Tổng quan về mấy CNC. Phương pháp lập trình gia công chi tiết trên máy CNC. Ứng dụng phần mềm Shopmill để gia công chi tiết khuôn khay đỡ sản phẩm Tổng quan về mấy CNC. Phương pháp lập trình gia công chi tiết trên máy CNC. Ứng dụng phần mềm Shopmill để gia công chi tiết khuôn khay đỡ sản phẩm
Trang 1-
LÂM VĂN THUYẾT
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM SHOPMILL ĐỂ GIA CÔNG KHUÔN KHAY ĐỠ SẢN PHẨM TRÊN MÁY PHAY CNC HAAS VF-1
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Hà Nội – Năm 2019
Trang 2-
LÂM VĂN THUYẾT
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM SHOPMILL ĐỂ GIA CÔNG KHUÔN KHAY ĐỠ SẢN PHẨM TRÊN MÁY PHAY CNC HAAS VF-1
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : GS.TS Trần Văn Địch
Hà Nội – Năm 2019
Trang 3LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi được hoàn thành dưới sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của GS.TS Trần Văn Địch Các dữ liệu sử dụng trong luận văn có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng quy định Các kết quả nghiên cứu trong luận văn do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn Các kết quả này chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác, trừ những phần tham khảo đã được ghi
rõ trong luận văn
Học viên
Lâm Văn Thuyết
Trang 4LỜI CẢM ƠN
Để có thể hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh, bên cạnh sự
nỗ lực cố gắng của bản thân và sự nhiệt tình hướng dẫn của Thầy GS.TS Trần Văn Địch, tôi còn nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình của quý Thầy Cô, cũng như sự động viên ủng hộ của gia đình, bạn bè và đồng nghiệp trong suốt thời gian học tập nghiên cứu và thực hiện luận văn thạc sĩ
Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Thầy GS.TS Trần Văn Địch người
đã hết lòng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành luận văn này Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến toàn thể quý Thầy Cô đã giảng dạy và giúp
đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu học tập Thạc sĩ tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội Các Thầy Cô đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và cho đến khi hoàn thiện đề tài luận văn
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn đến gia đình, các anh chị, các bạn cùng học và các đồng nghiệp đã hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh
Một lần nữa xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 22 tháng 04 năm 2019
Học viên
Lâm Văn Thuyết
Trang 5MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN 2
Danh mục các kí hiệu, các chữ viết tắt 8
Danh mục hình vẽ 9
Danh mục bảng biểu 13
LỜI MỞ ĐẦU 14
Lý do chọn đề tài 14
Mục đích nghiên cứu 14
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 14
Phương pháp nghiên cứu 15
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 16
1.1 Khái quát máy công cụ thông thường và máy công cụ CNC 16
1.1.1 Đặc điểm máy cắt kim loại CNC 16
1.1.2 Cấu tạo của máy công cụ NC 18
1.2 Hệ thống điều khiển CNC 19
1.2.1 Kết cấu và chức năng điều khiển CNC 19
1.2.2 Phần cứng – máy tính 21
1.2.3 Các dạng điều khiển hình học trên máy công cụ CNC 21
1.2.3.1 Điều khiển điểm điểm 21
1.2.3.2 Điều khiển đường thẳng 22
1.2.3.3 Điều khiển dạng biên (điều khiển contour) 23
1.3 Dụng cụ cắt trên máy phay CNC 25
1.3.1 Dao phay ngón 25
1.3.2 Dao phay mặt đầu 26
Trang 61.4 Đặc điểm, cấu tạo của máy phay CNC HAAS VF-1 28
1.4.1 Đặc điểm chung của máy phay CNC HAAS VF-1 28
1.4.2 Thông số kỹ thuật của máy phay CNC HAAS VF-1 28
1.4.3 Những tính năng chính 29
1.4.4 Cấu tạo máy phay CNC HAAS VF-1 30
1.4.4.1 Các bộ phận bên ngoài của máy 30
1.4.4.2 Các bộ phận cơ bản khác của máy 30
1.4.4.3 Các phím chức năng trên bảng điều khiển của máy 33
1.4.5 Điều kiện kỹ thuật làm việc của máy 37
Kết luận chương 1 38
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH GIA CÔNG CHI TIẾT TRÊN MÁY CNC 39
2.1 Cấu trúc chương trình NC 39
2.1.1 Tên chương trình 39
2.1.2 Số thứ tự 39
2.1.3 Từ lệnh 39
2.1.4 Địa chỉ 39
2.1.5 Giá trị 40
2.1.6 Câu lệnh 40
2.1.7 Phần chương trình 40
2.1.8 Chương trình chính 40
2.1.9 Chương trình con 42
2.2 Lập trình gia công 42
2.2.1 Ngôn ngữ lập trình 42
Trang 72.2.2 Đo theo tọa độ tương đối và tọa độ tuyệt đối 45
2.2.2.1 Đo theo tọa độ tuyệt đối: G90 45
2.2.2.2 Đo theo tọa độ tương đối: G91 45
2.2.2.3 Lệnh chạy dao không cắt gọt: G00 46
2.2.2.4 Lệnh cắt gọt thẳng: G01 47
2.2.2.5 Lệnh xác định mặt phẳng gia công: G17, G18, G19 47
2.2.2.6 Lệnh G02, G03 48
2.2.2.7 Lệnh trễ: G04 52
2.2.2.8 Các chức năng phụ: M 53
2.2.2.9 Chức năng chọn số vòng quay trực chính: S 54
2.2.2.10 Chức năng chọn dao: T 55
2.2.2.11 Chức năng tự động trở về điểm gốc: G28 55
2.2.2.12 Chức năng bù bán kính dao: G40; G41; G42 56
2.2.2.13 Chức năng bù chiều dài dao: G43; G44; G49 59
2.2.2.14 Chu trình gia công 60
2.3 Chương trình chính và chương trình con 69
Kết luận chương 2 71
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM SHOPMILL ĐỂ GIA CÔNG CHI TIẾT KHUÔN KHAY ĐỠ SẢN PHẨM 72
3.1 Giới thiệu chung về phần mềm ShopMill và hệ điều khiển Siemens 72
3.2 Những ưu điểm khi lập trình gia công trên phần mềm ShopMill 73
3.3 Các chức năng lập trình cơ bản của phần mềm ShopMill 76
3.3.1 Chức năng Khoan và Tarô (Drilling, Tapping) 76
3.3.1.1 Khoan tâm (Centering) 77
Trang 83.3.1.2 Khoan doa (Drilling reaming) 78
3.3.1.3 Khoan lỗ sâu (Depth hole drilling) 78
3.3.1.4 Doa lỗ (Boring) 79
3.3.1.5 Tarô ren (Tapping thread) 79
3.3.1.6 Vị trí lỗ (Positions) 80
3.3.2 Chức năng Phay 81
3.3.2.1 Phay mặt phẳng (Face milling) 81
3.3.2.2 Phay hốc (Pocket) 82
3.3.2.3 Phay đảo (Spigot) 84
3.3.2.4 Phay rãnh (Groove) 85
3.3.2.5 Phay chữ (Engraving) 87
3.3.3 Phay contour (Phay theo biên dạng) 88
3.3.3.1 Phay theo biên dạng (Path milling) 89
3.3.3.2 Phay hốc (Milling Pocket) 90
3.3.3.3 Phay phần vật liệu thừa của hốc do nguyên công trước để lại (Pocket.res.mat) 91
3.3.3.4 Phay đảo (Mill spigot) 91
3.3.3.5 Phay đảo đã có sẵn (Spigot resid material) 92
3.3.4 Các chức năng khác (Vari-ous) 92
3.3.4.1 Chức năng đánh dấu (Set mark) 93
3.3.4.2 Chức năng thực hiện lặp lại (Repetition) 94
3.3.4.3 Chương trình con (Subprogram) 94
3.3.4.4 Điểm gốc phôi (Workp zero) 94
3.3.4.5 Chức năng thiết lập (Setting) 95
Trang 93.3.4.6 Chức năng biến đổi (Transfor mations) 95
3.4 Gia công chi tiết khuôn khay đỡ sản phẩm trên phần mềm ShopMill 96
3.4.1 Bản vẽ tấm đẩy khuôn khay đỡ sản phẩm 96
3.4.2 Chương trình gia công tấm đẩy khuôn khay đỡ sản phẩm 96
3.4.2.1 Khai báo phôi và các tham số công nghệ 96
3.4.2.2 Gia công khỏa mặt chi tiết 97
3.4.2.3 Gia công tinh thành bao của chi tiết 97
3.4.2.4 Gia công lỗ 98
Kết luận chương 3 103
Tài liệu tham khảo 105
Trang 10Danh mục các kí hiệu, các chữ viết tắt
CNC (Computer Numerical Control) – Điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính
NC (Numerical Control) – Điều khiển số
CAM (Computer Aided Manufacturing) – Chế tạo có sự trợ giúp máy tính
Oxyz – Hệ trục tọa độ
M – Điểm không của máy
R – Điểm không gốc tọa độ trên máy
W – Điểm không của chi tiết
AC (Alternating Current) – Dòng điện xoay chiều
DC (Direct Current) – Dòng điện một chiều
PLC (Programable Logic Controller) – Thiết bị điều khiển lập trình
Trang 11Danh mục hình vẽ
Hình 1.1: Cấu tạo máy phay thông thường và máy phay CNC 17
Hình 1.2: Hệ thống điều khiển CNC 20
Hình 1.3: Điều khiển điểm – điểm 22
Hình 1.4: Các dạng chạy dao trong điều khiển điểm – điểm 22
Hình 1.5: Các dạng chạy dao trong điều khiển đường thẳng 23
Hình 1.6: Các dạng chạy dao trong điều khiển theo contour 24
Hình 1.7: Các dạng chạy dao trong điều khiển contour 2.5D 24
Hình 1.8: Các dạng chạy dao trong điều khiển contour 3D 25
Hình 1.9: Dao phay ngón đuôi trụ và dao phay ngón đuôi côn 26
Hình 1.10: Một số kết cấu đặc biệt của dao phay ngón 26
Hình 1.11: Một số loại dao phay mặt đầu 27
Hình 1.12: Máy phay CNC HAAS VF-1 28
Hình 1.13: Một số bộ phận mặt trước của máy phay CNC HAAS VF-1 30
Hình 1.14: Bảng điều khiển của máy phay CNC HAAS VF-1 33
Hình 2.1: Đo theo tọa độ tương đối 45
Hình 2.2: Lệnh G00 46
Hình 2.3: Đường đi của dao theo lệnh G01 47
Hình 2.4: Xác định mặt phẳng gia công trên trung tâm gia công 47
Hình 2.5: Lệnh G02, G03 48
Hình 2.6: Lệnh G03(G02) viết theo thống số I, J 49
Hình 2.7: Lệnh G03(G02) viết theo thống số R 49
Hình 2.8: Lệnh G03(G02) viết theo thống số I, K 50
Hình 2.9: Lệnh G03(G02) viết theo thống số R 50
Hình 2.10: Lệnh G03(G02) viết theo thống số J, K 51
Trang 12Hình 2.12: Lệnh G03 viết theo I, J 52
Hình 2.13: Đường đi của dao về điểm gốc của máy 55
Hình 2.14: Đường đi thẳng của dao về điểm gốc của máy với G91 56
Hình 2.15: Đường dịch chuyển của tâm dao khi bù 57
Hình 2.16: Hướng bù của G41 và G42 57
Hình 2.17: Ví dụ bù bán kính dao 58
Hình 2.18: Ví dụ bù chiều dài dao G43 59
Hình 2.19: Ví dụ bù chiều dài dao G44 59
Hình 2.20: Ví dụ bù chiều dài dao G43 60
Hình 2.21: Các điểm trong chu trình 62
Hình 2.22: Điểm R và Z theo G90 và G91 62
Hình 2.23: Chu trình dùng G98 hoặc G99 63
Hình 2.24: Chiều sâu q của mỗi lần cắt sau đó dừng lại để bẻ phoi… 64
Hình 2.25: Chu trình được lặp 4 lần 64
Hình 2.26: Lệnh M98 và M99 70
Hình 2.27: Chương trình con được gọi 4 lần 71
Hình 3.1: Màn hình nhập các thông số công nghệ 73
Hình 3.2: Chương trình NC 74
Hình 3.3: Màn hình giao diện hiển thị các thông số công nghệ 74
Hình 3.4: Màn hình mô phỏng và gia công hốc 75
Hình 3.5: Màn hình mô phỏng đường chạy dao 75
Hình 3.6: Màn hình Copy, Paste, … các bước công nghệ 76
Hình 3.7: Màn hình giao diện chức năng Khoan – Ta rô 76
Hình 3.8: Màn hình giao diện chức năng khoan tâm 77
Hình 3.9: Màn hình giao diện chức năng khoan doa 78
Trang 13Hình 3.10: Màn hình giao diện chức năng khoan lỗ sâu 78
Hình 3.11: Màn hình giao diện chức năng doa lỗ 79
Hình 3.12: Màn hình giao diện chức năng Tarô ren 79
Hình 3.13: Màn hình giao diện chức năng khoan theo tọa độ 80
Hình 3.14: Màn hình giao diện chức năng khoan theo đường thẳng 80
Hình 3.15: Màn hình giao diện chức năng khoan theo đường tròn 80
Hình 3.16: Màn hình giao diện chức năng phay 81
Hình 3.17: Màn hình giao diện chức năng phay hốc 82
Hình 3.18: Màn hình giao diện chức năng phay hốc tròn 83
Hình 3.19: Màn hình giao diện chức năng phay đảo hình chữ nhật 84
Hình 3.20: Màn hình giao diện chức năng phay đảo hình tròn 85
Hình 3.21: Màn hình giao diện chức năng phay rãnh dài 86
Hình 3.22: Màn hình giao diện chức năng phay rãnh theo đường tròn 87
Hình 3.23: Màn hình giao diện chức năng phay chữ 88
Hình 3.24: Màn hình giao diện chức năng phay contour 88
Hình 3.25: Màn hình giao diện chức năng phay theo biên dạng 89
Hình 3.26: Màn hình giao diện chức năng phay hốc 90
Hình 3.27: Màn hình giao diện chức năng phay phần vật liệu thừa 91
Hình 3.28: Màn hình giao diện chức năng phay đảo 91
Hình 3.29: Màn hình giao diện chức năng phay đảo đã có sẵn 92
Hình 3.30: Màn hình giao diện các chức năng khác 93
Hình 3.31: Màn hình giao diện các chức năng đánh dấu 93
Hình 3.32: Màn hình giao diện các chức năng thực hiện lặp lại 94
Hình 3.33: Màn hình giao diện chương trình con 94
Hình 3.34: Màn hình thông số điểm gốc của phôi 94
Trang 14Hình 3.35: Màn hình giao diện chức năng thiết lập 95
Hình 3.36: Màn hình giao diện chức năng biến đổi 95
Hình 3.37: Chi tiết gia công - tấm đẩy 96
Hình 3.38: Đặt tên chương trình NC 96
Hình 3.39: Màn hình khi thiết lập phôi 97
Hình 3.40: Thiết lập phay khỏa mặt cho chi tiết 97
Hình 3.41: Thiết lập phay contour cho chi tiết 98
Hình 3.42: Thiết lập chương trình khoan tâm 98
Hình 3.43: Thiết lập chương trình khoan lỗ Φ8 98
Hình 3.44: Thiết lập chương trình khoan lỗ Φ12 99
Hình 3.45: Thiết lập chương trình khoan lỗ Φ19 99
Hình 3.46: Chương trình gia công 99
Hình 3.47: Chi tiết khi gia công 103
Trang 15Danh mục bảng biểu
Bảng 1.1: Đặc trưng về mặt cấu tạo của các máy công cụ 17
Bảng 1.2: So sánh về chức năng của các máy công cụ 17
Bảng 1.3 Thông số kỹ thuật máy phay CNC HAAS VF-1 28
Bảng 1.4: Một số bộ phận của máy phay CNC HAAS VF-1 30
Bảng 1.5 Hướng dẫn sử dụng bàn phím chức năng 30
Bảng 2.1: Các lệnh G và ý nghĩa của các lệnh G 42
Bảng 2.2: Các lệnh M và ý nghĩa của các lệnh M 53
Bảng 2.3: Các loại chu trình 61
Trang 16LỜI MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Trong sự phát triển không ngừng của các thành tựu khoa học – công nghệ, đặc biệt là lĩnh vực điều khiển số và tin học đã cho phép các nhà chế tạo máy ứng dụng vào máy cắt gọt các hệ thống điều khiển ngày càng tin cậy hơn với tốc độ xử lý nhanh hơn và giá thành thấp hơn Tự động hóa sản xuất, phương thức cao nhất của
nó là sản xuất linh hoạt (dây chuyền nền) Trong đó máy điều khiển số CNC (Computer Numerical Control) đóng vai trò quan trọng nhất, sử dụng máy điều khiển số CNC cho phép giảm khối lượng gia công chi tiết, nâng cao độ chính xác gia công và hiệu quả kinh tế đồng thời cũng rút ngắn được chu kì sản xuất
Chính vì vậy, ngành cơ khí chế tạo đa số các nước phát triển trên thế giới cũng như nước ta hiện nay đầu tư các dây chuyền CNC ứng dụng vào sản xuất với hiệu quả kinh tế rất cao Vấn đề tài chính không còn là vấn đề đáng quan tâm của các doanh nghiệp khi đầu tư các máy công cụ điều khiển theo chương trình số, ngay cả các doanh nghiệp vừa và nhỏ cũng tự có thể trang bị được
Mục đích nghiên cứu
Luận văn này trình bày về đề tài: “Ứng dụng phần mềm Shopmill để gia công
khuôn khay đỡ sản phẩm trên máy phay CNC Haas-VF1” Mục đích của đề tài là:
Đưa ra những kiến thức cơ bản về tổng quan máy công cụ CNC (đặc điểm cấu tạo máy công cụ, các loại dụng cụ cắt trên máy công cụ CNC…) Biết các chức năng của máy phay CNC Haas-VF1 để sử dụng thành thạo máy phay CNC trong gia công thực tiễn Biết cách sử dụng một số phần mềm CAM, phần mềm Shopmill trong lập trình gia công Việc nghiên cứu về kỹ thuật lập trình trên máy phay CNC Haas-VF1
và sử dụng phần mềm Shopmill với hệ điều khiển Siemens nhằm nâng cao năng suất trong sản xuất
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu khái quát chung về máy CNC
- Khả năng công nghệ của máy phay CNC Haas-VF1
- Kỹ thuật lập trình với hệ điều khiển Siemens bằng phần mềm Shopmill V07.02 trên máy phay CNC Haas-VF1
Trang 17Phương pháp nghiên cứu
Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm trên máy phay CNC Haas-VF1 tại nhà máy cơ khí – Tập đoàn công nghệ Bkav
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết
- Tiến hành thực nghiệm
- Phân tích và đánh giá kết quả
Trong quá trình làm luận văn có thể sẽ có nhiều vấn đề đặt ra mà trong phạm
vi khả năng của tác giả còn hạn chế nên rất mong được các Thầy Cô chỉ bảo và góp
Trang 18CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 1.1 Khái quát máy công cụ thông thường và máy công cụ CNC
1.1.1 Đặc điểm máy cắt kim loại CNC
Máy cắt kim loại CNC cho phép tập trung nguyên công ở mức độ cao nhất, do máy có khả năng công nghệ cao, trên máy có thể thực hiện các nguyên công như: Tiện, Phay, Khoan, Doa, Ta rô…
Tốc độ trục chính và tốc độ chạy dao được điều chỉnh vô cấp, do vậy việc lựa chọn chế độ cắt rất hợp lý
Máy CNC cho độ chính xác gia công cao, nó thực hiện lượng dịch chuyển chính xác tới 0,001 mm
Đối với các công cụ thông thường để thực hiện gia công chi tiết người công nhân thường dùng tay để điều khiển máy (có một số chuyển động cắt và chuyển động chạy dao do máy thực hiện) Người công nhân căn cứ vào phiếu công nghệ để thực hiện gia công chi tiết đạt các yêu cầu kỹ thuật đặt ra Đối với máy công cụ thông thường, năng suất và chất lượng sản phẩm phụ thuộc rất nhiều vào tay nghề của công nhân Mặc dù còn nhiều hạn chế nhưng các máy công cụ thông thường hiện nay vẫn còn được sử dụng rất rộng rãi với lý do là vốn đầu tư thấp và phù hợp với nền sản xuất cơ khí nhỏ
Đối với các máy công cụ NC thì việc điều khiển các chức năng của máy được quyết định bằng các chương trình đã lập sẵn
Hình 1.1 cho thấy sự khác nhau về mặt cấu tạo giữa máy công cụ thường và máy công cụ CNC
Trang 19Hình 1.1: Cấu tạo máy phay thông thường và máy phay CNC
- Những đặc trưng khác nhau về mặt cấu tạo như bảng sau:
Bảng 1.1: Đặc trưng về mặt cấu tạo của các máy công cụ
Truyền động
chính
servo Truyền động
- Truyền động vít me – đai ốc bi
- Về các chức năng cơ bản giữa máy công cụ thường và máy công cụ NC, CNC như bảng sau:
Bảng 1.2: So sánh về chức năng của các máy công cụ Máy công cụ truyền
Dữ liệu vào: Chương trình NC nhập vào bộ điều khiển qua bàn phím, đĩa hoặc giao diện dữ liệu (Serial, bus) Một số chương trình NC được lưu ở bộ nhớ trong
Trang 20Điều khiển thủ
công: Công nhân
đặt thủ công các giá
trị công nghệ (số
vòng quay, lượng ăn
dao, lượng chạy
dao), điều khiển
bằng các lăng tay
gạt
Điều khiển NC: Bộ điều khiển NC xử lý thông tin về tốc độ, lượng chạy dao
chương trình và truyền các tín hiệu điều khiển tương ứng tới các thành phần tương ứng của máy NC
Điều khiển CNC: Cụm vi tính tích hợp trong bộ điều khiển CNC và phần mềm tương ứng quản lý tất cả các chức năng điều khiển của máy CNC Các bộ nhớ trong được sử dụng để lưu chương trình, dữ liệu về thiết bị, dụng cụ; số liệu bù dao; chu kỳ tự do và chu
kỳ cố định Phần mềm kiểm lỗi được tích hợp trong bộ điều khiển CNC
thước: Công nhân
thỉnh thoảng đo
kiểm tra kích thước
của chi tiết, trong
Kiểm tra kích thước: Máy CNC đảm bảo độ ổn định kích thước chi tiết gia công nhờ có sự phản hồi liên tục của
hệ thống đo và các động cơ servo Các cảm biến tích hợp, tạo khả năng kiểm soát kích thước trong quá trình gia công Song song với gia công, bộ điều khiển CNC có khả năng hoạt động liên tục kiểm nghiệm và tối ưu chương trình NC mới
1.1.2 Cấu tạo của máy công cụ NC
- Trục chính của máy CNC cần để truyền công suất cần thiết gia công chi tiết, tạo ra chuyển động quay chi tiết trên máy tiện và quay dao trên máy phay Máy CNC cần có một bộ truyền có tính ổn định cao để định vị gia công không bị thay đổi khi tải gia công lớn và phải có tính động lực học đủ làm chủ sự thay đổi tốc độ nhanh mà không bị quá đích Để hiệu quả, động cơ cần phải đạt được momen max trên toàn bộ khoảng thay đổi tốc độ Điều này khó đạt vì thường momen của động
cơ giảm tại tốc độ cao (động cơ không đồng bộ), một số động cơ không có khả năng cho momen cực đại tại điểm có tốc độ thấp (động cơ một chiều) Nhờ tiến bộ của
Trang 21công nghiệp vi điện tử Ngày nay động cơ điện xoay chiều (AC) 3 pha thường được
sử dụng để chạy trục chính máy CNC Nhược điểm điều khiển phức tạp, số vòng quay của AC trở nên không đáng kể do sự giảm giá nhanh chóng các bộ điều khiển điện tử (điều khiển tốc độ nhờ bộ chuyển đổi – convertor) Lợi thế đáng kể của AC
so với động cơ DC như: cùng kích thước nhưng số vòng quay cao hơn tới 3 lần và công suất đầu ra tốt hơn Động cơ này hoạt động không có chổi than, vòng góp nên không cần những bảo dưỡng tương ứng
- Các trục chạy dao thường đặt với kí tự X, Y, Z Máy tiện CNC có ít nhất 2 trục chạy dao X, Z có thể điều khiển Đó là chuyển động kết hợp của bàn trượt Máy phay CNC có 3 trục X, Y, Z, có thể điều khiển CNC, hai trong số đó là chuyển động của bàn máy và trục thứ 3 là chuyển động trục chính
- Các trục quay và trục chạy dao phụ: Bên cạnh các chuyển động thẳng dọc trục X,Y, Z máy CNC còn có thể thực hiện điều khiển chuyển động quay quanh các trục Các trục quay này được kí hiệu là A, B, C Một số máy CNC có bàn máy hoặc đầu trục quay Trên đó phôi có thể được gia công theo một số góc nghiêng phù hợp Các trục này được điều khiển như các trục quay độc lập hoặc như các trục quay phối hợp tạo nên những điều khiển 4,5 hoặc 6 trục Các trung tâm gia công ngoài các trục quay cơ bản cho bàn máy và đầu các trục chính, còn có các trục chạy dao
bổ sung Các trục chạy dao bổ sung chỉ có thể được điều khiển khi các bộ truyền động của trục X, Y, Z ở trạng thái tĩnh Chuyển động trục W chỉ có thể được sử dụng để gia công lỗ khoan theo mọi hướng Các trục chạy dao bổ sung cho các trục
X, Y, Z được gọi là U, V, W
- Các phương tiện thay dao cụ: Máy công cụ CNC thường được trang bị với
bộ thay đổi tự động Tùy theo phạm vi áp dụng và kiểu mà các bộ dụng cụ này có thể đồng thời lấy một số dao cụ khác nhau vào việc đặt dao cụ vào vị trí làm việc được gọi bởi câu lệnh của chương trình NC Bộ thay đổi dụng cụ có thể ở dạng đài dao hoặc magazine dụng cụ
1.2 Hệ thống điều khiển CNC
1.2.1 Kết cấu và chức năng điều khiển CNC
Trang 22Máy tính
Giao diện điều khiển trục
Cung cấp nguồn
Máy công
cụ
Nhập dữ liệu Xử lý dữ liệu Xuất dữ liệu
1-CNC 2-Xử lý công nghệ 3-Xử lý hình học
4-Điều chỉnh dịch chuyển 5-Điều khiển các trục X,Y,Z
6-Giá trị hiện thời
Hình 1.2: Hệ thống điều khiển CNC
- Nhập dữ liệu liên quan đến giao diện: hệ điều khiển – người điều khiển Hệ điều khiển gồm: bảng điều khiển và một số nối kết với các bộ lưu trữ tin ngoài (đĩa mềm, băng từ, máy in)
- Xử lý dữ liệu: máy tính là trái tim của hệ điều khiển CNC, xử lý dữ liệu, thực hiện tất cả các phần tính toán và những liên quan logic
- Xuất dữ liệu: liên quan đến giao diện hệ điều khiển máy công cụ, xuất tín hiệu điều khiển trục và nguồn cung cấp năng lượng
Trang 23có xem xét các giá trị chạy dao hiện thời Các chuyển dịch được tạo ra như vậy được kiểm tra liên tục bởi vòng quay điều khiển kín vị trí trục
Ví dụ chương trình NC gồm các chỉ lệnh tác động để máy phay dịch chuyển dụng cụ một khoảng (VD: 105 mm), máy tính sẽ thực hiện như sau:
1- Bộ vi xử lý đọc được chỉ thị này, tính vị trí đích và khởi động bộ truyền động chạy dao tương ứng
2- Hệ thống đo di chuyển luôn phản hồi vị trí của dụng cụ tại thời điểm bất
kỳ về bộ điều khiển Bộ vi xử lý so sánh vị trí đó với vị trí đích Nếu chưa đạt, truyền động chạy dao tiếp tục chạy Nếu đã đạt, truyền động chạy dao dừng và câu lệnh tiếp theo của chương trình NC được đọc
3- Lặp lại các bước 1 và 2
Việc xử lý dữ liệu trong bộ vi xử lý có thể được người điều hành thay đổi tại tất cả thời điểm thông qua bảng điều khiển (Tác động một chức năng cụ thể nào đó)
Có một số hệ điều khiển CNC được kết hợp với PLC (xử lý các mạng logic)
1.2.3 Các dạng điều khiển hình học trên máy công cụ CNC
Các máy NC khác nhau có khả năng gia công được các bề mặt khác nhau như: các lỗ, mặt phẳng, các mặt định hình Do đó các dạng điều khiển của máy cũng được chia ra thành: Điều khiển điểm – điểm, điều khiển theo đường thẳng và điểu khiển theo contour (điều khiển biên)
1.2.3.1 Điều khiển điểm điểm
Điều khiển điểm – điểm (hay điều khiển theo vị trí) được dùng để gia công các
lỗ bằng phương pháp khoan, khoét, doa và cắt ren lỗ Ở đây chi tiết gia công được
Trang 24trình Khi đạt tới điểm đích dao bắt đầu cắt Tuy nhiên cũng có trường hợp dao không dịch chuyển mà bàn máy dịch chuyển Mục đích cần đạt là các kích thước a,
b, c, d, đ, e phải chính xác, còn quỹ đạo chuyển động là của dao hay của bàn máy đều không có ý nghĩa (hình 1.3)
Hình 1.3: Điều khiển điểm – điểm
Vị trí của các lỗ có thể được điều khiển đồng thời theo hai trục (hình 1.4a) hoặc điều khiển kế tiếp nhau (hình 1.4b) Trong trường hợp chạy dao đồng thời theo hai trục X, Y thì quỹ đạo chuyển động tạo thành một góc α so với trục nào đó (ví dụ trên hình 1.4a góc hợp thành giữa quỹ đạo chuyển động của dao và trục X là α)
a) Điều khiển đồng thời theo 2 trục b) Điều khiển kế tiếp
Hình 1.4: Các dạng chạy dao trong điều khiển điểm – điểm Trong trường hợp chạy dao độc lập thì trước hết dao chạy song song với trục
Y tới điểm 1’ (lúc này tọa độ của X không thay đổi) sau đó dao chạy theo trục X để tới điểm đích 2 Như vậy các chuyển động của dao theo các trục hoàn toàn độc lập với nhau
1.2.3.2 Điều khiển đường thẳng
Điều khiển đường thẳng là dạng điều khiển mà khi gia công dụng cụ cắt thực hiện lượng chạy dao theo một đường thẳng nào đó Trên máy tiện dụng cụ cắt
Trang 25chuyển động song song hoặc vuông gócvới trục của chi tiết (trục Z), hình 1.5a Trên máy phay dụng cụ cắt chuyển động song song với trục Y hoặc song song với trục X (quỹ đạo được xác định theo chiều mũi tên), hình 1.5b Ta thấy trong cả hai trường hợp trên đây dụng cụ cắt chuyển động độc lập theo từng trục một (không có quan hệ ràng buộc với trục khác) Dạng điều khiển này được dùng cho các máy phay và máy tiện đơn giản
Hình 1.5: Các dạng chạy dao trong điều khiển đường thẳng
1.2.3.3 Điều khiển dạng biên (điều khiển contour)
Điều khiển theo biên dạng (theo contour) cho phép chạy dao trên nhiều trục cùng lúc Ví dụ, trên hình 1.6 cho thấy điều khiển theo contour trên máy tiện (hình 1.6a) và trên máy phay (hình 1.6b)
Trong cả hai trường hợp trên dụng cụ cắt chuyển động đồng thời theo cả hai trục để tạo ra một biên vừa có phần thẳng, vừa có phần cong Ở đây, các chuyển động theo các trục có mối liên hệ hàm số ràng buộc với nhau Dạng điều khiển này được ứng dụng trên các máy tiện, máy phay và các trung tâm gia công Tùy theo số trục được điều khiển đồng thời khi gia công người ta phân biệt: điều khiển contour 2D, điều khiển contour 212D và điều khiển contour 3D (D là Dimension hay kích thước)
Trang 26Hình 1.6: Các dạng chạy dao trong điều khiển theo contour
a Điều khiển contour 2D
Điều khiển contour 2D cho phép thực hiện chạy dao theo hai trục
đồng thời trong một mặt phẳng gia công Ví dụ trong mặt phẳng XZ hoặc XY trên hình 1.7 Trục thứ ba được điều khiển hoàn toàn độc lập với hai trục kia Có thể hiểu rõ hơn khi trên máy phay CNC có 3 trục: 2 trục được sử dụng để phay contour (hình 1.4b), còn trục thứ 2 (trục Z) thực hiện ăn dao theo chiều sâu cắt và được điều khiển không phụ thuộc vào hai trục kia
b Điều khiển contour 2𝟏𝟐D
Điều khiển contour 21
2D cho phép ăn dao đồng thời theo hai trục nào đó để gia công bề mặt trong một mặt phẳng nhất định Trên máy CNC có ba trục X, Y, Z sẽ điều khiển đồng thời được X và Y, X và Z hoặc Y và Z (hình 1.7) Trên máy phay điều này có nghĩa là chiều sâu cắt có thể được thực hiện bất kỳ một trục nào đó trong ba trục, còn hai trục kia để phay contour Trên hình 1.7 các đường 1,2,3 là các quỹ đạo chuyển động của các tâm dao phay Như vậy thông qua các chức năng G của chương trình gia công ta có thể chuyển từ bề mặt gia công này sang bề mặt gia công khác
Hình 1.7: Điều khiển contour 2𝟏𝟐D
c Điều khiển contour 3D
Điều khiển contour 3D cho phép đồng thời chạy dao theo trục X, Y, Z (Cả ba trục chuyển động hòa hợp với nhau hay quan hệ ràng buộc hàm số, hình 1.8)
Ta thấy contour được gia công do cả 3 lượng chạy dao theo 3 trục X, Y, Z tạo thành Điều khiển contour 3D được ứng dụng để gia công các khuôn mẫu, gia công các chi tiết có bề mặt không gian phức tạp
Trang 27Contour được gia công
Hình 1.8: Điều khiển contour 3D
1.3 Dụng cụ cắt trên máy phay CNC
1.3.1 Dao phay ngón
Năng suất và độ chính xác trên máy gia công CNC phụ thuộc rất nhiều vào
dụng cụ cắt Do đó dụng cụ trên máy CNC phải đáp ứng được những yêu cầu sau đây:
- Có tính cắt gọt ổn định
- Có khả năng tạo phoi và thoát phoi tốt
- Có tính vạn năng cao để có thể gia công được những bề mặt điển hình của
nhiều chi tiết khác nhau trên các máy khác nhau
- Có khả năng thay đổi nhanh khi cần gá dao khác để gia công chi tiết khác
loại hoặc khi dao bị mòn
- Có khả năng điều chỉnh kích thước ở ngoài vùng gia công khi sử dụng những
dụng cụ phụ
Như vậy, trong trường hợp không thể dùng những dụng cụ thường để gia công
trên các máy điều khiển số CNC Hiện nay để gia công trên các máy CNC người ta
thiết kế những loại dao đặc biệt và một số loại dao tiêu chuẩn
Dao phay thông dụng trên máy phay CNC là dao phay ngón Vật liệu phần cắt
là các loại thép gió như P6M5, P6M5K5, P5X10, P18 và các loại hợp kim cứng BK,
TK Các dao phay ngón có đường kính đến φ12mm được chế tạo từ thép gió liền
khối, còn các dao phay có đường kính > 12mm thì phần cắt là thép gió có phần thân
là thép cacbon Hình 1.9 là loại dao phay ngón chuôi côn và dao phay ngón chuôi
Trang 28Hình 1.9: Dao phay ngón chuôi trụ và dao phay ngón chuôi côn
Dao phay ngón dùng trên máy CNC có hai loại: loại tiêu chuẩn và loại chuyên dùng
Một số kết cấu đặc biệt của dao phay ngón được trình bày trên hình 1.10
Dao phay ngón 2 me cắt bằng hợp kim cứng
Dao phay ngón 4 me cắt bằng thép gió (HSS)
Dao phay ngón 3 me cắt bằng thép gió
Dao phay ngón 5 me cắt bằng thép gió
Hình 1.10: Một số kết cấu đặc biệt của dao phay ngón
1.3.2 Dao phay mặt đầu
Dao phay mặt đầu cũng được sử dụng trên máy phay CNC và phần lớn chúng được tiêu chuẩn hóa Các dao phay mặt đầu là những dao có răng chắp với lưỡi cắt bằng hợp kim cứng hoặc gốm
Trang 29Hình 1.11: Một số loại dao phay mặt đầu
Trang 301.4 Đặc điểm, cấu tạo của máy phay CNC HAAS VF-1
1.4.1 Đặc điểm chung của máy phay CNC HAAS VF-1
Máy phay CNC HAAS VF-1 là sản phẩm của công ty liên hợp tự động hóa Haas, nó là một máy công cụ tự động với các hệ điều khiển chạy theo chương trình lập trình và hệ thống thay dao tự động, với hệ thống ổ dao gồm 20 vị trí
Hệ thống truyền động gồm có:
- Hệ truyền động chính (main drive)
- Hệ truyền ăn dao theo 3 phương (trục X, trục Y, trục Z)
- Truyền động tự động đóng mở cửa
- Hệ thống làm mát
- Hệ thống bôi trơn
Hình 1.12: Máy phay CNC HAAS VF-1
1.4.2 Thông số kỹ thuật của máy phay CNC HAAS VF-1
Bảng 1.3 Thông số kỹ thuật máy phay CNC HAAS VF-1
TT Thông số kỹ thuật (Specification) Đơn vị (Unit) CNC HAAS VF-1
2 Hành trình trục X, Y, Z (Travel X/Y/Z axis) mm 505x406x508
3 Khoảng cách từ trục chính tới bàn máy
Trang 315 Trọng tải của bàn (Table road capacity) Kg 1361
18 Kích thước máy (Dimension) mm 2515x3200x2769
1.4.3 Những tính năng chính
Máy CNC HAAS VF-1 là máy phay đứng CNC với độ chính xác cao, độ cứng
vững tuyệt vời, độ ồn thấp và phạm vi xử lí rộng Dễ dàng vận hành và bảo trì thuận
tiện Máy này có thể tự động phay mặt phẳng, rãnh, bề mặt nghiêng và tất cả các
loại đường phức tạp Nó cũng có thể gia công khoan, khoét, doa…
+ Trục vít me bi được kéo Nó làm việc chính xác trong suốt thời gian làm
việc của máy Có 3 vòng dừng ở cuối của 3 trục vít me bi Nó có thể đảm bảo không
gây nguy hiểm khi chạy quá hành trình
Trang 321.4.4 Cấu tạo máy phay CNC HAAS VF-1
1.4.4.1 Các bộ phận bên ngoài của máy
Hình 1.13: Một số bộ phận mặt trước của máy phay CNC HAAS VF-1
1 Cánh cửa chính của máy
2 Cabin
3 Bảng điều khiển máy
1.4.4.2 Các bộ phận cơ bản khác của máy
Bảng 1.4 Một số bộ phận của máy phay CNC HAAS VF-1
Trang 334 Trục vít me bi
7 Thanh trượt ngang
9 Vỏ bảo vệ bên ngoài
10 Bảng kiểm soát hệ thống
Trang 351.4.4.3 Các phím chức năng trên bảng điều khiển của máy
Hình 1.14: Bảng điều khiển của máy phay CNC HAAS VF-1
Bảng 1.5 Hướng dẫn sử dụng bàn phím chức năng
3
Dừng tất cả các chuyển động của máy, bao gồm các động cơ servo, trục chính, bộ thay đổi dụng cụ và bơm làm mát Nó cũng dừng các trục phụ
máy
5
Sẽ khởi động một chương trình đang chạy trong MEM hoặc MDI, tiếp tục chuyển động sau FEED HOLD
Trang 366 Sẽ dừng các chuyển động các trục cho đến khi
CYCLE START được ấn
7
Dừng tất cả các chuyển động của máy và đặt con trỏ chương trình ở đình chương trình hiện hành
8
Tự động cho giá trị ban đầu vào máy khi bật điện Sau khi bật điện, khi phím này được ấn các trục về vị trí không và một dụng cụ được lắp vào trục chính
9
Sử dụng trong soạn thảo các đồ họa, nền soạn thảo và cho sự giúp đỡ để chấp hành các chức năng đặc biệt
đặt bộ phận
MDI, quay trở về không hoặc điều chỉnh tay
trong quá trình cài đặt bộ phận
14
Khi đã ấn trước một trong các phím quanh phím JOG LOCK, trục được di chuyển trong chuyển động tiếp theo mà không cần giữ các phím bị ấn
vị trí làm việc
Trang 3717 Đổi chiều quay của mũi khoan theo chiều
ngược lại
cao hơn, nếu có thể được
xuống thấp hơn, nếu có thể được
thống làm mát và ấn lần nữa để tắt hệ thống
ăn dao được lập trình và tốc độ trục chính
23
Chọn dữ liệu vào bộ nhớ đệm sau khi con trỏ hiện hành định vị Ngoài ra có thể sao chép cả khối lệnh trong chương trình
24
Thay đổi mục mà con trỏ trên dữ liệu trong bộ nhớ đệm vào Đặt một chương trình MDI trên danh sách chương trình
trở lại đến 9 lần soạn thảo trước đó
được chấp hành
Trang 3829 Kiểm tra chuyển động của máy thực tế mà
không có vật gia công
đó
mức chia trên nút điều chỉnh
được chỉ rõ trên bộ nhớ đệm đầu vào
không độc lập
Trang 3944
Chế độ liệt kê các chương trình và hiển thị một danh sách các chương trình trong hệ điều khiển
45
Tạo cho chương trình hiện hành được chiếu sáng trên danh sách scủa chương trình Chương trình hiện hành sẽ có dấu hoa thị đặt trước đó
dài dao và vị trí dầu làm nguội
chương tình và vị trí trong suốt thời gian chạy
và có thông báo hiện trên màn hình
xác định đặc tính của máy
người dung
Help 2 lần sẽ hiển thị trợ giúp
1.4.5 Điều kiện kỹ thuật làm việc của máy
- Nguồn điện: 3 pha AC380V ±10%
- Tần số: 50/60 Hz
- Áp suất không khí: 0,65Mpa
Trang 40- Điện trở tiếp đất: 0 - 40˚C
- Độ ẩm tương đối: ≤ 75% (không có nước)
- Ô nhiễm cấp: Không có ô nhiễm với bụi điện dẫn
- Tổng công suất 18 KVA
- Hệ thống điện trong máy tạo ra từ mạch tích hợp bán dẫn và các thành phần bán dẫn Do ảnh hưởng từ môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, bụi bẩn và độ rung, cũng như thay đổi các thành phần khác theo thời gian, nên cần thiết để máy trong phòng điều hòa và thường xuyên vận hành máy
Kết luận chương 1
Đối với người làm công tác thiết kế, chế tạo đặc biệt là trong lĩnh vực Cơ khí chế tạo máy, ngoài việc phải nắm thật chắc các Công nghệ Chế tạo máy cổ điển thì việc cập nhật, tiếp thu các phần mềm ứng dụng, các máy móc thiết bị hiện đại trên thế giới trong lĩnh vực chuyên nghành là hết sức cần thiết Không ngừng học tập,nghiên cứu và ứng dụng chúng một cách linh hoạt giúp ta có các giải pháp tối ưu nhất, tiết kiệm chi phí cũng như thời gian rất nhiều với từng loại sản phẩm cụ thể Nghiên cứu, áp dụng Công nghệ CNC mà chủ đạo là các máy công cụ CNC và các phần mềm thiết kế cơ khí vào các sản phẩm cụ thể giúp cho chúng ta nâng một bước trên con đường thiết kế và chế tạo các sản phẩm một cách chính xác, tin cậy, tiết kiệm chi phí cũng như nâng cao khă năng cạnh tranh với các đối tác cùng chuyên nghành