Ứng dụng phần mềm Shopmill để gia công khuôn khay đỡ sản phẩm trên máy phay CNC HAAS VF 1

Ứng dụng phần mềm Shopmill để gia công khuôn khay đỡ sản phẩm trên máy phay CNC HAAS VF 1 Ứng dụng phần mềm Shopmill để gia công khuôn khay đỡ sản phẩm trên máy phay CNC HAAS VF 1 Ứng dụng phần mềm Shopmill để gia công khuôn khay đỡ sản phẩm trên máy phay CNC HAAS VF 1 luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

-

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

-

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

LỜI 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

LỜI 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

MỤC 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

1.4 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

2.2.2 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

3.3.1.2 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

3.3.4.6 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

Danh 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

Danh 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

Hình 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

Hình 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

Hình 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

Danh 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

LỜI 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

Phương 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

CHƯƠNG 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

Hình 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

Điều 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

công 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

Máy 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

có 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

trình 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

chuyển 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)

Hình 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

Contour 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

Hình 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

Hình 1.11: Một số loại dao phay mặt đầu

1.4 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

5 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

1.4.4 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

4 Trục vít me bi

7 Thanh trượt ngang

9 Vỏ bảo vệ bên ngoài

10 Bảng kiểm soát hệ thống

1.4.4.3 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

6 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

17 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

29 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

44

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

- 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