Nghiên cứu về hệ cung ứng dụng cụ gia công cnc tìm hiểu chức năng bù dao và ứng dụng trong lập trình gia công cnc cho phay, khoan và tiện với đôí tượng gia công cụ thể

* Năm 1949-1952: John Parsons và Viện công nghệ MIT đã nghiên cứu theo hợp đồng của không quân Mỹ US Air Force một hệ thống dùng cho các máy công cụ để điều khiển trực tiếp vị trí của c

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

 *** 

NGUYỄN VĂN THĂNG

NGHIÊN CỨU VỀ HỆ CUNG ỨNG DỤNG CỤ GIA CÔNG CNC TÌM HIỂU CHỨC NĂNG BÙ DAO VÀ ỨNG DỤNG TRONG LẬP

TƯỢNG GIA CÔNG CỤ THỂ

CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ

LUẬN VĂN THẠC SỸ: NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

HÀ NỘI - 2004

1.2 C¸c lo¹i m¸y vµ hÖ dông cô gia c«ng CNC 19

Ch-¬ng 2 HÖ dông cô dïng cho m¸y gia c«ng cnc 28

2.5 §iÒu chØnh dông cô tr-íc khi gia c«ng 40

Ch-¬ng 3 Chøc n¨ng hiÖu chØnh vµ bï dao 53

3.1.1 HiÖu chØnh ®-êng kÝnh (b¸n kÝnh) dao 54

3.2.4 C¸c lÖnh hiÖu chØnh b¸n kÝnh mòi dao G40, G41, G42 79 3.2.5 Bï dao theo tµi liÖu FANUC SERIES 0, FANUC SERIES 00,

FANUC SERIES 0 - MATE FOR LATHE OPERATOR,S MANUAL.

Lời nói đầu

Ngày ngay, việc đ-a các máy gia công CNC vào quá trình chế tạo sản phẩm cơ khí là một giải pháp có thể mang lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao Các loại máy CNC có những đặc tính -u việt nổi bật mà các loại máy công cụ truyền thống không có đ-ợc nh-:

- Các loại máy CNC đạt độ chính xác cao, có thể  0,001mm trong khi các loại máy truyền thống chỉ có thể đạt  0,01mm

- Năng suất khi gia công trên máy CNC gấp 3 lần các loại máy th-ờng

- Có thể gia công các bề mặt không gian phức tạp nh- gia công các hốc, các biên dạng phức tạp mà máy th-ờng không thực hiện đ-ợc

- Có thể tự động hoá trong quá trình sản xuất

Bên cạnh tính -u việt đó, thì các loại máy gia công CNC rất đắt tiền Giá của một chiếc máy có thể hàng vạn hoặc hàng triệu USD Vì thế hàng năm ngân sách Nhà n-ớc phải bỏ ra nhiều tỷ đồng để mua sắm các thiết bị trên Vấn đề cấp thiết ở n-ớc ta là phải sử dụng và khai thác các loại máy CNC

đã đ-ợc đầu t- với hiệu quả cao nhất; đồng thời phải tổng kết kinh nghiệm khai thác và sử dụng các loại máy hiện đại này trong sản xuất cơ khí để tìm ra những giải pháp có hiệu quả cao hơn Muốn vậy, khi khai thác các loại máy CNC cần l-u ý các vấn đề chính sau:

Thứ nhất: Phải quan tâm chuẩn bị nguồn nhân lực kỹ thuật để tiếp nhận

chuyển giao công nghệ – vận hành máy và dịch vụ bảo trì kỹ thuật trong quá trình sử dụng máy, có thể lập trình NC thành thạo

Thứ hai: Khi trang bị các loại máy phải đồng bộ: giữa máy với hệ dao cụ;

phần cứng và các phần mềm cài đặt theo

Thứ ba: Phải khai thác hiệu quả các chức năng của máy nh-: bù dao; các

chu trình gia công

Nếu trong quá trình sử dụng các máy CNC mà không khai thác hết các chức năng của nó thì dẫn đến một sự lãng phí vô cùng lớn, làm cho giá thành sản phẩm rất cao mà thị tr-ờng khó có thể chấp nhận, các sản phẩm sẽ không thể cạnh tranh đ-ợc trên thị tr-ờng

Với luận văn “Nghiên cứu hệ cung ứng dụng cụ gia công CNC, tìm

hiểu chức năng bù dao và ứng dụng trong lập trình gia công CNC cho Phay/Khoan và Tiện với đối t-ợng gia công cụ thể” góp phần làm rõ thêm

về tính hiệu quả khi khai thác khả năng dao cụ CNC trong giải pháp đồng bộ gia công CNC

Luận văn gồm những nội dung chính nh- sau:

- Ch-ơng 1 Tổng quan về công nghệ trên máy gia công CNC

- Ch-ơng 2 Hệ dụng cụ gia công CNC

- Ch-ơng 3 Chức năng bù dao gia công CNC

- Ch-ơng 4 ứng dụng chức năng bù dao gia công CNC cho chi tiết cơ khí

Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo h-ớng dẫn PGS.TS Trần Xuân Việt và các Thầy Cô trong Bộ môn Công nghệ Chế tạo máy – Tr-ờng Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện để Em hoàn thành Luận văn này

Ng-ời thực hiện đề tài

Nguyễn Văn Thăng

Ch-ơng 1

Tổng quan về công nghệ trên máy gia công

điều khiển theo ch-ơng trình số (NC, CNC)

1.1 Khái niệm chung về gia công CNC

Điều khiển số (NC = Numerical Control) trong 30 năm qua đã tác động tới ngành chế tạo máy, đã tao ra những máy mới và công cụ tự động hoá cơ khí mới Ngày nay, máy điều khiển số (CNC-Machine) là thành phần cơ bản của hệ thống gia công linh hoạt Để có thể đáp ứng yêu cầu cao, từng kiểu máy phải có khả năng đảm nhận những chức năng điều khiển nhất định

Trong thời kỳ đầu ch-a có máy điều khiển số phù hợp Ng-ời ta ch-a nhận biết đ-ợc những yêu cầu phụ phát sinh khi lắp đặt hệ thống điều khiển số (NC) vào máy th-ờng và phải thay đổi gì về kết cấu máy Do vậy ng-ời ta bắt

đầu từ các máy phay và tiện, những máy này đã đ-ợc chế tạo phù hợp với ph-ơng thức điều khiển theo ch-ơng trình hoặc đ-ợc trang bị cơ cấu chép hình

và trên cơ sở đó trang bị cho chúng các hệ thống đo và hệ khởi động dùng cho chế độ điều khiển số (NC) Nhờ đó, chỉ sau một số năm một thế hệ máy mới

ra đời, đó là máy điều khiển số (NCM = Numerical Control Maschine)

ý t-ởng về điều khiển máy bằng các lệnh đ-ợc nhớ, nh- ngày nay đã

đ-ợc thực hiện ở các máy CNC có từ thế kỷ 14 Kỹ thuật này bắt đầu với các trò chơi đánh chuông đ-ợc điều khiển bằng các trục quay có cắm các tăm điều khiển chạm vào chuông

Sau đây là các mốc quan trọng đáng ghi nhớ về quá trình phát triển kỹ thuật điều khiển bằng số:

* Năm 1808: Joseph M Jacquard đã dùng bìa tôn đục lỗ để điều

khiển các máy dệt Vật mang tin có thể thay thế đ-ợc dùng để điều khiển máy

đã phát minh chính là bìa tôn có đục các lỗ

* Năm 1863: M Fourneaux đã sáng chế ra đàn d-ơng cầm tự động, có tên gọi nổi tiếng thế giới là Pianola, có dùng một băng giấy khổ rộng 30 cm,

với các lỗ t-ơng ứng để điều tiết khí nén, tác động lên hệ phím ấn cơ khí tạo ra nhạc điệu Ph-ơng pháp này đã đ-ợc tiếp tục phát triển để sau đó có thể điều

khiển cả âm l-ợng, áp lực ấn các phím và tốc độ cuộn của băng giấy Băng giấy đã trở thành vật mang tin và kỹ thuật điều khiển các chức năng phụ đã

đ-ợc phát minh

* Năm 1938: Claude E Shannon đã đạt đ-ợc thành công với luận án tiến sĩ ở viện công nghệ M.I.T (Massachusetts Institute of Technology) tính

toán và chuyển giao nhanh giữ liệu ở dạng nhị phân (binary date) có vận dụng

lý thuyết đại số BOOL (Bool Algebra) và xác nhận công tắc điện tử là thành

phần hiện thực duy nhất cho giải pháp này Những nền tảng cơ sở của máy tính ngày nay, kể cả kỹ thuật điều khiển số đã đ-ợc chuẩn bị

* Năm 1946: Tiến sĩ John W Mauchly và tiến sĩ J Presper Eckert đã

cung cấp máy tính số điện tử đầu tiên có tên là ANIAC cho quân đội Mỹ Cơ

sở của kỹ thuật xử lý số liệu điện tử đã đ-ợc tạo lập

* Năm 1949-1952: John Parsons và Viện công nghệ MIT đã nghiên

cứu theo hợp đồng của không quân Mỹ (US Air Force) một hệ thống dùng cho các máy công cụ để điều khiển trực tiếp vị trí của các trục vít me bằng đầu ra của một máy tính và chứng minh chức năng thông qua gia công một chi tiết

Parsons đã công bố bốn luận điểm cơ bản về ý t-ởng này nh- sau:

1 L-u trữ (nhớ) các vị trí đã tính toán ở bìa đục lỗ (Punched cards)

2 Các bìa đục lỗ đ-ợc đọc trên máy

3 Các vị trí đã đ-ợc đọc phải đ-ợc thông báo liên tục và các giá trị trung gian bổ sung phải đ-ợc tính toán, sao cho

của các trục

Các chi tiết tích hợp ngày càng phức tạp dùng trong công nghiệp máy bay cần đ-ợc chế taọ với máy này Những chi tiết này một phần đã đ-ợc mô tả chính xác với các dữ liệu toán học, nh-ng rất khó gia công thủ công Mối liên kết giữa máy tính (Computer) và kỹ thuật NC đã là tiền đề khi khởi đầu quá trình phát triển này

* Năm 1952: Trong viện công nghệ MIT đã vận hành máy công cụ

điều khiển số đầu tiên Đó là máy CINCINNATI HYDROTEL có trục vit me

thẳng đứng Hệ điều khiển có cấu tạo gồm nhiều đèn điện tử (electronic

Tubes), tạo khả năng chuyển động đồng thời ba trục, tức là nội suy đ-ờng thẳng đồng thời theo ba trục (3D Linearinterpolation) và nhận dữ liệu qua băng đục lỗ mã nhị phân (Binary Code Punched band)

* Năm 1954: Bendix đã mua các bản quyền phát minh của Parsons và

chế tạo ra hệ điều khiển NC hoàn chỉnh đầu tiên có dùng các đèn điện tử

* Năm 1957: Không quân Mỹ (US Air Force) đã lắp đặt những máy

phay NC đầu tiên trong các x-ởng của mình

* Năm 1958: Ngôn ngữ lập trình biểu t-ợng hoá (symbolish) đầu tiên là APT (Automatically programmed Tool = Công cụ lập trình tự động) đã đ-ợc

giới thiệu trong quan hệ liên kết với máy tính IBM 704

* Năm 1960: Các hệ điều khiển NC trong kỹ thuật đèn bán dẫn

(transitor) đã thay thế các hệ điều khiển cũ (dùng đèn relais và đèn điện tử )

* Năm 1965: Giải pháp thay dụng cụ tự động ATC (Automatic Tool

Change) đã nâng cao trình độ tự động hoá khâu gia công

* Năm 1968: Kỹ thuật mạch tích hợp IC (Integrated Circuits) đã làm

cho hệ điều khiển nhỏ gọn và tin cậy hơn

* Năm 1969: Những giải pháp đầu tiên về điều khiển liên kết chung từ

một máy tính trung tâm DNC (Direct Numerical Control hoặc Distributed Numerical Control) đã đ-ợc thiết lập ở Mỹ bằng hệ điều khiển Sundstrand

“Omnicontrol ” và máy tính IBM

* Năm 1970: Giải pháp thay bệ/ phiến gá phôi tự động (Automatic Palete Change)

* Năm 1972: Những hệ điều khiển NC đầu tiên có lắp đặt một máy tính

nhỏ (Minicomputer) chế tạo hàng loạt đã tạo ra một thế hệ mới có tiềm lực mạnh hơn, đó là hệ điều khiển số dùng máy tính nhỏ CNC (Computerised Numerical Control), nh-ng thế hệ này lại bị thay thế nhanh bằng thế hệ mới hơn và mạnh hơn, đó là hệ điều khiển số dùng vi tính có hệ vi xử lý (Microprocessors -CNC) sau này

* Năm 1976: Các hệ vi xử lý (Microprocessors) tạo ra một cuộc cách

mạng trong kỹ thuật CNC

* Năm 1978: Các hệ thống gia công linh hoạt ( Flexible Manufacturing

Systems) đ-ợc tạo lập hiện thực

* Năm 1979: Những khớp nối liên hoàn CAC/CAM (Computer Aided

Design/ Computer Aided Manufacturing = thiết kế và chế tạo có trợ giúp của máy tính) đầu tiên xuất hiện

* 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, xoay quanh vấn đề là cần hay không cần giải pháp điều khiển có dùng cách nạp dữ liệu trực tiếp bằng tay

* Năm 1984: Những hệ điều khiển CNC mạnh, có các công cụ trợ giúp

lập trình đồ hoạ (Graphic), đã đạt những chuẩn mực mới cao hơn đối với việc

* Năm 1985-1986: Những hệ điều khiển CNC với cách lập trình t-ơng

tác đồ hoạ (graphic interactive programming) đã làm cho việc lập trình tại x-ởng sản xuất hấp dẫn hơn

* Năm 1986-1987: Những giao diện tiêu chuẩn hoá (Standard

Interfaces) mở ra con đ-ờng tiến tới công x-ởng tự động hoá trên cơ sở trao

đổi thông tin liên thông, nghĩa là tiến tới tạo tập các giải pháp “ Tích hợp hoá

và tự động sản xuất CIM (Computer Integrated Manufacturing)”

* Năm 1990: Các giao diện số (Digital interfaces), giữa hệ điều khiển

NC và các hệ khởi động, cải thiện độ chính xác và đáp ứng điều khiển của các trục NC (NC axsis) và trục chính của máy

* Năm 1992: Các hệ thống CNC hở (Open- ended Control) tạo khả

năng và điều kiện biến đổi thích ứng theo yêu cầu sử dụng

* Năm 1993: Sử dụng theo tiêu chuẩn đầu tiên các hệ khởi động (động

cơ) tuyến tính (Linear) ở các trung tâm gia công MC (Manufacturing Centres)

(CAD/CAM/CNC process chain) bằng cách sử dụng hệ NURBS (Not Uniforme Rationale B-Splines) làm ph-ơng pháp nội suy (interpolation method) trong các hệ CNC NURBS là ph-ơng pháp dùng để diễn tả toán học các bề mặt thông th-ờng và các bề mặt đặc biệt (ví dụ: Mặt trụ, mặt cầu, mặt xuyến ) bằng các điểm (points) và các thông số (parameters) tạo thành mô hình l-ới gồm nhiều nút để diễn tả bề mặt đạt độ mịn và độ sắc nét cao Những hệ thống CAD/CAM mới xử lý trực tiếp NURBS, đ-ợc truy cập từ hệ CAD trong hệ CNC Giải pháp này giảm đ-ợc khối l-ợng dữ liệu, nâng cao chính xác và tốc độ xử lý, tạo ra chuyển động đều đặn của máy, làm tăng tuổi thọ của máy và dụng cụ

* Năm 1996: Điều khiển bộ khởi động số (Digital Motor Control) và

nội suy chính xác (Fine interpolation) với độ phân giải nhỏ hơn 0.001m và

l-ợng tiến đạt tới giá trị 100 m/ phút

Nói chung, gia công chi tiết cơ khí trên các máy công cụ điều khiển CNC có những nét khác biệt so với máy công cụ thông th-ờng (không điều khiển CNC), sau đây là những nét tóm tắt cần đ-ợc l-u ý

* Đặc tr-ng cơ bản của các máy gia công CNC:

- Tự động hoá cao

- Tốc độ dịch chuyển, tốc độ quay lớn (lớn hơn 1000 vòng/phút)

- Độ chính xác cao (Sai lệch kích th-ớc < 1/1000 mm)

- Năng suất gia công cao (gấp 3 lần máy th-ờng)

- Tính linh hoạt cao, nghĩa là thích nghi nhanh với đối t-ợng gia công thay đổi, thich nghi với sản xuất loạt nhỏ

- Tập trung nguyên công cao (Gia công nhiều bề mặt trên chi tiết trong một lần gá phôi)

- Khả năng lặp lại công việc gia công (lập trình gia công một lần, sử dụng lặp lại nhiều lần)

- Chuẩn bị công nghệ để gia công chi tiết có khác so với máy th-ờng là phải lập ch-ơng trình NC để điều khiển máy theo ngôn ngữ mà hãng chế tạo máy đã cài đặt cho hệ điều khiển NC, CNC

- Máy gia công CNC có giá trị kinh tế rất lớn (máy rất đắt tiền, ví dụ: Máy hiện đại của các n-ớc công nghiệp phát triển th-ờng bán với giá lớn hơn một vạn USD t-ơng đ-ơng hàng trăn triệu đến vài tỷ đồng Việt Nam) Vận hành đơn giản nh-ng bảo d-ỡng và sửa chữa phức tạp, tốn kém, phải có môi tr-ờng điều hoà tốt (nhiệt độ không quá 450C ,độ ẩm không quá 75%), Không thích hợp với trình độ sản xuất thấp, không nên dùng máy CNC để gia công

* Các thành phần chính của một hệ thống gia công CNC theo nguyên lý điều khiển bằng số NC:

- Ch-ơng trình gia công chi tiết (Part program),

- Thiết bị nạp ch-ơng trình (Program Imput Device),

- Hệ điều khiển máy (MCU=Machine Control Unit),

- Hệ khởi động (Drive system),

- Máy gia công (Machine Tool),

- Hệ phản hồi (Feedback system)

* Các dạng tín hiệu điều khiển đ-ợc hệ CNC tạo lập:

- Các tín hiệu điều khiển số (Numerical control signals) về dữ liệu vị trí, dao cụ

- Các tín hiệu điều khiển tiến trình (sequence control signals) để thực hiện các thao tác rời rạc (discrete) đòi hỏi khả năng nhập/xuất bằng tín hiệu số của máy tính

* Hệ điều khiển máy (MCU= Machine Control Unit) hoạt động trên cơ sở phần cứng và phần mềm:

- Phần cứng: Hệ điều khiển và lập trình gia công CNC, ví dụ: hệ FANUC, hệ MITSUBISHI, hệ HEIDENHAIN,…

- Phần mềm điều khiển ch-ơng trình gia công CNC gồm có:

+ Phần mềm vận hành gồm 4 ch-ơng trình (Ch-ơng trình giám sát; Ch-ơng trình logich; Ch-ơng trình biên tập; Ch-ơng trình chuẩn đoán)

+ Phần giao diện máy (điều khiển máy)

+ Phần mềm ứng dụng, th-ờng đ-ợc gọi là ch-ơng trình chi tiết hoặc

ch-ơng trình gia công, đ-ợc tạo lập theo hai cách sau:

Mặt khác, nếu xét về ph-ơng thức lập trình thì có lập trình thủ công và lập trình tự động:

+ Lập trình thủ công là dùng tay trực tiếp soạn thảo ch-ơng trình gia công NCvới bàn phím của máy vi tính hoặc với bàn phím CNC của máy gia công Ph-ơng thức nàyđ-ợc gọi là lập trình bằng cách nạp dữ liệu bằng tay

+ Lập trình tự động là dùng ngôn ngữ lập trình bậc cao, nh-: APT (Atomaticaly Programmed Tool), ví dụ APT I, APT II, APT III, APT IV, và các ngôn ngữ lập trình bậc cao khác t-ơng đ-ơng nh- SPLIT, AXAPT, COMPACT II, ADAPT, …Những năm gần đây lập trình CAD/CAM - CNC

có cơ sở là ngôn ngữ lập trình bậc cao APTđ-ợc coi là giải pháp lập trình tự

động trọn gói hữu hiệu Đến nay đã có hàng trăm hệ phần mềm CAD/CAM - CNC đ-ợc các n-ớc tạo lập, ví dụ: DENFORD (Anh) BOXFORD PORTFIOLIO (Anh), HAIDENHAIN (Đức,) CIMATRON (israel), MASTERCAM (Mỹ),v.v…Phần lớn các hệ này dùng trên máy vi tính, một số hoạt động trên máy nhỏ (Minicomputer) hoặc máy tính lớn (Mainframe) trên cơ sở hệ dữ liệu hình học, kỹ thuật, công nghệ thống nhất chung cho cả hai khâu liên thông là thiết kế kết cấu chi tiết (CAD) và chuẩn bị công nghệ chi tiết (CAM) bao gồn việc tạo lập quỹ đạo cắt của dao và tạo lập ch-ơng trình gia công NCcho chi tiết cần chế tạo theo ngôn ngữ lập trình phù hợp với máy

* Phân biệt giữa máy gia công NC và máy gia công CNC

- Máy gia công NC và máy gia công CNC đều theo nguyên lý điều khiển theo ch-ơng trình số, chỉ khác ở hệ điều khiển: máy gia công NC dùng

hệ NC, còn máy gia công CNC dùng hệ điều khiển CNC

- Hệ điều khiển CNC linh hoạt hơn và mạnh hơn hệ NC, d-ợc chế tạo theo các môdun khác nhau, có khả năng lập trình tại x-ởng sản xuất, có công

cụ trợ giúp lập trình đồ hoạ rất mạnh toạ khả năng mô phỏng 2D hoặc 3D trên màn hình quá trình gia công tr-ớc khi cắt phôi

- Hệ CNC rất nhanh nhạy vì có tốc độ chuyển tiếp dữ liệu cao, thời gian thực hiện chu trình gia công ngắn, tốc độ phát động của bộ servo cao, thời gian chu kỳ của hệ điều khiển lôgích (PLC=Programmable Logic Kontroller

có khả năng lập trình tự do ngắn

- Các trục điều khiển NC Của máy gia công NC hoặc CNC phải đảm bảo hai tiền đề sau:

+ Mỗi trục NC cần có một hệ điện tử để cho dịch chuyển

+ Mỗi trục NC cần có một bộ phát động điều chỉnh đ-ợc và điều khiển

đ-ợc, ví dụ: động cơ một chiều, động cơ b-ớc, …

- Máy gia công NC hoặc CNC hoạt động theo nguyên lý vòng tròn điều khiển khép kín

Những kinh nghiệm tích luỹ nhiều năm của các nhà chế tạo máy công

cụ, của các nhà chế tạo hệ thống điều khiển và của những ng-ời sử dụng ở mọi lĩnh vực công nghiệp đã xác nhận là việc sử dụng máy NC ngày nay không còn là một khoản đầu t- lớn kèm theo rủi ro để thử nghiệm một công nghệ mới Quyết định đầu t- để sử dụng máy NC có thể dựa trên những cân nhắc và suy xét thận trọng về mặt kinh tế xí nghiệp, nghĩa là tr-ớc hết phải tính toán chi phí đầu t- và lợi nhuận thu đ-ợc

Máy công cụ điều khiển số (NC Machine Tool) là giải pháp tối -u về tự

động hoá sản xuất hàng loạt nhỏ và đơn chiếc, nh-ng phải có tiền đề và quy hoạch sử dụng có tình bao quát rộng Nhiều tài liệu chuyên môn đ-ợc công bố trong những năm qua đã đề cập đến câu hỏi là: Giải pháp sử dụng máy NC liệu có lợi thực sự không? Những năm đầu của thập niên 60, những nhà tiên phong NC đã báo cáo kinh nghiệm đầu tiên của họ, nh-ng lại không phải luôn luôn là kinh nghiệm tích cực Từ đó, mọi phía liên quan cần phải phối hợp với nhau

Hãng chế tạo máy cần l-u ý xem việc hoàn thiện / bổ sung các kiểu loại máy sẵn có bằng các hệ phát động điều khiển đ-ợc và các công cụ kiểm tra có thể dẫn đến kết quả chấp nhận đ-ợc hay không và tr-ớc hết trên cơ sở đề án máy NC có thể tạo b-ớc đi phù hợp trong kỹ thuật NC

Hãng điện tử không còn chỉ dựa vào các đại l-ợng điện thông th-ờng

đ-ợc nữa, mà cần phải có máy ghi dao động (Oszillograph) dùng tia Catốt để thực hiện các phép đo của mình và phải am hiểu các đơn vị vật lý không thông dụng, những khái niệm mới nh-: Momen quay, xoắn tr-ợt (Stick - Slip), hệ số

ma sát v.v , mặt khác cũng cần phải nhận thức là thiết bị của mình phải hoạt

động và làm việc trong môi tr-ờng khắc nghiệt có nhiều bụi kim loại nhỏ, có dầu và chất làm mát, có nhiệt độ thay đổi lớn với độ tin cậy cao nhất

Ng-ời sử dụng trong hết các tr-ờng hợp là đối kháng với hộp đen điều khiển, không có khả năng tác động hiệu chỉnh trong khi quá trình gia công diễn ra tự động

Qua đó, các phía (hãng chế tạo máy, hãng điện tử, ng-ời sử dụng) đã nhận thức đ-ợc một điều là phải phối hợp với nhau tốt và tạo điều kiện hỗ trợ lẫn nhau Tr-ớc hết, việc trao đổi kinh nghiệm rộng rãi sẽ tạo điều kiện để công nghệ NC đạt tới trình độ ngày nay của nó Sự thay đổi kinh nghiệm này

là cần thiết và nhờ đó v-ợt qua các giới hạn của cơ sở sản xuất và của ngành

còn đặt ra những vấn đề khó nhận biết đối với năng lực của cơ sở sản xuất Các đề án rõ ràng và nghiêm túc đã đ-ợc tạo lập và độ tin cậy của máy, hệ

điều khiển đã đ-ợc kiểm nghiệm và chứng minh nhiều lần Thực tế cho thấy là sau khi hoà nhập thiết bị NC đầu tiên vào quá trình sản xuất thì chỉ một thời gian không lâu nhiều thiết bị khác tiếp theo cũng đ-ợc đ-a vào sử dụng Lý

do ở đây là dễ hiểu: Các máy công cụ điều khiển NC gia công nhanh hơn, tin cậy hơn và chính xác hơn với chi phí ít hơn Điều đó có giá trị ít nhất là cho hầu hết các máy NC hiện đ-ợc giới thiệu trên thị tr-ờng Những máy này chiếm tỷ trọng t-ơng đối lớn trong ngành sản suất máy công cụ xét về mặt giá trị tại các n-ớc công nghiệp phát triển

Ng-ời mua máy NC để sử dụng chỉ cần quan tâm đến những vấn đề gia công và giải pháp gia công, mà không cần phải tìm hiểu quá sâu về cấu tạo của máy

Điều cần thiết ở đây là phải xem xét và cân nhắc khi nào giải pháp

đầu t- sử dụng một máy công cụ NC, CNC đem lại hiệu quả kinh tế

Mỗi một máy công cụ có đặc điểm mà nó đ-ợc cấu tạo từ một tổ hợp nhiều trục thẳng và quay (linear and rotate axises) Để có thể điều khiển các trục này bằng số (NC = numerical Control) phải có hai tiền đề sau cho mỗi trục NC (NC axis):

1 Mỗi trục NC cần có một hệ thống đo điện tử về dịch chuyển,

2 Mỗi trục NC cần có một bộ phát động điều chỉnh đ-ợc và điều khiển

hiệu điều chỉnh truyền đạt tới các bộ phát động của các trục để cân bằng sai lệch đó Nguyên lý nạp và xử lý các thông tin hình học trong một vòng điều khiển khép kín (Control Cycle) có thể nh- hình 1-1

Điều khiển theo quỹ đạo liên tục thông báo những giá trị vị trí mới mà các trục điều khiển phải đạt tới, nhờ đó có thể đạt đ-ợc những chuyển động liên tục theo quỹ đạo

ở máy tiện, trục chính của máy cũng đ-ợc xác lập là trục NC (NC axis) nếu những trục dụng cụ đ-ợc phát động để khoan và phay

Phần lớn các trung tâm gia công đ-ợc trang bị bàn tròn quay điều khiển

NC Bàn tròn quay theo nhịp, ví dụ nhịp quay 4  900 hoặc 12  300,khôngtính vào các trục điều khiển NC

Cấu trúc điện tử của các hệ điều khiển CNC ngày nay đ-ợc thiết lập trên cơ sở sử dụng các bộ vi sử lý (microprocessors) 16 và 32 bit và các mạch tích

hợp IC (Intergrated Circuit) Số l-ợng các bộ vi sử lý đ-ợc sử dụng cho hệ

CNC th-ờng là 2 5

Những hệ CNC còn sử dụng ngôn ngữ lập trình tích hợp (integrated

programming language) t-ơng tự nh- các ngôn ngữ lập trình BASIC và pascal

tạo điều kiện thực hiện các giải pháp chuyên dụng Nh- vậy các nhà chế tạo

máy NC có khả năng đ-a tri thức và kinh nghiệm (know-how) của họ vận

dụng vào hệ điều khiển và đ-a ra những giải pháp hiệu dụng cho các vấn đề

gia công đặc biệt, kể cả vận dụng kỹ thuật màn hình đồ hoạ

Máy NC, CNC là máy có khả năng lập trình tự do, nghĩa là các chuyển

động theo từng trục đ-ợc định tr-ớc theo một ch-ơng trình (program) Những

hệ điều khiển số nh- ngày nay đ-ợc thiết lập trên cơ sở sử dụng máy vi tính,

còn đ-ợc gọi là hệ điều khiển CNC (Computerised Numerical Control), tức là

Nạp dữ liệu trực tiếp bằng tay

X 2 4 6 0

Bộ nhớ ch-ơng trình

Giá trị yêu cầu Bàn điều khiển máy NC

điều khiển số bằng máy tính

Để nạp và xuất dữ liệu tự động, các hệ điều khiển CNC đ-ợc trang bị những giao diện (interfaces) khác nhau mạnh và hữu hiệu

Hệ điều khiển NC và CNC đều dựa trên nguyên lý chung nên có thể coi nh- các khái niệm NC và CNC là đồng nghĩa với nhau

CNC là hệ điều khiển số mà mọi chức năng điều khiển đ-ợc thực hiện bằng một hoặc nhiều máy vi tính tích hợp và một phần mềm (software) phù hợp

Những đặc điểm của CNC so với NC là:

- Có một hoặc nhiều màn hình một hoặc nhiều màu sắc,

- Phần lớn với đồ hoạ nhiều mầu để lập trình và thử nghiệm ch-ơng trình,

- Có một bộ nhớ điện tử để l-u trữ các ch-ơng trình, có dung l-ợng tới 0,5 hoặc 1 Mbyte,

- Có khả năng hiệu chỉnh trong các ch-ơng trình đ-ợc l-u trữ,

- Những hiệu chỉnh dụng cụ (bù dao) về chiều dài, đ-ờng kính, tuổi bền, vv có thể l-u trữ (nhớ),

- Có nhiều nhất là 5 - 10 phím mềm (softkeys) với các chức năng thay

đổi,

- Có thể cắm một hệ phím bấm ASCII tích hợp hoặc tuỳ chọn,

- Không có công tắc thập phân (decade switch) và cũng th-ờng không

có công tắc (núm) xoay,

- Thể tích nhỏ hơn và ít phát sinh nhiệt hơn,

- Có phạm vi tuỳ chọn thích ứng theo nhu cầu sử dụng của khách hàng

và có phạm vi dành để mở rộng,

- Có các chu trình (cycles) gia công và đo kiểm có khả năng l-u trữ truy cập (nhớ),

- Có nhiều chức năng mới khác đ-ợc bổ sung

Các hệ CNC đ-ợc chế tạo theo mô - đun có khả năng đáp ứng tuỳ chọn nhiều chức năng và khả năng Khách hàng phải kiểm tra xem mình dùng mô -

đun nào cho phù hợp và có hiệu quả nhất

Những hệ CNC có khả năng lập trình tại x-ởng (workshop programable CNC) có những công cụ trợ giúp lập trình đồ hoạ rất mạnh

Các hệ CNC sử dụng nhiều bộ nhớ đa dạng và hoàn hảo về cấu tạo cho những mục sau:

- Ch-ơng trình sản xuất của xí nghiệp

- Các ch-ơng trình gia công chi tiết (partprograms) có thể nạp lại tự

động

- Các chu trình cố định và thay đổi

- Những chỉ dẫn thích hợp cho ng-ời vận hành

- Phần mềm chuẩn đoán (diagnose software) và những trợ giúp tìm lỗi

- Những dữ liệu về máy và xí nghiệp

- Chỉ dẫn và hiển thị sai số với văn bản rõ ràng

- Quản trị dụng cụ và quản trị bệ / Phiến gá phôi (palete)

- Các chuyển dịch điểm không, bù dao, các dữ liệu dung cụ …

- Các thông số máy, v.v

Những giao diện dữ liệu (datainterfaces) có một ý nghĩa rất lớn để nối với các thiết bị ngoại vi (pheripheries) cần thiết

Điểm đặc tr-ng quan trọng về tính nhanh nhạy của một hệ CNC là tốc

độ chuyển tiếp dữ liệu, thời gian thực hiện chu trình gia công (blockcycletime) tốc độ phát động của bộ SERVO và thời gian chu kỳ của hệ điều khiển khả năng lập trình PLC (Programable Logic Controller)

Máy CNC là những máy gia công tự động và lập trình tự do, đặc biệt phù hợp để tự động hoá gia công hàng loạt vừa và nhỏ, -u điểm của máy gia công CNC là khả năng điều chỉnh nhanh để thích nghi với ch-ơng trình gia công thay đổi, mà không cần phải tác động thủ công hoặc thay đổi máy

1.2 Các loại máy và hệ dụng cụ gia công CNC

Hiện nay, trên thế giới có nhiều hãng chế tạo các loại máy công cụ và

hệ dụng cụ điều khiển số dùng kỹ thuật vi tính (CNC), để phục vụ quá trình gia công các chi tiết cơ khí Song ở đây chỉ giới thiệu một số khái quát đặc

điểm cấu trúc về một số loại máy công cụ và hệ dụng cụ CNC, nhằm cung cấp những thông tin tổng quan cần thiết cho khâu chuẩn bị công nghệ để gia công các chi tiết cơ khí trên máy CNC thông dụng

1.2.1 Các loại máy công cụ gia công CNC

a Máy khoan

Các loại máy khoan có hai đặc điểm cề kết cấu nh- sau:

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

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

ép chặt trên bàn máy và không có những chuyển dịch ngang trên phôi, đồ gá

và động cơ của các trục

Máy khoan có đặc điểm phù hợp để gia công phôi có dạng tấm và có thể gia công với dụng cụ một hoặc nhiều trục Ngoài ra, máy khoan có khả năng thực hiện các công việc phay nhẹ

Kết cấu đơn giản nhất của máy khoan CNC là kết cấu chỉ có một bàn toạ độ điều khiển số (CNC Coordinate Table) Chiều sâu khoan đ-ợc tính sẵn (điều chỉnh) tr-ớc khi gia công bằng cữ hoặc rãnh cam ở những máy khoan này, chu trình khoan (boring/ drilling Cycle) đ-ợc phát lệnh thực hiện, sau khi

đã thực hiện đúng vị trí gia công, bằng tín hiện “ Table in position” (bàn đã vào vị trí) Chu kỳ khoan tiến triển mà không có tác động của hệ NC, nhờ hệ cơ khí hoặc điện

Một kết cấu khác của máy khoan NC, nh-ng lại kèm thêm phí tổn, cũng

đ-ợc đòi hỏi và yêu cầu là thay đổi dụng cụ tự động Yêu cầu đòi hỏi này chỉ

đ-ợc đáp ứng nếu phạm vi chức năng của ng-ời thợ gia công đ-ợc giới hạn và chỉ còn là giám sát quá trình gia công Với hệ thay đổi dụng cụ tự động (Automatic tool changer), quá trình gia công mới thực sự là tự động

Ngoài ra, máy khoan còn phải có khả năng thực hiện các chu trình khoan lặp đi lặp lại Các chu trình có tính chất lặp lại này th-ờng ở dạng các ch-ơng trình NC thứ cấp (NC subprograms), với các ph-ơng án khác nhau và truy cập (gọi) thông qua các từ lệnh, ví dụ theo tiêu chuẩn Đức DIN 66025 từ G81 đến G89, và ứng với từng vị trí X/ Y t-ơng ứng sẽ lặp lại tự động Với từ lệnh G80 (theo DIN 66025) chức năng khoan tự động sẽ kết thúc

Các máy doa có những chức năng cần thiết sau:

- Teach In các hệ lỗ phức tạp có phép đối xứng g-ơng, ví dụ để tạo ra các lỗ trên vỏ máy có dạng khối hộp và các nắp đậy t-ơng ứng,

- Hiệu chỉnh độ nghiêng để cân bằng dung sai gá kẹp,

- Phay các lỗ,

- Phay ren,

- Chu trình đo dùng các đầu đo dạng đóng/ gắt,

- Lập trình đồ hoạ có mô phỏng quá trình gia công trên máy

Máy phay có nhiều dạng kết cấu Tr-ớc hết, ng-ời ta phân chia các máy phay theo vị trí của trục phay, nghĩa là có máy phay đứng và máy phay ngang, máy phay ngang th-ờng có trụ máy đứng, còn máy phay đứng th-ờng có dầm ngang (gantry) Một số trục chính song song th-ờng hoạt động đồng thời

d Máy tiện

Máy tiện luôn là máy đa dạng và tự động hoá cao, nh-ng nhờ hệ NC và

Mức độ tự động hoá của các máy tiện cũng có thể khác nhau Do đó máy tiện có thể đ-ợc trang bị các bộ phận tự động hoá sau đây:

- ổ tích phôi có chức năng thay đổi phôi tự động,

- ổ tích dao có chức năng thay đổi dụng cụ giữa đầu dao revolver và ổ

tích dao,

- Các dụng cụ đ-ợc khởi động th-ờng là kết hợp với một trục NC khác

và trục chính đ-ợc điều khiển thành trục C,

- Giám sát dụng cụ tự động,

- Thay đổi các trấu kẹp tự động trong mâm cặp,

- Luy-nét và ụ động đ-ợc điều khiển số,

- Các thiết bị để liên kết nhiều máy giống nhau hoặc khác nhau

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

Trung tâm gia công (MC= Manufacturing Center) là một máy công cụ

có ít nhất 3 trục điều khiển số (NC) 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 ng-ời Thiết bị thay đổi dụng cụ tự động đ-a các dụng cụ cần thiết, điều khiển theo ch-ơng trình, theo thứ tự lần l-ợt, từ một ổ tích dụng cụ tới trục chính của máy và ng-ợc lại (từ trục chính của máy trở về ổ tích dụng cụ) Khi các phôi/chi tiết gia công đ-ợc kẹp trên đồ gá lắp trên bệ/phiến gá chuẩn (palette), đ-ợc chuyển tới và chuyển đi tự động thì trung tâm gia công t-ơng ứng và hệ cung ứng phôi, dụng cụ tự động nh- vậy

sẽ tạo thành một tế bào gia công (Manufacturing Cell)

Ng-ời ta phân loại các trung tâm gia công theo dạng kết cấu của chúng nh- sau: Theo vị trí của trục chính máy: trung tâm gia công ngang, trung tâm gia công đứng

- Trung tâm gia công có bàn toạ độ, nghĩa là chuyển động X/Y của phôi

và chuyển động Z của dụng cụ,

- Trung tâm gia công có trục đứng chuyển dịch, ở đây: dụng cụ thực hiện các chuyển động X, Y và Z; còn phôi tuỳ theo yêu cầu, nghiêng hoặc

quay theo 1 hoặc 2 trục (ở các trung tâm gia công 5 trục)

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

Những đặc điểm của trung tâm gia công là:

1 Ba trục NC thẳng (linear NC-axises) và một bàn tròn quay đ-ợc để gia công 4 mặt trên các phôi trên hình khối vuông trong một lần gá Khi sử dụng một đầu lắp dụng cụ (đầu dao) có thể nghiêng theo ph-ơng 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 và tốc độ tiến dao phải đ-ợc lập trình cho từng dụng cụ

3 Các dụng cụ đ-ợc đ-a vào ổ tích dao nối ghép với máy gia công đ-ợc truy cập theo ch-ơng trình và thay đổi vào trục chính của máy Kết cấu và khả năng thu nhận của ổ tích dụng cụ (toolmagazine) rất khác nhau Trong thực tế th-ờng phải sử dụng các ổ tích dụng cụ dạng băng xích, dạng đĩa tròn và dạng

hộp cassette

4 Có thêm thiết bị thay đổi phôi, th-ờng là thiết bị thay đổi bệ/phiến gá (palette changer), để giảm thời gian dừng máy do phải thay đổi phôi gia công.Việc gá kẹp và tháo dỡ phôi đ-ợc thực hiện trong thời gian cắt vật liệu (thời gian cơ bản) ở bên ngoài phạm vi gia công của máy

5 Những trung tâm phức tạp hơn còn có thêm các thiết bị khác, nh- có

có thêm một đầu lắp dao ngang hoặc đứng có thể điều chỉnh theo góc bất kỳ

Tính vạn năng của một trung tâm gia công đ-ợc chỉ tận dụng nhờ điều

khiển theo quỹ đạo, trong nhiều tr-ờng 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 đ-ờng thẳng (linear interpolate) đồng thời Khi sử dụng một đầu dao nghiêng phải nội suy đ-ờng thẳng theo 3 trục đối với lỗ nghiêng Khi dùng các đầu dao tiện mặt đầu còn có thêm một hoặc hai loại trục khác

1.2.2 Hệ dụng cụ dùng cho máy gia công NC, CNC

a Dụng cụ cắt trên máy tiện

Tất cả các dao tiện trên máy CNC đều có phần cắt là mảnh hợp kim cứng lắp ghép Ngoài ra các dao tiện cần phải có các yêu cầu sau:

- Phải đảm bảo thời gian sử dụng lâu nhất, các mảnh hợp kim không bị mài mòn nhằm đảm bảo các thông số hình học của dao không thay đổi

- Hình dạng của mảnh hợp kim phải có tính vạn năng cao, có nghĩa cho phép dao cắt đ-ợc nhiều bề mặt khác nhau

- Có khả năng làm việc bình th-ờng khi gá ở các vị trí khác nhau

- Đảm bảo độ chính xác cao, có khả năng tạo phoi và thoái phoi tốt ở vùng đang gia công

- Kết cấu của các dao tiện dùng cho máy CNC rất đa dạng và phụ thuộc chủ yếu vào bề mặt gia công

Tuỳ theo bề mặt gia công mà có thể chọn các loại dao tiện khác nhau

Ví dụ: Dao tiện ngoài có góc  = 450 dùng để gia công mặt ngoài, mặt đầu và vát mép Dao tiện ngoài có góc  = 930  950 dùng để gia công mặt trụ, mặt

nh-: Mũi khoan, Bàn ren, Tarô…

b Dụng cụ cắt trên máy phay CNC

Máy phay nói chung và máy phay CNC nói riêng thuộc loại thiết bị thực hiện đ-ợc nhiều công nghệ gia công khác nhau, do vậy hệ dụng cụ dùng

để gia công trên máy phay cũng có nhiều loại dao khác nhau

c Dụng cụ cắt trên máy khoan

Gần giống nh- máy phay, máy khoan CNC cũng đ-ợc sử dụng nhiều loại dao cụ cắt gọt khác nhau Nó phục thuộc vào hình dáng và độ chính xác các

bề mặt lỗ đ-ợc gia công, thông th-ờng dụng cụ cắt trên máy khoan CNC th-ờng đ-ợc sử dụng:

1 Mũi khoan ruột gà đuôi trụ, có đ-ờng kính từ 10  20 mm,

d Quản trị hệ dụng cụ trong máy CNC

Khi lập trình, dù lập trình bằng tay hay bằng máy, ng-ời ta đều phải dựa vào các dụng cụ có kích th-ớc nhất định Khi kích th-ớc thực của dụng cụ có sai lệch so với kích th-ớc chuẩn thì các chi tiết sau khi gia công sẽ có sai lệch

về kích th-ớc Do vậy chuẩn bị dụng cụ mới nạp và quả trị các dữ liệu hiệu chỉnh (bù) t-ơng ứng là rất quan trọng Những dữ liệu dụng cụ quản trị và xử

lý trong hệ CNC th-ờng là:

chiều dài chuẩn của dao

- Hiệu chỉnh (bù) l-ợng mòn dao, để khử ảnh h-ởng của độ mòn các l-ỡi cắt của dao tới các kích th-ớc gia công mà không cần thay đổi giá trị gốc cho tr-ớc

Các hệ CNC hiện đại hơn còn có những khả năng khác tạo điều kiện cho các tế bào gia công linh hoạt và các hệ thống gia công linh hoạt có khả năng vận hành tự động hoàn toàn Điều quan trọng ở đây là có khả năng giám sát tuổi bền dụng cụ, nghĩa là liên tục ghi nhận thời gian hiệu dụng của từng dụng cụ trong ổ tích dao, so sánh với giá trị chuẩn cho tr-ớc và khi giá trị chuẩn bị v-ợt quá giá trị giới hạn thì đ-a ra yêu cầu về dụng cụ thay thế Trong tr-ờng hợp này, hệ dụng cụ quản trị tự động chuẩn bị sẵn sàng một dụng cụ thay thế trong ổ tích dao Hệ này có thể quản trị đến 9 dụng cụ dự bị

để thay thế cho một dụng cụ có cùng số hiệu và đ-a lần l-ợt theo thứ tự từng dụng cụ thay thế vào sử dụng mỗi khi tuổi bền dao kết thúc Hệ CNC còn có khả năng làm cho dụng cụ đã sử dụng hết tuối bền, khi trở về ổ tích dao không

có khả năng nhận dạng điện tử nữa, nh- vậy chỉ có những dụng cụ chuẩn bị thay thế mới đ-ợc đ-a vào vị trí thay thế để tham gia các gọt

Cần phải thay đổi kịp thời những dụng cụ đã sử dụng hoặc không cần thiết nữa, có trong ổ tích dao, bằng những dụng cụ mới mà không cần phải dừng máy gia công Điều này sẽ đ-ợc thực hiện nhờ phần mền quản trị dụng

cụ (Tool Managememt Software) Các dụng cụ cho máy NC, CNC trong hệ dụng cụ đòi hỏi phải đ-ợc chế tạo chính xác từ hình dáng hình học của dao, bán kính mũi dao đến kích th-ớc chiều dài dao và cả tính lắp lẫn của dao Các dụng cụ đ-ợc tập hợp và xác nhận theo mã hiệu trên các phiến dụng cụ (Tool cards)

Một hệ dụng cụ dùng cho máy gia công NC, CNC gồm các thành phần sau:

- Tiếp nhận dụng cụ để lắp dụng cụ vào trục máy

- ổ tích dao để tiếp nhận dụng cụ tại máy

- Các dụng cụ với khả năng điều chỉnh tự động hoặc bằng tay

- Trang bị thay đổi dụng cụ, để đ-a dụng cụ từ ổ tích dao lắp vào trục máy và trả dụng cụ về ổ tích dao

Dụng cụ, cơ cấu tiếp nhận, bạc lót và cơ cấu dữ dao phải đảm bảo vững chắc, thích hợp với việc thay dao tự động, điều chỉnh đ-ợc và mã hoá đ-ợc

Thông th-ờng cần phải có ít nhất phải có ba bộ dụng cụ cho một máy gia công NC, CNC; các bộ dụng cụ này đ-ợc bố trí:

- Trong ổ tích dao tại máy gia công

- Trong kho hoặc ở phòng kiểm tra điều chỉnh, đo kiểm tr-ớc khi gia công

- Trong xe cung ứng để dùng cho chi tiết gia công tiếp theo Các hệ CNC hiện đại, còn đ-ợc trang bị một phần mềm để quản trị dụng cụ trên máy (Tool Managememt Software) và còn có:

- Các dụng cụ dự bị để thay thế trong ổ tính dao,

- Bộ nhơ giá trị hiệu chỉnh (bù) đối với chiều dài, đ-ờng kính, l-ợng mòn, tuổi bền của từng dụng cụ,

- Sắp sếp dụng cụ t-ơng ứng giữa mã hiệu dụng cụ và mã hiệu vị trí trong ổ tích dao(mã hoá vị trí thay đổi),

Năng suất của máy gia công CNC chủ yếu là do khả năng cắt và độ tin cậy của các dụng cụ đ-ợc dùng quyết định Khả năng cắt của dụng cụ đ-ợc diễn đạt bằng các đại l-ợng trên khái niệm nh-: thông số cắt tối đa (tốc độ cắt, l-ợng tiến dao, tốc độ tiến dao) tiết diện phoi cắt, thể tích phoi cắt, tuổi bền và chiều dài cắt ứng với tuổi bền của dụng cụ cắt

Độ tin cậy của dụng cụ có cơ sở công nghệ và cơ sở hình học Cả hai cơ

sở này là tiền đề để gia công tự động các chi tiết cơ khí đạt hiệu quả kinh tế

Độ tin cậy về công nghệ cho biết các thông số về khả năng cắt có thể

đ-ợc đảm bảo thực tế ở mức độ nh- thế nào; nghĩa là phải xác định đ-ợc tr-ớc khi cắt là: ở những giá trị về thông số cắt nào sẽ không xảy ra hiện t-ợng vỡ dao và khối l-ợng phoi có thể bóc ra là bao nhiêu ứng với tuổi bền dụng cụ,

mà không có ảnh h-ởng gì tới chất l-ợng gia công, tính đến khi phải thay thế l-ỡi cắt

Độ tin cậy về hình học của dụng cụ, xét về nguyên lý trong hệ thống chuyển động dụng cụ đ-ợc điều khiển bằng số là không thể thiếu vì: các kích th-ớc yêu cầu của dụng cụ cũng đ-ợc hệ điều khiển CNC sử dụng giống nh- các kích th-ớc yêu cầu của chi tiết gia công Nếu các kích th-ớc thực của dụng cụ có sai lệch so với kích th-ớc yêu cầu, đã đ-ợc nhớ trong hệ điều khiển CNC, thì có nghĩa là gia công có phế phẩm Vì vậy, hệ dụng cụ dùng

cho các máy công cụ CNC phải đảm bảo sao cho vị trí của l-ỡi cắt, có tác

động trực tiếp đến kích th-ớc gia công, không thay đổi so với vị trí đã định trong quá trình cắt, và sau mỗi lần thay đổi dụng cụ l-ỡi cắt lại có vị trí đó với

độ chính xác cao Việc tính toán hiệu chỉnh (bù) dao đ-ợc các hệ thống điều khiển hiện đại thực hiện dễ dàng, phải luôn luôn tập hợp dữ liệu về kích th-ớc thực Điều đó thực hiện trong quá trình gia công là tốn kém và mất thời gian, chỉ nên giới hạn trong các tr-ờng hợp cần thiết nh- tr-ớc khi tạo ra các mối lắp ghép theo chế độ lắp ghép nhất định

Ngoài độ tin cậy về công nghệ và độ tin cậy về hình học, nhiều ng-ời quan tâm tới các trung tâm gia công còn xét đến tính linh hoạt của hệ dụng cụ Công việc th-ờng gặp là có thể sắp phải gia công chi tiết mới và phải chuẩn bị những dụng cụ đặc biệt cho nó Câu trả lời lô gíc ở đây là các dụng cụ đ-ợc xây dựng theo nguyên lý mô đun hoá, để từ chúng mà các linh kiện tiêu chuẩn hoá có thể đ-ợc tổ hợp thành những dụng cụ phù hợp nhất với công việc gia công nh- các đòn khoan/doa

Bên cạnh khả năng cắt, độ tin cậy của dụng cụ, còn có yêu cầu về khả năng cung ứng nhẹ nhàng của hệ dụng cụ, đảm bảo phù hợp với kỹ thuật điều khiển CNC và khả năng điều chỉnh nhanh theo nhiệm vụ gia công thay đổi

Về mặt lý thuyết, chi tiết gia công và dụng cụ gia công là một cặp tác động t-ơng hỗ Trong thực tế cũng thấy rõ ở l-ỡi cắt của dụng cụ một điều là: hệ thống gồm máy công cụ, hệ điều khiển và dụng cụ có thể gia công chi tiết với khả năng cắt và hiệu quả kinh tế nh- thế nào

Hệ dụng cụ tạo ra khâu nối giữa l-ỡi cắt để tạo ra phoi, khi có tác động của các lực cắt, với máy công cụ nhằm thu thập các lực cắt và đồng thời thực hiện những chuyển động giữa l-ỡi cắt của dụng cụ và chi tiết gia công Hệ dụng cụ đ-ợc tạo lập phù hợp với ph-ơng pháp gia công (ví dụ: khoan, phay hoặc tiện) và các đặc điểm thiết kế của máy công cụ t-ơng ứng

2.2 Hệ dụng cụ và hệ cung ứng dụng cụ trên máy khoan - phay liên hợp cnc

Các máy khoan- phay liên hợp thông th-ờng đã đ-ợc nối ghép với hệ

điều khiển bằng số tạo thành trung tâm gia công điều khiển NC Đặc điểm của trung tâm gia công là dụng cụ đ-ợc thay đổi tự động Cho dù trong tr-ờng hợp cá biệt, vì lý do kinh tế, ở máy khoan-phay liên hợp dụng cụ vẫn phải thay đổi bằng tay; nh-ng các phần tử của nó cũng cần phải đ-ợc thiết kế và chế tạo cho phù hợp với định h-ớng tự động hoá toàn diện khâu cung ứng dụng cụ sau này

Những phần tử linh kiện cơ bản của hệ dụng cụ và hệ cung ứng dụng cụ

ở đây là:

- Tiếp nhận dụng cụ, để lắp dụng cụ vào trục chính của máy công cụ

- Dụng cụ đ-ợc ghép nối và đo kiểm tr-ớc với phần tử tiếp nhận dụng

cụ ở bên ngoài máy công cụ

- ổ tích dụng cụ có chức năng l-u giữ dụng cụ cần thiết cho quá trình gia công

- Trang bị đồ gá thay đổi dụng cụ có chức năng thay đổi dụng cụ, kể cả tiếp nhận gá đặt dụng cụ, giữa vị trí làm việc và vị trí ở ổ tích dụng cụ

Tiếp nhận dụng cụ là phần tử quan trọng nhất của một hệ dụng cụ Tuy

đã có nhiều cố gắng trên phạm vi quốc tế để tiêu chuẩn hoá hệ dụng cụ, nh-ng vẫn có nhiều hệ khác nhau, đặc biệt là các phần có rãnh khía để ngàm kẹp cặp vào khi thay đổi dụng cụ tự động, cũng nh- trang bị đồ gá để kéo, rút dụng cụ vào trục chính của máy công cụ Cơ cấu để kéo, rút dụng cụ vào trục chính của máy công cụ th-ờng là trục vít và ngàm kẹp Đ-ợc chuẩn hoá là kết cấu

có chuôi côn theo kích th-ớc danh nghĩa là 40, 45, 50 và 65 (nh- hình 1.1 và hình 1.2) Phần cuối của chuôi côn đ-ợc thiết kế và chế tạo khác nhau tuỳ theo

hệ thống kéo, rút và th-ờng là kết cấu tháo lắp đ-ợc

Để thay đổi các dụng cụ, dùng trên cùng một trung tâm gia công, nhanh

và an toàn, cần phải đảm bảo sao cho các dụng cụ có phần tử tiếp nhận dụng

cụ nh- nhau Kết của phần tử tiếp nhận dụng cụ đ-ợc tạo lập theo các h-ớng nh- sau:

a T-ơng ứng với lỗ côn tiếp nhận dụng cụ ở trục chính của máy công

cụ

b T-ơng ứng với các rãnh khía để ngàm kẹp cặp vào dùng cho cơ cấu thay đổi dụng cụ tự động, kể cả vạch chuẩn để định h-ớng dụng cụ

c T-ơng ứng với loại hệ thống kẹp, mà với nó phần tử tiếp nhận dụng

cụ đ-ợc giữ chặt bằng lực vào trục máy gia công, để truyền lực cắt an toàn

Để giảm chi phí về các phần tử tiếp nhận dụng cụ, khi sử dụng nhiều trung tâm gia công cần phải dùng các phần tử tiếp nhận dụng cụ có kết cấu thống nhất

Các hệ dụng cụ dùng cho trung tâm gia công đã đ-ợc quy định trong tiêu chuẩn quốc gia của các n-ớc công nghiệp phát triển, ví dụ: DIN 69871 (Đức) đ-ợc coi là bản khởi tạo cho một tiêu chuẩn quốc tế (ISO norm) Trong thực tế cũng có nhiều giải pháp tổ hợp về trang bị phụ và dụng cụ dùng cho các trung tâm gia công CNC đứng hoặc ngang Hệ dụng cụ khoan có dùng các mảnh l-ỡi cắt có khả năng đảo cạnh cũng đã đ-ợc thiết kế và chế tạo cho sản xuất

H×nh 2.1 èng c«n l¾p dông cô dïng trªn trung t©m gia c«ng

H×nh 2.2 C¸c kÝch th-íc chñ yÕu cña èng c«n l¾p dông cô theo tiªu chuÈn ISO

2.3 HÖ dông cô vµ hÖ cung øng dông cô trªn m¸y tiÖn cnc

Trªn m¸y tiÖn CNC th-êng dïng hai hÖ dông cô chÝnh sau ®©y, øng víi c¬ cÊu l¾p dông cô

- Đầu dao rê-vôn-ve

- ổ tích dao kết hợp với trang bị thay đổi dao

Hai hệ thống này có những -u điểm sau:

* Đầu dao rê-vôn- ve tạo điều kiện thay đổi dao nhanh

* ổ tích dao tạo khả năng l-u giữ nhiều dao hơn mà vẫn không gây va

đập dao trong phạm vi làm việc trên máy tiện CNC

Nối ghép giữa cơ cấu lắp dao và dao trên máy tiện CNC là giao diện thích hợp đ-ợc tiêu chuẩn hoá, ví dụ: VDI 3425 Giao diện nối ghép giữa dao thay đổi đ-ợc và cơ cấu giữ dao, hiện tại phát triển theo hai h-ớng là: h-ớng thứ nhất có nhiều hệ thống khác nhau trên thị tr-ờng nh-: COROMAT, HERTEL, WIDIA, v.v h-ớng thứ hai là tiêu chuẩn hoá, mà ít nhất cơ cấu tóm, bắt dao và các rãnh tóm, bắt dao, ví dụ: WIDIA, HERTEL, v.v

* Các dạng kết cấu của đầu dao rê-vôn-ve:

Bên cạnh những dạng kết cấu tiêu chuẩn do nhiều hãng cùng chế tạo, còn có các hệ t-ơng ứng với phạm vi làm việc và đề án tổng thể của máy CNC cũng do các hãng thiết kế và xây dựng Dạng kết cấu tiêu chuẩn của đầu dao rê-vôn-ve gồm có:

- Đầu dao rê-vôn-ve hình ngôi sao

- Đầu dao rê-vôn-ve có dạng đĩa, phiến tròn

- Đầu dao rê-vôn-ve có hình cái trống

Phần lớn các bản thiết kế đầu dao rê-vôn-ve chuyên dụng theo máy cũng đ-ợc xây dựng theo các dạng kết cấu tiêu chuẩn này

Hình 2.3 Đầu rê-vôn-ve dùng cho máy Tiện CNC a) Dạng đĩa b) Dạng chữ thập

* ổ tích dao trên máy tiện CNC:

ổ tích dao ít thấy hơn là đầu dao rê-vôn-ve trên máy tiện CNC, bởi vì trang bị thay đổi dao th-ờng tốn kém hơn là cơ cấu vận hành đầu dao rê-vôn-

ve ổ tích dao có -u điểm chủ yếu là l-u trữ số l-ợng dụng cụ nhiều hơn là

đầu dao rê-vôn-ve, nh-ng vẫn đảm bảo không bị va đập dao trong quá trình vận hành Nguyên lý ổ tích dao tạo ra một xung lực mới ở các máy tiện CNC nhờ các giải pháp về hệ dụng cụ, mà khi vận hành không phải thay đổi cả hộp cassette, mà chỉ thay đổi đầu dao có lắp l-ỡi cắt Nhờ những thiết kế này mà

có thể l-u giữ nhiều l-ỡi cắt hơn trong phạm vi không gian t-ơng đối hẹp, với các trang bị thay đổi dụng cụ tự động thích hợp, cũng có thể chuẩn bị và bảo quản dụng cụ ứng với phạm vi thời gian gia công dài hơn

* Dụng cụ có khởi động riêng dùng cho máy tiện CNC:

Nhiều chi tiết tiện có yêu cầu gia công bổ xung sau khi tiện, mà thông th-ờng không thể thực hiện đ-ợc trên máy tiện; chẳng hạn: khoan/phay lệch tâm, khoan/phay dọc trục, khoan/phay h-ớng kính (ví dụ: phay rãnh dọc ở

đ-ờng kính ngoài trên trục, phay rãnh ngang ở trên mặt đầu trục, khoan lỗ dọc trục hoặc lỗ h-ớng kính cũng nh- tạo ren ở lỗ đó, phay biên dạng đa cạnh ở

đầu phôi ) Các máy tiện CNC hiện đại đ-ợc dùng để tạo ra những bề mặt này phải có trục chính điều khiển bằng số (trục điều khiển chuyển động quay C) và những dụng cụ có hệ khởi động riêng trong đầu dao rê-vôn-ve Tuỳ theo

hệ dụng cụ đ-ợc trang bị và sử dụng mà các trung tâm tiện có thể thực hiện các loại công việc tiện, khoan, doa, khoét, phay hoặc ta-rô-ren Các hãng chế tạo dụng cụ cung ứng các đầu dao h-ớng trục và h-ớng kính, lắp với các khớp nối chuyên dụng để khởi động đầu dao rê-vôn-ve

Nh- vậy, theo yêu cầu của hệ CNC, nếu chỉ có trục điều khiển thứ 3 cho trục chính của máy tiện là ch-a đủ Ngoài ra, ở đây còn phải có các dạng lập trình riêng Đối với các thao tác khoan, trục chính của máy cần phải có khả năng lập trình theo giá trị độ/phút; đối với thao tác phay là khả năng lập trình nh- ở các máy phay theo các trục vuông góc là:

- Z/C cho các công việc gia công trên mặt chu vi của phôi

- X/C cho các công việc gia công trên mặt đầu của phôi

Phép nội suy phức tạp cho các chuyển động của trục trong quan hệ phụ thuộc vào kích th-ớc đ-ờng kính của phôi gia công đ-ợc thực hiện với phần mềm đặc biệt của hệ CNC

Các hình 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 1.10, 1.11 là những ví dụ về kết cấu

đầu dao rê-vôn-ve, ổ tích dao, cơ cấu thay dao dùng ở máy gia công CNC

Hình 2.4 Cơ cấu thay đầu khoan tự động

1- Đầu khoan 2- Hộp trục chính 3- Bàn truợt

Hình 2.5 Đầu rê-vôn-ve là trang bị l-u trữ và thay dụng cụ có dung tích nhỏ

16 dụng cụ

xích (chứa 60 dụng cụ)

Hình 2.9 Cơ cấu thay dụng cụ tự động 1- Hộp trục chính 2- Bàn tr-ợt cho tay máy, 3- Tay máy, 4- ổ tích băng xích, 5- Thân máy

Hình 2.10 Cơ cấu thay dụng cụ

1- Bàn tr-ợt, 2- Đầu rê-vôn-ve hai trục, 3- Trục đang làm việc,

4- Trục đứng im, 5- Quãng đ-ờng thay đổi dụng cụ, 6- ổ tích dụng cụ

4

0p2Wz2 0p4Wz3 0p1,3a6Wz1

Wz3

Wz8 Wz10

546 7

123 4 5 6 7

Wz1

2.4 Chọn dụng cụ

Gia công trên máy điều khiển bằng số tạo ra nhiều giải pháp mới về tiến trình gia công nh- gia công hoàn chỉnh một chi tiết cơ khí trên một máy tiện, với số lần gá đặt phôi ít hơn ở máy th-ờng Việc chọn dụng cụ gia công cũng phải dựa trên các giải pháp đó; nghĩa là mọi dụng cụ cần thiết để thực hiện các công đoạn gia công đa dạng trên một máy CNC phải đ-ợc tuyển chọn và tập hợp Điều đó có thể tăng số l-ợng dụng cụ từng trạm, vị trí gia công và đối với từng chủng loại chi tiết gia công Đồng thời, hệ điều khiển bằng số cũng tạo khả năng tạo ra biên dạng chi tiết bất kỳ bằng cách điều khiển các chuyển

động của các dụng cụ tiêu chuẩn theo quỹ đạo t-ơng ứng; nghĩa là không cần phải có dụng cụ định hình Nhờ đó mà giảm đựơc số l-ợng dụng cụ không cần thiết Quyết định đối với khâu chọn dụng cụ gia công CNC ở đây không còn là từng biên dạng hoặc từng chi tiết, mà là chủng loại (họ/nhóm) chi tiết gia công Giải pháp dùng với số l-ợng ít các dụng cụ có khả năng điều chỉnh linh hoạt và cao cấp luôn luôn tốt hơn giải pháp dùng nhiều dụng cụ có hình dạng

đặc biệt và thích ứng với nhiều tr-ờng hợp gia công

Giải pháp tối -u hoá về công nghệ quan trọng ở đây là dùng các mảnh l-ỡi cắt có khả năng đảo cạnh cắt và thay thế nhanh Giải pháp này tạo khả năng thích ứng nhanh dụng cụ cắt về mặt vật liệu dao và hình học l-ỡi cắt theo vật liệu chi tiết và các thông số của chi tiết nh- trạng thái cấu trúc tinh thể, tính ổn định

Dòng phoi cắt phải đ-ợc chú trọng vì công suất cắt càng cao, điều kiện cắt càng phức tạp và chuyển động của dụng cụ cắt càng phong phú thì càng cần phải có giải pháp đặc biệt để truyền tải phoi cắt nhanh Cấp chất làm mát

ở bên trong hoặc thông qua hệ thống truyền dẫn tích hợp và t-ơng ứng th-ờng

là những giải pháp đ-ợc sử dụng để cải thiện điều kiện cắt mà không làm ảnh h-ởng đến các quá trình thay dụng cụ tự động