Nghiên cứu hệ điều khiển số của máy CNCứng dụng vào việc cải thiện và thiết kế hệ điều khiển máy cắt kim loại bằng phẳng bằng plasma hoặc bằng oxy

Trình bày tổng quan về máy công cụ CNC. Nghiên cứu máy cắt CNC sử dụng đầu cắt Plasma và đầu Oxy. Trình bày tổng quan về máy công cụ CNC. Nghiên cứu máy cắt CNC sử dụng đầu cắt Plasma và đầu Oxy. Trình bày tổng quan về máy công cụ CNC. Nghiên cứu máy cắt CNC sử dụng đầu cắt Plasma và đầu Oxy. Trình bày tổng quan về máy công cụ CNC. Nghiên cứu máy cắt CNC sử dụng đầu cắt Plasma và đầu Oxy. Trình bày tổng quan về máy công cụ CNC. Nghiên cứu máy cắt CNC sử dụng đầu cắt Plasma và đầu Oxy. Trình bày tổng quan về máy công cụ CNC. Nghiên cứu máy cắt CNC sử dụng đầu cắt Plasma và đầu Oxy.

Ngµnh: M¸y-dông cô c«ng nghiÖp

nghiªn cøu hÖ ®iÒu khiÓn sè cña m¸y CNC, øng dông vµo viÖc c¶i thiÖn vµ thiÕt kÕ hÖ ®iÒu khiÓn m¸y c¾t kim lo¹i

ph¼ng b»ng Plasma hoÆc b»ng oxy

NguyÔn thanh hoµi

Hµ néi 2006

Hµ Néi

2006

1.2.4 Trung tâm gia công (Manufacturing Center) phay/khoan

1.2.5 Trung tâm tiện - phay

2.1.1 Quá trình phát triển Plasma

2.1.2 Tính chất của dòng Plasma

2.1.3 Phương pháp cắt Plasma

2.1.3.1 Hình ảnh quá trình ion hoá khí plasma

2.1.3.2 Quá trình tạo Plasma cắt

2.1.7.3 Máy tạo khí Plasma

2.1.7.4 Bộ điều khiển điện tần số cao

2.1.8 Một số nguyên nhân có thể gây hỏng mỏ cắt cần tránh

2.1.9 Máy cắt tay

2.2 Các thông số kỹ thuật và tính năng của máy cắt CNC

2.2.1 Thông số kỹ thuật của máy cắt CNC

2.2.2 Các tính năng của máy cắt CNC

2.2.2.1 Điều khiển quá trình cắt bằng tay

2.2.2.2 Điều khiển quá trình cắt bằng đầu đọc Laser-Teach

2.3.1.4 Thiết lập bản vẽ thông qua các hình chi tiết cơ khí thông

dụng có trong máy

2.3.2.1 Công cụ ghi kích thước ‘Dimensioning Toolbar’

2.3.2.2 Ghi kích thước theo chách thông thường ‘Manual

Dimensioning’

2.3.2.3 Ghi kích thước tự động ‘Automatic Dimensioning’

2.3.3 Tải hình vẽ chi tiết cơ khí từ bản vẽ AutoCAD

2.4 Phần mềm MAGICTOOL

2.4.1 Các tiện ích trên thanh công cụ ‘Main menus’

2.4.2 Các trợ giúp quản lý phôi khi cắt từ ‘Cutting Technology

menu’

2.4.3 Các khoá chức năng

2.4.4 Tạo ra một trang mới

2.4.5 Chèn hình cần cắt vào tấm phôi đã được giới hạn

2.4.6 Sắp xếp các hình bất kỳ (Nesting)

2.4.7 Các chức năng công nghệ (Technology)

2.4.8 Thứ tự điều khiển (Order Management)

2.4.9 Cơ sở quản lý dữ liệu (Data Base management)

Mở đầu

Trong những năm qua cùng với sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực công nghệ thông tin và kỹ thuật vi điện tử, các máy móc thiết bị điều khiển số ngày càng phát triển và được sử dụng rộng rãi trong: công nghiệp cơ khí, hoá chất, chế biến thực phẩm, dệt may, y tế…, việc ứng dụng các thiết bị điều khiển số đã tạo ra những sản phẩm có chất lượng, độ chính xác cao đáp ứng những đòi hỏi khắt khe của thị trường, điều mà trước đây với những máy móc thông thường với bàn tay đơn thuần của người thợ không đáp ứng được ý thức được điều này, những năm gần đây nhiều doanh nghiệp Việt Nam đã tích cực đầu tư các thiết bị điều khiển số cho cơ sở sản xuất của mình nhất là các doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài Nhiều trường đại học, cao đẳng cũng

đã đưa vào chương trình giảng dạy các thiết bị điều khiển số Tuy nhiên, mức

độ nắm bắt làm chủ thiết bị của chúng ta còn hạn chế nhiều khi chưa khai thác hết khả năng công nghệ của thiết bị dẫn tới hiệu quả đầu tư không cao Chúng

ta chưa sản xuất ra được những máy công cụ điều khiển số phức tạp, hơn nữa cũng còn thiếu những chuyên gia có khả năng xử lý phần cứng cũng như phần mềm của hệ thống điều khiển, điều mà trong những năm tới chúng ta phải nỗ lực phấn đấu

Đề tài “Nghiên cứu hệ điều khiển số của máy CNC, ứng dụng vào việc cải thiện và thiết kế hệ điều khiển máy cắt kim loại phẳng bằng Plasma hoặc bằng oxy” hướng vào nghiên cứu phần mềm vẽ logo tag và phần mềm quản lý phôi MAGIC TOOL, hệ thống điều khiển số cho máy cắt kim loại tấm góp phần nâng cao khả năng sử dụng của máy cắt CNC trong sản xuất công nghiệp

Cấu trúc của luận văn gồm 2 chương Chương 1 giới thiệu tổng quan về máy điều khiển số, quá trình phát triển của công nghệ CNC trên thế giới và thực trạng tại Việt Nam, các thiết bị CNC Chương 2 nghiên cứu tổng quan về

c¾t Plasma (c«ng nghÖ c¾t ®­îc sö dông réng r·i trong m¸y c¾t CNC), nghiªn cøu phÇn mÒm vÏ logo tag vµ phÇn mÒm qu¶n lý ph«i MAGIC TOOL

Chương 1- Tổng quan về máy công cụ CNC

Khi gia công trên các máy công cụ thông thường, các bước gia công chi tiết do người thợ thực hiện bằng tay như: điều khiển số vòng quay, lượng chạy dao, chiều sâu cắt Khi gia công trên máy điều khiển theo chương trình số, quá trình gia công được thực hiện một cách tự động Trước khi gia công người thợ phải dựa vào hệ thống điều khiển một chương trình gia công dưới dạng một chuỗi các lệnh điều khiển Hệ thống các lệnh điều khiển số có khả năng thực hiện các lệnh này và kiểm tra chúng nhờ một hệ thống đo dịch chuyển của các bàn trượt của máy

Điều khiển số (NC) là một hình thức của tự động hoá mà cụ thể là máy gia công tự động được lập trình để thực hiện một loạt các hoạt động ở một chế

độ được xác định trước nhằm tạo ra một chi tiết có kích thước, độ nhám có thể hoàn toàn dự báo trước

Gia công trên máy công cụ thông thường, độ chính xác gia công hoàn toàn phụ thuộc vào kỹ năng tay nghề của người thợ Ngược lại gia công trên máy công cụ điều khiển theo chương trình số (NC, CNC), độ chính xác, độ nhám bề mặt chi tiết chủ yếu do thiết bị quyết định, không phụ thuộc vào kỹ năng tay nghề của người thợ

Trong nhiều thập kỷ qua, điều khiển số (NC = Numerical Control) đã tác động mạnh mẽ đến ngành chế tạo máy Đặc biệt trong những năm gần đây

do có chính sách mở cửa, hội nhập, nhiều công ty nước ngoài đầu tư vào Việt Nam Những thiết bị và kỹ thuật gia công tiên tiến trong đó thiết bị kỹ thuật

điều khiển theo chương trình số đã khá phổ biến ở nhiều công ty; không chỉ những công ty liên doanh với nước ngoài, mà cả các công ty trong nước nhiều công ty đã trang bị nhiều thiết bị gia công theo chương trình số Vì vậy nhu cầu lao động có kỹ thuật cao, có khả năng vận hành, sửa chữa và thiết kế hệ thống điều khiển theo chương trình số ngày càng cao

1.1 Quá trình phát triển

Quá trình phát triển của công nghệ chế tạo máy và cắt kim loại đã trải qua các giai đoạn:

- Công nghệ thủ công

- Công nghệ cơ khí hoá với sự ra đời của ngành chế tạo máy công cụ

- Từ tự động hoá cơ khí sang tự động hoá có sự trợ giúp của máy tính (CNC)

Sau đây là những mốc quan trọng của quá trình phát triển máy công cụ

điều khiển số (CNC=Computerized Numerical Control), nó gắn liền với quá trình phát triển của công nghệ điện tử và tin học

- Năm 1946:

Dr JOHNM MAUCHLY và Dr JSPRESPER ECKERT đã phát minh ra máy tính điện tử đầu tiên có tên là “ENIAC” cho quân đội Mỹ được ứng dụng

- Năm 1948-1952:

T.PARSON và viện công nghệ MIT (Masachusetts institute of Technology)

đã nghiên cứu thiết kế theo hợp đồng của không quân Mỹ (USAF) một hệ thống điều khiển dành cho máy công cụ Để điều khiển trực tiếp vị trí của các trục vít me thông qua dữ liệu đầu ra của một máy tính bằng chứng cho khả năng gia công một chi tiết T.PARSON đã đưa ra bốn luận điểm cơ bản:

+ Những vị trí đã được tính ra trên một biên dạng được ghi nhớ vào bìa đục lỗ + Các bìa đục lỗ được đọc trên máy một cách tự động

+ Các vị trí đã được đọc ra phải được thông báo một cách liên tục và bổ sung thêm tính toán cho các giá trị trung gian

+ Các động cơ SERVO (vô cấp tốc độ) có thể điều khiển được chuyển động của các trục

- Năm 1952:

Hãng MIT đã cung cấp chiếc máy phay đầu tiên mang tên CINCINNATIHYDROTEL có trục thẳng đứng Tủ điều khiển lắp bảng bằng bóng điện tử có thể dịch chuyển đồng thời theo 3 trục Nhận dữ liệu thông qua băng đục lỗ nhị phân (Binary Code Punched Band)

- Năm 1954:

BENDX đã mua bản quyền phát minh của T.PARSONS và chế tạo thiết bị

điều khiển NC công nghiệp đầu tiên (vẫn dùng bóng đèn điện tử)

- Năm 1957:

Những máy phay đầu tiên có trong phân xưởng của không lực Hoa Kỳ ở Nhật Bản viện công nghệ TOKYO và công ty IKEGAL liên kết, kế thừa chế tạo thành công máy điều khiển số trên cơ sở máy thuỷ lực và chiếc máy tiện

NC đầu tiên ra đời ở Nhật Bản

- Năm 1958:

KERNY và TRECKER liên kết giới thiệu hệ thống thay dụng cụ tự động ATC (Automatic Tool Changer) còn gọi là “Milwaukee Matic” giới thiệu ngôn ngữ lập trình biểu trưng đầu tiên APT gắn liền với máy tính IBM704

- Năm 1960:

Hệ điểu khiển NC dùng đèn bán dẫn đã thay thế các hệ điều khiển cũ dùng

đèn điện tử Các nhà chế tạo máy người Đức trưng bày chiếc máy điều khiển

NC đầu tiên tại hội chợ HANOVER

- Năm 1970:

Giải pháp thay thế bệ phiến gá phôi tự động (Automatic Palate Changer)

- Năm 1972:

Hệ điều khiển NC đầu tiên có lắp một máy vi tính nhỏ Đó là hệ điều khiển

số dùng vi tính có hệ vi xử lý (Microproccessor - CNC) sau này

- Năm 1980:

Những công cụ trợ giúp lập trình tích hợp trong hệ điều khiển CNC đã tạo

ra cuộc tranh cãi về quan điểm ủng hộ hay chống đối giải pháp điều khiển qua cấp lệch trực tiếp bằng tay

- Năm 1984:

Xuất hiện hệ điều khiển CNC có công năng mạnh mẽ được trang bị các công cụ trợ giúp lập trình đồ hoạ (Graphic) tiến thêm một bước phát triển mới lập trình tại phân xưởng Các hệ điều khiển CNC có màn hình CRT là cho người đứng máy nhìn thấy và thay đổi chương trình NC dễ hơn

- Năm 1986-1987:

Những giao diện tiêu chuẩn hoá (Standard Interfaces) mở ra con đường tiến tới các xí nghiệp tự động trên cơ sở hệ thống trao đổi hệ thống thông tin liên thông CIM (Computer Intergrated Manufacturing)

- Năm 1990:

Các giao diện số giữa điều khiển số NC và hệ các khởi động đã được cải thiện độ chính xác và đặc tính điều chỉnh của các trục điều khiển NC và trục chính

- Năm 1994:

Khép kín chuỗi quá trình CAD/CAM/CNC bằng cách sử dụng hệ NURBS làm phương pháp nội suy được truy cập từ hệ CAD nhằm diễn tả bề mặt đạt độ mịn và độ sắc nét cao

Cho đến nay, các hãng sản xuất máy trên thế giới tiếp tục hoàn thiện các máy CNC cả về phần chấp hành và phần điều khiển nhằm nâng cao độ chính xác và tốc độ xử lý tạo ra chuyển động đều đặn của máy, tăng tuổi thọ của máy và dụng cụ đồng thời mở rộng khả năng công nghệ của thiết bị Các máy CNC hiện đại có thể đạt độ chính xác định vị cao trong một hướng chiều trục (±0,008 ữ ±0,015 mm trên toàn bộ dịch chỉnh) và định vị lặp lại (±0,001 ữ

±0,002 mm) Độ chính xác gia công nhiều trục phụ thuộc vào độ chính xác của đường băng dẫn hướng và vị trí góc giữa các trục do đó thấp hơn một chút

Xu hướng mới trong thiết kế hệ điều khiển CNC là sử dụng hệ thống điều khiển có liên hệ ngược (Adaptive) mà chúng truyền và nhận các tham số đặc tính như lực cắt, nhiệt độ dao, mô men động cơ và độ mòn dụng cụ mà chúng

không thể có ở các hệ điều khiển CNC truyền thống Các hệ có liên hệ ngược

đã cải biên các lệnh NC sao cho có thể hớt tối ưu kim loại và duy trì điều kiện

an toàn Các đầu đo được lắp vào trục chính của máy công cụ, nó có thể kiểm tra vị trí lắp đặt như các thành phần kích thước và làm các sửa chữa cần thiết

Để sử dụng đầu đo, hệ điều khiển CNC phải có khả năng tự động thực hiện nhiều chương trình phụ đo lường hoặc chu kỳ đo

Song song với việc hoàn chỉnh các máy CNC đơn lẻ, việc kết nối các máy CNC tạo thành mạng LAN-mạng cục bộ hoặc WAN- mạng liên thông toàn cầu (dòng thông tin điều khiển được thu phát, truyền giao bằng hệ thống vệ tinh, thực hiện mối liên kết hệ thống: nhu cầu thị trường-đơn đặt hàng-nhà thiết kế-nhà chế tạo-nhà cung cấp-nhà tiêu dùng ); hay kết nối các máy CNC, các thiết bị sản xuất tự động và các thiết bị truyền tải thông tin tạo thành hệ thống nhất khép kín quá trình sản xuất (hệ thống sản xuất linh hoạt-FMS) hiện tại cũng đang phát triển ở trình độ cao Hệ thống sản xuất linh hoạt khắc phục

được nhược điểm của dây chuyền sản xuất tự động là chỉ chế tạo một chủng loại sản phẩm Hệ thống FMS có tính linh hoạt cao, có thể gia công được nhiều chủng loại sản phẩm khác nhau, bất cứ chi tiết nào cũng có thể được đưa vào hệ thống theo bất cứ tuần tự nào và được gia công với bất kỳ sản lượng nào Hệ thống sản xuất linh hoạt thích hợp với gia công loại vừa và nhỏ và

điều này rất phủ hợp với tình trạng hiện tại và tương lai Hiện nay trong hệ thống FMS các máy gia công (các tế bào gia công) đều là các máy CNC, còn

hệ thống vận chuyển phôi không chỉ còn là hệ thống cứng như trước nữa Các

hệ thống vận chuyển mềm (sử dụng các xe rùa chuyển động trên các ray mềm trên nền xưởng) cho phép thích ứng nhanh với quá trình sản xuất và tiết kiệm không gian nhà xưởng

ở Việt Nam, những năm gần đây với chính sách mở cửa phát triển nền kinh tế, nhiều khu công nghiệp, khu chế xuất được xây dựng Nhiều doanh nghiệp trong và ngoài nước đã đầu tư thiết bị công nghệ cao điều khiển số CNC Đặc biệt là các công ty nước ngoài như công ty Robotech khu công

nghiệp Hải phòng, công ty Tsukuba khu công nghiệp Sài Đồng đã đưa sang Việt Nam những giàn thiết bị tiên tiến, những máy CNC, trung tâm gia công hiện đại góp phần làm phong phú thêm các máy CNC ở Việt Nam Nhiều trường đại học kỹ thuật, trường cao đằng kỹ thuật, dạy nghề công nghệ CNC cũng đã được đưa vào giảng dạy không chỉ lý thuyết mà cả thực hành Tuy nhiên với trình độ hiện tại, công nghệ CNC của ta còn rất non yếu Chúng ta mới chỉ tập chung ở phần khai thác vận hành thiết bị và thực hiện phần duy tu bảo dưỡng, sửa chữa nhỏ Phần lớn các công ty khi mua máy thường ký luôn hợp đồng bảo dưỡng bảo trì thiết bị với nhà cung cấp Nói chung các sai hỏng lớn trong các máy CNC ít xảy ra nhưng nếu xảy ra thì buộc phải có sự giải quyết từ các kỹ sư của hãng cung cấp máy ở chúng ta một số viện nghiên cứu, trường Đại học cũng đã bắt đầu đi vào nghiên cứu chuyên sâu về điều khiển CNC Viện nghiên cứu máy và dụng cụ cơ khí (IMI) trong vài năm gần

đây đã thực hiện việc nâng cấp các máy công cụ CNC Các máy CNC cũ nhập

về Việt Nam được sửa chữa, bảo dưỡng và thay thế hệ điều khiển cũ bằng hệ

điều khiển mới có tính năng mạnh hơn, thích hợp hơn cho quá trình sản xuất Một số trường như trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh, Học viện kỹ thuật quân sự cũng đã cho sinh viên đi vào nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển CNC ứng dụng điều khiển trên các máy công cụ hiện có và bước đầu cũng đã đạt được những kết quả nhất

định Tuy rằng trình độ công nghệ CNC trên thế giới là rất cao so với ta hiện nay, rất nhiều chương trình phần mềm với công năng mạnh mẽ được bán sẵn trên thị trường với giá cả hợp lý Song việc đầu tư nghiên cứu thiết kế, chế tạo

hệ thống điều khiển CNC vẫn là điều cần thiết với sinh viên của các trường đại học kỹ thuật, các cán bộ nghiên cứu của các Viện Trong tương lai không xa, với sự phát triển của nền kinh tế, sự đòi hởi gắt gao của thị trường, các máy gia công CNC sẽ được đầu tư nhiều hơn vào Việt Nam Chúng ta cần làm chủ trang thiết bị công nghệ, có như vậy mới làm chủ được quá trình sản xuất Việc nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển CNC sẽ giúp các sinh viên hiểu

sâu hơn về quá trình điều khiển CNC và như vậy chắc chắn việc vận hành, khai thác các thiết bị CNC sẽ có hiệu quả hơn và tương lai sẽ thiết kế, chế tạo

ra hệ điều khiển cho các máy CNC đó Thêm vào đó, với su thế hội nhập phát triển, các kỹ sư, cán bộ kỹ thuật chúng ta đào tạo ra không chỉ làm việc tại Việt Nam, họ có thể làm việc ở khắp nơi trên thế giới, đó sẽ là những kiến thức cần thiết để giúp họ tiếp tục học tập, nghiên cứu và phát triển

1.2 Các loại máy gia công theo chương trình số

Tương tự như các loại máy thông thường khác, máy gia công điều khiển theo chương trình số hiện nay cũng rất đa dạng, phục vụ trong mọi lĩnh vực: gia công kim loại, gỗ, nhựa, kính, ở đây chỉ giới thiệu một số loại máy CNC thông dụng trong sản xuất cơ khí

1.2.1 Máy khoan

Các loại máy khoan đều có hai đặc điểm về kết cấu như sau:

1 Có một đầu trục chính với trục khoan thẳng đứng, trên đó lắp dụng cụ gia công và thực hiệc chuyển động tiến dao (thẳng đứng theo trục Z)

2 Có một bàn máy, trên đó gá đặt (định vị và kẹp chặt) phôi gia công và xác định vị trí của phôi theo các trục X và Z

Về nguyên lý chung, máy khoan NC cũng có đặc trưng giống máy khoan vạn năng thông thường Song ở máy khoan NC, CNC việc xác định vị trí các

lỗ khoan, chiều sâu lỗ khoan do máy tự điều khiển theo chương trình, thậm chí việc thay đổi dao để khoan các lỗ có đường kính khác nhau cũng được máy tự động thực hiện

Máy khoan NC có kết cấu đơn giản nhất là loại máy khoan chỉ có một bàn tọa độ điều khiển số Chiều sâu khoan được xác định sẵn (điều chỉnh sẵn) trước khi gia công bằng cữ hoặc rãnh cam ở những máy khoan này, chu trình khoan được phát lệnh thực hiện sau khi đã đạt đúng vị trí gia công, bằng tín hiệu (bàn đã vào vị trí) Chu trình khoan tiến triển mà không có tác động của

hệ điều khiển NC mà nhờ hệ cơ khí hoặc điện Khi kết thúc chu trình khoan,

sẽ có tín hiệu thông báo chuyển tới hệ NC (đưa trục đi lên), để cho quá trình xác định vị trí tiếp theo có thể bắt đầu

Máy khoan có kết cấu phức tạp hơn là loại máy khoan có hệ thống thay dao tự động Với loại máy này, khi gia công người thợ chỉ còn thực hiện việc giám sát quá trình vận hành máy Trên những loại máy khoan này, với những chi tiết có các lỗ phân bố đối xứng, có thể dùng giải pháp đối xứng gương để

đơn giản khâu lập trình Các lỗ hoặc các bề mặt lặp lại theo cách đối xứng gương, thường có tính chất đối xứng gương theo một hoặc hai trục Chức năng này được thực hiện có thể bằng một công tắc ứng với từng trục, gọi là công tắc

đối xứng, bằng tay hoặc bằng cách lập trình NC với các lệnh G Như vậy, để gia công hệ lỗ đối xứng chỉ cần phải lập trình 1/2 hoặc 1/4 số lỗ cần gia công

và kèm theo sử dụng lệnh đối xứng gương theo một trục hoặc hai trục Ví dụ: gia công chi tiết có hệ thống lỗ (như Hình 1.1) chỉ cần lập trình khoan 3 lỗ ở góc phần tư thứ nhất (I) sau đó dùng đối xứng gương một trục (Y), đối xứng hai trục (XY) đối xứng một trục (X) máy sẽ tự động khoan các lỗ ở các góc phần tư thứ hai (II), thứ (III), thứ (IV)

I

II III IV

Hình 1.1

Ngoài ra máy khoan cũng còn có khả năng thực hiện các chu trình khoan lặp đi lặp lại, chức năng hiệu chỉnh dụng cụ cắt (chức năng bù chiều dài dao) Chênh lệch về chiều dài dao, do người lập trình xác định (thông qua bộ nhớ dao), máy sẽ tự động điều chỉnh để đảm bảo chiều sâu các lỗ khoan theo yêu cầu

1.2.2 Máy phay

Máy phay có thể làm nhiều công việc khác nhau như: phay mặt phẳng, phay các biên dạng, các bề mặt cong Máy phay NC cung cấp việc điều khiển

ít nhất hai trục chuyển động đồng thời Thông thường có 3 hoặc 4 trục được

điều khiển Việc lựa chọn NC chủ yếu phụ thuộc vào kiểu chi tiết được gia công Tuỳ theo loại chi tiết gia công mà có thể chọn máy phay có hệ thống

NC hành trình liên tục, hoặc máy phay với hệ thống NC kiểu hỗn hợp

Ngày nay với kích thước máy tới cỡ vừa không thể phân biệt rõ giữa máy phay và trung tâm gia công Nhiều hãng chế tạo máy trang bị cho máy phay những bộ phận tự động hoá như ổ tích dụng cụ với tay tóm dụng cụ, cơ cấu thay đổi phôi hoặc chi tiết gia công, trục chính nằm ngang và trục chính thẳng đứng, hệ CNC với các chức năng tương tự và nhiều trục NC hoạt động

đồng thời ở các máy lớn mới phân biệt rõ ràng hơn giữa máy phay và trung tâm gia công Máy phay có nhiều dạng kết cấu Trước hết người ta phân chia máy phay theo vị trí cuả trục phay, có nghĩa là có máy phay đứng (Hình 1.2 và Hình 1.5) và máy phay ngang (Hình 1.3)

Các máy phay ngày nay được trang bị hệ điều khiển theo biên dạng, với

ít nhất là 3 đến 5 trục điều khiển, với phép nội suy không gian (đồng thời) cho mọi trục điều khiển Khâu lập chương trình gia công được thực hiện nhờ các

hệ lập trình có máy tính trợ giúp và hệ xử lý thích nghi phù hợp với máy

Hình:1.2 Máy phay đứng Hình: 1.3 Máy phay ngang

Hình: 1.4 Máy phay 5 trục điều khiển

Hình1.5 Hình tổng thể máy phay đứng

Ngoài các chức năng thông thường, ở hầu hết các máy phay cũng còn có các các chức năng như: hiệu chỉnh chiều dài dụng cụ, hiệu chỉnh (bù) bán kính dao, tự động giám sát dụng cụ, hiệu chỉnh (bù) lại ảnh hưởng vì nhiệt Với loại máy phay 5 trục điều khiển số (5D), (Hình 1.4), có tính năng khá rộng, cùng một lúc có thể điều khiển nhiều trục cùng hoạt động

1.2.3 Máy tiện CNC

Máy tiện CNC có nhiều loại khac nhau, song các bộ phận chính và các chuyển động cơ bản của chúng đều có những nét chung Hình 1.6 giới thiệu hình dáng bên ngoài và bộ phận chính của một loại máy tiện CNC Máy có ký hiệu SL-153 do hãng Mori seiki Nhật Bản sản xuất

Hình 1.6 Máy tiện CNC

- ụ đứng

Là bộ phận chủ yếu của máy tạo ra vận tốc cắt gọt Bên trong lắp trục chính, động cơ bước (điều chỉnh được các tốc độ và thay đổi được chiều quay) Trên đầu trục chính một đầu được lắp với mâm cặp dùng để gá và kẹp chặt chi tiết gia công Phía sau trục chính lắp hệ thống thuỷ lực hoặc khí nén

để đóng, mở, kẹp chặt chi tiết

- Truyền động trục chính (Hình 1.7)

Động cơ trục chính của máy tiện CNC có thể là động cơ một chiều hoặc

động cơ xoay chiều Động cơ một chiều điều chỉnh vô cấp tốc độ bằng kích từ

Động cơ xoay chiều thì điều chỉnh vô cấp tốc độ bằng bộ biến đổi tần, thay

đổi số vòng quay đơn giản có mô men truyền tải cao

- Truyền động chạy dao

Động cơ (một chiều, xoay chiều) truyền chuyển động bộ vít me đai ốc bi làm cho từng trục dao chạy độc lập (trục X, Z) Các loại động cơ này có đặc tính ưu việt cho quá trình cắt, quá trình hãm Do mô men quán tính nhỏ nên

độ điều chỉnh cao và chính xác Bộ vít me, đai ốc bi có khả năng biến đổi truyền dẫn dễ dàng ít ma sát, có thể chỉnh khe hở hợp lý khi truyền dẫn với tốc

độ cao

1 2

3 4

Bảng

điều khiển

Vít me đai ốc thực hiện chuyển

động chạy dao theo trục X Vít me đai ốc bi thực hiện chuyển động chạy dao theo trục Z

Hệ thống động cơ chạy dao

- ụ động

Bộ phận này bao gồm nhiều chi tiết dùng để định tâm và gá lắp chi tiết,

điều chỉnh, kẹp chặt nhờ hệ thống thuỷ lực hoặc khí nén

- Hệ thống bàn xe dao

Bao gồm hai bộ phận chính sau:

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

+ ổ tích dao (đầu Rơvonve) Máy tiện CNC thường dùng hai loại sau:

• Đầu Rơvonve có thể lắp từ 10 đến 12 dao các loại

• Các ổ chứa dao trong tổ hợp gia công với các bộ phận khác

Đầu Rơvonve cho phép thay nhanh dao trong một thời gian ngắn đã chỉ

định, còn ổ chứa dao thì mang một số lượng lớn dao mà không gây nguy hiểm, va chạm trong vùng làm việc của máy tiện

Trong cả hai trường hợp chuôi của dao thường được kẹp chặt trong khối mang dao tại những vị trí xác định trên bàn xe dao Các khối mang dao phù hợp với các giá đỡ dao trên máy tiện và được tiêu chuẩn hoá

Phổ biến, đầu Rơvonve của các loại máy tiện CNC có kết cấu như hình 1.8 Đầu Rơvonve có thể lắp được các loại dao: Tiện, Phay, Khoan, Khoét, cắt ren được tiêu chuẩn hoá, phần chuôi có thể lắp lẫn và lắp ghép với các đồ gá

ở trên đầu rơvonve

+ ổ chứa dụng cụ dùng cho máy tiện CNC

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

- Bảng điều khiển

Bảng điều khiển là nơi thực hiện giao diện giữa người và máy Kết cấu của bảng có thể khác nhau tuỳ thuộc vào nơi sản xuất Thông thường bảng điều khiển của máy tiện CNC có cấu tạo gồm: Một màn hình CRT giống như màn hình máy tính và một bàn phím gồm các nút chức năng dùng để nhập các dữ liệu Các dữ liệu này được chuyển vào máy và dùng nó để mở các thực đơn

điều khiển các chức năng vận hành máy Trong máy NC, các bảng điều khiển

được thiết kế riêng rẽ và được lắp trên máy Người điều khiển máy ở một vị trí làm việc nhất định

1.2.4 Trung tâm gia công (Manufacturing Center) phay/khoan (Hình

1.9 và hình 1.10)

Trung tâm gia công (MC=Manufacturing Center) là một máy công cụ có ít nhất 3 trục điều khiển số (NC), tức là 3D để phay và khoan Có thể thực hiện các công việc cắt gọt cần thiết trên ít nhất 4 mặt của một phôi có hình khối vuông mà không có tác động của con người Thiết bị thay đổi dụng cụ tự động

đưa các dụng cụ cần thiết, điều khiển theo chương trình số, theo thứ tự lần lượt

tử một ổ tích dụng cụ tới trục chính của máy và ngược lại (từ trục chính của máy trở về ổ tích dụng cụ) Khi các phôi/chi tiết gia công được kẹp chặt trên

đồ gá lắp trên bệ/phiến gá chuẩn (palate) được chuyển tới và chuyển đi tự

động thì trung tâm gia công tương ứng và hệ cung ứng phôi, dụng cụ tự động như vậy sẽ tạo thành một tế bào gia công (Manufacturing Cell)

Người ta phân loại các trung tâm gia công theo dạng kết cấu của chúng như sau:

- Theo vị trí của trục chính: trung tâm gia công ngang, trung tâm gia công

- Trung tâm gia công dầm ngang cố định hoặc dịch chuyển

Các dạng kết cấu này có một hoặc nhiều trục chính để có thể gia công nhiều chi tiết giống nhau đồng thời Đặc biệt ở sản xuất loạt lớn thường sử dụng các trung tâm gia công có 2, 3 hoặc 4 trục chính Điều đó đòi hỏi phải có những đồ gá kẹp nhiều phôi

Như vậy có thể tóm tắt như sau: ở trung tâm gia công, các dụng cụ có trong một máy đều lần lượt tiến tới và tác động đến phôi gia công Còn ở đường dây máy (transferline) phôi gia công tiến tới các dụng cụ có trên nhiều máy Trung tâm gia công là một loại máy NC điển hình, chỉ được hình thành khi có phương pháp điều khiển NC nghĩa là trước khi có NC không có trung tâm gia công

Những đặc điểm của trung tâm gia công khoan/phay là:

1 Ba trục NC thẳng (linear NC-axises) và một bàn tròn quay được, để gia công 4 mặt trên các phôi có hình khối vuông trong một lần gá Khi sử dụng một đầu lắp dụng cụ (đầu dao) có thể nghiêng theo phương ngang hoặc đứng,

có thể gia công cả trục NC thứ 5

2 Có thể thực hiện mọi công việc gia công (phay, khoan, tiện, cán, phẳng, cắt ren), với kết cấu mở rộng phù hợp có thể phay biên dạng, khoan nghiêng hoặc tiện ren Tốc độ quay và tốc độ tiến của dao phải được lập trình cho từng dụng cụ

3 Các dụng cụ được đưa vào ổ tích dao nối ghép với máy gia công, được truy cập theo từng chương trình và thay đổi vào trục chính của máy Kết cấu

và khả năng thu nhận của ổ tích dụng cụ (tool magazine) rất khác nhau Trong

Hình 1.10 Trung tâm gia công đứng Hình 1.9

Trung tâm gia công

thực tế thường sử dụng các ổ tích dụng cụ bằng ổ xích, dạng đĩa tròn hoặc dạng hộp cassette

4 Có thêm các thiết bị đổi phôi, thường là thiết bị thay đổi bệ/phiến gá (palate changer), để giảm thời gian dừng máy do phải thay đổi phôi gia công Việc gá kẹp và tháo dỡ phôi được thực hiện trong thời gian cắt vât liệu (thời gian cơ bản) ở bên ngoài phạm vi gia công của máy

5 Những trung tâm phức tạp hơn còn có thêm gá nghiêng dùng cho phôi, hoặc có thêm một đầu lắp dao ngang hoặc đứng có thể điều chỉnh theo góc bất

kỳ

Ngày nay, người ta có thể lựa chọn trung tâm gia công với nhiều dạng và kết cấu khác nhau Trước hết cần lựa chọn giữa hai dạng kết cấu: Trục chính thẳng đứng và trục chính nằm ngang Trong khi trung tâm gia công có các trục chính thẳng đứng thường thích hợp hơn với các chi tiết gia công có dạng tấm, thì để gia công 4 hoặc 5 mặt của các phôi có dạng khối vuông lại chủ yếu sử dụng các trung tâm gia công có trục chính nằm ngang ở các máy có trục chính nằm ngang, chuyển động X (dọc) và chuyển động quay chủ yếu do phôi thực hiện, chuyển động Y và Z do dụng cụ thực hiệc Từ đó có các ký hiệu trục X’YZB’

ở các trung tâm gia công có trục chính thẳng đứng, chủ yếu có các chuyển

động Z’Y’ZA’, tức là chỉ có chuyển động thẳng góc của trục chính theo trục

Z là do dụng cụ thực hiện, còn lại là do phôi thực hiệc

Tính vạn năng của một trung tâm gia công chỉ được tận dụng nhờ điều khiển theo quỹ đạo, trong nhiều trường hợp, điều khiển D

2

1

2 đã là đủ Do độ phức tạp của chi tiết cơ khí tăng lên, những trung tâm gia công hiện nay cần

có dạng điều khiển 3D, ít nhất là các trục có thể nội suy đường thẳng (linear interpolate) đồng thời Khi sử dụng một đầu dao nghiêng phải nội suy đường thẳng theo 3 trục đối với lỗ nghiêng Khi dùng các đầu dao tiện mặt đầu còn

có thêm một hoặc hai trục điều khiển NC khác

Các bảng giá trị hiệu chỉnh ứng với chiều dài dụng cụ, đường kính dao phay, tuổi bền dao và chế độ cắt cho các dụng cụ là một yêu cầu thường được

đặt ra cho phạm vi sử dụng có giới hạn

ở các máy mới hơn, hệ CNC cũng phải có khả năng lưu trữ các thông số về trọng lượng dụng cụ, ký hiệu dụng cụ, biên dạng dụng cụ và những dữ liệu

đặc trưng khác, để có thể quản trị dụng cụ (tool management) tốt

1.2.5 Trung tâm tiện-phay

Năng lực của các hệ CNC hiện đại đã tạo điều kiện thực hiện thêm các công việc gia công khác ngoài tiện như phay và khoan, trên các phôi gá trên mâm cặp, Với các máy tiện được trang bị tương ứng Kể cả các trụ mài (griding spindles) cũng được sử dụng theo nguyên lý này để gia công tiếp các chi tiết đã được tiện Đầu dao rơvonve với các trục dao khởi động riêng được trang bị để thu nhận các dụng cụ cắt cần thiết như dao phay, mũi khoan, mũi tarô hoặc đá mài Trục chính của máy, tuỳ theo yêu cầu sử dụng, được liên kết

tự động với một hệ đo và là trục C được xác định vị trí (định vị) và điều khiển liên tục giống như một bàn tròn quay, để các dụng cụ được khởi động riêng có thể dịch chuyển từng điểm chính xác trên phôi gia công và có thể phay hoặc mài tạo ra các hình dạng bề mặt gia công theo yêu cầu Tiền đề ở đây là hệ thống CNC Hệ thống CNC này có thể thực hiện phép chuyển đổi toạ độ (coordinate tranformation) Chức năng này cho phép công việc lập trình gia công phay và khoan trong toạ độ đề các và hệ CNC chuyển đổi các chuyển

động sang hệ toạ độ cực (Polar co-ordinate system), nghĩa là sự quay của trục

C

Các trung tâm tiện-phay (turning-milling-centers) là đặc biệt thích hợp

để chế tạo các chi tiết cơ khí nhỏ và phức tạp từ vật liệu đặc và được các hãng chế tạo máy chú trọng sản xuất và đưa ra thị trường

Các trung tâm tiện phay với những cấu hình khác nhau cũng được sử dụng để chế tạo các chi tiết cơ khí lớn ở đây người ta cũng khai thác tận dụng

ưu điểm đã nêu trên là thực hiện mọi việc gia công cần thiết, tiệc và phay/khoan (Hình 1.11)

Hình 1.11: Trung tâm tiện phay ET 365

Tương tự như ở các trung tâm gia công và bộ phận gia công (manufacturing centre, manufactungring cell), những máy tiện hiện đại hoá cao cũng được gọi là trung tâm tiện hoặc bộ phận tiện (turning centre, turning cell) Khả năng gia công của những máy này đa dạng hầu như không hạn chế

Điều đó tạo khả năng cho người sử dụng chế tạo các chi tiết ở mức độ hoàn chỉnh nhất, để chuyển tới khâu lắp ráp sản phẩm cơ khí, với thời gian ngắn hơn nhiều so với gia công trên các loại máy thông thường và tương đương với thời gian gia công theo giải pháp gia công đồng thời trên nhiều máy Trên các máy không cần có các đồ gá kẹp, không có thời gian dành cho kẹp và tháo phôi/chi tiết gia công nhiều lần

Như vậy ở đây, giải pháp gia công tổng hợp thay thế nhiều máy đơn lẻ, tăng chất lượng gia công và giảm thời gian lưu thông của phôi/chi tiết gia công Điều đó có tác dụng tích cực góp phần làm giảm chi phí chế tạo chi tiết cơ khí

1.2.6 Máy mài

Máy mài có vị trí và vai trò quan trọng trong lĩnh vực chế tạo khuôn mẫu và vật chuẩn Do yêu cầu về độ chính xác ngày càng cao, kể cả ở các chi tiết nhỏ, máy mài ngày càng quan trọng hơn kể cả đối với sản xuất hàng khối Như vậy ở máy mài, vấn đề cải thiện tính linh hoạt và tính kinh tế bằng giải pháp điều khiển bằng số cũng đã trở thành đề tài chủ đạo Giải pháp thay đá mài và thay phôi mài tự động đã được nghiên cứu và phát triển Những trung tâm mài vạn năng (universal grinding centres) mới, có kết hợp sử dụng các dụng cụ khác trước khi mài, để tạo điều kiện gia công hoàn chỉnh các chi tiết cơ khí trong một lần gá (Hình 1.12)

Cấu trúc liên kết nhiều máy mài thành tế các tế bào linh hoạt (flexible grinding cells) cũng đã được tạo lập

Tuỳ theo cấu tạo và lĩnh vực sử dụng mà có các loại máy mài sau:

- Máy mài phẳng

- Máy mài tròn

Hình 1.12: Máy mài vạn năng Model GU5R, hãng TOYODA (Nhật Bản)

- Máy mài định hình

- Máy mài fro-fin

- Máy mài dụng cụ

- Máy mài biên dạng (contour)

Mặc dù ở tất cả các máy mài, đá mài quay tròn được dùng làm dụng cụ gia công, nhưng thíêt kế của từng loại máy lại rất khác nhau Ngược lại, chỉ có một đặc điểm chung cho các dạng mài là: Phải đáp ứng những yêu cầu rất cao

về độ chính xác và chất lượng mài

Số lượng các trục cần phải điều khiển NC ở các loại máy mài là rất khác nhau Số trục điều khiển NC thường là từ 2, ở các dạng mài tròn hoặc mài biên dạng (contour) đơn giản, cho tới 9 hoặc nhiều hơn ở các trung tâm mài đặc biệt với nhiều đầu mài có thể nghiêng đi để gia công chi tiết Có thể so sánh với máy tiện, các máy mài tròn phải được thiết lập để gia công đồng thời các biên dạng (contour) ngoài và trong nhờ 2x2 trục NC ở vị trí nghiêng có thể lập trình được của trục mài (grinding spindle), để mài mặt côn phải có thêm một trục NC nữa

Máy mài phẳng có cấu tạo tương tự như máy phay giường, hầu như luôn luôn có 3 trục NC, có khi có thêm 2 hoặc 3 trục NC khác dùng cho trang bị kéo tách biệt ở đó các chi tiết cần mài không phải luôn luôn phẳng, mà có thể lồi hoặc lõm theo phương X hoặc Y

Máy mài dụng cụ có ít nhất 5 trục NC với phép nội suy đồng thời (simultaneous interpolation)

ở phương pháp mài, công nghệ gia công và tối ưu hoá quá trình sản mài

là vấn đề quan tâm hàng đầu Như vậy phải lưu ý các điểm chuyển tiếp từ mài thô sang mài bán tinh và mài tinh và thời gian tắt hoa lửa trong mối quan hệ phụ thuộc vào vật liệu gia công và đá mài, phải đảm bảo chuyển tiếp nhanh và

an toàn, không phải gián đoạn quá trình mài

Những vấn đề đặc biệt của phương pháp mài trong thời gian dài đã không được các hãng chế tạo NC lưu ý đầy đủ Do đó, các hãng chế tạo máy mài chỉ có cách tự mình nghiên cứu phát triển, như vậy kèm theo mọi vấn đề phát sinh về chi phí và dịch vụ Qua quá trình phát triển liên tục và do chuyên môn hoá sản xuất mà một vài hệ điều khiển đặc biệt dùng cho máy mài đã

được tạo lập và duy trì trên thị trường Các hệ điều khiển tiêu chuẩn ứng với máy tiện và máy phay không thể dùng cho máy mài được, bởi vì máy mài phải

đáp ứng các tiêu chuẩn:

- Độ chính xác yêu cầu cao hơn nhiều đối với độ phân giải khi đo và lập trình, hiện tại: 0,1àm và nhiều hơn

- Phạm vi giá trị lượng tiến dao rộng nhiều hơn: 0.02mm/phút 60m/phút

- Các chu trình mài (grinding cycles) và chương trình thứ cấp có thể truy cập nhanh, cũng như hiệu chỉnh từng bước, dừng, ghi dao động, sửa máy mài

- Sửa máy mài điều khiển bằng số với dụng cụ bằng kim cương (một lưỡi hoặc dạng con lăn)

- Hiệu chỉnh (bù) tốc độ quay của trục mài

- Tốc độ tiến theo quỹ đạo với sai số về gốc 0, để trách sai số biên dạng (contour) khi sửa đá profin cũng như khi mài lắc lư

- Lập trình và hiệu chỉnh quá trình mài đơ giản, để thợ vận hành máy mài

có thể tác động hiệu chỉnh ở mọi thời điểm

- Lập trình biên dạng (contuor programming) tại máy mài, để có thể nạp hoặc là hình dạng đá mài hoặc là hình dạng chi tiết mài với trợ giúp đồ họa nhờ hệ CNC

- Nạp bằng tay và tự động các giá trị hiệu chỉnh (bù) dụng cụ

- Có khả năng nạp dữ liệu hiệu chỉnh (bù) từ xa, ví dụ từ các hệ thống đo tích hợp từ xa

- Và nhiều chức năng đặc biệt khác, mà có hãng chế tạo bảo vệ như là bí quyết riêng (Special Know-How)

Khâu sửa đá mài được thực hiện theo những khoảng thời gian không lập trình cố định, mà là tuỳ thuộc lượng mòn của đá mài hoặc là công suất mài đo

được Khi sửa đá mài, dụng cụ bằng kim cương chà sát lên mặt đá mài một hoặc nhiều lần, hệ CNC phải điều chỉnh tự động lượng sửa đá và tăng tốc độ quay, tương ứng với lượng giảm của đường kính đá mài

1.2.7 Máy gia công LASER

Cắt bằng LASER là một dạng cắt đốt cháy tinh, bằng cách dùng một tia

ánh sáng không nhìn thấy làm cho vật liệu gia công nóng chảy và tận dụng phản ứng toả nhiệt (exotherm reaction) với khí ôxy để cắt tôn có chiều dày tới

- Các cạnh của vết cắt song song nhau

- Độ nhám bề mặt của vết cắt rất thấp

- Tốc độ cắt cao, năng suất gia công cao

- ứng dụng thuận tiệc cho cắt tôn mỏng/

So với các phương pháp đột dập cơ khí thông thường, phương pháp cắt bằng Laser cũng ưu việt hơn:

- Không cần dụng cụ, dụng cụ không mòn

- Không cần lực tác động

- Tạo được các rãnh cắt hẹp

- Tốc độ cắt cao hơn

- Độ nhám bề mặt vết cắt thấp hơn

CNC dùng cho máy gia công LASER (Hình 1.13)

Chức năng điều khiển ở các máy gia công Laser là chuyển động của đầu cắt laser Chuyển động của đàu cắt laser được thực hiện trong một mặt phẳng,

do đó cần điều khiển theo hai trục X và Y như các hệ điều khiển đã được phát triển dùng cho phay hoặc đột dập Khi gia công cắt cần điều khiển theo quỹ

đạo cắt với phép nội suy đường thẳng và nội suy đường tròn (linear-and circular interpolarion) Hệ CNC được vận dụng tạo khả năng lập trình và thay

đổi chương trình đơn giản hơn Đối lập với phương pháp đột dập phương pháp cắt bằng Laser có chuyển động tiến dao trong khi cắt Với công suất Laser là 500w và ứng với chiều dày tấm tôn (phôi) phù hợp có thể đạt tốc độ tiến dao khi cắt tới 8m/phút, nhưng thông thường hiện nay chỉ 1 3m/phút Tốc độ này

được giám sát tốt kể cả khi cắt đường cong có bán kính bé Tuy vậy, ứng với giá trị công suất Laser và bề mặt tấm tôn cho trước, phạm vi của các giá trị tối

ưu ứng với tốc độ cắt, để tạo các vết cắt không có ba via và độ nhám bề mặt thấp nhất, là rất hẹp Thợ vận hành máy Laser có điều kiện hiệu chỉnh giá trị tốc độ cắt, do người lập trình đã xác định, bằng một biến trở (potentiomtet) Như vậy có thể cắt chiều dầy tấm tôn khác nhau với một chương trình NC và với tốc độ tối ưu Nếu chọn tốc độ cắt quá thấp, Laser sẽ tác động quá lâu vào phôi, làm cho chất lượng vết cắt xấu đi Khi công suất Laser lớn hơn có thể tốc độ cắt tối ưu vượt quá những giá trị có thể thực hiện chính xác nhờ hệ điều khiển để cắt cong có bán kính nhỏ Trong trường hợp như vậy, không có cách nào khác là giảm công suất Laser Công suất cắt của Laser có thể thay đổi

bằng cách tác động cần thiết đối với điện thế, tỷ phần của khí nitơ và lượng khí ôxy

Hình 1.13: Máy cắt bằng Laser TLF 3200

Do những ứng dụng của phương pháp cắt bằng Laser rất khác nhau nên không thể định trước được giải pháp tổng hợp về kỹ thuật điều khiển các thông số khác nhau như công suất Laser, bán kính cong của vết cắt, tốc độ cắt, chiều dày phôi, khoảng cách các thấu kính

1.2.8 Máy đột dập CNC (hình 1.14)

Đây là loại máy đang được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực gia công tấm mỏng Sử dụng máy này để tạo ra các biến dạng lỗ khác nhau trên tấm phôi phẳng trươc khi chuyển sang các công đoạn gia công tiếp theo Trong quá trình gia công, bàn máy mang theo phôi thực hịên chuyển động theo hai trục X,Y còn chày, cối thực hiện chuyển động theo trục Z Phối hợp hai chuyển

động X,Y máy có thể gia công nhiều biên dạng lỗ khác nhau thậm chí chỉ cần

sử dụng một loại chày, cối

Hình 1.14: Máy đột dập CNC CP-1250 của hãng Tailift Đài Loan

Máy đột dập CNC đã có sự phát triển vượt bậc trong một thời gian ngắn với những đặc điểm quan trọng cần đạt được là giá thành thấp, độ chính xác cao, quá trình thực hiện gia công có thể lập trình gia công trực tiếp trên tủ điều khiển hoặc sử dụng phần mềm hỗ trợ gia công (CAM)

1.2.9 Máy gia công bằng tia điện tử (Hình 1.15)

Những máy này ngày nay đang được dùng để, hàn, khoan và làm nóng chảy kim loại Dụng cụ gia công ở đây là một chùm tia mảnh và sắc của điện

tử nhanh, giàu năng lượng Tia điện tử được tạo ra như ở bóng của màn hình vô tuyến nhưng có công suất tia lớn hơn 10% và có công suất trong phạm vi chừng 1ữ100KW Công suất này được tập trung trên một điểm đốt cháy có

đường kính khoảng 0.1ữ2mm tạo ra mật độ năng lượng là 106ữ109W/cm2 Khi tia điện tử này tác động lên bề mặt phôi, các điện tử bị cản hãm đột ngột

và năng lượng chuyển động (động năng) của chúng chuyển đổi thành nhiệt năng Tuỳ theo khâu điều khiển tia (tia duy trì tác động lâu dài, chế độ sung

Hình 1.15: Máy gia công bằng tia điện tử

chuyển hướng tia) mà phôi bị hàn hoặc khoan ở đây ưu điểm quyết định của phương pháp này là tính chất điều khiển không bị trễ của tia điện tử

Khâu tạo ra tia điện

sau mỗi lần thay đổi

môi trường rất lâu là

- Điều khiển từ 2 đến 5 trục NC để tạo chuyển động cho phôi gia công

- Điều khiển tia điện tử

- Điều khiển tập trung năng lượng tia điện tử bằng hệ thấu kính quang học

- Chuyển hướng tia điện tử theo trục X và trục Y

- Tạo chế độ phát xung, chế độ duy trì lâu, mở/ngắt tia điện tử

- Giám sát quá trình gia công

Chi phí chế tạo máy gia công bằng tia điện tử thường rất cao do cấu tạo cơ khí của ống phát tia điện tử và hệ thống toả nhiệt trong chân không rất phức tạp tốn kém, vì vậy ngày nay loại máy này chỉ được áp dụng khi không thể áp dụng các phương pháp gia công khác rẻ hơn

1.2.10 Máy cắt dùng tia nước (Hình 1.16)

Để cắt những vật liệu mềm, không ổn định như cao su, da, giấy, xốp, kể cả PVC, những dụng cụ cắt thông thường hầu như không dùng được Ngày nay

có thể sử dụng phương pháp cắt tia nước đối với những vật liệu đó

Nguyên lý của phương pháp này là đơn giản: nước được nén với áp suất cao từ 4000 đến 9000 bar (1at=0,981 bar) qua một vòi phun đặc biệt có đường kính lỗ vòi phun là 0,1ữ0,3mm Tốc độ thoát ra của tia nước từ lỗ vòi phun là 800ữ900m/s gấp đôi tốc độ âm thanh Khi tia nước này phun lên vật liệu gia công nó sẽ tác dụng như một lưỡi cắt mảnh không nhìn thấy được và khoan vào vật liệu rồi sau đó cắt đều theo các phương Mạch cắt do tia nước tạo ra ở vật liệu gia công chỉ trong phạm vi 0,1ữ0,3mm Tốc độ cắt tuỳ thuộc vào chiều dày của loại vật liệu gia công có giá trị trong khoảng 1ữ500m/phút

Lượng nước tiêu thụ ở đây trong khoảng 1,5 l/phút Lượng nước sau khi dùng có thể được lọc và sử dụng lại trong quá trình cắt Khi tia nước chưa cắt

được vật liệu có thể hoà lẫn bột cắt rất mịn (abrasive=cọ sát) vào nước để tăng hiệu suất cắt Với giải pháp công nghệ này có thể cắt thép có độ dầy tới 80mm

có thể cắt Titan, Marmo và thủy tinh

Ưu điển của phương pháp cắt bằng tia nước là:

- Gia công chi tiết phẳng, chi tiết có dạng khối với kích thước 3 chiều

- Mạch cắt có chất lượng cao, ở vật liệu thép có chất lượng tốt hơn khi cắt bằng cách dùng mỏ hàn cắt

- Các cạnh cắt sạch hơn không có ba via

- Lượng thất thoát ở vật liệu cạnh cắt ít hơn

- Không có phoi sắt, không có bụi bay và lắng đọng trên vật liệu gia công (bột cọ sát sẽ lắng đọng lại thành bụi mịn)

- Tốc độ tiến dao cao

- Nhiệt độ cắt không cao, chi tiết gia công không bị biến dạng

- Không có lực tiến dao, không có lực cắt do đó chi tiết gia công từ vật liệu mềm không bị biến dạng

- Chi tiết gia công không có hiện tượng tích điện vì vậy có thể cắt để tách các tấm dẫn điện tử mà không làm hỏng các linh kiện vi điện tử đã được cấy trên đó

Các máy cắt dùng tia nước thường được chế tạo theo nguyên lý của một máy có dầm ngang điều khiển theo 3 trục NC, có thêm 2 trục NC nghiêng cho vòi phun tia nước Vòi phun còn có thể được nối ghép với robot để đạt tính linh hoạt ở mức cao nhất

Hình 1.16 : Máy cắt tia nước 5 trục Model 2626XP

1.2.11.Máy cắt CNC (Hình 1.17)

Máy cắt CNC sử dụng đầu cắt Plasma hoặc đầu cắt ôxy axêtylen để gia công chi tiết từ kim loại tấm (sắt, nhôm, inox) có chiều dầy tới 80 mm Chuyển động của đầu cắt máy cắt CNC thực hiện trêm một mặt phẳng theo chiều X và chiều Y như các hệ điều khiển trong máy phay Việc sắp xếp các hình cần cắt trên tấm phôi và lưa chọn đường cắt được tối ưu hoá trên máy, nhờ đó việc tiết kiệm vật liệu và tối ưu hoá đường cắt Căn cứ vào việc sử dụng

đầu cắt, chiều dầy phôi, vật liệu máy lựa chọn chương trình cắt tối ưu (chiều rộng mạch cắt, tốc độ cắt, chiều cắt) để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm sau khi cắt Toàn bộ quá trình thiết lập bản vẽ kỹ thuật cũng như sắp xếp quản lý phôi, chọn chế độ cắt được thực hiện trên máy tính nhờ phần mềm LOGO TAG và MAGICTOOL

Hình 1.17: Máy cắt CNC

Chương 2- nghiên cứu máy cắt CNC sử dụng đầu cắt

plasma và đầu cắt oxy

Máy cắt CNC dùng để gia công tạo hình, thường dùng để cắt ra các sản phẩm từ tấm kim loại (chiều dầy từ 1,5 mm đến 30 mm) trước khi thực hiện các nguyên công tiếp theo như: phay bào hàn Cũng như các máy cắt thông thường để cắt cần phải di chuyển, xác định nhiệt cắt và giữ khoảng cách cần thiết từ mỏ cắt đến tấm kim loại Tuy nhiên với máy cắt CNC việc gia công

được thực hiện theo chương trình số do vậy năng suất, chất lượng, tính linh hoạt cao hơn Trên máy cắt ngoài đầu cắt hơi oxy axetylen thông thường còn gắn đầu cắt plasma, giúp cho năng suất cắt và chất lượng cắt tốt hơn

Trên máy cắt CNC phôi được để cố định trên bàn máy, sản phẩm được tạo thành nhờ sự phối hợp chuyển động theo chiều X và chiều Y của đầu cắt Nhờ tính linh hoạt trong phối hợp chuyển động của đầu cắt mà máy cắt CNC

có thể cắt được những sản phẩm có hình dáng kích thước theo yêu cầu của bản

vẽ với độ chính xác tương đối cao Nhờ có chương trình tối ưu hoá đường cắt

mà hao phí vật liệu được tiết kiệm một cách tối đa khi thực hiện quá trình cắt trên máy cắt CNC

Máy cắt điều khiển số Multitome CT 1503 của hãng saf- Cộng Hòa Pháp đã có sự phát triển vượt bậc trong một thời gian ngắn với những đặc

điểm quan trọng đạt được là tạo được những sản phẩm có hình dáng theo yêu cầu, độ chính xác, tiết kiệm nguyên vật liệu, có nhiều tính năng điều khiển với từng điều kiện làm việc:

- Có thể điều khiển quá trình cắt bằng tay

- Nhờ đầu đọc bản vẽ laser, máy có thể cắt tạo ra sản phẩm theo kích thước bản vẽ

- Có 50 hình chi tiết cơ khí điển hình trong máy khi ta cần cắt theo hình nào thì nhập số liệu vào và máy sẽ cắt cho ta hình dáng và kích thước mong muốn

- Điểm ưu việt nhất của máy cắt CNC là phần mềm vẽ logo tag và phần mềm quản lý phôi MAGIC TOOL, cho phép ta chuẩn bị các bản vẽ kỹ thuật, tối ưu hoá quá trình sắp xếp phôi và tối ưu hoá quá trình cắt

2.1 Tổng quan về plasma

2.1.1 Quá trình phát triển plasma

Plasma là một khái niệm vật lý (Hình 2.1) về một trạng thái đặc biệt của khí được đưa vào năm 1923

Hình: 2.1 Trong trạng thái này, các khí sẽ trở nên dẫn điện do kết quả của sự ion hoá của các nguyên tử khí Để đưa đến trạng thái ion hoá của các khí cần phải

có một nguồn năng lượng thích hợp nhất đó là nhiệt của hồ quang điện Bởi vậy, có thể coi plasma là một dạng hồ quang đặc biệt mà nhiệt độ của nó được nâng cao lên rất nhiều Nhiệt độ của plasma phụ thuộc vào khí đưa vào vùng trạng thái plasma Các khí này có các tính chất vật lý khác nhau, điện thế ion hóa khác nhau Hiện nay người ta dùng các loại khí: