Cơ sở kỹ thuật CNC

1 Cơ sở kĩ thuật CNC 7 Các giai đoạn phát triển từ máy thông thường tới sản xuất vơi sự hỗ trợ của máy tính 7 1.2 So sánh máy công cụ thông thường với máy công cụ CNC 8 Định nghĩa hệ tọa

CƠ SỞ

KĨ THUẬT

CNC

Biên soạn: NGUYỄN ANH TUẤN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT – TP HỒ CHÍ MINH

Trung tâm Đào tạo Việt - Đức

Dự án hợp tác với công ti phần mềm Toán Kỹ Thuật MTS,

Cơ quan hỗ trợ và hợp tác phát triển GTZ CHLB Đức

Trung tâm Đào tạo Việt Đức 1-3 Võ Văn Ngân Thủ Đức HCMC Việt Nam Fax: ++84.8.8966046; Tel.: ++84.8.8964575

Thành phố Hồ Chí Minh 04.2001

CHÂN THÀNH CÁM ƠN Ông Tiến sĩ Hans Joachim Pfeiffer giám đốc công ti phần mềm toán kĩ thuật MTS Berlin; Ông Trưởng đoàn chuyên gia Alois Mailly tại Trung tâm Đào tạo Việt-Đức; Ông Tiến sĩ Diego Marambio chuyên gia của MTS Berlin;

Nhà sư phạm nghề Bernd Koch chuyên gia của MTS Berlin;

cùng các Đồng nghiệp trong và ngoài Trung tâm Đào tạo Việt-Đức

đã động viên giúp đỡ tôi hoàn thành cuốn tài liệu này

TP Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2001

NGUYỄN ANH TUẤN

Tài liệu này được viết phục vụ lớp bồi dưỡng kiến thức CAD/CAM-CNC, tại Trung tâm Đào tạo Việt Đức cho các Thầy Cô giáo ngành cơ khí ở các Trường công nhân kĩ thuật, Trung học kĩ thuật, Cao đẳng và Đại học

Tài liệu được biên soạn trong thời gian rất hạn hẹp theo yêu cầu mở lớp của Trung tâm Việt Đức cũng như phía chuyên gia và công ty hỗ trợ MTS, GTZ CHLB ĐỨC Do vậy không thể tránh khỏi những thiếu sót như: thuật ngữ chuyên môn, chính tả, lỗi đánh máy, cũng như chưa hoàn thiện về mặt nội dung và hình thức vv…

Mặt khác do yêu cầu của đa số các Thầy Cô muốn sử dụng tập tin gốc này để phục vụ thuận lợi cho công tác soạn thảo bài giảng sau này, nên chúng tôi cũng mạnh dạn gửi tặng tới Thầy Cô tài liệu này với tinh thần đây là tài sản chung nhằm phục vụ cho phát triển công nghệ CAD/CAM-CNC ở đất nước chúng ta và cũng là mong muốn của phía bạn CHLB Đức

Bộ tài liệu dùng giảng dạy tại TT Đào tạo Việt-Đức hiện gồm 4 cuốn căn bản:

1 Cơ sở kĩ thuật CNC

2 Mô phỏng Phay CNC với phần mềm MTS

3 Mô phỏng Tiện CNC với phần mềm MTS

4 Kĩ thuật gia công trên máy phay công nghiệp Kunzmann

Các tài liệu sau là phần nâng cao khi có yêu cầu riêng:

5 Kĩ thuật INCAD

6 CAM-Phay

7 CAM-Tiện

8 Tiện-Phay trên máy tiện CNC 5 trục

9 Bài giảng của các giáo trình trên với Powerpoint

Chúng tôi rất mong nhận được những đóng góp qúy báu của các Thầy, Cô nhằm ngày một hoàn chỉnh hơn tài liệu này đồng thời có nhiều hợp tác tích cực trong tương lai

Chân thành cám ơn các Thầy Cô!

Địa chỉ liên hệ như sau:

NGUYỄN ANH TUẤN

- NR: 17 Đường Cây Keo, KP.1, F Tam Phú, Q Thủ Đức, TP HCM

- CQ: Trung Tâm Đào Tạo Việt Đức – Trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật

01 Võ Văn Ngân, Q Thủ Đức, TP HCM

1 Cơ sở kĩ thuật CNC 7

Các giai đoạn phát triển từ máy thông thường tới sản xuất vơi sự hỗ trợ của máy tính 7 1.2 So sánh máy công cụ thông thường với máy công cụ CNC 8

Định nghĩa hệ tọa độ liên quan tới máy và chi tiết 24 Các trục xoay và trục bước tiến trên máy công cụ CNC 28

Các hướng dịch chuyển trên máy công cụ CNC 29

Đặt điểm “0” cho chi tiết (W) trên máy tiện CNC 41 Đặt điểm “0” cho chi tiết (W) trên máy phay CNC 42

Điều khiển mạch hở và mạch kín (Điều khiển chuỗi và tuần hoàn) 53

Ý nghĩa và mục đích của việc hiệu chỉnh dụng cụ 61 Hiệu chỉnh chiều dài dụng cụ cắt cho phay và tiện 61

Đo và hiệu chỉnh dụng cụ với thiết bị hiệu chỉnh 68 Cấu trúc và chức năng của thiết bị hiệu chỉnh dụng cụ 68

Đo và hiệu chỉnh dụng cụ với với hỗ trợ của máy CNC 70

Xác định sai lệch cần và thực với các cách thức kĩ thuật khác nhau 70

Bước tiến, điều khiển và điều chỉnh vị trí các trục NC 74

3.2 Cấu trúc và các bộ phận của dao tiện cho gia công CNC 90

Ví dụ tính toán thông số chế độ cắt cho gia công CNC 97

Phay và phương pháp phay 102

Ví dụ tính toán thông số chế độ cắt cho gia công CNC 110 3.4 Tính toán thông số chế độ cắt cho gia công CNC 115

Ví dụ tính toán thông số chế độ cắt cho gia công tiện CNC 115

Ví dụ tính toán thông số chế độ cắt cho gia công phay CNC 123

Khác nhau căn bản giữa chuẩn bị gia công cho máy thông thường và máy CNC 153

Thiết lập chương trình ở bộ phập chuẩn bị sản xuất 154

Sự khác nhau giữa lập trình thủ công và lập trình máy 155 Các bước nguyên tắc lập trình thủ công tại chỗ làm việc 157

So sánh các mã lệnh chương trình NC của các hệ điều khiển CNC khác nhau 163

Lựa chọn đồ gá và dụng cụ cắt cần thiết 170

Phụ lục

1 KHÁI QUÁT VỀ KỸ THUẬT CNC

1.1 Lịch sử phát triển của kỹ thuật CNC

Các giai đoạn phát triển từ máy công cụ thông thường tới hệ thống sản xuất với sự tích hợp của máy tính (CIM)

Ýù tưởng về sự phát triển điều khiển số (Numerical control = NC) cho máy công cụ được hình thành vào năm 1949/50 tại Viện công nghệ Massachusetts (Massachusetts Institute of Technology Cambridge, USA) Vì nhiệm vụ của Không lực Hoa Kỳ cần chế tạo những chi tiết quan trọng của những máy bay lớn từ vật liệu đồng nhất hơn là dùng đinh tán hay hàn các vật liệu lại với nhau

Khi gia công những chi tiết lớn có biên dạng phức tạp với kỹ thuật thông thường, thì thời gian gia công rất lớn và chi phí sản xuất cao Do đó sau một thời gian nghiên cứu, biên dạng gia công của những chi tiết lớn có thể dễ dàng được thay thế bởi các chức năng toán học và người ta đã quyết định chế tạo một bộ điều khiển để điều khiển một máy phay dựa trên cơ sở này

NC

1960

CNC FFS CAD

CAD / CAM

CIM

NC (Numerical control): Điều khiển số

CNC (Numerical control with integrated computer): Điều khiển số với sự tích hợp của máy tính

FFS (Flexible manufacturing system): Hệ thống sản xuất linh hoạt

CAD (Computer aided drawing/design): Vẽ/thiết kế với sự trợ giúp của máy tính

CAM (Computer aided manufacturing): Sản xuất với sự trợ giúp của máy tính

CIM (Computer integrated manufacturing with

planning, design and manufacturing): Hệ thống sản xuất với sự tích hợp của máy tính với chức năng lập kế hoạch, thiết kế và tự động sản xuất Hình 1:

Sự phát triển của kĩ thuật CIM

Về mặt kỹ thuật để thực hiện ý tưởng này yêu cầu một bộ điều khiển, nó biên dịch các đại lượng đầu vào được mô tả dưới dạng nhị phân và dạng số cho các hành trình chuyển động và các chức năng vận hành máy, theo đó máy phay có thể hiểu và sử lý các tín hiệu này Đây là nguyên tắc cơ bản ứng dụng điều khiển số cho các máy công cụ Với sự phát triển nhanh chóng của xử lý tín hiệu điện tử đã tạo điều kiện cho ý tưởng trên trở thành hiện thực

Máy điều khiển số đầu tiên là máy phay đứng Các trục bước tiến làm dịch chuyển bàn máy của máy phay được thực hiện bởi từng các môtơ riêng biệt Các thông tin hành trình và chức năng máy cần thiết cho quá trình gia công được ghi lại trên băng đục lỗ dưới dạng chuỗi các lệnh đã được mã hóa ở dạng chữ và số, gọi là một chương trình NC

Máy công cụ điều khiển số đầøu tiên đã chỉ rõ các đặc điểm của các máy NC phát triển sau này:

• Toàn bộ chương trình gia công được ghi lại trên băng đục lỗ

• Máy tính điều khiển việc xử lý các thông tin hành trình và chức năng máy

• Truyền động riêng biệt cho từng trục bước tiến và trục chính để điều khiển chuyển động của dao và bàn máy

• Hệ thống đo và kiểm để phản hồi vị trí của dụng cụ cắt cho hệ điều khiển trong máy tính

Giữa những năm 50, hầu hết các nhà sản xuất máy công cụ đã bắt đầu sản xuất và phát triển máy phay điều khiển số và ngay sau đó là máy tiện NC Sự phát triển nhanh chóng của các linh kiện vi điện

tử như các bộ vi sử lý và máy vi tính đã tạo điều kiện cho hệ điều kiển NC phát triển thành hệ điều kiển CNC (Computerized numerical control = CNC) vào đầu những năm 70

Với sự đóng góp của các bộ vi sử lý ở tốc độ cao ngày càng gia tăng, đã tạo điều kiện mở rộng khả năng hoạt động của máy công cụ điều khiển số Các bộ vi sử lý hiện thời và hệ điều khiển CNC cũng như máy công cụ điều khiển băng chương trình lô-gic (PLC), đã nâng cao hiệu quả của chương trình

NC về độ chính xác gia công, tốc độ của dụng cụ cắt cũng như công suất cắt Hệ điều khiển CNC hiện đại có thê có nhiều các chức năng khác, có khả năng lập trình trực tiếp để gia công các chi tiết có dạng hình học phức tạp mà không phải tính toán thông qua sự hỗ trợ của công cụ toán học

Sự phát triển không ngừng của máy công cụ CNC đang diễn ra trong sự hợp tác giữa các nhà sản xuất linh kiện vi điện tử, điều khiển CNC, máy công cụ và dụng cụ cắt Ngoài ra người sử dụng cũng tạo điều kiện cho nhịp độ phát triển nhanh chóng này, do luôn đòi hỏi cao và yêu cầu những giải pháp tốt nhất và mới nhất Các trung tâm gia công CNC, các hệ thống sản xuất linh hoạt (FFS) và các nhà máy sản xuất tự động cao (CIM) đã đánh dấu bước phát triển quan trọng của máy công cụ điều khiển bằng chương trình số

Các đòi hỏi hiện tại từ phía các nhà sử dụng:

• Cổng giao tiếp với khả năng công suất lớn để luôn truyền tải nhanh dung lượng lớn các dữ liệu

• Các trung tâm gia công đồng bộ với độ chính xác cao nhất, ví dụ: các máy tiện từ 7- 32 trục

NC, nhiều trục gia công hơn và các dụng cụ phay linh hoạt cắt trên máy tiện

• Gia công với tốc độ cao ở trường hợp tiện, phay và khoan với độ chính xác cao nhất cho quỹ đạo động

• Giảm thiểu công việc lập trình cho từng nhiệm vụ gia công

• Hệ thống lập trình NC đơn giản và hiệu quả cao với mô phỏng động-tương hỗ cho quá trình gia công

• Phân tích lỗi với sự hỗ trợ của đồ họa trên các máy công cụ CNC và hệ thống sản xuất chung

1.2 So sánh máy công cụ thông thường và CNC

Cấu trúc

Máy công cụ CNC được thiết kế cơ bản giống như máy công cụ thông thường Sự khác nhau thật sự là

ở chỗ các bộ phận liên quan đến tiến trình gia công của máy công cụ CNC được điều khiển bởi máy tính

Các hướùng dịch chuyển của các bộ phận máy công cụ điều khiển CNC được xác định bởi một hệ trục

tọa độ, hệ trục tọa độ này liên quan đến chi tiết gia công và thể hiện các trục bước tiến, chúng nằm song song với các dịch chuyển chính-thẳng của máy Những chuyển động cần thiết cho tiến trình gia công của các bộ phận máy (bàn máy, đầøu revolver và các bộ phận khác) được tính toán, điều khiển và kiểm tra bởi máy tính Với mục đích này mỗi chuyển động của các bộ phận máy có một hệ thống đo riêng để tính toán, kiểm tra các vị trí tương ứng và phản hồi thông tin này về hệ điều khiển

Người công nhân điều chỉnh

máy công cụ bằng tay dựa theo

nhiệm vụ sản xuất và bản vẽ

chi tiết, gá phôi và dụng cụ cắt

cũng như điều chỉnh độ song

song giữa dao và chi tiết

Nhập dữ liệu:

Chương trình NC được nhập vào hệ điều khiển NC bởi băng đục lỗ

Nhập dữ liệu:

Chương trình NC có thể được nhập vào hệ điều khiển CNC thông qua bàn phím, đĩa hoặc cổng giao tiếp (seriell, Bus) Nhiều chương trình

NC được lưu trữ trong 1 bộ lưu trữ như đĩa cứng

Điều khiển bằng tay:

Người công nhân cài đặt các

thông số công nghệ (số vòng

quay, lượng chạy dao ) và

điều khiển việc gia công thông

qua các tay quay

Điều khiển NC:

Điều khiển NC sử lí các thông tin về đường dịch chuyển và các chức năng máy trong chương trình NC và đưa ra các tín hiệu điều khiển tương ứng tới từng các bộ phận hình thành máy NC

Điều khiển CNC:

Máy tính và phần mềm tương ứng tích hợp trong hệ điều khiển CNC làm nhiệm vụ điều khiển và điều chỉnh máy công cụ CNC Bộ lưu trữ chương trình, chương trình con, dữ liệu máy, kích thước dụng cụ cắt và các giá trị hiệu chỉnh cũng như các chu trình gia công được sử dụng Thông thường phần mềm phân tích lỗi cũng được tích hợp trong hệ điều khiển CNC

Kiểm tra:

Người công nhân đo và kiểm

tra kích thước bằng tay, nếu

cần thiết phải lập lại tiến trình

gia công

Kiểm tra:

Máy NC đã đảm nhận trong khi gia công đạt các kích thước chi tiết bởi sự phản hòi thường xuyên của hệ thông đo và của motor vị trí

Kiểm tra:

Máy CNC đảm nhận trong khi gia công đạt các kích thước chi tiết bởi sự phản hồi liên tục của hệ thống

đo và các motor vị trí được điều chỉnh số vòng quay Nhờ có các cảm biến đo được tích hợp mà việc kiểm tra kích thước đạt được ngay trong suốt quá trình gia công Đồng thời có thể thực hiện tiếp tục việc sử lí trong hệ điều khiển CNC,

ví dụ để thử nghiệm và tối ưu hóa

một chương trình NC mới

Tính kinh tế

Ưu điềm của máy công cụ CNC

1 Tính kinh tế đạt được cao với máy công cụ CNC bới tốc độ gia công cao cũng như thời gian gia công cơ bản, thời gian phụ,ï thời gian chuẩn bị và thời gian kết thúc giảm Các nhân tố ảnh hưởng sau đây tác động mạnh tới tính kinh tế của máy CNC:

- Lập trình trực tiếp trên máy bởi khả năng nhập bằng tay

- Việc đảm trách ở bộ phận chuẩn bị chuẩn bị sản xuất cho việc lập trình, sẵn sàng vật liệu cũng như dụng cụ cắt và nhập các dữ liệu được thực hiện tại chỗ làm việc

- Lưu trữ trong các trường hợp gia công lập lại của một chương trình gia công chi tiết đặc biệt dưới dạng chương trình con

- Tối ưu hóa chương trình NC trong hệ điều khiển

- Mô tả hình dạng chi tiết gia công thông qua việc cho dạng hình học đơn giản

- Chạy dao tự động cho đến khi đạt kích thước

- Tự động vận hành các chức năng của máy và trực tiếp can thiệp khi xảy ra lỗi hoặc bị nhiễu

- Quan sát tự động quá trình gia công thông qua hệ điều khiển CNC (đo và kiểm tra tự động)

- Hệ thống ổ dao chứa nhiều dao

- Có khả năng chuẩn bị dụng cụ cắt bên ngoài máy mà không ảnh hưởng đến quá trình gia công

2 Chất lượng chi tiết gia công ổn định, ít phế phẩm

3 Làm tăng độ chính xác gia công, do cấp chính xác của máy cao (1/1000mm độ chính xác đo)

4 Thời gian gia công ngắn thông qua việc tổ chức sản xuất và trùng lắp công việc

5 Thời gian vận hành máy cao

6 Tính linh hoạt trong sản xuất cao bởi hệ thống gia công và do vậy gia công hợp lí cho loạt nhỏ hoặc gia công đơn chiếc với độ phức tạp cao

Do những ưu điểm trên nên máy công cụ CNC chiếm ưu thế trong gia công cắt gọt Phạm vi ứng dụng rộng (xem hình 2) là đặc điểm tiêu biểu của máy công cụ CNC

Máy công cụ thông thường

Hình 2

Phạm vi ứng dụng của máy công cụ CNC

Những yêu cầu khi sử dụng máy công cụ CNC

Để vận hành và lập trình trên máy công cụ CNC, nhất thiết đòi hỏi người vận hành máy phải có trình độ cao Nhiều kinh nghiệm từ gia công trên máy thông thường không thể ứng dụng cho gia công CNC do tốc độ cắt cao hơn rất nhiều

1.3 Đặc điểm của máy công cụ CNC hiện đại

Điều khiển trục quay và trục bước tiến

Gia công chi tiết trên máy công cụ CNC đòi hỏi các trục bước tiến có thể được điều khiển và điều chỉnh, chúng được truyền động bởi các động cơ servo độc lập Do đó các tay quay chính yếu của máy công cụ thông thường không còn dùng đến trên máy công cụ CNC hiện đại

Các máy tiện CNC (xem hình 3), có ít nhất 2 trục bước tiến có thể điều khiển hay điều chỉnh, được

đánh dấu theo phương X và phương Z

Hình 3

Các trục NC điều khiển được trên máy tiện

Các máy phay CNC (xem hình 4), có ít nhất 3 trục bước tiến có thể điều khiển hay điều chỉnh, được

đánh dấu theo các phương X, Y và Z

Các trục quay và trục bước tiến trong hệ tọa độ Đề-các

Thông thường có các trục bước tiến điều khiển được tiếp theo, các trục này được kí hiệu bởi U, V và W Thêm vào đó là các trục quay điều chỉnh được để có thể xoay bàn máy, trục đối xứng và thiết bị mang dao không bị phụ thuộc vào các trục bước tiến Chúng được kí hiệu bằng A, B và C

Xa dao và bàn máy khi gia công được dịch chuyển bởi các truyền động bước tiến, những truyền động này phải đáp ứng được các yêu cầu cao nhất vì độ chính xác gia công và độ chính xác lập lại cao Do vậy các chuyển động của mỗi trục phải được tiến hành với tốc độ bước tiến cao cao và thời gian định vị là nhỏ nhất Để đáp ứng những yêu cầu trên một cơ cấu truyền động hiện đại (xem hình 6) bao gồm các thành phần sau:

• Động cơ, ly hợp cơ khí chống lại sự quá tải cũng như được điều khiển bằng điện tử

• Vít me bi làm cho quá trình truyền lực không có khe hở

• Cảm biến đo như hệ thống đo hành trình hầu hết được đặt ở cuối mỗi trục

• Khuếch đại công suất với các thiết bị giao tiếp bằng số (digital) hoặc tương tự (analog) để điều khiển CNC

Truyền động bước tiến được liên kết với thiết bị đo cho việc đo vị trí được chính xác Mỗi trục bước tiến cần một hệ thống đo hành trình với việc sử lí tự động các tín hiệu đo Khoảng được ứng dụng khi đo chiều dài thông thường mang trị số 0.001 mm, riêng trục X của máy tiện (Kích thước đường kình) cần là 0.0005 và trường hợp máy mài chính xác là 0.0001

Truyền động bước tiến của bàn máy với vít me bi

Để đạt độ chính xác trong quá trình dịch chuyển, các cơ cấu truyền động thường dùng vít me bi Nếu chuyển động của trục chính được thực hiện bởi động cơ, thì đai ốc bi dịch chuyển hầu như không có khe hở theo chiều dọc và đẩy xa dao hoặc bàn máy tương ứng dọc theo băng máy (xem hình 7) Trong suốt quá trình truyền động hai nửa của đai ốc bi được kẹp tựa vào với nhau bảo đảm khe hở và ma sát của ren là nhỏ nhất Để bảo đảm khe hở ren là nhỏ nhất hai nửa của đai ốc bi được hiệu chỉnh trước,

do vậy độ chính xác kích thước khi gia công có thể đạt được Khả năng lỗi về bước của trục vít me bi có thể được cân đối tự động bởi sự hiệu chỉnh lỗi về bước của trục Những khả năng khác như thanh răng/bánh răng và trục vít/đai ốc

31

4

2

3

Đai ốc bi Vòng đệm Vòng cách để điều chỉnh khe hở bi Trục truyền động

Hình 7

Truyền động vít me bi với đai ốc hai nửa không có khe hở

Sai số gia công trong quá trình sản xuất trục vít me bi có thể được hiệu chỉnh bởi hệ thống CNC hiện đại với sự cân đối lỗi về bước của trục Thêm vào đó các dung sai được nhận biết với hệ thống đo la-

de (laser) và được lưu trữ trong hệ điều khiển CNC

Hệ thống đo hành trình

Tùy thuộc vào dạng thiết bị đo được sử dụng hoặc thang đo để phân biệt giữa đo vị trí trực tiếp và gián tiếp cũng như đo vị trí tuyệt đối và tương đối Thước đo được đo trực tiếp mang lại giá trị đo chính xác nhất

Khi đo vị trí trực tiếp (xem hình 8), thước đo được gắn trên bàn xa dao hay trên bàn máy, vì thế độï

không chính xác của trục chính và khớp nối truyền động không ảnh hưởng đến giá trị đo

Các giá trị đo được nhận biết bởi một cảm biến quang học trên có chia vạch của thang đo, Cảm biến

đo biến đổi các giá trị đo đã xác định sang tín hiệu điện và chuyển chúng cho hệ điều khiển

Y X

1

2

Đầu đọc Thước quang

Hình 8

Đo vị trí trực tiếp

Khi đo vị trí gián tiếp (xem hình 9), chuyển động dịch chuyển đạt được từ chuyển động quay của vít

me bi, chuyển động quay này được thi hành với một đĩa xung như là một thước đo Chuyển động quay của đĩa xung được ghi nhận từ một xung quay và được chuyển tiếp hệ điều khiển như là một tín hiệu Sau đó hệ điều khiển tính toán chính xác chuyển động của bàn máy hay vị trí hiện tại của chúng dựa trên số các xung quay

X

43

2

1

Bàn máy Đĩa xung như một thang đo Vít me bi

Cảm biến (cảm biến vòng quay)

Hình 9

Đo vị trí gián tiếp

Khi đo vị trí tuyệt đối (xem hình 10), một thang đo đã được mã hóa hiển thị trực tiếp vị trí của bàn máy

liên quan tới một điểm định hướng cố định trên máy Điểm này là điểm không “0“ của máy, nó được xác định bởi nhà chế tạo máy Điều kiện là phạm vi đọc của thang đo cũng lớn như phạm vi làm việc và sự mã hóa nhị phân được thực hiện trên thang đo, do vậy hệ điều khiển có thể hiểu được trật tự giá trị số cho mỗi vị trí đọc được

Đo vị trí tuyệt đối

Khi đo vị trí tương đối (xem hình 11), thang đo được ứng dụng với một lưới vạch đơn giản, chúng hình thành từ các vạch sáng tối xen kẻ nhau Khi chuyển động bước tiến vượt qua cảm biến đo, cảm biến sẽ

đếm số các vệt sáng và vệt tối và tính toán vị trí tức thời của bàn máy dựa vào sự khác biệt tới vị trí bàn máy trước đó

Hệ điều khiển phải được nhận biết một lần vị trí tuyệt đối, từ đó nó mới có thể tính toán vị trí bàn máy tức thời với sự hổ trợ của việc đo vị trí tương đối, điểm này được sử dụng như là một điểm chuẩn Do đó cần thiết phải nhận biết điểm tuyệt đối này khi hệ điều khiển được khởi động Điểm tuyệt đối này được gọi là “điểm tham chiếu“ Mỗi chuyển động của các trục, thậm chí khi dịch chuyển bằng tay qua sử dụng các tay quay hay nút bấm cần phải được nhận biết điểm này cho hệ điều khiển

1 2 3 4

Lưới vạch

Vị trí trước của bàn máy

Vị trí hiện tại của bàn máy Bàn máy ở điểm tham chiếu

Hình 11

Đo vị trí tương đối

Vì hệ điều khiển đánh mất sự kiểm soát các chuyển động cơ khí khi mất điện do vậy khi khởi động lại phải cho máy chạy về điểm tham chiếu

Truyền động chính và các trục công tác

Truyền động chính của máy CNC phải truyền công suất cắt cần thiết bởi các động cơ truyền động tương ứng qua trục công tác để gia công chi tiết thích hợp Ngoài ra còn có tổn thất do ma sát thường gặp trong bộ phận cơ khí mà độ tác động về mặt kích thước của nó phải được xác định cho máy CNC Độ ổn định cao về mặt truyền động được đặt ra, mặc dù lực gia công cao nhưng mômen quay ở mọi vị trí phải được ổn định Đồng thời phải có đủ động lực để làm chủ sự thay đổi nhanh chóng của tốc độ cắt và không bị rung động

Trước kia các trục công tác và trục truyền động đối xứng trên các máy công cụ CNC được truyền động bằng động cơ điện một chiều Để giữ cho tốc độ cắt ổn định cần có những yêu cầu về số vòng quay của các môtơ, ví dụ để tiện các đường kính khác nhau, tốc độ của các động cơ này được điều chỉnh vô cấp trong một phạm vi rộng Nhược điểm của động cơ điện một chiều này là các chổi than bị mài mòn,

do đó cần phải kiểm tra thường xuyên chổi than và thay thế kịp thời

Với sự phát triển tiến bộ của các linh kiện vi điện tử, ngày nay hầu hết sử dụng động cơ điện ba pha Bất lợi về điều khiển số vòng quay phức tạp đã được bỏ qua thay vào đó là giá thành cao bởi điều khiển bằng điện tử

Có hai loại động cơ ba pha: động cơ không đồng bộ và động cơ đồng bộ Chúng có ưu điểm hơn so với động cơ điện một chiều Khi cùng kích thước momen quay đạt được cao hơn Ngoài ra số vòng quay cao hơn tới ba lần và công suất cơ bản cao hơn Các động cơ này làm việc không cần chổi than, không có cổ góp do vậy không đòi hỏi cao ở việc bảo trì

Trục công tác được tiêu chuẩn hóa để đảm bảo khả năng thay đổi tối đa của các thiết bi kẹp Trong máy CNC trục công tác cũng như các bộ phận khác được chế tạo chắc chắn hơn so với máy công cụ thông thường vì gia tốc nhanh hơn (10 đến 40m/s²) và công suất cắt cao hơn

Thiết bị kẹp chi tiết

Các thiết bị kẹp dùng để định vị chính xác và kẹp chặt chi tiết gia công trên trục công tác (đối với tiện) hoặc trên bàn máy (đối với phay) Chi tiết gia công phải được kẹp sao cho tuyệt đối không còn khe hở,

vị trí phải được xác định một cách chính xác và chắc chắn đồng thời hoàn toàn chống lại lực cắt Thiết

bị kẹp chi tiết rất phong phú và đa dạng

Trong tương lai việc cấp và lấy chi tiết gia công trong gia công tiện sẽ được thực hiện bởi tay máy (robot) Các mâm cặp điều khiển được với nhiều dạng khác nhau đang được sử dụng phổ biến Những mâm cặp này được thiết kế cho phép điều khiển việc đóng, mở các chấu kẹp tự động bằng khí nén hoặc bằng thủy lực Lực kẹp có thể được điều chỉnh cao hoặc thấp phụ thuộc vào trọng lượng, vật liệu, chiều dài/đường kính của chi tiết, chiều sâu kẹp và các đặc điểm cắt khác

Những mâm cặp làm việc với số vòng quay cao đều có sự hiệu chỉnh lực ly tâm, do đó lực kẹp không bị giảm bởi lực ly tâm Cân đối lực ly tâm là dùng một đối trọng với lực ly tâm của các chấu kẹp, lực kẹp được giữ ổn định với sự hiệu chỉnh này Làm việc giữa hai mũi tâm thông thường được sử dụng mâm tốc, tốc mặt đầu và mũi tâm xoay điều khiển được Các chi tiết nhỏ được kẹp bởi hệ thống kẹp rút

Trong gia công phay CNC chức năng chính của thiết bị kẹp là định vị chính xác vị trí của chi tiết Việc kẹp chi tiết cần được diễn ra sao cho kẹp và thay đổi chi tiết gia công một cách dễ dàng, chính xác, và nhanh chóng Các êtô kẹp thủy lực được sử dụng trong các quá trình gia công các chi tiết đơn giản Trường hợp chi tiết phay gia công ở nhiều phía thì việc gia công đồng bộ đòi hỏi càng ít lần kẹp càng tốt Trường hợp gia công chi tiết phay phức tạp cần phải chế tạo đồ gá cũng như khả năng xoay tự động hoặc dùng hệ thống đồ gá modul hoàn chỉnh do vậy cho phép gia công đồng bộ mà không cần phải đổi kẹp Các tấm gá giúp người vận hành máy gá đặt chi tiết gia công tiếp theo ở bên ngoài không gian làm việc của máy CNC, sau đó được tự động mang vào đúng vị trí gia công, hình thức này đang được sử dụng rộng rãi

Thiết bị gá và thay dao

Máy công cụ CNC được trang bị với những thiết bị có thể điều khiển để thay dao tự động Tùy thuộc vào dạng cấu trúc và phạm vi ứng dụng, những thiết

bị thay dao này có thể đồng thời chứa được nhiều dao khác nhau và lắp đặt dao vào vị trí công tác theo chương trình

NC Thường có các loai sau:

• Đầu rơvolve chứa dao

• Ổ chứa dao

Đầu rơvolve chứa dao thường dùng cho máy tiện (xem hình 12) và ổ chứa dao thường dùng cho máy phay (xem hình 13)

Khi chương trình NC gọi một dao mới đầu rơvolve sẽ quay dao được yêu cầu vào đúng vị trí công tác, công việc thay dao chỉ diễn ra trong vài giây

Hình 12

Đầu rơvolve chứa dao

Phụ thuộc vào dạng cấu trúc và kích thước, đầu rơvolve của máy tiện-CNC có thể mang 8 đến 16 dao Trong những trung tâm gia công lớn có đến 3 đầu rơvolve có thể được sử dụng đồng thời Nếu trong các trung tâm gia công cần nhiều hơn 48 dao, thì ổ chứa dao với các dạng khác nhau có thể chứa đến

100 dao hoặc nhiều hơn nữa Có các loại ổ chứa dao dài, ổ chứa dao vòng, ổ chứa dao dạng đĩa, ổ chứa dao dạng xích (xem hình 13) và ổ chứa dao dạng hộp

Dao phay Cần thay dao Trục công tác (trục chính)

Ổ chứa dao

Hình 14

Thiết bị thay dao tự động

Trong ổ chứa dao, việc thay đổi dao diễn ra do một hệ thống cần gạt gọi là cần thay dao (xem hình 14) thực hiện Quá trình thay đổi dao với cần gạt kép diễn ra sau khi có một dao mới được gọi từ chương trình NC như sau:

• Định vị dao mong muốn trên ổ chứa dao vào vị trí thay dao

• Trục công tác ở vị trí thay dao

• Quay thiết bị kẹp dao (cần gạt) vào vị trí dao cũ trên trục công tác và vào vị trí dao mới trên

ổ chứa dao

• Lấy các dao ở trên trục công tác và ổ chứa dao, sau đó quay thiết bị kẹp dao

• Đặt dao mới vào trục công tác và dao cũ vào ổ chứa dao

• Quay thiết bị kẹp dao về vị trí ban đầu

Nhờ thiết bị thay dao tự động này nên tiến trình thay dao chỉ diễn ra trong khoảng 6 đến 15 giây, thiết bị

An toàn lao động bên máy công cụ CNC

Mục đích của an toàn lao động là loại trừ các tai nạn cho người sử dụng, các hư hỏng có thể xảy ra cho máy và các thiết bị!

Về cơ bản an toàn lao động bên máy công cụ CNC tương tự như máy công cụ thông thường, chúng có thể được xếp vào 3 dạng sau:

• Loại trừ nguy hiểm

Các thiếu thốn trên máy và trên các thiết bị cần thiết cho công việc phải được thông báo ngay lập tức

Lối thoát hiểm phải luôn được để trống

Không nên mang những vật bén nhọn trong người

Tháo đồng hồ và nhẫn khi làm việc

• Xác định và ghi nhớ vùng nguy hiểm

Các thiết bị an toàn và các biển chỉ dẫn không được phép dịch chuyển hoặc làm tê liệt

Các bộ phận chuyển động và giao nhau phải được che chắn

• Phòng ngừa các nguy hiểm

Phải mang đồ bảo hộ lao động để tránh các tia lửa và tiếng ồn

Phải đeo kính bảo vệ hoặc mặt nạ để bảo vệ mắt

Các dây điện hở không được phép sử dụng

Khi điều chỉnh và vận hành máy CNC cần đặc biệt quan tâm đến các vấn đề sau:

• Thông thường, chỉ cho phép điều chỉnh khi máy đã được ngưng Ngoại trừ các trường hợp khi

điều chỉnh cần phải mở máy, như trường hợp rà chi tiết gia công

• Người vận hành không nên vào vùng có chuyển động quay hoặc vùng làm việc của máy, vì trong vùng này máy có thể thực hiện các chuyển động quay của đầu rơvolve hay các chuyển động tịnh tiến của bàn máy

• Phải tuân theo các chỉ dẫn an toàn của nhà sản xuất máy

Cần chú ý đến các yêu cầu kĩ thuật an toàn sau đây:

• Phải cài then an toàn để chống lại việc gia công các chi tiết bị gá đặt sai hoặc không đủ cứng vững, để tránh văng của các phần tử chuyển động

• Phải khóa các thiết bị kẹp chi tiết trên máy CNC

• Giữ khoảng cách an toàn giữa các bộ phận nhô ra xa của các máy CNC lân cận trong hệ thống mạng máy CNC và

• Tránh phoi văng cũng như tia phun của nước trơn nguội

• Hút bụi không khí trong không gian máy

Xưởng

Mô tả từng bộ phận hình thành máy CNC trong xưởng CNC

Cần chỉ rõ và giải thích các bộ phận cấu thành máy công cụ hiện hữu

Đặc biệt nhấn mạnh sự giống và khác nhau giữa máy công cụ thông thường và máy công cụ CNC

Câu hỏi kiểm tra “Cơ sở kĩ thuật CNC“

1 Hãy giải thích sự khác nhau căn bản giữa máy công cụ thông thường và CNC?

2 Các đặc trưng nào mô tả máy công cụ điều khiển số?

3 Những ưu điểm của máy CNC so với máy thông thường?

4 Tại sao các trục bước tiến trên máy CNC phải điều chỉnh được ?

5 Truyền động bước tiến hiện đại hình thành từ những bộ phận nào?

6 Máy tiện CNC phải có tối thiểu bao nhiêu trục bước tiến?

7 Các trục bước tiến của máy tiện CNC được kí hiệu như thế nào?

8 Máy phay CNC phải có tối thiểu bao nhiêu trục bước tiến?

9 Các trục bước tiến của máy phay CNC được kí hiệu như thế nào?

10 Hãy nêu ví dụ về các trục xoay điều khiển được trên các máy công cụ CNC?

11 Các trục xoay điều khiển được trên máy tiện CNC cho ta những khả năng nào?

12 Các trục xoay điều khiển được trên máy phay CNC cho ta những khả năng nào?

13 Hãy giải thích ý nghĩa và tác dụng của trục vít-me bi?

14 Hãy nêu sự khác nhau cơ bản giữa đo vị trí trực tiếp và gián tiếp?

15 Đo vị trí tuyệt đối phân biệt như thế nào so với đo vị trí tương đối?

16 Hãy nêu ưu điểm mà các môto truyền động chính điều chỉnh được số vòng quay mang lại?

17 Có các thiết bị thay dao tự đông nào trên máy công cụ CNC?

18 Hãy nêu các dạng ổ chứa dao trên máy phay CNC?

2 CƠ SỞ HÌNH HỌC CHO GIA CÔNG CNC

2.1 Hệ toạ độ trên máy công cụ CNC

Các dạng hệ tọa độ trên máy CNC

Các hệ tọa độ có khả năng mô tả chính xác tất cả các điểm trên bề mặt làm việc hoặc trong không gian Về cơ bản các hệ tọa độ được chia thành:

• Hệ tọa độ Đề-cạc và

• Hệ tọa độ cực

Hệ tọa độ Đề-cạc

Hệ tọa độ Đề-cạc, hoặc còn gọi là hệ tọa độ vuông góc dùng để mô tả chính xác tất cả các điểm Có hai loại hệ tọa độ Đề-cạc:

• Hệ tọa độ hai trục (hệ tọa độ Đề-cạc phẳng),

• Hệ tọa độ ba trục (hệ tọa độ Đềâ-cạc không gian),

chúng được đặt thẳng góc với nhau

Trong hệ tọa độ Đề-cạc phẳng, ví dụ như hệ tọa độ X,Y Mỗi điểm trong mặt phẳng được xác định rõ ràng bởi việc nhập cặp tọa độ (X, Y) Khoảng cách từ 1 điểm đến trục Y gọi là tọa độ X và khoảng cách từ 1 điểm đến trục X gọi là tọa độ Y Những tọa độ này có thể có dấu dương (+) hoặc dấu âm (-) (Xem hình 15)

Hình 15

Hệ tọa độ Đề-cạc với 2 trục (X,Y)

Nếu một bản vẽ chi tiết được đặt trong hệ tọa độ này thì tất cả các điểm quan trọng của chi tiết được xác định Phụ thuộc vào điểm “0“ của chi tiết đặt ở đâu, người ta có thể xác định chính xác vị trí của các điểm chỉ trong tọa độ dương (+) hoặc chỉ trong tọa độ âm (-)

Y

X

P1 P2

P3

P4

Ví dụ:

P1 X = 80 Y = 40 P2 X = -80 Y = 70 P3 X = -50 Y = -40 P4 X = 40 Y = -70

Y Z

P1

P2

Hệ tọa độ Đề-cạc không gian là yêu cầu cần thiết để diễn tả và xác định vị trí của các chi tiết trong không gian, ví dụ như những chi tiết gia công phay Để mô tả một điểm trong hệ tọa độ không gian ba chiều ta gọi tọa độ X,Y,Z tương ứng theo các trục (Xem hình 16)

Như vậy hệ tọa độ Đề-cạc ba chiều, với các trục tọa độ dương (+) và âm (-) có khả năng mô tả chính xác tất cả các điểm vị trí, ví dụ như trong không gian làm việc của máy phay, thì nó không tùy thuộc vào điểm “0“ của chi tiết được đặt ở đâu

Hình 16

Hệ tọa độ Đề-cạc với 3 trục (X,Y,Z)

Các kí hiệu ba trục cũng như ba tọa độ được chọn theo hệ thông bên phải và diễn ra theo quy tắc bàn tay phải (Xem hình 17) Các ngón tay của bàn tay phải luôn luôn chỉ chiều dương của mỗi trục

Hệ thống cũng được gọi là hệ tọa độ quay phải

Hình 17

Quy tắc bàn tay phải

Ví dụ:

P1 X = 30 Y = 20 Z = 0 P2 X = 30 Y = 0 Z = -10

+X +Y

+Z

Hệ tọa độ cực

Trong hệ tọa độ Đề-cạc một điểm có thể được mô tả theo các tọa độ X và Y của nó Đối với các biên dạng xoay đối xứng, ví dụ như các các hình lỗ dạng tròn thì việc tính toán các tọa độ cần thiết đòi hỏii phải được mở rộng thêm

Trong hệ tọa độ cực một điểm được xác định bằng khoảng cách (Bánh kính r) của nó đến điểm gốc và góc (α) của nó đến một trục xác định Góc (α) có liên quan tới trục X trong hệ tọa độ X,Y Nếu đo từ trục X theo ngược chiều kim đồng thì góc (α) có giá trị dương (Xem hình 18) và ngược lại nếu từ trục X

đo theo chiều kim đồng hồ thì góc (α) có giá trị âm (Xem hình 19)

P Y

Hệ tọa độ cực (góc α dương) Hệ tọa độ cực (góc α âm)

Góc quay của các trục

Mỗi trục chính X,Y,Z đều có một trục quay quanh tương ứng Những góc quay của các trục này được biễu diễn bằng các chữ cái A,B,C A quay quanh trục X, B quay quanh thục Y và C quay quanh trục Z (xem hình 20)

Chiều quay là chiều dương nếu quay theo chiều kim đồng hồ, khi nhìn từ điểm “0“ của tọa độ ra chiều dương của mỗi trục (tương ứng với chiều quay của một con vít với ren phải hoặc hướng quay của cây mở nút chai)

Các góc quay A,B,C của hệ tọa độ cực được xác định như sau: Nếu một điểm xem như được đặt trong mặt phẳng X/Y của hệ tọa độ, thì góc trong tọa độ cực tương ứng là góc quay quanh trục Z, có nghĩa là

C Trên mặt phẳng Y/Z góc trong tọa độ cực tương ứng là góc quay quanh trục X, có nghĩa là A Trên mặt phẳng X/Z góc tương ứng là góc quay quanh trục Y, có nghĩa là B

Hình 20 Góc và hướng quay của trục

Xác định hệ tọa độ liên quan đến chi tiết và máy

Hệ tọa độ máy

Hệ tọa độ máy của máy công cụ CNC do nhà sản xuất máy quyết định và không thể thay đổi Điểm gốc của hệ tọa độ máy cũng được gọi là điểm “0“ của máy kí hiệu là M và không thể dịch chuyển được (xem hình 21)

Hệ tọa độ chi tiết

Hệ tọa độ trên chi tiết do người lập trình xác định do đó nó có thể được thay đổi Điểm chuẩn của hệ tọa độ chi tiết còn được gọi là điểm không “0“ của chi tiết W và nó được xác định theo yêu cầu (xem hình 22)

W

W Điểm “0“ của chi tiết Hình 21

Hệ tọa độ máy Hình 22 Hệ tọa độ chi tiết

Máy phay CNC khi thiết kế máy người ta thường thiết lập một hệ thống tọa độ liên quan cho nó Thông

thường trục Z được xác định theo trục công tác (cơ cấu mang dao), do đó chiều dương của trục Z được xác định từ chi tiết gia công đến dụng cụ cắt (xem hình 23)

Trục X và trục Y theo nguyên tắc nằm song song với mặt phẳng kẹp của chi tiết gia công

Khi đứng trước máy, chiều dương của trục X chạy sang phải và chiều dương của trục Y hướng từ ngoài vào trong

Điểm “0“ của hệ tọa độ được ưu tiên đặt ở góc ngoài phía trên bên trái của chi tiết

Hình 23 Chi tiết phay trong hệ tọa độ Đề-cạc không gian

Để dễ dàng cho việc tính toán các điểm cần thiết cho chương trình người ta khuyên sử dụng các cạnh ngoài, bên trên (xem hình 24) hoặc bên dưới (xem hình 25)

X

Y Z

Hình 24

Điểm không “0“ của chi tiết W

ở góc ngoài phía trên bên trái của chi tiết

Hình 25 Điểm không “0“ của chi tiết W

ở góc ngoài phía dưới bên trái của chi tiết

Máy tiện CNC

Trong máy tiện CNC trục công tác (Trục mang chi tiết) được xác định là trục Z, điều này có nghĩa là trục Z trùng với trục quay (xem hình 26 và 27) Chiều dương của trục Z được xác định là chiều chuyển động của dụng cụ cắt rời xa khỏi chi tiết gia công

Trục X được đặt vuông góc với trục Z Tuy nhiên chiều của trục X phụ thuộc vào dụng cụ cắt được đặt

ở phía trước (xem hình 26) hay phía sau (xem hình 27) tâm quay

Chi tiết tiện trong tọa độ Đề-cạc với 2 trục,

dụng cụ cắt nằm phía trước tâm quay

Hình 27 Chi tiết tiện trong hệ tọa độ Đề-cạc với 2 trục, dụng cụ cắt nằm phía sau tâm quay

Luyện tập CNC

Làm việc với các hệ tọa độ khác nhau:

Nhập tọa độ các điểm vào bảng

Nhập tọa độ Đề-cạc của các điểm sau vào bảng

a

d e

f g h

Chi tiết tiện trong bản vẽ cho kích thước đường kính do vậy

khi lập trình cũng phải ghi kích thước đường kính

Nhập tọa độ Đề-cạc của các điểm từ a đến h vào bảng

Hãy nhập tọa độ X theo kích thước đường kính!

a

b c

d e

f g

Các trục quay và trục bước tiến trên máy CNC

Vị trí và ký hiệu các trục NC

Các máy phay CNC được phân biệt theo cấu trúc của chúng so với trật tự của các trục công tác và vị trí của các trục NC (xem hình 28 và 29) Trục Z được nhận biết bởi trục quay của trục công tác, chiều dương của trục Z được định nghĩa là chiều làm tăng khoảng cách từ chi tiết đến dụng cụ cắt Do hệ tọa độ Đề-các ba chiều được sử dụng trên máy phay CNC, nên hai trục tọa độ còn lại có thể được xác định theo quy tắt bàn tay phải

+Y-Y

-X

+X+Z

-Z

-Y

+Y

+Z -Z

-X

+X

Hình 28

Các trục trên máy phay đứng Hình 29 Các trục trên máy phay ngang

Trên máy tiện CNC trục công tác được xác định là trục Z (xem hình 30) Chiều dương của trục Z chạy từ dụng cụ cắt rời xa khỏi chi tiết gia công Trục X được đặt vuông góc với trục Z, chiều dương của trục

X chạy từ tâm chi tiết gia công ra phía sau (dụng cụ cắt nằm phía sau tâm quay) Ngoài ra còn có một trục quay, đó là trục C nếu như trục công tác này được điều khiển

+XC

+Z

Hình 30

Các trục trên máy tiện

Chiều chuyển động trên máy CNC

Trong quá trình gia công các chuyển động tương đối phải được thực hiện giữa chi tiết và dụng cụ cắt trên các trục Kí hiệu các trục của máy công cụ CNC được xác định trước bởi cấu trúc của chúng (Xem phần vị trí và kí hiệu các trục) Nó có liên quan đến chi tiết gia công, nhờ đó hệ tọa độ không gian Đề-cạc được xử dụng Lưu ý khi xét chuyển động của máy CNC, người ta quan niệm chỉ có dụng cụ cắt chuyển động, còn chi tiết thì đứng im mặc dù bàn máy của máy phay đứng chuyển động dọc theo các trục X và Z (xem hình 31)

+Y

+X

+Z

Hình 31

Chiều chuyển động trên máy phay

Để có thể lập trình mà không phụ thuộc vào máy, ta phải áp dụng các quy ước sau:

Trong khi lập trình phải luôn luôn cho rằng chỉ có dụng cụ cắt chuyển động

Hệ tọa độ luôn luôn liên quan đến chi tiết gia công

Theo quy định này thì hệ tọa độ chi tiết luôn được sử dụng để thiết lập chương trình NC

Ghi kích thước thích hợp theo NC

Có hai cách ghi kích thước khác nhau được sử dụng trong lập trình NC:

• Ghi kích thước tuyệt đối

• Ghi kích thước tương đối

Ghi kích thước tuyệt đối luôn luôn liên quan đến điểm “0“ của chi tiết, có nghĩa là các kích thước chuẩn được sử dụng (xem hình 32) Trái lại ghi kích thước tương đối luôn luôn sử dụng các kích thước chuỗi, chúng được tính từ giá trị đo hiện tại đến điểm kế tiếp (xem hình 33)

Trong trường hợp tiện, ghi kích thước theo giá trị tuyệt đối trên trục X là các giá trị đường kính, trong khi đó ghi kích thước theo giá trị tương đối thì sử dụng các giá trị bán kính

Khi lập trình người ta khuyên nên sử dụng cách ghi kích thước tuyệt đối, bởi vì so với cách ghi kích thước tương đối nó có ưu điểm hơn:

• Dung sai kích thước không bị tích lũy

• Các thay đổi của từng kích thước không làm ảnh hưởng đến các kích thước khác

• Một kích thước bị sai không dẫn tới các lỗi khác

• Các tọa độ tuyệt đối chỉ ra khoảng hành trình dịch chuyển của dụng cụ cắt vì thế các bước lập trình riêng lẻ có thể được tìm thấy dễ dàng

Do vậy để thiết lập bản vẽ đúng NC, nên tránh các kích thước tương đối và nên sử dụng các giá trị tọa độ liên quan đến điểm chuẩn

Tuy nhiên vẫn có trường hợp cần phải sử dụng cách ghi kích thước tương đối, ví dụ như khi gia công những chi tiết có cùng biên dạng như các rãnh đứng cạnh nhau trên chi tiết tiện

Mô phỏng CNC

Các trục NC điều khiển được trên mô phỏng CNC

Như máy công cụ CNC thật, người ta có thể dịch chuyển các trục NC bằng tay trong mô phỏng CNC Việc mô tả trình tự các bước thao tác trên mô phỏng CNC được trình bày theo các bước sau:

Khi nhập chỉ bấm bằng các phím đã cho (Ví dụ tương ứng là phím chức năng F5)

Phay CNC

1 Gọi phay CNC từ menu chính F2 (Milling)

2 Chọn thiết lập công nghệ F3

(Setup mode)

3 Di chuyển các trục X, Y hoặc Z và kiểm

tra hành trình dịch chuyển Bấm các phím tương ứng trên bàn phím

Bild

1

En de

8 2

Theo các chiều chuyển động:

(Chiều X+) (Chiều X-) (Chiều Y+) (Chiều Y-) (Chiều Z+) (Chiều Z-)

4 Thoát khỏi thiết lập công nghệ F8 (Quit)

Luyện tập: Mỗi học viên thực hiện di chuyển các trục trong mô phỏng ít nhất một lần

F5

Hành trình chuyển động được kiểm tra trên hiển thị tọa độ các trục

Tiện CNC

1 Gọi tiện CNC từ menu chính F1 (Turning)

2 Chọn thiết lập công nghệ F3 (Setup mode)

3 Di chuyển trục X hoặc Z và kiểm tra hành

Theo các chiều chuyển động:

(Chiều Z+) (Chiều Z-) (Chiều X+) (Chiều X-)

4 Thoát khỏi thiết lập công nghệ F8 (Quit)

Luyện tập: Mỗi học viên thực hiện di chuyển các trục trong mô phỏng ít nhất một lần

Xưởng:

Điều khiển các trục NC trên máy CNC theo các tài liệu chỉ dẫn trong xưởng

Luyện tập:

Mỗi học viên thực hiện di chuyển các trục trên máy CNC ít nhất một lần

Hành trình chuyển được kiểm tra trên hiển thị tọa độ các trục

2.2 Tính toán NC

Cơ sở tính toán các tọa độ

Khi lập trình CNC ta phải nhập các điểm tương ứng của biên dạng cần gia công Thông thường có thể lấy trực tiếp các điểm này từ bản vẽ, nếu bản vẽ cung cấp đầy đủ các kích thước thích hợp cho chương trính NC Trong một vài trường hợp phải tính toán tọa độ các điểm cần thiết

Các thông số của một tam giác

Để tính toán các tọa độ còn thiếu thì mối tương quan giữa các hàm số trong một tam giác rất hữu dụng Có thể mô tả tam giác bằng nhiều cách khác nhau Các thông số ví dụ như các đỉnh, các góc và các cạnh thường được sử dụng

C

a b

c

γ

Hình 34

Các thông số của một tam giác

Các góc của tam giác

Các góc của tam giác xác định loại tam giác, phụ thuộc vào kích thước của góc ta có các tam giác nhọn, tam giác tù và tam giác vuông (xem hình 35-37)

C

a b

c

γ

Hình 35

Tam giác nhọn

Tất cả các góc nhỏ hơn 90°

Hình 36 Tam giác tù Có một góc lớn hơn 90°

Hình 37 Tam giác vuông Có một góc bằng 90°

Quan hệ giữa các góc trong một tam giác: Tổng các góc trong một tam giác luôn bằng 180°

Với công thức này nếu biết trước hai góc, ta có thể tính được góc còn lại

Tam giác vuông

Tam giác vuông (xem hình 38) có một ý nghĩa đặc biệt trong hình học giải tích, vì các cạnh của tam giác vuông được đặt trong mối tương quan toán học với nhau Chúng được mô tả bằng các tên sau:

• Cạnh dài nhất đối diện với góc vuông là cạnh huyền

• Hai cạnh tạo nên góc vuông của tam giác gọi là cạnh góc vuông

Cạnh đối diện với góc α gọi là cạnh đối

Cạnh kề với góc α gọi là cạnh kề

Trong tam giác vuông, góc vuông được mô tả bằng ¼ vòng tròn và có một dấu chấm bên trong

Hình 38

Tam giác vuông

Các ứng dụng trong một tam giác vuông

Trong tam giác vuông thường sử dụng định lý Pitago để tính độ dài của một cạnh, khi biết độ dài hai cạnh còn lại (xem hình 39)

c²

a² b²

b c a

Định lý Pitago: Tổng bình phương của hai cạnh

góc vuông bằng bình phương cạnh huyền

a2 b2 c2

Dùng các phép biến đổi tương ứng ta có thể tính toán các cạnh của tam giác với các công thức sau:

Các hàm số lượng giác

Các hàm số lượng giác mô tả mối quan hệ giữa các góc và cạnh của một tam giác vuông Với các hàm số lượng giác này, nếu biết trước một góc và chiều dài của một cạnh thì ta có thể tính được chiều dài của các cạnh còn lại Sự lựa chọn các hàm số lượng giác sin (xem hình 40), cos (xem hình 41) hoặc tan (xem hình 42) phụ thuộc vào góc và cạnh cho trước

α

1

2

Cạnh đối Cạnh huyền

Hình 42:

Hàm số tan

Khi tính toán các cạnh, cần phải biến đổi các công thức tương ứng với các cạnh đã biết

Ví dụ: Biết trước góc α và chiều dài cạnh kề, tính chiều dài cạnh đối?

Áp dụng công thức:

kề Cạnh

đối Cạnh tan α = (Xem hình 42) biến đổi ta được:

Cạnh đối = Cạnh kề ∗ tan α

huyền Cạnh

kề Cạnh cos α =

kề Cạnh

đối Cạnh tan α =

huyền Cạnh

đối Cạnh sin α =

Tính toán tọa độ NC

Nhiều bản vẽ chi tiết ghi kích thước không thích hợp cho chương trình NC Bên cạnh việc sử dụng các kích thước tương đối trong bản vẽ còn cho các kích thức góc Vì vậy người lập trình bằng tay cần phải tính toán tọa độ các điểm còn thiếu

Ví dụ theo bản vẽ dưới đây phải tính tọa độ điểm b, c và f Các điểm khác đã biết

Tính tọa độ điểm b:

Tính tọa độ điểm f:

Nhập tọa độ tâm điểm các lỗ từ a đến h vào bảng

Tính toán các gía trị và làm tròn đến 3 số thập phân

Tính tọa độ chưa biết trong các ví dụ sau:

3080

a

b c

2.3 Các điểm “0“ và điểm chuẩn trên máy CNC

Các dạng điểm “0“ và điểm chuẩn

M Điểm “0“ của máy

W Điểm “0“ của chi tiết

R Điểm tham chiếu

E Điểm chuẩn của dụng cụ cắt

B Điểm hiệu chỉnh dụng cụ cắt

A Điểm gá dao

N Điểm thay dao

E

R

N

W M

Điểm “0“ của máy M

Mỗi máy công cụ điều khiển số làm việc với một hệ tọa độ máy Điểm “0“ của máy là điểm gốc của hệ tọa độ liên quan đến máy, vị trí của nó được xác định bởi nhà sản xuất máy và không thể thay đổi Theo nguyên tắc điểm “0“ M của máy tiện CNC nằm trên tâm của mặt bích đầu trục chính Trên máy phay đứng CNC điểm “0“ của máy thường được đặt trên cạnh góc trái của bàn máy mang chi tiết

Hình 43

Vị trí của các điểm “0“ và điểm chuẩn trên máy tiện

R N

W

A M

Điểm tham chiếu R

Mỗi máy công cụ CNC với hệ thống đo hành trình tương đối cần có một điểm chuẩn, nó phục vụ đồng thời cho việc kiểm soát các chuyển động của chi tiết gia công và dụng cụ cắt Điểm chuẩn này

được gọi là điểm tham chiếu R Vị trí của nó được

cài đặt chính xác trên mỗi trục chuyển động bởi công tắc hành trình Các tọa độ của điểm tham chiếu luôn luôn có cùng một giá trị và liên quan đến điểm “0“ của máy, giá trị này được điều chỉnh cố định trong hệ điều khiển CNC Sau khi khởi động máy, trước tiên phải chạy tất cả các trục về điểm tham chiếu so với chuẩn của hệ thống đo hành trình tương đối

Hình 44

Vị trí của các điểm “0“ và điểm chuẩn trong máy phay

+X

+Z

WM

+X

+Z

Điểm “0“ của chi tiết W

Điểm “0“ của chi tiết W là gốc của hệ tọa độ liên quan đến chi tiết Vị trí của nó do người lập trình xác định và có thể thay đổi theo đặc điểm của quá trình gia công Thuận lợi nhất các kích thước này thường được tiếp nhận trực tiếp từ bản vẽ cho việc lập trình Trong trường hợp gia công tiện, điểm “0“ của chi tiết thường được đặt ở tâm của đầu bên phải hay bên trái của chi tiết gia công, tùy thuộc vào kích thước của chi tiết gia công được xác định bắt đầu từ phía đầu nào

Điểm “0“ của chi tiết có thể dịch chuyển trong chương trình NC, ví dụ chi tiết tiện cần được gia công 2 phía trên các mũi chống tâm Trong trường hợp này rất thuận lợi khi ta lần lượt dịch chuyển điểm “0“ của chi tiết tới đầu phải hoặc trái của chi tiết

Hình 45

Điểm “0“ của chi tiết trong tiện

X

Y

thường được chọn làm điểm “0“ của chi tiết, tùy thuộc vào điểm góc nào khi ghi kích thước chi tiết để chọn điểm chuẩn

Hình 46

Điểm “0“ của chi tiết trong phay

Điểm chuẩn của dụng cụ cắt E

Một điểm chuẩn quan trọng nữa trong không gian làm việc của máy là điểm chuẩn của dụng cụ cắt E Điểm chuẩn của dụng cụ cắt E trên máy tiện CNC là điểm cố định trên đầu rơvolve Trên máy phay CNC điểm chuẩn của dụng cụ cắt E được đặt trên đầu trục chính

Điều khiển CNC liên quan trước tiên tới điểm chuẩn của dụng cụ cắt cho tất cả tọa độ điểm đích Trong trường hợp lập trình cho các tọa độ điểm đích người ta tạo ra mối quan hệ tùy thuộc vào mũi dao trong dao tiện và tâm dao trong dao phay Do vậy để có thể điều khiển chính xác mũi dao (tiện) hoặc tâm dao (phay) dọc theo hành trình gia công mong muốn thì các dụng cụ cắt phải được đo chính xác Có

thể đo các dụng cụ cắt bên ngoài máy bởi các thiết bị hiệu chỉnh hoặc có thể đo trực tiếp trên máy bởi các dụng cụ đo quang học Đặc biệt khi sử dụng thiết bị quang học, các giá trị đo được nhập trực tiếp vào bộ nhớ của máy Nếu sử dụng thiết bị hiệu chỉnh thì giá trị đo được của các dụng cụ phải được nhập bằng tay vào bộ lưu trữ các giá trị hiệu chỉnh tương ứng của hệ điều khiển

Ngoài ra còn có hai điểm cần thiết cho việc chuẩn bị dao bên ngoài máy CNC, đó là điểm hiệu chỉnh dụng cụ cắt B và điểm gá dao A

B Điểm hiệu chỉnh dụng cụ cắt

L Khoảng cách từ mũi cắt đến điểm hiệu chỉnh dụng cụ cắt theo phương Z

Q Khoảng cách từ mũi cắt đến điểm hiệu chỉnh dụng cụ cắt theo phương X

R Bán kính mũi cắt

B Điểm hiệu chỉnh dụng cụ cắt

L Khoảng cách từ mũi cắt đến điểm hiệu chỉnh dụng cụ cắt theo phương Z

R Bán kính dao phay

Hình 48

Điểm hiệu chỉnh dụng cụ cắt của dao phay

A

Vị trí của điểm gá dao A trên đầu rơvolve

A Điểm gá dao

Hình 49

Điểm gá dao trên đầu rơvolve

Nếu hệ thống dụng cụ cắt (Cán dao và ổ dao) được đặt vào cơ cấu mang dao (đầu rơvolve), thì điểm hiệu chình dụng cụ cắt B và điểm gá dao A trùng nhau và tạo ra điểm chuẩn của dụng cụ cắt E

Điểm thay dao N

Điểm thay dao N là điểm thuộc không gian làm việc của máy CNC, tại điểm này dụng cụ cắt có thể được thay đổi mà không xảy ra các va chạm

Cài đặt điểm “0“ cho chi tiết (W) trên máy tiện CNC

Cài đặt điểm “0“ cho chi tiết (W) sao cho phải tương ứng với điểm “0“ của bản vẽ Do vậy có thể sử dụng trực tiếp các kích thước của bản vẽ để lập trình

Khoảng cách giữa điểm “0“ của máy (M) và điểm

“0“ của chi tiết (W) được ký hiệu là zw, giá trị này còn được gọi là dịch chuyển điểm “0“ và tiếp đó nó được nhập vào hệ điều khiển CNC

Hình 50

Cài đặt điểm “0“ cho chi tiết W trên máy tiện CNC

Trình tự thực hiện

Điều kiện:

- Tất cả dụng cụ cắt phải được đo và lắp sẵn trên đầu rơvolve

- Thiết bị kẹp đã được chuẩn bị và chi tiết được kẹp chắc chắn trên trục chính

1 Mở trục chính (quay ngược chiều kim đồng hồ)

2 Thay đổi dụng cụ cắt để cài đặt điểm “0“ cho chi tiết, có nghĩa là đầu rơvolve quay đến vị trí tương ứng, ví dụ T02

Chú ý: Không gian quay của đầu rơvolve phải được kiểm tra để tránh xảy ra va chạm trong suốt quá trình quay

3 Rà dụng cụ cắt chạm vào mặt đầu phía trước của chi tiết gia công:

Di chuyển dụng cụ cắt một cách cẩn thận với các tay quay hay các phím mũi tên tương ứng trên bàn phím của hệ điều khiển CNC cho đến khi mũi dao vạch một dấu trên chi tiết gia công

4 Nhập lượng dư theo ý muốn cho mặt đầu (ví dụ 0.5mm) vào hệ điều khiển CNC, tiếp đó nhấn phím

“0“ (Lượng dư được chấp nhận để tiện mặt đầu tại giá trị z = 0)

5 Hệ điều khiển CNC lưu trữ giá trị khoảng dịch chuyển của điểm không zw

Điểm “0“ của chi tiết (W) được xác định rõ ràng bởi vì tọa độ X = 0 được đặt trên tâm quay

6 Mặt đầu được tiện bởi lượng dư hiện hữu Điều này cần được lưu ý khi thiết lập chương trình NC