này sử dụng đơn vị điều khiển lai tương tự-số, có thể gia công được chi tiết với tốc độ, độ chính xác cũng như tính lặp lại cao gấp từ 3-5 lần

so với các máy công cụ trước đây Hơn nữa, nó không cần bất cứ sự thay đổi nào về

bộ phận máy để tạo ra một chủng loại chi tiết mới; một chương trình NC lưu trên băng đục lỗ là thứ duy nhất cần phải chuẩn bị

Trong những năm 1952-1955, các nghiên cứu sâu hơn được tiến hành dựa trên

sự phối hợp giữa MIT và Cơ quan Không lực Hoa Kỳ (U.S Air Force- AF) nhằm kiểm định và đánh giá hệ thống điều khiển máy NC mới này và khảo sát các ứng dụng của nó trong các máy công cụ khác Năm 1957, AF đã quyết định tự tài trợ cho đề án sản xuất 100 máy phay NC cỡ lớn để chuyên chế tạo các thiết bị hàng không với tổng trị giá lên tới 60 triệu USD Dự án này được phân bố cho 4 nhà sản xuất bộ điều khiển máy công cụ riêng biệt sau:

• Kearney and Tracker Bendix

• Gidding and Lewis General Electric

Tuy việc phân bổ dự án này đã giảm thiểu được nguy cơ rủi ro gặp phải các hệ thống hoạt động kém hiệu quả, nhưng mặt khác lại gây ra sự đa dạng trong mẫu

trong việc chuyển giao các chương trình NC để gia công trên các máy NC có hệ điều khiển khác nhau

Các máy NC kể trên đã được đưa vào hoạt động từ 1958-1960 tại một vài hãng hàng không Tuy nhiên chúng không phát huy được hiệu quả do các mạch điện tử

hệ điều khiển thời kỳ này hoạt động kém tin cậy, những sai sót trong khâu cài đặt và vận hành máy, và cả sự yếu kém về kỹ thuật lập trình của người sử dụng

Những khó khăn trên đã từng bước được khắc phục bằng việc cải tiến dần thiết

kế của hệ điều khiển NC (từ phía nhà chế tạo máy công cụ) và bằng việc đào tạo nâng cao trình độ cho các lập trình viên, người vận hành và chuyên gia bảo dưỡng (từ phía người sử dụng) Vấn đề trên hoàn toàn được giải quyết trong những năm 1961-1962 Bị thuyết phục trước những ưu thế vượt trội của kỹ thuật NC, các hãng hàng không đã bắt đầu mua hoặc tự chế tạo các máy NC mới bằng nguồn kinh phí riêng của mình

Về phương diện lịch sử, sự phát triển của kỹ thuật NC gắn liền với hai nhân tố chính: sự cải tiến hệ điều khiển máy công cụ và các công cụ trợ giúp lập trình Cấu hình của máy gia công NC hiện đại có nét khác biệt lớn so với các máy

công cụ truyền thống Hệ thống tiến dao (feed-drive system) đóng vai trò cốt lõi

trong máy NC vì nó quyết định độ chính xác vị trí và biên dạng của chi tiết gia công Yêu cầu đặt ra đối với hệ thống này là tính chính xác cao và tính tác động nhanh Việc sử dụng các thanh trượt chống ma sát, cơ cấu vítme- đai ốc- bi cho phép giảm ma sát giữa các bộ phận truyền động và hiệu ứng stick-slip Từng trục được dẫn động bằng các động cơ một chiều riêng biệt thay vì thiết kế dẫn động trung tâm như trước đây

Hệ thống đo chính xác và phản hồi các dịch chuyển thẳng và góc cũng được phát triển và sử dụng trên máy NC vì chúng rất cần thiết cho việc thực hiện điều

khiển theo vòng lặp kín (closed-loop control)

Các chuyển động phụ trợ (thẳng, quay) theo các hướng khác với ba trục cổ điển

máy NC cắt được một chi tiết với nhiều dao cắt khác nhau trong cùng một lần gá

dao Một loại cấu hình NC mới với tên gọi trung tâm gia công NC (NC Machining

Center) đã xuất hiện vào những năm cuối thập niên 1950, kết hợp được các chức

năng gia công của một số máy công cụ thông thường như phay, tiện, khoan và doa Một lĩnh vực quan trọng khác trong sự phát triển của máy công cụ NC có liên

quan đến hệ điều khiển NC chính là bộ điều khiển NC (NC controller) Các bộ điều

khiển NC hiện đại đều hoạt động dựa trên nguyên lý điều khiển phản hồi theo vòng lặp kín để đảm bảo được độ chính xác và tính lặp lại cao khi gia công

Các bộ điều khiển NC đầu tiên sử dụng ống phóng chân không và rơle điện; việc điều khiển của chúng được tiến hành thông qua các cơ cấu sécvô thuỷ lực nên hoạt động kém tin cậy và thiếu chính xác Cùng với sự phát triển của kỹ thuật điện tử, các bộ điều khiển NC thế hệ thứ 2, thứ 3 đã được xây dựng với mạch điện tử số dùng các transistor và các bảng mạch tích hợp IC riêng biệt Các bộ điều khiển này đòi hỏi chương trình NC phải được viết bằng các mã đặc biệt, lưu lại trên băng đục

lỗ (perforated paper tape) và đưa vào bộ điều khiển thông qua bộ đọc băng lỗ (tape

reader)

Sự phát triển của kỹ thuật máy tính kéo theo sự giảm giá thành liên tục các thiết

bị phần cứng, và đến cuối những năm 1960, bộ nhớ ROM (Read Only Memory) đã

được áp dụng cho bộ điều khiển NC Một chuỗi các chỉ dẫn thao tác được lưu trữ trong bộ nhớ ROM, và có thể được truy cập, thực hiện bằng Đơn vị điều khiển máy

MCU (Machine Control Unit) Cũng chính vì vậy mà bộ điều khiển NC có thể có

nhiều chức năng khác mà không cần ghép nối thêm nhiều phần cứng; một chương trình NC lưu trữ là thứ duy nhất cần thiết

Khi kích thước của các bộ vi xử lý và máy vi tính ngày càng trở nên nhỏ gọn, thì vào những năm 1970, một kỹ thuật mới đã xuất hiện nhằm tích hợp một máy tính chuyên dụng vào bộ điều khiển NC-mang tên Điều khiển Số Máy tính bằng CNC

(Computer Numerical Control) Ngoài băng đục lỗ hay băng từ, chương trình NC

chỉnh sửa và tối ưu hoá- một tiện ích không thể có tại các bộ điều khiển thế hệ cũ

Bộ điều khiển NC còn cung cấp chẩn đoán lỗi trực tuyến về tình trạng máy và truyền tin dễ dàng với nhiều thiết bị vào-ra và các máy tính khác

Hai hướng tiếp cận đã được phát triển để thực hiện truyền tin (communication)

giữa bộ điều khiển CNC và máy tính Với Điều khiển Số Phân tán DNC

(Distributed Numerical Control), một chương trình gia công chi tiết hoàn chỉnh có

thể được gửi đến từ một máy tính và lưu trữ trên bộ điều khiển CNC trước khi nó

được thực hiện Trong Điều khiển số Trực tiếp DNC (Direct Numerical Control), chương trình còn có thể được gửi tới bộ điều khiển NC từng lệnh một (statement by

statement) trong khi đang thực hiện việc gia công chi tiết (theo thời gian thực) Sự

khác biệt giữa hai hướng tiếp cận này là kích thước chương trình NC cho hệ Điều khiển Số Phân tán bị giới hạn bởi dung lượng đơn vị bộ nhớ bộ điều khiển NC Còn với hệ Điều khiển Số Trực tiếp, các thao tác trên máy NC phụ thuộc các tín hiệu gửi

đi từ máy tính Thông thường một máy tính trung tâm (central computer) được

dùng để điều khiển một vài máy NC, vì thế hoạt động của các máy NC này sẽ phụ thuộc nhiều vào mức độ hoạt động của máy tính trung tâm đó

Bên cạnh sự phát triển của hệ điều khiển NC còn phải kể đến các phần mềm trợ giúp lập trình NC Như đã trình bày ở các phần trên, dữ liệu chính xác liên quan đến các vị trí dịch chuyển dao liên tiếp trong quá trình gia công cần phải được đưa vào chương trình NC Đối với các chi tiết có hình dạng phức tạp, việc tính toán bằng tay các số liệu này là không khả thi hoặc quá tốn kém Sự khó khăn trong lập trình NC còn do nhu cầu dịch dữ liệu vào các mã yêu cầu bởi nhiều bộ điều khiển NC khác nhau

Năm 1955, một nguyên mẫu của hệ thống lập trình NC phát triển bởi MIT đã được kiểm định trên máy tính Whirlwind nhằm chỉ ra tính khả thi của việc sử dụng máy tính trợ giúp lập trình NC Năm 1958, Công cụ Lập trình Tự động APT

(Automatically Programmed Tool) dùng trên máy tính IBM ra đời dựa trên sự hợp

những năm 1960, APT đã được dùng phổ biến trên các máy tính lớn (mainframe

computer) được cài đặt trong các phân xưởng chế tạo máy bay APT tạo ra Dữ liệu

về Vị trí Dụng cụ cắt CLDATA (Cutter Location Data) theo định dạng tiêu chuẩn

và độc lập với các hệ điều khiển NC, do vậy nó tạo thuận lợi cho việc chuyển giao các chương trình NC giữa các hệ điều khiển Tuy trong quá trình phát triển APT đã xuất hiện nhiều phiên bản mới, nhưng hiện nay chỉ có APT và COMPACT II được

sử dụng rộng rãi trong công nghiệp Riêng APT là ngôn ngữ lập trình NC duy nhất được cả thế giới chấp nhận sau khi đã tiêu chuẩn hóa tại Mỹ năm 1974

Sử dụng các ngôn ngữ lập trình NC bậc cao đã đơn giản hóa công việc lập trình

và chuẩn bị băng từ Quỹ đạo cắt NC đã có thể được định nghĩa dựa trên cơ sở các

thực thể hình học xác định bởi các câu lệnh đặc tả hình học APT (APT geometric

definition statement) Sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật thiết kế với sự trợ

giúp máy tính CAD (Computer-Aided Design) vào những năm 1960 đã cho phép

các nhà thiết kế xây dựng các bản vẽ kỹ thuật trên màn hình CRT và tạo ra các mô hình hình học trên máy tính Khi này, một thực thể hình học định nghĩa bởi hệ CAD trong phạm vi một máy tính được biểu diễn bởi một nhóm dữ liệu, các thông số của các hàm toán học hoặc các phương trình mô tả thực thể hình học đó Nói cách khác, những dữ liệu này chính là phần thể hiện của chi tiết trên máy tính và còn được gọi

là mô hình CAD của chi tiết

Dữ liệu của mô hình CAD có thể còn được sử dụng để định nghĩa quỹ đạo cắt

NC với sự trợ giúp của các phần mềm lập trình NC xác định Vì vậy nếu một hệ CAD được cung cấp với các chức năng cần thiết cho việc biểu diễn một quỹ đạo cắt

NC dựa trên mô hình CAD đó, thì ta có thể xác định được một quá trình gia công

NC hiển thị trên màn hình CRT Một hệ thống như vậy thường được gọi là hệ thống Thiết kế có Trợ giúp Máy tính/ Sản xuất có Trợ giúp Máy tính CAD/CAM

(Computer-Aided Design/ Computer-Aided Manufacturing) Các hệ CAD/CAM

chưa được sử dụng rộng rãi cho tới trước năm 1980 do giá thành cao và độ tin cậy

(general) và hướng NC (NC-oriented) với chất lượng tốt đã xuất hiện nhiều trên thị

trường

Kỹ thuật Điều khiển số NC ban đầu vốn chỉ phát triển cho việc điều khiển quá trình gia công biên dạng chi tiết kim loại, nhưng ngày nay nó đã có các ứng dụng

rộng rãi trong hàn (welding), cắt hơi (flame cutting), gia công tấm vỏ (metal

forming), các quá trình đo lường và giám sát v.v…Ngoài ra kỹ thuật NC còn được

sử dụng trong các ngành công nghiệp khác như sản xuất đồ gỗ (woodworking), đồ dệt may (textile), nhựa (plastics), và đồ điện tử (electronics) Robotics cũng được

xem như là một trong những ứng dụng quan trọng của NC vì giữa chúng có sự tương đồng về các nguyên lý lập trình và điều khiển

Xu hướng phát triển chính của kỹ thuật NC hiện nay chính là tạo dựng trực tiếp chương trình dựa trên mô hình CAD, kết hợp với việc sử dụng cơ sở dữ liệu sản

xuất (manufacturing database system)- gồm dữ liệu về dụng cụ cắt, máy, đồ gá, vật

liệu phôi và lập kế hoạch sản xuất

1.1.2.2 Ảnh hưởng của kỹ thuật NC tới quá trình thiết kế và chế tạo sản phẩm

(1)Ảnh hưởng tới quá trình thiết kế sản phẩm

Lịch sử phát triển của kỹ thuật NC cho thấy điều khiển số- như một công cụ tự động hoá- đã phát triển từ phương thức sản xuất thông thường nhằm đáp ứng nhu cầu đa dạng về chủng loại chi tiết và sự thay đổi nhanh chóng về mẫu mã thiết kế sản phẩm Kỹ thuật NC được xem như cầu nối giữa nền tự động hóa cứng sản xuất

loạt lớn truyền thống (conventional high-volume hard automation) với nền tự động hóa linh hoạt điều khiển bởi máy tính (computer-controlled flexible one)

Kỹ thuật NC là cho phép chế tạo một chi tiết cơ khí với hình dạng tùy ý mà không phụ thuộc vào kỹ năng thao tác của người vận hành máy Người thiết kế có thể đưa ra trong bản vẽ của mình chi tiết với hình dáng, bề mặt và biên dạng phức tạp mà trước đây được xem là không thể gia công hoặc có thể gia công nhưng không đạt hiệu quả kinh tế Nhờ có độ chính xác định vị trí cao, khả năng chuyển

gọt khá dễ dàng các chi tiết chứa tổ hợp các phần tử hình học với những đòi hỏi nghiêm ngặt về hướng và dịch chuyển tương đối

(2) Ảnh hưởng tới quá trình chế tạo sản phẩm

Tác động của kỹ thuật NC tới quá trình thiết kế sản phẩm tương đối hạn chế, vì mẫu thiết kế sản phẩm khi đưa ra trước tiên phải thoả mãn các đòi hỏi về chức năng chi tiết, sau đó mới là các yêu cầu về mức độ dễ dàng khi gia công Ảnh hưởng của

NC tới quá trình sản xuất chế tạo sản phẩm lớn hơn nhiều

Thay đổi cách thức thiết kế hay lập kế hoạch gia công:

Lấy ví dụ, trong gia công truyền thống, tuy quy trình công nghệ (process plan) đã

cung cấp các thông tin cần thiết liên quan tới máy, dao, đồ gá, thời gian gia công

(time rate), trình tự các bước công nghệ, và cả các thông số gia công như tốc độ cắt

và tốc độ tiến dao, song các thao tác tại mỗi quá trình riêng biệt (như tiện, phay) đều

do người thợ máy chỉ định, và thường là theo cách cắt thử và sửa lỗi

(trial-and-error basis) Với các hệ thống NC hoặc CIM (Computer-Integrated Manufacturing), một quy trình công nghệ và các bước gia công trong đó đều được

lập và xác định rất cụ thể, do đó nó có thể được thiết kế như một thủ tục hay chương trình chạy bởi máy tính và tiếp đó là gia công chính xác trên máy CNC Người lập quy trình công nghệ cần phải có kiến thức sâu về các quá trình gia công, còn người lập trình NC thì lại phải hiểu biết tường tận về các thao tác vận hành máy

Thay đổi cách thức mà các bước gia công được thực hiện:

Các thao tác gia công không còn được điều khiển bởi người thợ máy, mà thay vào

đó là chính chương trình NC Kỹ năng của người vận hành được thay thế bởi quá trình xử lý thông tin (ví dụ: xác định các bước gia công trong chương trình NC) Tất

cả các công việc chuẩn bị đều được tách rời khỏi máy và được tiến hành bởi người lập trình, vì thế thời gian điều chỉnh máy trong mỗi bước gia công được giảm đáng

kể

Thay đổi cách thức điều khiển một quá trình hay thao tác:

Như vậy, kỹ thuật NC có ảnh hưởng sâu sắc tới nền sản xuất hiện đại: nó thay đổi những nguyên lý của tự động hoá, phương thức một quá trình được thiết kế, thực hiện và điều khiển, đồng thời cũng góp phần làm biến đổi cấu trúc của lực

lượng lao động Nền tự động hóa linh hoạt (flexible automation), vốn là loại hình tự

động hóa có thể thích nghi nhanh chóng và dễ dàng với các thay đổi trong thiết kế

và chế tạo thông qua quá trình xử lý thông tin nhanh bởi máy tính, hoàn toàn có thể đạt được trong tương lai

Dưới đây sẽ điểm lại và bổ sung thêm các mốc quan trọng trong quá trình hình thành và phát triển của kỹ thuật NC trên thế giới:

1952 Viện công nghệ Massachussets (MIT)- Mỹ chế tạo máy gia công CNC đầu tiên dùng đèn điện tử và băng lỗ mã nhị phân để ghi chương trình NC, gia công kích thước theo 3 chiều (3D)

1958 Ngôn ngữ lập trình APT (Automatically Programmed Tool) dùng

với máy IBM704

1960 Hệ NC dùng đèn bán dẫn (Transistor)

1965 Thay dao tự động ATC (Automatic Tool Change)

1968 Mạch tích hợp IC (Intergrated Circuits) dùng trong hệ NC

1969 Điều khiển NC trực tiếp/phân tán DNC (Direct NC/Distributed

NC) với máy tính IBM

1970 Thay bệ (bàn) gá phôi tự động APC (Automatic Pallet Change)

1972 Hệ NC dùng với máy tính nhỏ (Minicomputer) được chế tạo hàng

loạt, tạo thành hệ CNC (Computerised NC) Sau đó hệ NC dùng Vi

xử lý (MicroProcessor) cũng được gọi là hệ CNC

1978 Hệ thống gia công linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System)

1979 Kết nối liên hoàn CAD/CAM đầu tiên

1984 Hệ CNC với công cụ trợ giúp đồ họa (graphics), tạo khả năng mô

phỏng (simulation) trên máy tính và lập trình tại phân xưởng

1986/1987 Giao diện tiêu chuẩn hóa (Standard Interfaces) tạo khả năng tích

hợp hóa và tự động hóa sản xuất theo mô hình CIM (Computer

Intergrated Manufacturing)

1990 Giao diện số (Digital Interfaces) giữa hệ điều khiển NC và các hệ

khởi động đã cải thiện độ chính xác cũng như đáp ứng điều khiển của các trục NC (NC axes) và các trục máy

1993 Động cơ tuyến tính (Linear Motor) ở các trung tâm gia công MC

(Manufacturing Center)

1994 Khép kín chuỗi quá trình CAD/CAM/CNC bằng cách dùng hệ

NURBS (Non Uniform Rational B-Spline) làm phương pháp nội suy

trong các hệ NC Hệ NURBS dùng để diễn tả toán học các bề mặt gia công bằng các điểm và các thông số tạo thành mô hình lưới bề mặt gồm nhiều nút, diễn tả bề mặt với độ mịn (sắc nét) cao, truy cập trực tiếp từ hệ CAD Giải pháp này có tác dụng giảm dung lượng dữ liệu lưu trữ, tăng độ chính xác và tốc độ xử lý, tạo chuyển động đều đặn của máy, tăng tuổi thọ của máy gia công và dụng cụ cắt

1996 Điều khiển bộ khởi động số (Digital Motor Control) và nội suy chính

xác (Fine Interpolation) với độ phân giải nhỏ hơn 0.001 m, lượng tiến

dao đạt tới 100 m/ph

1997 Kỹ thuật Hiện thực ảo VR (Virtual Reality) tạo khả năng mô phỏng

không gian hiệu quả hơn

Công nghệ tạo mẫu nhanh RPT (Rapid Prototyping Technology): dựa

trên kỹ thuật CAD và LASER cho phép tạo ra hiện vật có hình thù phức tạp một cách nhanh chóng (sau vài giờ) từ chất có khả năng kết

đông dưới tác dụng của tia cực tím UV (UltraViolet) từ đầu phát

LASER

Kỹ thuật ngược RE (Reverse Engineering): quá trình tái tạo lại vật thể

hình CAD 3D, sau đó: (2) dùng thiết bị tạo mẫu nhanh để tạo ra bản sao chi tiết

Hiện nay các máy CNC 5 trục đã được sản xuất và sử dụng rộng rãi ở các nước phát triển

- Lưu trữ và sử dụng lại các chương trình

- Lập trình tự động (với sự trợ giúp của máy tính) để nâng cao năng suất và độ chính xác gia công

Hệ thống điều khiển số được chia thành các loại: hệ thống điều khiển NC, hệ thống điều khiển CNC, hệ thống điều khiển DNC (trực tiếp, phân tán) và hệ thống thích nghi

của hệ điều khiển Sau khi hoàn thành xong lệnh thứ nhất, máy bắt đầu thực hiện lệnh thứ hai (lấy ra từ bộ nhớ) Trong khi thực hiện lệnh thứ hai thì hệ điều khiển sẽ đọc lệnh thứ ba (đưa vào chỗ của bộ nhớ mà lệnh thứ hai vừa giải phóng ra)

Nhược điểm chính của hệ thống điều khiển NC:

- Khi gia công chi tiết tiếp theo trong loạt, hệ điều khiển phải đọc lại tất cả các lệnh

từ đầu, do vậy có thể gặp phải sai số của bộ tính toán dẫn đến chất lượng gia công không đạt yêu cầu

- Do có nhiều câu lệnh được chứa trong băng đục lỗ hay băng từ mà khả năng chương trình bị dừng lại (không chạy) có thể xảy ra thường xuyên

- Do làm việc trong chế độ như vây mà băng đục lỗ hay băng từ sẽ nhanh chóng bị bẩn và mòn, gây lỗi chương trình

1.1.3.2 Hệ thống điều khiển CNC

Các hệ thống điều khiển NC có nhược điểm là kém linh hoạt Những thay đổi

về chương trình chỉ có thể tiến hành thông qua việc sửa lại các băng đục lỗ tại phòng lập trình vốn tốn nhiều thời gian và công sức Điều này tất yếu dẫn đến làm tăng thời gian dừng máy NC và giảm năng suất gia công

Ngày nay các hệ thống điều khiển NC đã được thay thế ngày càng rộng rãi bằng các hệ thống điều khiển CNC, mà đặc điểm chính của chúng là có sự can thiệp của máy vi tính Trong các hệ thống điều khiển này có 1 chương trình hệ thống CNC do chính nhà sản xuất máy CNC cài đặt vào máy tính Thông qua các phần mềm riêng

lẻ, ví dụ chương trình giải mã và hệ điều hành mà các chức năng CNC riêng lẻ được thực hiện

Chương trình gia công có thể được nạp tất cả vào bộ nhớ một lúc hoặc từng lệnh bằng tay từ bàn điều khiển Các lệnh điều khiển không chỉ viết cho từng chuyển động riêng biệt mà còn cho nhiều chuyển động cùng lúc Điều này cho phép làm giảm số câu lệnh của chương trình, nâng cao độ tin cậy làm việc của máy

Sau khi đã được đưa vào hệ thống điều khiển, chương trình gia công có thể được

ngay tại máy bất cứ lúc nào Các câu lệnh có thể được bổ sung, thay thế hoặc chỉnh sửa lại

Hệ thống điều khiển CNC có kích thước nhỏ gọn hơn, giá thành thấp hơn, đồng thời lại có những đặc tính mới mà hệ thống điều khiển NC trước đó chưa có, chẳng hạn cho phép hiệu chỉnh sai số cố định của máy (là nguyên nhân gây ra sai số gia công) Ngoài ra trên các hệ thống điều khiển CNC hiện đại còn trang bị màn hình

đồ họa giúp mô phỏng động học quá trình cắt gọt trên máy công cụ CNC

1.1.3.3 Hệ thống điều khiển DNC

DNC (Direct Numerical Control) biểu thị một hệ thống trong đó nhiều máy NC

được nối với 1 máy vi tính gia công thông qua đường dẫn dữ liệu

Đặc điểm cơ bản của các hệ thống DNC hiện nay là cung cấp cho các máy NC riêng biệt các thông tin điều khiển (hay các chương trình) Tất cả các chương trình

NC sẽ được sử dụng được lưu giữ trên các đĩa cứng của máy vi tính gia công (bố trí trên hệ thống DNC) và có thể được gọi ra trực tiếp tùy theo nhu cầu của từng máy

Hình 1.1: Hệ thống điều khiển DNC Trong sơ đồ trên, mỗi máy công cụ có hệ điều khiển CNC mà bộ tính toán của

nó có nhiệm vụ chọn lọc, phân phối các thông tin (chiều mũi tên 1)- nghĩa là bộ tính toán đóng vai trò là cầu nối giữa các máy công cụ và máy tính trung tâm Đồng thời

Trong các phân xưởng có hệ thống DNC, các chương trình NC do phòng lập trình làm và đưa thẳng vào trong máy tính Phần lớn các hệ điều khiển NC có các ngôn ngữ lập trình khác nhau, do vậy khi lập trình bằng tay cần phải có phần mềm tương ứng cho việc biên dịch NC Ngược lại, đối với lập trình bằng máy thì ứng với

từng kiểu điều khiển đòi hỏi phải có chương trình dịch riêng (bộ hậu xử lý-

postprocessor)

Ngoài ra, nếu phân xưởng có nhiều máy NC thì việc chuẩn bị tốt đồ gá và các dụng cụ phụ chiếm vai trò hết sức quan trọng Thông tin về các trang bị công nghệ này được lưu giữ và điều hành trong một ngân hàng dữ liệu trung tâm của máy tính, nên khi cần chúng có thể được gọi ra trên màn hình và được sử dụng để hiệu chỉnh kích thước dụng cụ cắt khi chạy chương trình

Các ưu điểm chính của hệ thống DNC:

- Có 1 ngân hàng dữ liệu trung tâm cho biết các thông tin về chương trình chi tiết gia công và dụng cụ

- Truyền dữ liệu nhanh, tin cậy và phát huy tốt hiệu quả của các máy NC

- Điều khiển và lập kế hoạch gia công

- Có khả năng ghép nối vào các hệ thống gia công linh hoạt FMS

1.1.3.4 Điều khiển thích nghi AC (Adaptive Control)

Điều khiển thích nghi là điều khiển tự động quá trình gia công không có sự tác động của người vận hành máy Mục đích chính của nó là nhằm tự động thay đổi các thông số gia công theo ảnh hưởng không thể dự kiến trước trong quá trình gia công

Ví dụ khi kích thước các phôi đúc, rèn thay đổi hoặc lượng dư gia công cơ không đều thì có thể gây biến dạng đàn hồi cho hệ thống công nghệ, sinh ra sai số gia công Muốn khắc phục điều này thì thiết bị điều khiển thích nghi phải thay đổi tốc

độ chạy dao cho phù hợp

Tuỳ theo mục đích sử dụng, người ta phân chia các hệ thống điều khiển thích nghi thành 2 loại:

hình chêm thì chiều sâu cắt thay đổi, do vậy lượng chạy dao và số vòng quay của dao phải được điều khiển sao cho đảm bảo công suất cắt tối đa cho phép

- Điều khiển thích nghi tối ưu ACO (Adaptive Control Optimation): dùng cho

việc tối ưu hóa các quá trình gia công nhằm giảm thời gian gia công và giảm chi phí gia công nhưng có chú ý đến nhiều yếu tố ảnh hưởng ngược nhau (như công suất cắt cao sẽ làm giảm tuổi bền của dụng cụ cắt)

Hệ thống điều khiển thích nghi được ứng dụng rộng rãi cho các chức năng bổ sung thêm của hệ điều khiển CNC như tự động theo dõi dụng cụ cắt và đo chi tiết trong quá trình gia công

Hình 1.2: Ứng dụng điều khiển thích nghi

1.1.3.5 Hệ thống gia công linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System)

Các hệ thống gia công linh hoạt FMS cho khả năng gia công các chi tiết khác nhau trong cùng một họ chi tiết với số lượng chi tiết và thứ tự gia công tùy ý Giá thành chế tạo chi tiết, mặc dù trong điều kiện gia công loạt nhỏ, vẫn đạt hiệu quả kinh tế

Tuỳ theo tính linh hoạt và năng suất mà người ta phân các FMS thành:

- Các tế bào gia công linh hoạt

- Các cụm gia công linh hoạt

Các thành phần chính của một FMS thông thường là:

- Một hoặc nhiều cụm gia công

- Các hệ thống vận chuyển chi tiết và dụng cụ

- Máy tính của hệ thống DNC đóng vai trò là thiết bị chỉ đạo

Hệ thống gia công linh hoạt FMS được ứng dụng để gia công các chi tiết hình dạng khác nhau nhưng trong cùng một họ sản phẩm theo một trình tự không lựa chọn với giá thành hợp lý

Hạt nhân của một tế bào gia công chính là máy điều khiển số NC Ví dụ, một trung tâm gia công có trang bị bổ sung thêm ổ chứa dụng cụ cắt, các trang bị thay đổi gá lắp, một hệ thống thay đổi dụng cụ và chi tiết tạo thành một tế bào gia công linh hoạt

Để một hệ thống gia công linh hoạt thực hiện một cách tự động, không cần sự can thiệp của người vận hành đòi hỏi thêm các thiết bị theo dõi và đo lường tự động như: đo kích thước dụng cụ ở trên máy, theo dõi tự động tuổi bền của dao và vỡ dao, các thiết bị đo lường chi tiết tự động

Trong dây truyền sản xuất các máy NC và CNC được trang bị thêm các Robot để thực hiện chức năng gá phôi và tháo chi tiết sau khi gia công

R« bèt cÊp ph«

vµ th¸o chi tiÕt

B¨ng t¶i cÊp ph«i

M¸y mµi CNC

Hình 1.4: Máy NC có trang bị các Robot

Các máy NC hoặc CNC được liên kết với nhau thành các dây truyền sản xuất linh hoạt (FMS) hay tích hợp (CIM)

M¸y CNC

R« bèt

Hình 1.5: Dây truyền sản xuất linh hoạt (FMS) hay tích hợp (CIM)

Hình 1.6: Mô hình hệ thống sản xuất linh hoạt

Hình 1.7: Dây truyền sản xuất linh hoạt

1.1.4 Phân loại máy Phay CNC:

Máy gia công trung tâm là máy phay CNC có hệ thống thay dao tự động Máy phay CNC có 2 loại trục đứng và trục ngang

1.2 Đặc điểm đặc trưng của máy phay CNC

1.2.1.Hệ trục tọa độ:

Để xác định các vị trí của các bộ phận máy trong quá trình chuyển động, về nguyên tắc, ta cần phải gắn chúng vào những hệ trục toạ độ Để thống nhất việc lập trình, người ta quy ước như sau:

+ Dụng cụ cắt quay tròn và thực hiện chuyển động tiến, chi tiết đứng yên

+ Các chuyển động tịnh tiến được biểu diễn theo hệ trục toạ độ vuông góc X,Y,Z Chiều của chúng được xác định theo quy tắc bàn tay phải, (theo quy tắc bàn tay phải: ngón tay cái là trục X, ngón tay chỏ là trục Y ngón tay giữa là trục Z) (Hình 1.10)

+X

+Y +Z

Hình 1.10: Hệ trục tọa độ theo qui tắc bàn tay phải

Õ Quy tắc bàn tay phải:

+ Trục Z trùng với trục chính của máy Chiều dương của trục Z (+Z) là dao chạy ra xa bề mặt gia công, chiều âm (- Z ) là chiều dao ăn sâu vào vật liệu

+X -X

+ Trục X là trục vuông góc với trục Z Chiều dương của của trục (+X) là chiều dao dịch chuyển hướng từ tay trái sang tay phải, chiều âm (- X) là chiều ngược lại

+ Trục Y là trục vuông góc với trục X và trục Z Chiều dương của trục Y là chiều hướng từ cổ tay đến đầu ngón chỏ, chiều âm là chiều ngược lại

ÕNgoài ra ở những máy hiện đại có thể có thêm những trục sau:

+ Trục A là trục quay quanh trục X

+ Trục B là trục quay quanh trục Y

+ Trục C là trục quay quanh trục Z

ÕChú ý: Xác định chiều âm dương của dụng cụ cắt với quy ước là: Dụng cụ cắt

quay tròn và thực hiện chuyển động tiến, chi tiết đứng yên

Hình 1.11: Hệ trục toạ độ của Máy gia công trung tâm trục đứng

Chi tiết gia công

Bàn máy

Ụ trục chính

+Z

Hình 1.12: Hệ trục toạ độ của Máy gia công trung tâm trục ngang

1.2.2 Các điểm chuẩn:

Để điều khiển dao chuyển động tịnh tiến tạo ra biên dạng của chi tiết gia công,

cần phải xác định chính xác toạ độ của từng điểm trên biên dạng của chi tiết gia

công Như vậy, sau khi đã xác lập các hệ trục tọa độ Vấn đề tiếp theo là phải gắn hệ

trục tọa độ đó vào điểm gốc “không” của phôi để so sánh với điểm gốc toạ độ của

máy

- 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

Chi tiết gia công

- Điểm gốc tọa độ của máy (điểm R):

Điểm gốc tọa độ của máy là điểm chuẩn cố định do nhà chế tạo đã xác lập ngay từ khi thiết kế máy Là điểm chuẩn để xác định vị trí các điểm gốc khác như gốc toạ độ của chi tiết W…

Đối với máy gia công trung tâm điểm gốc R được chọn là vị trí cuối hành trình của trục X, trục Y, trục Z

- Điểm gốc toạ độ của chi tiết (điểm W):

X1;X2: Khoảng cách từ gốc máy đến gốc không của phôi thứ nhất và phôi thứ 2 theo trục X

Điểm gốc toạ độ của máy (R)

Gốc “0” của phôi 1 (G54)

Gốc “0”

của phôi 6 (G59) Bàn máy

Hình 1.15: Hệ thống gốc toạ độ của chi tiết

Trước khi lập trình, người lập trình phải chọn điểm gốc toạ độ “điểm 0” của

chi tiết, để xuất phát từ điểm gốc này mà xác định toạ độ của các điểm trên biên dạng của chi tiết gia công Tuỳ theo hình dáng cụ thể của chi tiết mà lựa chọn điểm gốc không của chi tiết cho phù hợp, tính toán dễ dàng Trên bàn máy của máy gia công trung tâm có thể gá nhiều phôi tối đa là 6 phôi Điểm gốc toạ độ của phôi thứ nhất được xác định bằng G54, Điểm gốc toạ độ của phôi thứ hai được xác định bằng G55 và đến phôi thứ 6 là G59 Giá trị toạ độ theo phương X,Y và Z của các phôi được khai báo trong bảng: WORK OFFSET MEMORY

Gốc “0”

của phôi 1 (G54)

Gốc “0”

của phôi 2 (G55)

Gốc “0”

của phôi 3 (G56)

Điểm gốc toạ độ của máy (R)

Vị trí cuối của mặt

phẳng đầu trục chính

Bàn máy

ế Bảng khai bỏo gốc toạ độ của phụi:

W Điểm 0 của chi tiết

PO Điểm 0 của chuơng trình

R Điểm chuẩn của máy

Ww Điểm thay đổi dụng cụ

E Điểm điều chỉnh dụng cụ

P Điểm cắt của dụng cụ

F Điểm chuẩn của bàn truợt

T Điểm chuẩn của giá dao1.3 Kết luận

Đối với người làm cụng tỏc thiết kế, chế tạo đặc biệt là trong lĩnh vực Cơ khớ

chế tạo mỏy, ngoài việc phải nắm thật chắc cỏc Cụng nghệ Chế tạo mỏy cổ điển thỡ việc cập nhật, tiếp thu cỏc phần mềm ứng dụng, cỏc mỏy múc thiết bị hiện đại trờn

WORK OFFSET MEMORY

nghiên cứu và ứng dụng chúng một cách linh hoạt giúp ta có các giải pháp tối ưu nhất, tiết kiệm chi phí cũng như thời gian rất nhiều với từng loại sản phẩm cụ thể

Nghiên cứu, áp dụng Công nghệ CNC mà chủ đạo là các máy công cụ CNC

và các phần mềm thiết kế cơ khí vào các sản phẩm cụ thể giúp cho chúng ta nâng một bước trên con đường thiết kế và chế tạo các sản phẩm một cách chính xác, tin cậy, tiết kiệm chi phí cũng như nâng cao khă năng cạnh tranh với các đối tác cùng chuyên nghành

CHƯƠNG 2

LÍ THUYẾT TẠO HÌNH BỀ MẶT TRÊN MÁY PHAY CNC

2.1 ĐƯỜNG DỤNG CỤ KHI GIA CÔNG BỀ MẶT TRÊN MÁY PHAY CNC 2.1.1 Dụng cụ trong gia công bề mặt không gian trên máy phay CNC

Dụng cụ dựng trong phương pháp phay bao hình gần đúng để gia công các bề mặt thường là dao phay ngón Do các loại bề mặt được gia công theo phương pháp này rất đa dạng và phong phú về hình dáng hình học nên hình dáng hình học của dao phay ngón cũng có các loại khác nhau để phù hợp với bề mặt gia công, “phù hợp” ở đây không có nghĩa là sẽ có một công thức để chọn ra hình học dao, mà phải hiểu theo nghĩa là với một mô hình bề mặt cần gia công nếu chọn dụng cụ chọn thích hợp sẽ đảm bảo lấy đi được nhiều lượng dư nhất, chất lượng bề mặt tốt nhất, năng xuất cao nhất

Trong phương pháp tạo hình bề mặt này, dụng cụ cắt ngoài việc phải đảm bảo chế độ cắt gọt tốt cũng phải có hình dáng thích hợp Yêu cầu này nhiều khi không được đáp ứng một cách thoả đáng ví dụ như phay các bề mặt lồi lõm bằng dao phay đầu cầu khả năng lấy đi lượng dư tốt nhất, nhưng lại có một bất lợi là tại mũi dao vận tốc cắt bằng không

Thực tế người ta đã chế tạo các loại dao phay ngón có hình dáng như sau:

Hình 2.1 Các loại dao phay phổ biến trong gia công bề mặt cong

1 Dao đầu cầu, 2 Dao thân côn đầu cầu, 3 Dao đầu phẳng,

4 Dao thân côn đầu phẳng, 5 Dao đầu phẳng có góc lượn,

6 Dao đầu phẳng, thân côn có góc lượn Trong hầu hết các phần mềm CAD/CAM hiện có các loại hình dáng dao như trên đều có sẵn trong thư viện dụng cụ Các thông số để định nghĩa hình học một

+ Góc côn A (Tapper angle)

+ Bán kính ở góc đối với dao đầu phẳng (Radius)

+ Chiều dài phần me cắt H1 (cut length)

+ Chiều dài an toàn H2 (clear length)

+ Chiều dài từ mũi dao đến chuẩn lỗ gá dụng cụ H3 (gauge length)

Hình 2.2 Các thông số của dụng cụ

Từ 2 loại cơ bản là đầu cầu, đầu phẳng nếu cho thêm một góc côn A ta được dao côn có hình dáng đầu tương ứng Nếu là dao đầu phẳng cho thêm góc lượn r ta được dao có đầu hình xuyến

Ngoài ra các phần mềm CAM còn quản lý cả tốc độ mòn của dụng cụ để tự động bù bán kính và chiều dài

Để chọn được dụng cụ phù hợp với bề mặt chi tiết cần gia công phải nắm được đặc điểm của từng loại dụng cụ, ưu nhược điểm của chúng Sau đây là một số phân tích:

Hình 2.3 Khả năng lấy đi lượng dư của các loại dao hình dáng bề mặt gia công

+ Dao phay đầu cầu: có khả năng lấy đi lượng dư lớn nhất khi gia công các

bề mặt cong, về lý thuyết nếu bán kính cong của mọi điểm trên bề mặt mà lớn hơn bán kính cong của đầu dao thì dao sẽ lấy đi được hết lượng dư Về mặt chế độ cắt thì dao đầu cầu không tốt, vận tốc cắt biến thiên từ π.D.n(m/p)

1000 về 0 tại mũi dao, do

đó tại vùng lân cận mũi dao vật liệu phôi không phải bị cắt gọt mà bị phá huỷ do biến dạng, chính vì vậy chất lượng bề mặt không cao Do những đặc điểm trên dao phay đầu cầu chỉ được dùng trong bước gia công tinh bề mặt

+ Dao phay đầu phẳng thỡ khả năng lấy đi lượng dư kộm dao đầu cầu khi gia cụng những bề mặt cú độ cong, nhưng chế độ cắt tốt, vận tốc cắt tại phần lưỡi cắt tham gia cắt gọt khụng đổi do đú chất lượng bề mặt gia cụng cao Do những đặc điểm trờn nờn dao phay đầu phẳng được dựng cho nguyờn cụng gia cụng thụ cắt theo lớp, gia cụng bỏn tinh và gia cụng tinh những bề mặt phẳng

+ Dao phay đầu phẳng có góc lượn: để hài hoà ưu nhược điểm của dao đầu cầu và dao đầu phẳng người ta chế tạo dao có góc lượn, dao này có khả năng lấy đi lượng dư tương đối tốt đối với các bề mặt cong và chế độ cắt cũng khá tốt, vận tốc cắt biến thiên từ π.D.n(m/p)

1000 đến π.(D-2r).n(m/p)

+ Các loại dao thân côn: Khi gia công những bề mặt lên xuống dốc có hốc sâu thì các dao thân côn rất phù hợp, về mặt tạo hình và chế độ cắt chúng mang các đặc điểm như các loại cơ bản trên nhưng về mặt sức bền thân dao thì tốt hơn vì khi gia công sâu yêu cầu thân dao phải dài

2.1.2 Tổng quan về đường dụng cụ trong gia công trên máy phay CNC