Thiết kế và chế tạo máy phay cnc mini dùng để phay các sản phẩm mỹ nghệ

Điều khiển số: * Bản chất của điều khiển số: Khi gia công trên các máy công cụ thì chi tiết và dụng cắt thực hiện các chuyển động tương đối với nhau.. Nó có thể tiếp nhận và chuyển đô

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn: PGS.TS TRẦN XUÂN TÙY

TS LÊ HOÀI NAM

Sinh viên thực hiện: TRƯƠNG HOÀNG PHÚC

NGUYỄN XUÂN NGUYÊN

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên : Trương Hoàng Phúc MSSV : 101120308

: Nguyễn Xuân Nguyên MSSV : 101120358 Lớp : 12CDT

Ngành : Cơ điện tử Khóa : 2012 - 2017

1- Tên đề tài tốt nghiệp :

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHAY CNC MINI DÙNG ĐỂ PHAY CÁC SẢN PHẨM MỸ NGHỆ 2- Các số liệu ban đầu:

Tham khảo tài liệu và nghiên cứu máy thực tế

3- Nội dung thuyết minh và tính toán:

- Tổng quan về máy CNC

- Các phương án thiết kế

- Tính toán thiết kế máy

- Thiết kế hệ thống điều khiển

- Thi công chế tạo máy

4- Các bản vẽ và đồ thị:

- Bản vẽ nguyên lý của máy 1A0

- Bản vẽ kết cấu của máy 4A0

- Bản vẽ hệ thống điều khiển 2A0

5- Ngày giao nhiệm vụ thiết kế:

6- Ngày hoàn thành thiết kế tốt nghiệp:

Thông qua Khoa/ Bộ môn Đà nẵng, ngày tháng năm 2017

Ngày tháng năm CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TRƯỞNG KHOA/ BỘ MÔN (Ký, ghi rõ họ tên)

(Ký, ghi rõ họ tên)

Kết quả điểm đánh giá: Sinh viên đã hoàn thành

và nộp đồ án tốt nghiệp cho khoa

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 7

LỜI CẢM ƠN 8

Chương 1: GIỚI THỆU MÁY CNC VÀ MÁY KHẮC GỖ CNC 9

1.1 Giới thiệu máy CNC: 9

1.1.1 Khái niệm chung: 9

1.1.2 Quá trình phát triển của máy CNC: 12

1.1.3 Các thành cơ bản máy phay cnc 16

1.1.4 Các hệ điều khiển số và các dạng điều khiển số: 17

1.1.5 Hệ tọa độ trên máy CNC và các điểm chuẩn : 22

1.1.6 Thuật toán nội suy trên máy CNC: 25

1.1.7 Những khái niệm cơ bản về lập trình gia công trên máy CNC: 29

1.2 Giới thiệu máy khắc gỗ CNC: 32

Chương 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY 35

2.1 Các phương án chuyển động của dao: 35

2.1.1 Phương án 1: 35

2.1.2 Phương án 2: 35

2.1.3 Chọn phương án chuyển động dao: 36

2.2 Các hướng chọn động cơ trục chính và các trục tọa độ 36

2.2.1 Động cơ dẫn động trục chính: 36

2.2.2 Động cơ dẫn động các trục tọa độ: 38

2.3 Lựa chọn bộ truyền động: 39

2.3.1 Bộ truyền đai: 39

2.3.2 Bộ truyền vít me – đai ốc: 41

2.3.3 Cơ cấu dẫn hướng cho chuyển động các trục: 42

2.3.4 Chọn cơ cấu dẫn hướng: 43

2.3.5 Biến tần Sunfat E300 44

2.3.6 DRIVER TB6600 46

2.3.7 Một số chi tiết khác: 48

Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY 50

3.1 Chọn dao: 50

3.2 Chiều sâu cắt t và chiều rộng phay B (mm): 51

3.3 Lượng dao chạy S: 51

3.4 Tốc độ cắt V được tính theo công thức: 52

3.5 Lực cắt: 52

3.6 Công suất cắt: 53

3.7 Tính toán để chọn vít me đai ốc: 53

3.7.1 Tính chọn vít me- đai ốc cho trục Z 53

3.7.2 Chọn vít me- đai ốc cho trục X,Y 55

3.8 Tính toán để chọn công suất động cơ trục X và Y 55

3.9 Tính toán để chọn công suất động cơ trục Z 56

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 58

4.1.1 Các yêu cầu phần mềm NC STUDIO V5: 58

4.2 Phần mền Jdpaint: 60

4.2.1 Giới thiệu phần mền Jdpaint: 60

4.2.2 Hướng dẫn tạo 3D và xuất G-code 61

Chương 5: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY PHAY CNC 3 TRỤC CỠ NHỎ 69

5.1 Nguyên lý hoạt động và cấu tạo của máy phay CNC 3 trục 69

5.1.1 Nguyên lý hoạt động 69

5.1.2 Cấu tạo của máy: 69

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 73

1 Kết quả sản phầm sau khi gia công thực tế 73

2 Lợi ích kinh tế của máy phay CNC mang lại 74

3 Kiến nghị 74

4 Giới hạn của đề tài và đề xuất hướng nghiên cứu 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Hệ thống điều khiên số vòng hở 11

Hình 1.2: Hệ thống điều khiển số vòng kín 11

Hình 1.3 M Fourneaux phát minh ra đàn Piano 14

Hình 1.4: Máy phay đầu tiên Cincinnate Hydrotel 15

Hình 1.5: Hệ thống điều khiển DNC 18

Hình 1.6: Điều khiển theo điểm 19

Hình 1.7a: Điều khiển theo đường 20

Hình 1.7b: Điều khiển theo biên dạng 20

Hình 1.8: Điều khiển đường 2D 20

Hình 1.9: Điều khiển2.5D 21

Hình 1.10: Điều khiển 3D 21

Hình1.11a: Điều khiển đường viền 4D 22

Hình 1.11b: Điều khiển đường viền 5D 22

Hình 1.12: Hệ trục toạ độ Đê-các Oxyz 22

Hình 1.13: Khi trục Z thẳng đứng 23

Hình 1.14:Khi trục Z nằm ngang 23

Hình 1.15: Các điểmgốc và điểm chuẩn 24

Hình 1.16: Điểm gốc của chương trình 24

Hình 1.17: Điểm chuẩn của gá dao T và điểm gá dao N 25

Hình1.18: Nội suy theo đường thẳng 25

Hình 1.19: Nội suy parabol (Parabolic Interpolation) 28

Hình 1.20: Ghi kích thước tuyệt đối 30

Hình 1 21: Ghi kích thước tương đối 30

Hình 1.22: Gia công theo biên dạng 31

Hình 1.23: Ví dụ lập trình 31

Hình 1.24: Khắc tranh 33

Hình 1.25: Khắc logo 33

Hình 1.26: Khắc chữ trên các vật liệu 34

Hình 1.27: Tạc tượng 34

Hình 2.1: Hình mô phỏng phương án 1 35

Hình 2.2: Hình mô phỏng phương án 2 36

Hình 2.3: Động cơ phay spindle 0.8KW 4 ổ bi ER11 205mm 37

Hình 2.4: Dao cắt khắc CNC lưỡi V 4mm dài 45mm 38

Hình 2.5: Dao khắc tượng 38

Hình 2.6: Dây đai bắt vào puly răng 39

Hình 2.7: Nguyên lý bộ truyền đai 40

Hình 2.8: Vít me – đai ốc thường 41

Hình 2.9: Vít me – đai ốc bi 42

Hình 2.10: Thanh trượt tròn có đế dẫn hướng 43

Hình 2.11: Thanh trượt vuông 44

Hình 2.12: Biến tần Sunfat E300 44

Hình 2.14:TB6600 thực tế 47

Hình 2.13: Sơ đồ nguyên lí TB6600 46

Hình 2.15: Thông số cài đặt driver 47

Hình 2.16: Bơm nước ap1250 48

Hình 2.17: Khớp nối mềm 48

Hình 2.18: Đế cao su 49

Hình 3.1: Mũi dao khắc 3D sử dụng 50

Hình 3.2: Mũi dao khắc 4D sử dụng 51

Hình 4.1: Cổng giao tiếp máy in DB25 58

Hình 4.2: Sơ đồ kết nối phần mềm NC STUDIO V5 59

Hình 4.3: Giao diện phần mềm Jdpaint5 61

Hình 5.1: Cấu tạo của máy 69

Hình 5.2 Bản vẽ lắp Trục Y 70

Hình 5.3: Bản vẽ lắp Trục X 71

Hình 5.4: Bản vẽ lắp Trục z 72

Hình 6.1: Điêu khắc trên mica 73

Hình 6.2: Điêu khắc gỗ 73

Hình 6.3: Khắc mặt dây chuyền 73

Hình 6.4: Điêu khắc mặt dây chuyền và tượng 73

LỜI NÓI ĐẦU

Sau thời gian 4 năm được đào tạo về các phần lý thuyết cơ bản của “Thiết kế chi tiết máy”, “Cơ sở thiết kế máy”, “Điều khiển tự động”, “Hệ thống cơ điện tử”, …vv, kết hợp với quá trình tự tìm tòi học hỏi,chúng em đã rút ra, tích lũy được những kiến thức ban đầu hết sức quan trọng để bắt tay vào làm đồ án tốt nghiệp Tuy nhiên sự non trẻ về kinh nghiệm thực tế khiến chúng em không khỏi lung túng trong quá trình thiết

kế để có một hệ thống hoàn chỉnh, thẩm mỹ và hiệu quả kinh tế Mặt dù sách tham khảo hiện nay khá nhiều tuy nhiên với thời gian thực hiện khá ngắn nên em khó có thể nắm bắt hết các kiến thức chuyên sâu cũng như các kinh nghiệm quý báu được đúc kết trong sách thiết kế máy, chế tạo máy Chính vì vậy việc vận dụng lý thuyết học được để giải quyết những vấn đề có liên quan đến yêu cầu thực tiễn sản xuất cũng như điều kiện làm việc, thị trường, … là rất hạn chế

Với sự hướng dẫn tận tình của thầy PGS.TS Trần Xuân Tùy, cùng với nỗ lực của

bản thân chúng em trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp, cuối cùng chúng

em đã hoàn thành tài liệu trình bày quá trình Máy phay cnc mini dùng để phay các

dòng mỹ nghệ Trong tài liệu chúng em đã trình bày các phần tính toán động học toàn

máy, tính toán động học, động lực học cho hệ thống, thiết kế hệ thống điều khiển, …

Khi thiết kế chúng em đã cố gắng để hoàn thiện bản thiết kế thông qua máy Máy hoạt động ổn định, cho ra sản phẩm chất lượng cao tuy nhiên với những hạn chế về chủ quan cũng như khách quan thì tài liệu này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong nhận được sự đóng góp của quý thầy cô

Đà Nẵng, ngày 4 tháng 12 năm 2017

Trương Hoàng Phúc- Nguyễn Xuân Nguyên

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô giáo trong trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng nói chung và các thầy cô giáo trong khoa Cơ khí, bộ môn Cơ điện tử nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho

em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua

Đặc biệt chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Trần Xuân Tùy và thầy

Lê Hoài Nam, thầy đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn chúng em trong

suốt quá trình làm Đồ án tốt nghiệp Trong thời gian chúng em làm việc với thầy, chúng em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá trình học tập và công tác sau này

Đề tài được hoàn thành trong sự hỗ trợ và động viên rất nhiều từ gia đình, thầy cô cũng như bạn bè Đó là những tình cảm thật đáng trân trọng không sao đền đáp hết, và thật phấn khởi biết bao khi thấy mọi người vẫn luôn ở bên cạnh trong những hoàn cảnh khó khăn nhất

Qua đây chúng em cũng rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của thầy cô trong Hội đồng bảo vệ tốt nghiệp để chúng em rút được nhưng bài học và kinh nghiệm khi bước vào đời

Cuối cùng xin chúc gia đình, người thân, quý thầy cô cùng bạn bè nhiều sức khoẻ

và thành công trong mọi công việc Xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày 4 tháng 12 năm 2017

Trương Hoàng Phúc- Nguyễn Xuân Nguyên

Chương 1: GIỚI THỆU MÁY CNC VÀ MÁY KHẮC GỖ CNC 1.1 Giới thiệu máy CNC:

1.1.1 Khái niệm chung:

a Khái niệm:

CNC (Computer Numerical Control) là một dạng máy NC điều khiển tự động có

sự trợ giúp của máy tính, mà trong đó các bộ phận tự động được lập trình để hoạt động theo các sự kiện nối tiếp nhau với một tốc độ được xác định trước để có thể tạo ra được mẫu vật với hình dạng và kích thước yêu cầu

b Đặc điểm:

Nguyên lý cơ bản của việc điều khiển máy công cụ thông qua việc điều khiển số vẫn được duy trì không đổi từ khi nó bắt đầu xuất hiện Tuy nhiên các chức năng và công việc của thiết bị điều khiển thì tăng lên liên tục qua các năm và hiện nay cho phép sử dụng ở mức tự động hóa cao

Máy công cụ NC khác máy công cụ thông thường một cách đáng kể vì máy thông thường được một ngưòi công nhân có tay nghề điều khiển bằng tay Người công nhân đọc bản vẽ chi tiết rồi sử dụng các thông số của máy dựa trên kinh nghiệm bản thân, vì thế chất lượng và năng suất phụ thuộc rất lớn vào kỹ năng của người vận hành

Các máy công cụ NC là các thiết bị gia công có thể lập trình tự do và phù hợp với việc sản xuất tự động loạt nhỏ và trung bình

Ưu điểm chính của chúng chính là tính linh hoạt và tốc độ thay đổi nhanh các chương trình gia công với sự can thiệp tối thiểu bằng tay Tính linh hoạt của máy NC đạt được là do:

+ Khả năng lặp lại trong các chương trình thực hiện

+ Khả năng đưa vào trực tiếp các kích thước chi tiết và các số liệu hành trình dao trên máy công cụ khi yêu cầu

+ Không còn yếu tố hạn chế hành trình cơ khí như cam rãnh, chốt dừng hay tấm mẫu, nghĩa là không cần mọi sự điều chỉnh cơ khí

+ Khả năng đưa các giá trị công nghệ

c Phân loại :

Các máy CNC có thể phân chia theo loại và theo hệ thống điều khiển:

- Theo loại máy cũng như các máy công cụ truyền thống , chia ra các loại như máy khoan CNC, máy phay CNC, máy tiện CNC, và các trung tâm CNC Các trung tâm CNC có khả năng thực hiện gia công nhiều loại bề mặt và sử dụng nhiều loại bề mặt khác nhau

- Phân chia theo hệ thống điều khiển có thể chia ra các loại :

+ Các máy điều khiển điểm tới điểm (máy khoan, máy khoét, máy dập,

+ Các máy điều khiển đoạn thẳng : là các máy có khả năng gia công trong quá trình thực hiện di chuyển các trục

+ Các máy điều khiển đường

* Điều khiển theo kiểu truyền thống:

Hệ thống điều khiển (HTĐK) theo kiểu này gồm: điều khiển bằng cam, điều

khiển theo quãng đường, điều khiển theo thời gian, điều khiển theo chu kì, Nhìn chung các loại điều khiển này có chung các đặc điểm chính sau đây:

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

- Các thao tác của hệ thống điều khiển thường khó thay đổi (chính xác là không thay đổi được) Do vậy, nó không thích ứng với sự thay đổi sản phẩm

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

- Do vậy, khuynh hướng phát triển chung là người ta muốn có những hệ thống điều khiển mà nó dễ dàng thích nghi với sự thay đổi của sản phẩm Nhìn chung, các hệ thống điều khiển theo kiểu truyền thống tuy càng lúc càng được cải thiện tuỳ theo mức

độ cơ khí hoá, tự động hoá của nhà máy sản nhưng vẫn chưa thực sự đáp ứng được nhu cầu của thực tế

d Điều khiển số:

* Bản chất của điều khiển số:

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

Mỗi chu kỳ gia công được đặt trưng bởi hai thành phần đó là: phần kích thước và phần điều khiển Hai thông tin không thể thiếu trong bất kỳ một máy điều khiển nào Thông tin về kích thước cho phép chúng xác định hành trình của chu kỳ; trong khi đó thông tin về sự điều khiển cho phép xác định thứ tự của hành trình theo thời gian

* Điều khiển số và hệ thống điều khiển số:

+ Điều khiển số:

Điều khiển số NC (Numerical Control) là một hình thức tự động hoá đặc biệt Máy công cụ được lập trình để thực hiện một dãy có thứ tự các sự kiện với một tốc độ xác định trước nhằm gia công một chi tiết máy với toàn bộ những kết quả và tham số vật lí hoàn toàn có thể dự đoán được Điều này được thực hiện là nhờ các bộ vi xử lý Nó có thể tiếp nhận và chuyển đổi các dữ liệu gia công thành các tín hiệu điều khiển máy hoạt động và có thể thay đổi chức năng của nó bằng chương trình ngoài, chứ không phải chỉ thực hiện một số chức năng cố định như trước đây

+ Hệ thống điều khiển số:

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

đó của dữ liệu này

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

Có 2 loại HTĐK:

+ Hệ thống hở và hệ thống kín

Hệ thống hở:

Hình 1.1: Hệ thống điều khiên số vòng hở

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

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

- Các hệ thống điều khiển được vận hành theo nhịp thời gian của một đồng hồ và độc lập với biến ra

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

- Cấu trúc đơn giản và giá thành thấp

Hệ thống kín:

Hình 1.2: Hệ thống điều khiển số vòng kín

1: Bộ đọc 2: Bộ giải mã 3: Bộ khuếch đại 4: Bàn máy 5: Bộ so sánh 6: Cảm biến đo vị trí M: Động cơ

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

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

- Làm việc chính xác và độ tin cậy cao

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

+ Cấu trúc từng phần của hệ thống điều khiển số:

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

Và chỉ khi nào mỗi một dòng lệnh được hoàn thành nhiệm vụ thì một dòng lệnh khác được đọc

- Bộ giải mã: Nhiệm vụ biến nội dung dòng lệnh thành tín hiệu điều khiển

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

- Bộ khuếch đại: Có nhiệm vụ dùng để biến đổi mức tín hiệu cần thiết cho mục đích điều khiển

- Cảm biến: Dùng đo giá trị thực của biến ra Sau đó, cung cấp cho bộ so sánh dưới dạng tín hiệu, thường là tín hiệu điện

e Ưu, nhược điểm của máy CNC:

* Ưu điểm cơ bản:

- So với các máy điều khiển công cụ bằng tay, sản phẩm từ máy CNC không phụ thuộc vào tay nghề của người điều khiển mà phụ thuộc vào nội dung, chương được đưa vào máy Người điều khiển chỉ chủ yếu theo dõi kiểm tra các chức năng hoạt động của máy

- Độ chính xác làm việc cao Thông thường các máy CNC có độ chính xác máy là 0.001mm do đó có thể đạt được độ chính xác cao hơn

- Tốc độ cắt cao Nhờ kết cấu cơ khí bền chắc của máy, những vật liệu hiện đại như kim loại cứng hay gốm oxit có thể sử dụng tốt hơn

- Thời gian gia công ngắn hơn

* Các ưu điểm khác:

- Máy CNC có tính linh hoạt cao trong việc lập trình, tiết kiệm thời gian chỉnh máy, đạt tính kinh tế cao trong việc gia công hoạt loạt các sản phẩm nhỏ

- Ít phải dừng máy vì lỗi kỹ thuật, do đó chi phí dừng máy nhỏ

- Tiêu hao do kiểm tra ít, giá thành đo kiểm tra thấp

- Thời gian hiệu chỉnh máy nhỏ

- Có thể gia công hàng loạt

* Nhược điểm:

- Giá thành chế tạo máy cao hơn

- Giá thành bảo dưỡng, sửa chữa máy cũng cao hơn

- Vận hành và thay đổi người đứng máy khó khăn hơn

1.1.2 Quá trình phát triển của máy CNC:

a Quá trình phát triển:

Điều khiển số NC (Numerical Control) là phương pháp tự động điều chỉnh các máy công tác (máy công cụ, Robot, băng tải vận chuyển phôi liệu, chi tiết gia công, sản phẩm, ) trong đó các hành động bị điều khiển được tạo ra trên cơ sở cung cấp các

dữ liệu ở dạng mã nhị phân Nó được biểu diển dưới dạng các con số thập phân, các chữ cái và kí hiệu đặc trưng tạo thành một chương trình làm việc của thiết bị hay của

hệ thống

Trước đây, cũng đã có những quá trình gia công cắt gọt được điều khiển theo chương trình bằng các kỹ thuật chép hình theo mẫu, chép hình bằng hệ thống thuỷ lực, Ngày nay, với sự tiến bộ vượt bậc của khoa học kỹ thuật, nhất là trong lĩnh vực điều khiển số và tin học đã tạo điều kiện thuận lợi cho các nhà chế tạo máy nghiên cứu

và ứng dụng đưa vào các máy công cụ truyền thống các hệ thống điều khiển tự động Biến các máy công cụ này thành các máy điều khiển theo chương trình số, gọi là các máy CNC (Computer Numerical Control)

Việc sử dụng các máy CNC cho phép giảm khối lượng gia công chi tiết, nâng cao

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

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

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

Năm 1863, M Fourneaux phát minh ra đàn Piano nổi tiếng thế giới với băng giấy đục lỗ làm vật mang tin

Năm 1938, Claud E Shannon trong khi làm luận án tiến sĩ đã đi đến kết luận rằng việc tính toán và truyền tải nhanh dữ liệu có thể thực hiện bằng mã nhị phân

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

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

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

của không lực Hoa Kỳ

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

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

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

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

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

Năm 1952, chiếc máy phay điều khiển số đầu tiên ra đời mang tên là

“ Cincinnate Hydrotel ” có trục thẳng đứng do Học viện kỹ thuật Masssachusett cung cấp Đơn vị điều khiển được lắp bằng các bóng đèn điện tử chân không, điều khiển 3 trục nhận dữ liệu thông qua băng đục lỗ mã nhị phân

Hình 1.3 M Fourneaux phát minh ra đàn Piano

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

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

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

đó, giới công nghệp nói chung đã bắt đầu nhận ra những ưu thế tiềm tàng của kỹ thuật điều khiển số Điều đó buộc họ phải xem xét một cách nghiêm túc, chặt chẽ và kỹ càng những vấn đề về nghành chế tạo máy của chính họ Đồng thời họ cũng phải suy xem

kỹ thuật công nghệ mới này có thể giúp đỡ họ như thế nào để cải tiến phương pháp hiện có của họ Người ta nhanh chóng nhận ra rằng, phần lớn các bài toán cắt gọt kim loại như: khoan lỗ, tiện, phay đường thẳng, không nhất thiết đòi hỏi tới bộ điều khiển hiện đại, sử dụng những phương máy tính hoá

Thế nhưng, việc ứng dụng ngay cả dạng cơ bản nhất của APT cho những thành phần hình học đơn giản cũng vừa cồng kềnh, vừa rắc rối và vừa đắt tiền

Do vậy, nhiều ngôn ngữ đơn giản hơn dùng cho mục đích đặc biệt đã được phát triển Tuy nhiên, đa số các ngôn ngữ này điều lấy APT làm gốc Rồi cho đến giữa những thập niên 70, với sự phát triển của công nghệ vi xử lí Lần đầu tiên nó được đưa vào thiết bị điều khiển số có sự hỗ trợ của máy tính, tạo một bước nhảy khổng lồ trong lĩnh vực điều khiển số Từ các máy điều khiển số NC trở thành những máy điều khiển

số CNC (Computer Numerical Control), tức là những máy công cụ điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính Mặc khác, cùng với những mô- đun điện tử dùng để lưu trữ dữ liệu và tạo xung, bộ vi xử lí hình thành trung tâm đóng ngắt và tính toán của tất cả mọi

điều khiển số CNC hiện đại Tốc độ chuyển nhanh của các phần tử này đủ để đưa ra nhiều chức năng và nhiệm vụ tính toán khác nhau mà không làm ảnh hưởng đến nhịp

độ làm việc của các máy công cụ ghép nối với chúng Nhưng nếu một bộ vi xử lí nào

đó tỏ ra không đủ thực hiện mọi chức năng yêu cầu trong chu trình thời gian cực đại cho phép, thì khi đó có thể thêm vào đơn vị xử lí thứ 2 hoặc thậm chí thứ 3 sử dụng song song hoặc luân phiên cho những nhiệm vụ đặc biệt

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

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

Hình 1.4: Máy phay đầu tiên Cincinnate Hydrotel

Cho đến năm 2003, lịch sử phát triển của máy công cụ điều khiển số đã được 51 năm tuổi Nó đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới Từ những ứng dụng gia công đơn giản như việc di chuyển từ điểm đến điểm của máy khoan đến những máy công cụ điều khiển 2 trục như máy tiện, điều khiển 3 trục như máy phay, và cho đến những nhiệm vụ tự động gia công nhiều trục và độ phức tạp

cao như: các khuôn rèn dập, các khuôn đúc áp lực, cánh tua bin và những chi tiết phức tạp của máy bay, tàu thuỷ, Ngoài ra, ngày nay máy CNC còn được dùng vào việc kiểm tra giám sát, điện báo điện tín và nhiều lĩnh vực khác đã đem lại chất lượng và hiệu quả kinh tế rất đáng kể Trong tương lai, với lợi thế về sự ghép nối các hệ thống CNC riêng lẽ với nhau để tạo thành mạng sẽ được phát huy trong chiến lượt gia công toàn cầu Trong đó, dòng thông tin được thu phát, chuyển giao bằng hệ thống vệ tinh, đảm nhiệm mối liên kết giữa nhu cầu thị trường - đơn đặt hàng - nhà thiết kế - nhà chế tạo - nhà cung cấp - nhà tiêu thụ , trong mạng liên thông toàn cầu WAR (World Area Netword)

b Trình độ hiện tại của máy CNC:

Các chức năng tính toán trong hệ thống CNC ngày càng hoàn thiện và đạt tốc độ

xử lý cao do tiếp tục ứng dụng những thành tựu phát triển của các bộ vi xử lý Các hệ thống CNC được chế tạo hàng loạt lớn theo công thức xử lý đa chức năng, dùng cho nhiều mục đích điều khiển khác nhau

Việc cài đặt các cụm vi tính trực tiếp vào hệ NC để trở thành hệ thống CNC đã tạo điều kiện ứng dụng máy công cụ CNC ngay cả trong xí nghiệp nhỏ, không có phòng lập trình riêng, nghĩa là người điều khiển máy có thể lập trình trực tiếp ngay trên máy

Dữ liệu nhập vào, nội dung lưu trữ, các thông số, thông báo về tình trạng hoạt động của máy cũng như các chỉ dẫn cần thiết cho người điều khiển đều hiển thị trên màn hình

Màn hình lúc đầu chỉ là đen trắng với các ký tự chữ cái và các con số thì đến nay

đã nâng cấp lên màn hình màu đồ họa, độ phân giải cao, có các hinh vẽ mô phỏng tĩnh

và động, biên dạng của chi tiết gia công, chuyển động của dao, đều được hiển thị trên màn hình

Các hệ CNC riêng lẻ có thể ghép thành mạng cục bộ hay mạng mở rộng để quản lý điều hành một cách tổng thể hệ sản xuất tự động của một xí nghiệp hay một tập đoàn công nghiệp

1.1.3 Các thành cơ bản máy phay cnc

1.1.4 Các hệ điều khiển số và các dạng điều khiển số:

a Các hệ điều khiển số:

❖ Hệ điều khiển NC ( Numerical Control ):

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

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

+ Thông tin hình học (Geometrical Information): là hệ thống thông tin điều khiển các chuyển động giữa dao và chi tiết Nó ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình tạo

hình bề mặt (hình thành đường sinh và đường chuẩn của bề mặt hình học)

+ Thông tin công nghệ (Technological Information): là hệ thống thông tin chophép máy thực hiện gia công với những giá trị công nghệ yêu cầu: chiều sâu cắt, tốc độ chạy dao, số vòng quay trục chính,

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

Và quá trình đọc dịch như vậy cho đến hết chương trình

- Nhược điểm của hệ điều khiển NC là:

+ Khi gia công các chi tiết tiếp theo thì hệ điều khiển phải đọc lại tất cả các

lệnh từ đầu Điều này dễ gây nhầm lẫn, sai xót của bộ tính toán trong hệ điều khiển

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

+ Chương trình dễ bị lỗi do băng đục lỗ, băng từ bị nhiễm bẩn hoặc bịmòn + Khó thay đổi chương trình

❖ Hệ điều khiển CNC ( Computer Numerical Control ):

Đặc điểm chính của hệ điều khiển CNC là có sự tham gia của máy tính Trong hệ điều khiển này, các nhà chế tạo máy đã cài đặt vào máy tính một chương trình điều khiển riêng cho từng loại máy Với hệ điều khiển CNC cho phép thay đổi và hiệu chỉnh chương trình hoạt động của bản thân nó Các chương trình có thể đượcnạp vào nhớ toàn bộ một lúc hoặc từng lệnh Các lệnh điều khiển không chỉ viết cho từng lệnh riêng rẽ mà còn cho nhiều chuyển động cùng một lúc Điều này cho phép giảm tối thiểu số câu lệnh của chương trình, từ đó nâng cao độ tin cậy và khả năng làm việc của máy Ngoài ra, so với hệ điều khiển NC thì hệ điều khiển CNC có kích thước nhỏ hơn

và giá thành cũng thấp hơn nhưng hiệu quả đạt được thì lại rất cao

❖ Hệ điều khiển DNC( Directe Numerical Control ):

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

Hình 1.5: Hệ thống điều khiển DNC

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

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

❖ Điều khiển thích nghi AC (Adaptive Control):

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

cụ, lượng chạy dao,

Hệ thống điều khiển thích nghi có 2 loại:

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

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

Với hệ thống điều khiển ACC chủ yếu dùng để điều khiển giới hạn các thông số cắt gọt còn hệ thống điều khiển ACO dùng cho việc điều khiển tối ưu hoá các quá trình gia công nhằm giảm thời gian gia công và giá thành sản phẩm

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

❖ Hệ thống gia linh hoạt FMS ( Flexible Manufacturing System ):

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

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

− Các trạm gia công

− Lưu trữ và vận chuyển nguyên vật liệu

− Hệ thống điều khiển máy tính

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

b Các dạng điều khiển của máy:

Như ta đã biết, các máy CNC khác nhau có thể gia công được các bề mặt khác nhau do sự chuyển động tương đối giữa dao và chi tiết cần gia công như: các lỗ, mặt phẳng, các mặt định hình,

Do đó các dạng điều khiển của máy chia thành 3 loại sau:

+ Điều khiển theo điểm

+ Điều khiển theo đường

+ Điều khiển theo biên dạng

❖ Điều khiển theo điểm:

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

lỗ Trong quá trình gia công, chi tiết được cố định trên bàn máy còn dụng cụ thực hiện việc chạy dao nhanh đến vị trí đã được lập trình Trong khi dịch chuyển nhanh dao cụ không thực hiện việc cắt gọt Chỉ khi nào đạt được toạ độ theo yêu cầu thì nó mới bắt đầu thực hiện các chuyển động cắt gọt

Hình 1.6: Điều khiển theo điểm

Ví dụ:

Khi gia công hai lỗ M(Xm, Ym) và N(Xn, Yn) trong hệ toạ độ Oxy (Hình 1- 6)

* Chúng ta có thể điều khiển theo các cách sau:

Đầu tiên cho dụng cụ thực hiện chạy dao nhanh đến điểm M Sau đó, thực hiện việc gia công lỗ M Khi gia công xong tiến hành rút dao và chạy nhanh đến điểm N để gia công lỗ N Quá trình dịch chuyển từ M đến N được thực bằng hai cách:

+ Quỹ đạo dịch chuyển theo MM1KN song song với trục Ox, Oy

+ Quỹ đạo chuyển động theo đường tối ưu MKN

❖ Điều khiển theo đường thẳng:

Là dạng điều khiển mà khi gia công dụng cắt được thực hiện lượng chạy dao theo một đường thẳng nào đó (Hình 1.7a)

❖ Điều khiển theo biên dạng ( Contour ):

Là dạng điều khiển cho phép thực hiện chạy dao nhiều trục cùng một lúc, nghĩa là

nó có thể gia công một đường cong bất kì trên mặt phẳng hay trong không gian (Hình

1 7b)

Hình 1.7a: Điều khiển theo đường Hình 1.7b: Điều khiển theo biên dạng

Tuỳ theo số trục được điều khiển đồng thời khi gia công mà người ta chia thành các dạng điều khiển : 2D, 2 5D, 3D, 4D, 5D,

* Điều khiển 2D:

Cho phép thực hiện chạy dao theo 2 trục đồng thời trong một mặt phẳng gia công Riêng đối với máy phay trục thứ 3 thực hiện việc ăn dao theo chiều sâu, nó được điều khiển một cách độc lập so với 2 trục kia (Hình 1.8)

Hình 1.8: Điều khiển đường 2D

* Điều khiển biên dạng2.5D:

Cho phép dịch chuyển dụng cụ theo 2 trục đồng thời để tạo một đường cong

phẳng còn trục thứ 3 được điều khiển độc lập Tuy nhiên, nó khác với điều khiển 2D ở

chỗ hai trục được điều khiển đồng thời có thể đổi vị trí cho nhau (Hình1-9)

Hình 1.9: Điều khiển2.5D

* Điều khiển 3D:

Cho phép thực hiện chuyển động chạy dao đồng thời theo cả 3 trục X, Y, Z Nó thường được dùng để gia công các mẫu, các chi tiết có bề mặt không gian phức tạp (Hình 1.10)

Hình 1.10: Điều khiển 3D

* Điều khiển 4D, 5D:

Dựa trên điều khiển 3D người ta bố trí cho dụng cụ hoặc chi tiết có thêm 1 hoặc 2 chuyển động quay xung quanh một trục nào đó theo một quan hệ ràng buộc với các chuyển động trên các trục khác của máy 3D

Như vậy, tuỳ theo độ phức tạp của chi tiết mà ta lựa chọn phương pháp điều khiển cho thích hợp (Hình 1.11a,b)

Hình1.11a: Điều khiển đường viền 4D Hình 1.11b: Điều khiển đường viền 5D

1.1.5 Hệ tọa độ trên máy CNC và các điểm chuẩn :

a Hệ tọa độ trên máy CNC:

Để xác định vị trí tương quan hình học trong vùng làm việc của máy, trong phạm vi chi tiết gia công một cách rõ ràng thì cần thiết phải gắn nó vào hệ toạ độ nào

Hình 1.12: Hệ trục toạ độ Đê-các Oxyz

* Khi tiếp xúc và làm việc với máy CNC phải tuân theo quy ước:

− Chi tiết gia công được xem là cố định còn mọi chuyển tạo hình và cắt gọt do dao thực hiện

− Phương trục chính là Oz, chiều dương là chiều dao tiến ra xa chitiết

− Phương chuyển động của bàn xe dao là Ox và có chiều dương hướng ra xa chi tiết gia công

− Trục Oy xác định theo quy tắc bàn tay phải

b Hệ trục tọađộcủa các loại máy phay:

❖ Máy phay đứng (Hình1.13):

- Trục Z song song với trục chính và có chiều hướng lên trên

- Trục X nằm trên bàn máy, nếu nhìn vào trục chính thì chiều dương hướng về bên phải

- Trục Y xác định theo quy tắc bàn tay phải

Hình 1.13: Khi trục Z thẳng đứng

❖ Máy phay nằm ngang (Hình1.14):

- Trục Z nằm ngang và có chiều dương hướng vào trục máy

- Trục X nằm trên bàn máy, chiều dương là chiều mà khi nhìn vào trục chính thì nó nằm phía trái

- Trục Y xác định theo quy tắc bàn tay phải

Hình 1.14:Khi trục Z nằm ngang

c Các điểm gốc và điểm chuẩn (Hình1.15):

* Điểm gốc của máy M(Machine ReferenceZero):

Quá trình gia công trên máy điều khiển số được thiết lập bằng một chương trình biểu diễn mối quan hệ giữa dao và chi tiết

Do vậy để đảm bảo độ chính xác gia công thì các chuyển các chuyển động của dao phải được so sánh với điểm gốc của máy M

Điểm M là điểm giới hạn vùng làm việc của máy Nó được các nhà chế tạo quy định

Ở máy phay thường nằm ở điểm giới hạn dịch chuyển của bàn máy

* Điểm chuẩn của máy R (MachineReference Point):

Là điểm mà tọa độ của nó so với điểm gốc của máy M là không thay đổi và cũng

do các nhà chế tạo quy định

* Điểm zero củaphôi W (Workpiece Zero Point):

- Là gốc toạ độ của chi tiết và nó phụ thuộc vào người lập trình

Hình 1.15: Các điểmgốc và điểm chuẩn

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

* Điểm gốc P (Programmed):

+ Điểm gốc của chương trình thực tế là điểm P của dụng cắt (Hình1.16)

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

Hình 1.16: Điểm gốc của chương trình

* Điểm chuẩn của gá dao T và điểm gá dao N:

Điểm chuẩn của gá dao T dùng để xác định hệ trục toạ độ của dao Thường khi gá dao trên máythì điểm T trùng với điểm N (Hình1 17)

Hình 1.17: Điểm chuẩn của gá dao T và điểm gá dao N 1.1.6 Thuật toán nội suy trên máy CNC:

a Phương pháp nội suy đường thẳng (linear interpolation):

*Khái niệm:

Trong các máy công cụ điều khiển theo chương trình số, những đường tác dụng của dao cụ và chi tiết được hình thành nhờ các dịch chuyển tọa độ trên nhiều trục Đầu phun được di chuyển từ điểm đầu tới điểm cuối hành trình theo chuỗi đoạn thẳng

* Thực hiện:

Nội suy đường thẳng theo 2 hay 3 trục rất thông dụng:

- Các thông số yêu cầu:

+ Tọa độ điểm đầu, tọa độ điểm cuối

+ Tốc độ di chuyển trên mỗi trục

* Khả năng:

Về lí thuyết, nội suy đường thẳng có thể lập trình quỹ đạo cong bất kì, nhưng lượng dữ liệu cần xử lí rất lớn Sử dụng nội suy cung tròn, parabol, đường xoắn làm giảm đáng kể lượng dữ liệu cần lập trình

Hình1.18: Nội suy theo đường thẳng

* Phương pháp thực hiện:

Ví dụ: Nội suy từ điểm A đến điểm E

Sử dụng phương pháp “Phân tích vi phân số” DDA ( Digital Differenttial Analyse)

Xét một dao cần chuyển động từ:PA (điểm khởi xuất) đến PE (điểm kết thúc) theo một đường thẳng với một tốc độ chạy dao u xác định (hình vẽ)

Gọi L: đoạn đường từ PA đến PE

Vậy trong thời gian T = L/u các đoạn đường thành phần (xE- xA) và (yE- yA) phải được thực hiện

Tọa độ vị trí các điểm trung gian được tính theo hàm thời gian:

dtT

xxx

dtVx

0 x

=

dtT

yyy

dtVy

xxx)t.n(x)

=



=

nN

yyy)t.n(y)

N

yymaxhay N

xxmax

b Nội suy cung tròn :

*Khái niệm:

Đầu cắt được di chuyển từ điểm đầu tới điểm cuối hành trình theo một cung tròn bởi một câu lệnh (block) đơn giản, thay thế cho rất nhiều câu lệnh nội suy đường thẳng

*Thực hiện:

Nội suy đường tròn theo 2 trục

- Các thông số yêu cầu:

+ Tọa độ điểm đầu, tọa độ điểm cuối, tâm hoặc bán kính cung tròn + Tốc độ di chuyển trên mỗi trục

P: điểm thuộc đường cong

T: thời gian từ PA đến PE

Lấy tích phân theo thời gian, ta có tốc độ thành phần trên từng trục riêng lẻ:

)t(yT

2T

t2sinT

R2dt

2T

t2cosT

R2dt

PA y(i t)N

2x)

PA x(i t)N

2y)

t

(

y

c Nội suy xoắn ốc (Helical Interpolation):

Là phương pháp nội suy kết hợp giữa nội suy kết hợp giữa nội suy cung tròn theo hai trục và nội suy tuyến tính theo trục thứ 3 (Hình 1.19)

Hình 1.19: Nội suy parabol (Parabolic Interpolation)

Dùng điểm không thẳng hàng để xấp xỉ đường cong có biên dạng tự do Loại nội suy này thường dùng trong tạo khuôn mẫu khi mà các đường cong biên dạng tự do(free shape) được yêu cầu thay vì là các đường cong có biên dạng chính xác

Ta có thể dùng nội suy parabol để tạo các đường cong bậc cao So với nội suy đường thẳng, nội suy parabol giảm khoảng 50 lần số các điểm cần lưu trữ

d Nội suy bậc 3 (Cubic):

Là phương pháp xấp xỉ biên dạng bằng đường cong bậc 3 phương pháp này thường được dùng tạo các bề mặt rất phức tạp như khuôn vỏ xe hơi, máy bay

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

Trên các máy CNC quá trình gia công được thực hiện một cách tự động Hệthống điều khiển số sẽ điều khiển quá trình gia công theo một chương trình đã lập sẵn Trong

đó, quá trình CNC đóng một vai trò rất quan trọng Nó là một mắc xích quan trọng của quá trình chuẩn bị sản xuất

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

và sắp xếp theo dạng mà máy có thể hiểu được

a Qũy đạo gia công:

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

có thể thay đổi vị trí theo một quy luật xác định so với biên dạng của chi tiết

Để gia công toàn bộ các bề mặt của biên dạng chi tiết thì quỹ đạo chuyển động của tâm dao phải liên tục Tuy nhiên, việc xác định quỹ đạo của tâm dao trong không gian rất phức tạp Do đó, khi lập trình quỹ đạo của tâm dao thì ta thường lậptrình theo từng phần biên dạng riêng biệt

b Cách ghi kích thước chi tiết:

Để lập trình gia công trên máy CNC thì kích thước trên bản vẽ phải được ghi theo toạ độ Đề- các

Có hai cách ghi thước trên bản vẽ:

+ Ghi kích thước tuyệt đối

+ Ghi kích thước tương đối (theo gia số)

* Ghi kích thước tuyệt đối:

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

Hình 1.20: Ghi kích thước tuyệt đối

* Ghi kích thước tương đối:

Là cách ghi mà các kích thước sau xuất phát từ điểm kết thúc của kích thước

trước nó Thực tế, cách ghi này người ta ít dùng vì nó ảnh nhiều đến kết quả gia công (Hình 1 21)

Hình 1 21: Ghi kích thước tương đối

c Lập trình cho máy công cụ CNC:

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

và theo dõi

Một chương trình CNC phải đảm bảo 2 thông tin cần thiết là thông tin hìnhhọc và thông tin công nghệ Ngoài ra, nó phải được viết bằng loại ngôn ngữ lậptrình mà máy

có thể hiểu được

❖ Thông số hình học (Geomatrical Information):

Tuỳ theo từng biên dạng cụ thể của chi tiết mà ta có thể tiến hành lập quỹ đạochạy dao cắt gọt Dựa trên các thông số hình học của bản vẽ chế tạo

Hình 1.22: Gia công theo biên dạng

❖ Thông số công nghệ (Technological Information):

* Tốc độ chạy dao F (Feedrate):

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

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

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

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

thay thế

* Số vòng quay trục chính S (Speed):

− Được lập trình với địa chỉ S (v/ph)

− Chiều quay được xác định:

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

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

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

❖ Chương trình gia công:

Một chương trình được thiết lập để gia công một chi tiết gọi là chương trình

chi tiết Nó bao gồm nhiều từ lệnh và các từ lệnh này nằm trong các câu lệnh

Hình 1.23: Ví dụ lập trình

Ví dụ:

Cho biên dạng gia công trên máyCNC như hình trên:

G01: Nội suy tuyến tính

G03: Nội suy phi tuyến tính theo chiều ngược chiều kim đồng hồ

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

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

2 Chia quá trình gia công thành các bước gia công

3 Lập chương trình

4 Nạp vào bộ điều khiển

5 Chạy mô phỏng

6 Khởi động chương trình

7 Cho thực hiện việc gia công chi tiết

1.2 Giới thiệu máy khắc gỗ CNC:

Thời đại hiện nay, tranh khắc gỗ của nước ta rất được các khách du lịch nước ngoài

ưu chuộng và đang phát triển mạnh Sự khan hiến của gỗ, chất liệu chính làm tranh cũng là một trở ngại để điêu khắc tranh gỗ giữ được bản chất Thực tế cũng cho thấy rất ít nhưng họa sĩ nghệ nhân tranh khắc gỗ gìn giữ được nguồn cảm xúc, cảm hứng để

đi đến tận cùng tác phẩm

Điều ngày cũng bởi để hoàn thành một tác phẩm tranh khắc gỗ hoàn chỉnh phải qua rất nhiều công đoạn và phải vận dụng sự khéo léo của nghệ thuật thủ công- một thử thách lơn cho những ai thiếu sự kiên trì, bền bỉ

Với máy móc, công nghệ hiện đại kết hợp với đội ngũ kĩ thuật giỏi nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực chạm khắc gỗ sẽ tạo ra rất nhiều sản phẩm chất lượng cao

Hình 1.24: Khắc tranh

Hình 1.25: Khắc logo

Hình 1.26: Khắc chữ trên các vật liệu

Để đục được những bức tượng gỗ tinh xảo và có hồn theo cách gọi của các nghệ nhân làng nghề thì chắc chắn phải cần đến bàn tay của những nghệ nhân lâu năm Tuy nhiên ta có thể dụng máy CNC 4 trục để tạc được những tượng gỗ trong thời gian nhanh chóng mà không cần đến bàn tay của nghệ nhân

Hình 1.27: Tạc tượng

Chương 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY 2.1 Các phương án chuyển động của dao:

2.1.1 Phương án 1:

Trong phương án này, bàn máy đứng yên, đầu máy thực hiện chuyển động chạydao theo phương X, Y, Z nhờ các động cơ riêng lẽ Đây còn gọi là máy phay kiểu Router

Hình 2.1: Hình mô phỏng phương án 1

* Ưu diểm của phương án 1:

+ Với máy có cùng kích thước, phương án này cần không gian đặt máy nhỏ

+ Động cơ chạy dao theo các phương có công suất nhỏ, không bị ảnh hưởng bởi trọng lượng vật gia công

* Nhược điểm của phương án 1:

+ Độ cứng vững của máy không cao

+ Khó mở rộng phạm vi hoạt động của bàn máy

+ Chế tạo cơ cấu máy khó khăn

Hình 2.2: Hình mô phỏng phương án 2

* Ưu diểm của phương án 2:

+ Phương án này cần không gian đặt máy nhỏ

+ Thân máy yêu cầu khối lượng lớn để máy có thể đứng vững

2.1.3 Chọn phương án chuyển động dao:

Sau khi nghiên cứu các phương án cho mô hình, ta chọn phương án thứ 2 làm phương án cho chuyển động chạy dao của mô hình vì:

- Đề tài nghiên cứu máy CNC mini có khả năng khắc gỗ, kim loại phục vụ trong sản xuất

* Động cơ một chiều (DC Motor):

Ưu điểm: Momen khởi động lớn, dễ điều khiển tốc độ và chiều, giá thành rẻ

Nhược điểm:

– Dải tốc độ điều khiển hẹp

– Phải có mạch nguồn riêng

* Động cơ xoay chiều (AC Motor):

Ưu điểm: – Cấp nguồn trực tiếp từ điện lưới xoay chiều

– Đa dạng và rất phong phú về chủng loại, giá thành rẻ

Nhược điểm: – Phải có mạch cách ly giữa phần điều khiển và cơ cấu chấp hành để

đảm bảo an toàn, momen khởi động nhỏ

– Mạch điều khiển tốc độ phức tạp, thường sử dụng biến tần

Kết luận:

Ở đề tài này, ta chọn động cơ dẫn động trục chính là động cơ phay spindle 0.8KW

4 ổ bi ER11 205mm với thông số: