Lập trình gia công một số bề mặt phức tạp trên máy CNC

Luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

NGUYỄN QUÝ VINH

LẬP TRÌNH GIA CÔNG MỘT SỐ BỀ MẶT PHỨC TẠP TRÊN MÁY CNC

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT MÁY VÀ THIẾT BỊ CƠ

GIỚI HÓA NÔNG LÂM NGHIỆP

MÃ SỐ: 605214

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS TRẦN VĂN ðỊCH

HÀ NỘI - 2011

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… ii

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, do chính tôi thực hiện dưới sự chỉ giáo của người hướng dẫn Những số liệu và kết quả nghiên cứu ñược trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc

Hà nội, ngày 27 tháng 12 năm 2011

Học viên

Nguyễn Quý Vinh

Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦ iii

Tôi xin chân thành cảm ơn GS-TS Trần Văn địch, ựã tận tình hướng dẫn, giúp ựỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện ựề tài, ựặc biệt là PGS-TS đào

Quang kế cùng với các Thầy giáo, Cô giáo Khoa Cơ ựiện Trường đại học nông

nghiệp Hà Nội ựã hết lòng không quản thời gian giúp ựỡ ựể tôi thực hiện hoàn thành ựề tài ựúng tiến ựộ

Trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp, bản thân tôi ựã thực sự nỗ lực trong thực nghiệm, tìm hiểu nhiều tài liệu tham khảo, kết hợp với những kiến thức ựã ựược học ứng dụng vào ựề tài ựược giao ựể hoàn thành nội dung ựặt ra Tuy nhiên, do năng lực và kinh nghiệm còn hạn chế nên nội dung của bản luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong ựược sự quan tâm, góp ý của quý Thầy, Cô giáo và các bạn ựồng nghiệp ựể bản luận văn ựược hoàn chỉnh hơn và có hướng khắc phục trong nghiên cứu tiếp theo

Xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày 27 tháng 12 năm 2011

Học viên

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… iv

Nguyễn Quý Vinh

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… v

PHỤ LỤC MỞ ðẦU i

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ðIỀU KHIỂN SỐ VÀ CÔNG NGHỆ CNC 2

1.1 Bản chất của ñiều khiển số 2

1.1.1 ðiều khiển không theo số 2

1.1.2 ðiều khiển số 4

1.1.3 Mã hoá thông tin 5

1.1.4 Máy công cụ ñiều khiển theo chương trình CNC 7

1.2 Lịch sử phát triển của các máy CNC 14

1.3 Hướng phát triển của máy CNC trên thế giới và Việt Nam 17

1.3.1 Từ các máy CNC tới FMS 18

1.3.2 Tính ưu việc của máy CNC 26

1.4 Kết luận 27

Chương 2: GIỚI THIỆU TRUNG TÂM GIA CÔNG TNV-40A 28

2.1 Giới thiệu chung 28

2.2 Phạm vi sử dụng 29

2.3 Bảng ñiều khiển 29

2.3.1 Cấu tạo 29

2.3.2 Các phím 30

2.3.3 Các công tắc 30

2.4 Thông số kỹ thuật 31

2.5 Các chuyện ñộng chính của máy 31

2.5.1 Chuyện ñộng chạy dao 31

2.5.2 Các nhiệm vụ chuyển ñộng chạy dao 32

2.5.3 Kết cấu vít me - ðai ốc bi 33

2.5.4 Chuyển ñộng của ñầu trục chính 34

2.6 Yêu cầu kĩ thuật của trục chính 35

2.7 Cấu hình chuẩn 35

2.8 Phần mềm ñiều khiển trên PC 36

2.8.1 Biên soạn chương trình 36

2.8.2 Mô phỏng 36

2.8.3 Thực hiện gia công 36

2.8.4 Chế ñộ ñiều khiển bằng tay 36

2.8.5 Chức năng ñặc biệt 36

2.9 Kết luận 37

Chương 3: PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH TRÊN MÁY PHAY CNC 38

3.1 Chuẩn bị lập trình 38

3.1.1 Những yêu cầu ñối với người lập trình 38

3.1.2 Các bước cần thiết khi lập một chương trình 38

3.1.3 Nhập chương trình vào máy 39

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… vi

3.1.4 Các thuật ngữ trong lập trình 40

3.1.5 ðiều khiển và ñịnh hướng các trục 41

3.1.6 ðiểm gốc phôi 43

3.1.7 Tọa ñộ lập trình 43

3.1.8 Xác ñịnh ñiều kiện cắt gọt 46

3.1.9 Các dạng mã lệnh 46

3.1.10 Mẫu cơ bàn của một chương trình 49

3.2 Mã lệnh G 50

3.2.1 Danh sách các mã G 50

3.2.2 Các dạng tọa ñộ (G90, G91) 54

3.2.3 Lựa chọn tọa ñộ phôi G54-G59 55

3.2.4 Bù chiều dài dụng cụ G53, G44, G49 57

3.2.5 Lựa chọn mặt phẳng gia công G17, G18, G19 61

3.2.6 Di chuyển dụng cụ với tốc ñộ chạy không cắt G00 63

3.2.7 Di chuyển dụng cụ theo ñường thẳng với tốc ñộ chạy dao cắt gọt 64

3.2.8 Di chuyển dụng cụ theo cung tròn với tốc ñộ tiến dao cắt gọt 65

3.2.9 Lệnh dừng tạm thời G04 68

3.2.10 Trở về ñiểm gốc chính của máy hoặc gốc thứ 2, 3, 4 69

3.2.11 Bù bán kính dụng cụ G40, G41và G42 70

3.3.12 Lựa chọn hệ tọa ñộ máy G53 71

3.3 Bảng mã M 72

3.3.1 Dừng chương trình và dừng lựa chọn M00, M01 75

3.3.2 M02, M30 kết thúc chương trình và lặp lại chương trình 76

3.3.3 Quay và dừng trục chính M03, M04, M05 77

3.3.4 ðổi dụng cụ M06 77

3.3.5 Bật tắt dung dịch trơn nguội M08, M09 78

3.3.6 Khóa trục chính M19 78

3.3.7 Tắt nguồn tự ñộng M20 78

3.3.8 Chu trình cất dụng cụ M33 79

3.3.9 Bật và tắt quá trình thổi khí M51, M59 79

3.3.10 Gọi chương trình con và trở về từ chương trình con M98, M99 79

3.4 Mã lệnh T, S và F 80

3.4.1 Mã lệnh T 80

3.4.2 Mã lệnh S 80

3.4.3 Mã lệnh F 81

3.5 Mã lệnh D và H 81

3.5.1 Mã lệnh D 81

3.5.2 Các thuật ngữ giải thích chức năng bù bán kính dụng cụ 82

3.5.3 Mã lệnh H 82

3.6 Kết luận 83

Chương 4: LẬP TRÌNH GIA CÔNG BỀ MẶT MẶT PHỨC TẠP TRÊN MÁY PHAY CNC 84

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… vii

4.1 Sử dụng phần mềm Inventor tạo sản phẩm có bề mặt phức tạp 86

4.1.1 Bản vẽ khuôn giầy, chuột máy tính 86

4.1.2 Thiết kế khuôn trên phần mềm Inventor profession 2008 87

4.2 Sử dụng phần mềm MasterCam ñể lập trình 88

4.2.1 Chọn máy và ñịnh nghĩa phôi 88

4.2.2 Chọn dao và chế ñộ cắt 93

4.2.3 Mô phỏng trong MasterCam 104

4.3 Gia công trên máy phay CNC 106

4.3.1 Gia công khuôn giầy 106

4.3.2 Gia công chuột máy tính 108

4.4 Kiểm tra sản phẩm 110

4.5 Kết luận 110

KẾT LUẬN - KIẾN NGHI 112

Kết luận 112

Kiến nghị 112

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… viii

MỞ ðẦU

Với sự phát triển không ngừng của các ngành khoa học – công nghệ, ñặt biệt trong lĩnh vực ñiều khiển số và tin học, ñã cho phép các nhà chế tạo máy nói chung chế tạo máy công cụ nói riêng, thiết kế các hệ thống ñiều khiển ngày càng tin cậy hơn Máy ñiều khiển số CNC (Computer Numerical Control) ñóng vai trò quan trọng trong sản xuất linh hoạt, sử dụng máy ñiều khiển số CNC cho phép giảm khối lương, thời gian gia công chi tiết, nâng cao ñộ chính xác gia công và ñạt hiểu quả kinh tế ñồng thời rút ngắn chu kỳ sản xuất

Chính vì vậy, ngành cơ khí chế tạo phát triển rất mạnh trên thế giới cũng như trong nước ta hiện nay, ñầu tư các dây chuyền, các trung tâm CNC là một vấn ñề thiết yếu cho sử phát triển của nước ta Tài chính không còn là vấn ñề quan trong ñối với các doanh nghiệp khi ñầu tư vào máy công cụ ñiều khiển theo chương trình số Nhưng ñể sử dụng hiệu quả các máy công cụ CNC trong gia

công một số chi tiết có bề mặt phức tạp là vấn ñề cấp thiết mà nhiều doanh

nghiệp mong muốn các nhà khoa học tham gia giải quyết

Từ những cấp thiết trên chúng tôi ñã tiến hành nghiên cứu với ñề tài “Lập trình gia công một số bề mặt phức tạp trên máy CNC” và mục tiêu ñặt ra là

nghiên cứu phương pháp lập trình và thực hiên cắt thử chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy phay CNC Tác giả ñi sâu giải quyết các vấn ñề chính sau:

Chương 1 Tổng quan về ñiều khiển số và công nghệ CNC

Chương 2 Giới thiệu trung tâm gia công TNV-40A

Chương 3 Phương pháp lập trình trên máy phay CNC

Chương 4 Lập trình gia công bề mặt phức tạp trên máy phay CNC

Xin chân thành cảm ơn GS TS Trần Văn ðịch người ñã tận tình hướng

dẫn em hoàn thành luận văn này Xin chân thành cảm ơn Viện ñào tạo sau ñại học, Khoa cơ ñiện, Bộ môn công nghệ cơ khí Trường ðH Nông Nghiệp Hà Nội Xin chân thành cảm ơn Trường Cð Việt Nam - Hàn Quốc, Khoa cơ khí ñã tạo ñiều kiện cho tác giả hoàn thành ñề tài này

Tác giả rất mong muốn nhận ñược sự góp ý của quý thầy cô và các ñồng

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ðIỀU KHIỂN SỐ VÀ CÔNG

NGHỆ CNC 1.1 Bản chất của ñiều khiển số

Khi gia công trên các máy công cụ, thì chi tiết và các dụng cụ cắt thực hiện các chuyển ñộng tương ñối với nhau Những chuyển ñộng (hay dịch chuyển) tương ñối ñược lặp lại nhiều lần khi gia công mỗi chi tiết ñược gọi là chu kỳ gia công ðể có một chu kỳ gia công ta phải xác ñịnh một ñại lượng và một thứ tự của hành trình Phần "thứ tự" ñược gọi là phần ñiều khiển Thật vậy, chương trình làm việc của bất kỳ một máy tự ñộng nào cũng cần có hai loại thông tin:

Về kích thước (xác ñịnh hành trình của chu kỳ), về ñiều khiển (xác ñịnh thứ tự của hành trình theo thời gian) [11]

Người ta chia các hệ thống ñiều khiển máy công cụ ra hai loại:

- ðiều khiển không theo số (hay còn gọi là ñiều khiển truyền thống, ñiều khiển liên tục);

- ðiều khiển số

1.1.1 ðiều khiển không theo số

Hệ thống ñiều khiển không theo số có các loại như sau: ñiều khiển bằng các cam, ñiều khiển bằng quãng ñường, ñiều khiển theo thời gian và ñiều khiển theo chu kỳ [7]

* Hệ thống ñiều khiển theo cam

Theo hệ thống này thì quãng ñường (hành trình) L ñược xác ñịnh theo công

* Hệ thống ñiều khiển theo quãng ñường

Hình 1.2 ðiều khiển theo quãng ñường

Ở ñây, ñại lượng hành trình của cơ cấu chấp hành ñược giới hạn bởi hai bộ chuyển hành trình KBB và KBH: KBB giới hạn di chuyển của cơ cấu chấp hành

về bên trái hay về phía trước; KBH giới hạn di chuyển cơ cấu chấp hành về bên phải hay phía sau ðại lượng hành trình L ñược xác ñịnh như sau [10]:

L = b - a = b1 + b2 - a2 + a1 (1.2)

Ở ñây: a1, a2, b1, b2 - toạ ñộ của các chốt và các bộ chuyển hành trình (mm);

a - Khoảng cách giữa các chốt trên cơ cấu chấp hành;

b - Khoảng cách giữa hai bộ chuyển hành trình

* Hệ thống ñiều khiển thời gian

Trong hệ thống ñiều khiển này thì cơ cấu chấp hành ñược ñiều khiển bằng bộ ñiều khiển Bộ ñiều khiển ở ñây là một chi tiết hình tang trống mà trên nó có một số ñường rãnh nhất ñịnh Trên các ñường rãnh này có gá các cam Các cam này ñược lắp với các cữ hành trình (bộ chuyển hành trình) Cữ hành trình ñiều khiển mỗi chu kỳ gia công theo các lệnh ñiều khiển

"dịch chuyển về bên trái" (theo cữ KBH) hoặc ñiều khiển "dịch chuyển về bên phải" (theo cữ KBK)

Hình 1.3 ðiều khiển thời gian

Chiều dài hành trình ñược xác ñịnh theo công thức:

V - tốc ñộ trung bình của cơ cấu chấp hành (m/ph)

* Hệ thống ñiều khiển theo chu kỳ

Hệ thống ñiều khiển này là tổng hợp của hai hệ thống ñiều khiển theo quãng ñường và thời gian Ở ñây ñại lượng hành trình ñược xác ñịnh bằng các cữ hành trình trong hệ thống ñiều khiển theo quãng ñường hoặc bởi bộ ñiều khiển trong

hệ thống ñiều khiển thời gian Trên (hình 1.4) ta thấy, khi bộ ñiều khiển tác ñộng vào rơ le "tiến" thì cơ cấu chấp hành dịch chuyển phía trước, khi bộ ñiều khiển tác ñộng vào rơ le "lùi" thì cơ cấu chấp hành dịch chuyển sang phía sau (về bên phải) Dĩ nhiên, bộ ñiều khiển chỉ tác ñộng vào rơ le "lùi" khi cơ cấu chấp hành chạm vào cữ hành trình KBB Khi cơ cấu chấp hành dịch chuyển về bên phải thì rơ le "tiến" không làm việc Rơ le

"tiến" chỉ hoạt ñộng khi cơ cấu chấp hành chạm vào cữ hành trình KBH và lúc

ấy chu kỳ mới ñược lặp lại Ta thấy các hệ thống ñiều khiển trên ñây tuy không giống nhau nhưng ñại lượng hành trình lại ñược ñiều khiển giống nhau (liên tục) ðiều ñó có nghĩa là ñiều khiển theo chương trình số [8]

1.1.2 ðiều khiển số

ðiều khiển số là hệ thống ñiều khiển mà mỗi hành trình ñược ñiều khiển theo số Mỗi thông tin ñơn vị ứng với một dịch chuyển gián ñoạn của cơ cấu chấp hành ðại lượng này có tên gọi là "khả năng giải quyết" của hệ thống hay

là giá trị xung Cơ cấu chấp hành có thể dịch chuyển với một ñại lượng bất kỳ

Hình 1.4 ðiều khiển theo chu kỳ

nào ứng với giá trị xung Như vậy, khi biết giá trị xung q và ñại lượng dịch chuyển L của cơ cấu chấp hành, ta có thể xác ñịnh số lượng xung N cần thiết tác ñộng ñể có lượng dịch chuyển L:

Số lượng xung N ñược ghi trên kênh thông tin ñược gọi là một chương trình xác ñịnh ñại lượng thông tin kích thước Các thông tin cần thiết ñược ghi trên băng ñục lỗ hoặc băng từ Số lượng thông tin ñược ghi trong một hệ thống

mã hoá nhất ñịnh [9]

1.1.3 Mã hoá thông tin

Con người và máy quan hệ với nhau bằng một ngôn ngữ mà máy có thể hiểu ñược Máy phải ñọc ñược chương trình do con người ghi và thực hiện theo chương trình ñó Khi cơ cấu ñiều khiển số bị hỏng, chương trình có sai sót thì ñiều khiển số sẽ truyền thông tin về nguyên nhân ngừng hoạt ñộng

* Chữ cái

Chữ cái của mã số là tập hợp các ký hiệu ñược dùng khi mã hoá Các phần

tử mới hiện nay của tự ñộng hoá chỉ có hai trạng thái ổn ñịnh: Công tắc kín hoặc công tắc hở, trong mạng của băng ñục lỗ có thể có hoặc không có lỗ Một trạng thái ứng với ký hiệu 1 (cấp dòng năng lượng chẳng hạn), còn trạng thái khác ứng với ký hiệu 0 (ngắt dòng năng lượng chẳng hạn) Vì vậy chữ cái của

mã số chỉ chứa hai ký hiệu {0,1} [11]

* Mã thập phân

Cơ sở của hệ thập phân (mã thập phân) là số 10 Hệ thống này có 10 ký tự: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 Người ta chọn hệ thập phân ñể tính là xuất phát từ lịch sử tính toán bằng 10 ngón tay

Theo hệ thập phân thì số 3807,45 ñược viết như sau: 3.103 + 8.102 + 0.101 + 7.100 + 4.10-1 + 5.10-2 Ta thấy, ví trị ñầu tiên bên trái dấu phẩy ứng với số

mũ 0 ñi vè bên trái của dấu phẩy, các số mũ luỹ thừa tăng dần (2,3) ði về bên phải của dấu phẩy số mũ lũy thừa giảm dần: - 1, -2, -3 Ví dụ, trong trường hợp phân tích số 3807,45 thì số mũ luỹ thừa giảm như sau: -1, -2 (bằng các chữ số

ñứng ñằng sau dấu phẩy) Mã số thập phân tuy chứa ñược nhiều dung lượng nhưng lại rất phức tạp khi tính toán [7]

* Mã nhị phân

Cơ sở của mã nhị phân là số 2 ða số 2 lên cấp có số mũ nguyên dương (0,1,2,3 ) ta sẽ ñược dãy số 20, 21, 23, 24 ứng với dãy số 1,2,3,4,8,16 Bất

kỳ một số nào trong hệ nhị phân là tổ hợp của chữ số 0 và 1 [11] ðể chuyển số

từ hệ tính thập phân sang hệ tính nhị phân cần phải chia tuần tự số thập phân cho

2 như ví dụ cho số 43 sau ñây:

1010112 = 1.25 + 0.24 + 1.23 + 0.22 + 1.21 + 1.20 = 43

1.1.4 Máy công cụ ñiều khiển theo chương trình CN

Là máy công cụ ñược ñiều khiển theo chương trình viết bằng chữ mã ký tự

số Chữ cái và các kí tự chuyên dụng khác trong ñó hệ thống ñiều khiển có cài ñặt các bộ vi xử lý UP (Micro processor) làm việc với các chu kỳ thời gian từ 1 ñến 20 và có bộ nhớ tổi thiểu 4KByte, ñảm nhiệm các chức năng cơ bản của chương trình ñiều khiển số như: Tính toán toạ ñộ trên các trục ñiều khiển theo

thời gian thực giám sát các trạng thái của máy, tính toán các giá trị chỉnh lý dao cụ, tính toán nội suy trong ñiều khiển quỹ ñạo biên dạng, thực hiện so sánh các cặp giá trị cần và giá trị thực (Hình 1.5) là sơ

ñồ nguyên lý hoạt ñộng của máy gia công CNC [9]

Hình 1.5 Sơ ñồ nguyên lý hoạt ñộng của máy gia công CNC

* Hệ thống ñiều khiển NC

Hệ thống NC ñầu tiên ra ñời do nhu cầu chế tạo các chi tiết phức tạp với số lượng ít Trong hệ thống NC các thông số hình học của chi tiết và các lệnh ñiều khiển máy ñược cho dưới dạng dãy các con số

+ ðưa dữ liệu vào hệ thống

Toàn bộ các chỉ dẫn gia công ñược in vào băng ñục lỗ dưới dạng các câu lệnh của chương trình Mỗi câu lệnh ñược ñọc trong hệ thống ñiều khiển NC, ñồng thời ñưa vào các bộ phận hiệu chỉnh dụng cụ cần thiết và xê dịch các ñiểm (0)

+ Xử lý dữ liệu và ñưa dữ liệu ra

Các thông tin ñưa vào hệ thống ñiều khiển ñược mã hoá và tách thành thông tin hình học và thông tin công nghệ (hình 1.5) Các thông tin hình học dịch chuyển dụng cụ Các thông tin công nghệ ñiều khiển các chức năng vận hành máy

Hình 1.6 Chu trình ñiều khiển trong các hệ ñiều khiển NC

Mỗi một bàn trượt của máy có trang bị một hệ thống dò dịch chuyển ñể xác ñịnh vị trí của bàn trượt và báo cho thiết bị so sánh giá trị thực với giá trị ñã cho trong bộ so sánh của hệ thống ñiều khiển, sai lệch này sẽ ñược biến ñổi thành các tác ñộng ñiều khiển cụm chạy dao Khi sai lệch ñiều khiển bằng 0 tức là ñã ñạt ñược vị trí ñã cho, ñộng cơ chạy dao sẽ dừng Chu trình ñiều khiển tốc ñộ cũng dựa trên cơ sở của chu trình ñiều khiển vị trí Số vòng quay thực ñược xác ñịnh nhờ máy phát ño tốc ñộ lắp trong ñộng cơ chạy dao

+ Bộ thích nghi

Các thông tin hình học và thông tin công nghệ chuyển qua bộ thích nghi

Bộ thích nghi có chức năng như một mắt xích nối giữa máy CNC và hệ thống ñiều khiển Kết nối các lệnh ñiều khiển NC với các thông báo từ máy trở lại Chúng có chức năng chính như là các chuyển ñổi liên ñộng, cho khả năng tránh ñược việc thực hiện các lệnh không hợp lý Ví dụ: khi mâm cặp của máy tiện chưa kẹp chặt Bộ thích nghi không phát lệnh chạy dao mặc dù hệ thống ñiều khiển có phát lệnh dịch chuyển [3]

* Hệ thống ñiều khiển CNC

ðiều khiển NC có nhược ñiểm là kém linh hoạt, tốn thời gian trong việc thay ñổi chương trình vì phải sửa lại các băng ñục lỗ Ngày nay hệ thống ñiều khiển NC ñược thay thế rộng rãi bằng các hệ thống ñiều khiển CNC là có sự can thiệp của máy tính Trong các hệ thống ñiều khiển này có một chương trình hệ thống CNC do nhà chế tạo cài ñặt trong máy tính Thông qua các phần mềm riêng lẻ, ví dụ: chương trình giải mã và hệ ñiều hành chương trình mà các chức năng CNC riêng lẻ ñược thực hiện

+ ðưa dữ liệu vào hệ thống

Trong hệ thống NC thông thường chương trình gia công làm chỉ một lần trên băng ñục lỗ và nằm trong bộ phận lưu giữ chương trình Hệ thống ñiều khiển CNC chương trình gia công có thể ñưa vào trong hệ thống ñiều khiển của

hệ ñiều khiển số khi lập trình, xử lý dữ liệu và ñưa dữ liệu ra

Hình 1.7 Các dòng thông tin trong ñiều khiển CNC

Chương trình gia công ñược ñưa vào có thể gọi ra bất cứ lúc nào từ bộ phận lưu trữ chương trình gia công Việc sửa chữa, thay ñổi và tối ưu một chưng trình

có thể tiến hành bất kỳ lúc nào ngay tại máy

Việc kiểm tra tính toán nhận biết mã và tách ra thành các dự liệu hình học,

dữ liệu công nghệ là do chương trình ñiều hành ñối với bộ phận lưu giữ chương trình sẽ ñiều khiển bộ chỉ dẫn các câu lệnh, chỉ dẫn các câu lệnh, chỉ dẫn các chương trình con và nội dung các chương trình gia công ñang có trong bộ lưu giữ chương trình

ðiều khiển CNC hiện ñại có một màn hình ñồ hoạ, mô phỏng ñộng học quá trình cắt gọt Nhờ bàn phím và giao diện trực tiếp với hệ thống ñiều khiển cho phép ñưa chương trình vào một cách nhanh chóng và tránh ñược các sai sót

+ Bộ thích nghi

Bộ thích nghi trong hệ ñiều khiển NC thông thường là một bộ chuyển ñổi liên ñộng Trong hệ ñiều khiển CNC bộ chuyển ñổi liên ñộng ñược thay thế bằng bộ ñiều khiển chương trình lưu trữ, bộ ñiều khiển chương trình ñã ñược lưu

trữ sẽ theo dõi và ghép nối chức năng vận hành máy ñến từ hệ ñiều hành khiển CNC và máy

+ Sơ ñồ hệ ñiều khiển CNC

Các hệ ñiều khiển CNC hiện nay ñược cấu tạo ñể khi mở rộng hệ ñiều khiển có thể bổ sung thêm cho các chức năng ñã có các mô ñun mở rộng Vì vậy các hệ ñiều khiển ñược thiết kế thích hợp cho việc lắp vào phần mềm hoặc sử dụng các linh kiện ñiện tử hiện ñại thích hợp Trong các hệ ñiều khiển nhiều bộ

Hình 1.8 Phương án nhiều bộ vi xử lý

Trong các phân xưởng có hệ thống DNC các chương trình NC ñược lập và ñưa thẳng vào trong máy tính Phần lớn các hệ ñiều khiển CNC có các ngôn ngữ lập trình khác nhau vì vậy khi lập trình bằng tay cần có phần mềm tương ứng cho việc biên dịch DNC cung cấp cho cho các máy CNC riêng biệt các thông tin ñiều khiển

Hình 1.9 Hệ thống DNC

NC lập trình bằng máy ñòi hỏi ñối với từng kiểu ñiều khiển một chương trình dịch riêng (Postprocessor) Trong phân xưởng có nhiều máy CNC, các trang bị công nghệ ñược lưu giữ và ñiều hành trong một ngân hàng giữ liệu trung tâm của máy tính [4]

Nhờ ñó, các dữ liệu về dụng cụ và trang thiết bị công nghệ ñược gọi ra trên màn hình Các hệ thống DNC có các ưu ñiểm sau:

- Có một ngân hàng dữ liệu trung tâm cho biết các thông tin của chương trình, chi tiết gia công và dụng cụ;

- Truyền dữ liệu nhanh, tin cậy phát huy tốt hiệu quả của các máy CNC;

- ðiều khiển và lập kế hoạch gia công;

- Có khả năng ghép nối vào hệ thống gia công linh hoạt

* ðiều khiển thích nghi AC (Adaptive Control)

ðiều khiển thích nghi AC là ñiều khiển tự ñộng quá trình gia công không

có tác ñộng của người vận hành máy Nhằm tự ñộng thay ñổi các thông số gia công theo ảnh hưởng không thể dự kiến trước trong quá trình gia công Ví dụ: Kích thước phôi thay ñổi khi ñiều khiển thích nghi sẽ thay ñổi tốc ñộ chạy dao cho phù hợp Tuỳ theo mục tiêu sử dụng người ta phân chia các hệ thống ñiều khiển thích nghi thành:

- ðiều khiển thích nghi cưỡng bức ACC (Adaptive Control Constrain);

- ðiều khiển thích nghi tối ưu ACO (Adaptive Control Optimation)

ACC dùng ñể ñiều khiển giới hạn của các thông số cắt gọt Ví dụ: khi tiện côn, chiều sâu cắt gọt thay ñổi do vậy lượng chạy dao và số vòng quay của dao phải ñược ñiều khiển sao cho ñảm bảo công suất cắt tối ña cho phép

ACO dùng cho việc tối ưu hoá các quá trình gia công nhằm giảm thời gian gia công hoặc giảm giá thành gia công có chú ý ñến nhiều yếu tố ảnh hưởng ngược nhau (công suất cắt cao sẽ làm giảm tuổi bền của dụng cụ cắt) Hiện nay các hệ thống ACO ứng dụng nhiều trong gia công bằng mài và gia công bằng tia lửa ñiện Hệ thống ñiều khiển thích nghi ñược ứng dụng rộng rãi cho các chức năng bổ sung thêm của các hệ ñiều khiển CNC như tự ñộng theo dõi dụng cụ cắt

và ño chi tiết trong quá trình gia công [3]

* Hệ thống gia công linh hoạt FMS (Flexble manufaceturing systems)

Sự ña dạng của sản phẩm dẫn ñến giảm số lượng chi tiết gia công trong một loạt và làm tăng giá thành Một số ngành công nghiệp chế tạo do số lượng kiểu sản phẩm và các phương án mẫu ngày càng tăng Dây chuyền sản xuất truyền thống không hiệu quả kinh tế ñối với khối lượng chủng loại chi tiết

Các hệ thống gia công linh hoạt có khả năng gia công các chi tiết khác nhau trong cùng một họ chi tiết với số lượng chi tiết và thứ tự gia công tuỳ ý Giá thành chế tạo chi tiết kể cả trong ñiều kiện gia công loạt nhỏ vẫn ñạt hiệu quả kinh tế [1]

Tuỳ theo tính linh hoạt và năng suất, người ta phân loại các hệ thống gia công linh hoạt thành:

- Các tế bào gia công linh hoạt;

- Các cụm gia công linh hoạt;

- Các dây chuyền gia công linh hoạt

Một hệ thống gia công linh hoạt thường có ba thành phần chính:

- Một hay nhiều cụm gia công;

- Các hệ thống vận chuyển chi tiết và dụng cụ;

- Máy tính của hệ thống DNC ñóng vai trò là thiết bị chỉ ñạo

Hạt nhân của tế bào gia công là máy CNC Một trung tâm gia công có trang

bị ổ chứa dụng cụ, các trang bị thay ñổi gá lắp Hệ thống thay ñổi dụng cụ và chi tiết tạo thành một hệ thống gia công linh hoạt làm việc tự ñộng ñòi hỏi các thiết

bị giám sát và ño lường tự ñộng như: ño kích thước dụng cụ ở trên máy; theo dõi

tự ñộng tuổi bền của dao; ño chi tiết [5]

1.2 Lịch sử phát triển của các máy CNC

Ý tưởng ñiều khiển một dụng cụ thông qua chuỗi lệnh kế tiếp liên tục, mà chúng ñược ứng dụng trong các máy ñiều khiển CNC ngày nay ñã ñược phát triển từ thế kỷ thứ 14 Bắt ñầu từ những cụm chuông ñược ñiều khiển bởi các trục ñục lỗ [11]

1808 Josehp M Jacqard ñã dùng bìa tôn có ñục lỗ ñể ñiều khiển các máy dệt Vật mang tin có thể thay thế ñược dùng ñể ñiều khiển máy ñã ñược phát minh

1863 M Fourneaux ñã sáng chế ra ñàn Dương Cầm tự ñộng, có dùng một bìa giấy khổ 30cm với các lỗ tương ứng ñể ñiều tiết khí nén, tác ñộng lên hệ phím ấn cơ khí tạo ra nhạc ñiệu Phương pháp này ñã ñược tiếp tục phát triển ñể sau ñó có thể ñiều khiển cả âm lượng Băng giấy ñã trở thành vật mang tin và kỹ thuật ñiều khiển các chức năng phụ ñã ñược phát minh

1938 Claude E Shanon ñã thành công việc tính toán và chuyển nhanh dữ liệu ở dạng nhị phân có vận dụng lý thuyết ñại số BOOL và xác nhận công tắc ñiện tử là thành phần hiện thực duy nhất cho giải pháp này

1946 Tiến sĩ John W.Mauchyly và J.Preper Eckrt ựã cung cấp máy tắnh số ựiện tử ựầu tiên có tên là ENIAC cho quân ựội Hoa Kỳ Cơ sở của kỹ thuật xử lý

dữ liệu ựiện tử ựã ựược tạo lập

1949 - 1952 Jonh Parsons và viện công nghệ MIT ựã nghiên cứu theo hợp ựồng của không lực Hoa Kỳ một hệ thống dùng cho các máy công cụ ựể ựiều khiển trực tiếp vị trắ của các trục vắt - me bằng ựầu ra của một máy tắnh và chứng minh chức năng thông qua công một chi tiết Parons ựã công bố luận ựiểm cơ bản về ý tưởng này như sau:

- Lưu trữ các vị trắ ựã tắnh toán ở bìa ựục lỗ;

- Bìa ựục lỗ ựược ựọc tự ựồng trên máy;

- Các vị trắ ựã ựược ựọc phải ựược thông báo liên tục và các giá trị trung gian bổ sung phải ựược tắnh toán cho các giá trị trung gian nội sao cho ựộng cơ Servo (vô tốc ựộ) có thể ựiều khiển chuyển ựộng của các trục

Với một máy như vậy cần phải chế tạo ựược các phần tử thắch hợp ngày càng phức tạp hơn Những chi tiết ựó vào thời kỳ này ựã ựược miêu tả chắnh xác với một số ắt các dữ liệu toán học Nhưng việc chế tạo chúng bằng tay rất khó khăn

Năm 1952 Viện Công nghệ MIT ựã vận hành máy công cụ ựiều khiển số ựầu tiên đó là máy Cincinati Hydrotel có trục vắt - me thẳng ựứng, hệ ựiều khiển có cấu tạo gồm nhiều ựèn ựiện tử, tạo khả năng chuyển ựộng ựồng thời ba trục, tức là nội suy ựường thẳng ựồng thời theo ba trục và nhận dữ liệu thông qua băng ựục lỗ mã nhị phân (Benary Code Punched Band)

1954 Bendix chế tạo ra hệ ựiều khiển NC hoàn chỉnh ựầu tiên có dùng các ựèn ựiện tử

1957 Không lực Hoa Kỳ ựã lắp ựặt những máy phay NC ựầu tiên

1958 ngôn ngữ lập trình biểu tượng hoá (Symbolish) ựầu tiên là công cụ lập trình tự ựộng APT (Automatically Programmed Tool) ựã ựược giới thiệu trong quan hệ liên kết với máy tắnh IBM 704

1960 các hệ ựiều khiển NC trong kỹ thuật ựèn bán dẫn (Transitor) ựã thay

1965 giải pháp thay dụng cụ tự ựộng ATC (Automatic Tool Change) ựã nâng cao trình ựộ tự ựộng hoá khâu gia công

1968 kỹ thuật mạch tắch hợp IC (Intergated Circuits) làm cho các hệ ựiều khiển có kắch thước nhỏ, gọn và tin cậy hơn

1969 những giải pháp ựầu tiên về ựiều khiển liên kết chung từ một máy tắnh trung tâm DNC ựã ựược thiết lập tại Mỹ bằng hệ ựiều khiển Sundstrand và máy tắnh IBM Giải pháp thay bệ phiến gá phôi tự ựộng (Automatic Palete Change)

1972 hệ ựiều khiển NC ựầu tiên có lắp ựặt một máy tắnh nhỏ ựược chế tạo hàng loạt ựã tạo ra một thế hệ mới có tiềm lực mạnh hơn, ựó là ựiều khiển số dùng máy tắnh nhỏ CNC nhưng thế hệ này lại ựược thay thế nhanh bởi thế hệ mới, mạnh hơn đó là hệ ựiều khiển số dùng máy tắnh có hệ vi xử lý Microprocessor CNC sau này

1976 các hệ xử lý tạo ra một cuộc cách mạng trong kỹ thuật CNC

1978 các hệ thống gia công linh hoạt FMS

1979 các khớp nối liên hoàn CAD/CAM ựầu tiên xuất hiện

1980 công cụ trợ giúp lập trình tắch hợp trong hệ ựiều khiển CNC ựã tạo ra cuộc tranh luận về quan ựiểm, xoay quanh vấn ựề cần hay không cần giải pháp ựiều khiển có dùng cách nạp dữ liệu bằng tay

1984 hệ ựiều khiển CNC mạnh, có các công cụ trợ giúp lập trình ựộ hoạ, ựã ựạt những chuẩn mực mới cao hơn ựối với việc lập trình tại xưởng sản xuất 1985/1986 hệ ựiều khiển CNC với các lập trình tương tác ựồ hoạ (Graphicinteeractive progamming) tiến thêm một bước phát triển "lập trình tại phân xưởng"

1986/1987 các dao diện tiêu chuẩn hóa (Standard interfaces) mở ra con ựường tiến tới công xưởng tự ựộng hóa trên cơ sở một hệ thống trao ựổi thông tin liên thông CIM

1990 Các giao ựiện số (Digital intefaces) giữa các hệ ựiều khiển NC và các

hệ khởi ựộng, cải thiện ựộ chắnh xác và ựáp ứng ựiều kiện của các trục NC và

1992 Các hệ thống của CNC hở (Open - ended control) tạo khả năng và biến ñổi thích ứng theo yêu cầu sử dụng

1993 Sử dụng theo tiêu chuẩn các hệ thống khởi ñộng cơ tuyến tính ở các trung tâm gia công MC (Manufacturing centres)

Hình 1.10 Lịch sử phát triển của CNC

1994 Kép khín chuỗi quá trình CAD/CAM/CNC bằng cách sử dụng hệ NURBS (Not Uniforme Rationale B - Splines) làm phương pháp nội suy (interpolation method) trong các hệ CNC NURBS là phương pháp dùng ñể diễn

tả toán học ñối với các bề mặt thông thường và các bề mặt ñặc biệt bằng các ñiểm và các thông số (parameters) tạo thành mô hình lưới gồm nhiều nút ñể diễn

tả bề mặt ñạt ñộ mịn và ñộ sắc nét cao Những hệ thống CAD/CAM mới xử lý trực tiếp từ hệ CAD Trong hệ CNC giải pháp này giảm ñược khối lượng dữ liệu, nâng cao ñộ chính xác và tốc ñộ xử lý tạo ra chuyển ñộng ñều ñặn của máy, tăng tuổi thọ của máy và dụng cụ [5]

1.3 Hướng phát triển của máy CNC trên thế giới và Việt Nam

So với các máy tự ñộng ñiều kiển theo chương trình cứng (dùng cam, dưỡng cữ chặn, trục gài bi, công tắc hành trình ) Máy CNC có tính linh hoạt

cao trong công việc lập trình, ñặc biệt có trợ giúp của máy tính, tiết kiệm ñược thời gian ñiều chỉnh máy, tính kinh tế cao ngay cả với loạt sản phẩm nhỏ

Ưu ñiểm chỉ có trong máy CNC là phương thức làm việc với hệ thống xử

lý thông tin "ñiện tử - số hóa" cho phép nối ghép với hệ thống xử lý số trong phạm vi quản lý toàn xí nghiệp, tạo ñiều kiện tự ñộng hóa toàn bộ quá trình sau sản xuất Ứng dụng các kỹ thuật quản lý hiện ñại thông qua mạng liên thông cục

bộ LAN (Location Area Network) hay mạng liên thông toàn cầu WAN (World area Network) [10]

Cùng với sự phát triển của ngành ñiện tử, công nghệ tông tin các chức năng tính toán trong hệ thống CNC ngày càng hoàn thiện và ñạt tốc ñộ xử lý cao nhờ ứng dụng những thành tựu phát triển của vi xử lý Các hệ thống CNC ñược chế tạo hàng loạt lớn theo phương thức xử lý ña chức năng dùng cho nhiều mục ñích ñiều khiển khác nhau Vật mang tin từ băng ñục lỗ, băng từ, ñĩa từ, tiến tới ñĩa Compact (CD) có dung lượng nhớ lớn, ñộ tin cậy ngày càng cao Việc cài ñặt các cụm vi sử lý trực tiếp vào hệ NC ñể trở thành CNC ñã tạo ñiều kiện ứng dụng máy công cụ CNC ngay cả trong xí nghiệp nhỏ, không có phòng lập trình riêng, người ñiều khiển máy có thể lập trình trực tiếp trên máy Dữ liệu nạp vào, với dung lượng nhớ lớn, ñộ tin cậy ngày càng cao Việc cài ñặt các cụm vi sử lý trực tiếp NC ñể trở thành hệ CNC ñã tạo ñiều kiện ứng dụng máy công cụ CNC

có thể lập trình trực tiếp trên máy Dữ liệu nạp vào, nội dung lưu trữ, thông báo

về tình trạng hoạt ñộng của máy cùng các chỉ dẫn cần thiết khác cho người ñiều khiển ñều ñược hiển thị trên màn hình Màn hình ban ñầu là ñen trắng nay ñã dùng màn hình màu ñồ hoạ (mô phỏng tĩnh hay ñộng), biên dạng của chi tiết gia công, chuyển ñộng của dao cụ ñều ñược hiển thị [7]

1.3.1 Từ các máy CNC tới FMS

Do có tính linh hoạt cao, trên máy CNC có thể thực hiện nhiều chức năng công nghệ khác nhau và việc chuyển ñổi giữa các chức năng dễ dàng Trên một máy có thể thực hiện ñược nhiều loại sản phẩm khác nhau Máy CNC có khả năng tập trung nguyên công cao ñể gia công các chi tiết phức tạp Nhờ tính linh

hoạt cao máy CNC ñược sử dụng phổ biến trên các dây chuyền Trong các tế bào sản xuất tự ñộng

ðể nâng năng suất của máy CNC, vào những năm 1970 - 1980 người ta nhóm các máy này thành các hệ thống sản xuất linh hoạt, có năng suất gần bằng năng suất của dây chuyền tự ñộng sản xuất lớn và loại trừ ñược nhược ñiểm của dây chuyền tự ñộng là chế tạo một chủng loại sản phẩm Trên cơ sở của các hệ thống tự ñộng hoá ñó người ta ñã xây dựng công nghệ ñiều chỉnh linh hoạt Với công nghệ này thì bất kì chi tiết nào (trong phạm vi ñặc tính kỹ thuật của máy) cũng có thể ñược ñưa vào hệ thống FMS theo bất kỳ tuần tự nào và ñược gia công với bất kỳ sản lượng nào

Khi làm việc trên máy CNC người công nhân thực hiện chức năng cấp phôi cho máy, tháo chi tiết sau khi gia công, thay ñồ gá, mở máy, kiểm tra chi tiết và quan sát chung hoạt ñộng của máy Nếu các chức năng ñó ñược tự ñộng hoá thì

tỷ lệ thời gian máy tăng lên, do ñó tăng ñược năng suất của thiết bị

Hệ thống FMS dùng ñể chế tạo nhiều chủng loại chi tiết với sản lượng nhỏ

và vừa FMS gồm các máy CNC ñể gia công tự ñộng, hệ thống cấp và tháo phôi,

hệ thống vận chuyển phôi, các máy tính, hệ thống cung cấp chương trình ñể ñiều khiển toàn bộ công việc [10]

ðiều chỉnh linh hoạt trên các máy CNC ñược thực hiện theo các hướng sau:

1 Trang bị ổ tích dụng cụ cho máy (magazin dụng cụ);

2 Trang bị cho máy cơ cấu vệ tinh thay ñổi;

3 Chế tạo máy nhiều trục chính;

4 Gia công ñồng thời bằng nhiều dao;

5 ðiều khiển các máy CNC bằng máy tính;

6 Tập hợp các máy CNC thành từng nhóm và ñiều khiển chúng bằng máy tính;

7 Tập hợp các máy CNC thành hệ thống FMS

* Trang bị ổ tích dụng cụ cho máy

Ổ tích dụng cụ (Tools magazin) với cơ cấu thay dao tự ñộng cho phép gia công nhiều bề mặt của chi tiết trong một hoặc một số lần gá, do ñó giảm ñược thời gian gia công Những magazin dụng cụ ñầu tiên ñã ñược sử dụng trong các máy nhiều nguyên công Khi số lượng dụng cụ 30 thì các magazin dụng cụ ñược chế tạo dưới dạng tang trống, số lượng dụng cụ 30 magazin dụng cụ ñược chế tạo dưới dạng bằng xích Hiện nay các ma gazin dụng cụ ñược sử dụng hầu hết trong các loại máy công cụ và số lượng dụng cụ trong magazin dụng cụ tang trống chứa 80 dụng cụ Hãng Sandstrand (Hoa Kỳ) ñã chế tạo máy nhiều nguyên công với số lượng dụng cụ trong magazin dụng cụ là 215 Máy nhiều nguyên công của Nga có magazin chứa 80 dụng cụ

Khi tăng dung lượng của magazin dụng cụ thì kết cấu của máy cồng kềnh hơn, giá thành của máy tăng, giảm ñược ñộ dịch chuyển của các xích chuyển ñộng, tăng thời gian chọn dao cần thay thế Như vậy, magazin dụng cụ giảm ñược chức năng của con người và nó là một bước phát triển trong công nghệ sản xuất linh hoạt [8]

* Trang bị cho các máy cơ cấu vệ tinh thay ñổi

Cơ cấu vệ tinh thay ñổi là cơ cấu cấp phôi tự ñộng và ñẩy chi tiết gia công ñến vị trí xác ñịnh Cơ cấu vệ tinh cho phép làm trùng thời gian phụ (thời gian tháo và thời gian gá ñặt phôi trong ñồ gá) với thời gian máy khi gia công Cơ cấu vệ tinh có kết cấu tiêu chuẩn ñể có thể gá và kẹp chặt trên bàn máy Một số

cơ cấu vệ tinh ñược gá trên máy nhiều nguyên công

Phôi ñược gá trên ñồ gá, ñồ gá ñược lắp trên cơ cấu vệ tinh và cơ cấu vệ tinh này ñược ñặt ở vị trí xác ñịnh Cơ cấu vệ tinh khác ñược lắp cũng có ñồ gá với chi tiết gia công Các cơ cấu vệ tinh ñổi chỗ cho nhau (theo lệnh ñiều khiển) nhờ cơ cấu thay ñổi các vệ tinh

Sơ ñồ cơ cấu vệ tinh thay ñổi tăng theo mức ñộ hiện ñại của máy nhiều nguyên công Sử dụng Magazin với các cơ cấu vệ tinh cho phép thực hiện công nghệ ñiều chỉnh linh hoạt Tuy nhiên, sử dụng magazin với cơ cấu vệ tinh có một số nhược ñiểm như: khi gia công các chi tiết giống nhau cần phải có số ñồ

gá bằng số cơ cấu vệ tinh, ñiều kiện này làm tăng chi phí và không ñảm bảo ñộ chính xác cao của các chi tiết ñược gia công các máy với Magazin vệ tinh chiếm diện tích sản xuất lớn hơn so với máy thông thường khác

Thực tế cho thấy số lượng cơ cấu vệ tinh thay ñổi của máy từ 2 - 3 là kinh

tế nhất Vì nó cho phép mở rộng khả năng phục vụ nhiều máy và khả năng lắp máy với hệ thống di chuyển cơ cấu vệ tinh từ ổ chứa tới vị trị yêu cầu Như vậy

có thể giải quyết ñược nhiều vấn ñề công nghệ ñiều chính linh hoạt và máy có khả năng làm việc liên tục [6]

* Chế tạo máy nhiều trục chính

Máy nhiều trục chính thường là các máy phay chuyên dùng, ñược sử dụng

ñể gia công ñồng thời nhiều chi tiết giống nhau hoặc gia công ñồng thời nhiều

bề mặt của một chi tiết bằng nhiều dao với năng suất gia công cao

Do nhiều trục chính nên lực tác ñộng tới các cơ cấu của máy cũng tăng lên

Vì vậy, máy phải có ñộ cứng vững ñảm bảo, nghĩa là phải tăng kích thước của các cơ cấu máy và khối lượng của vật liệu ñể chế tạo các cơ cấu ñó ðồng thời với số trục chính tăng lên thì thời gian chuẩn bị - kết thúc cho một trục chính cũng tăng lên (do không thể chuẩn bị công việc cùng lúc cho tất cả các trục chính) Cho nên mà các máy thường chỉ ñược trang bị 2 - 4 trục chính trong ñiều kiện gia công nhẹ và trung bình [11]

* Gia công ñồng thời bằng nhiều dao

Chi tiết trong cùng một thời gian ñược gia công bằng nhiều dao khác nhau Hình 1.11 là máy CNC ñiều chỉnh nhiều nguyên công với nhiều trục chính thay ñổi Trên rãnh chữ T của thân máy có bàn 2 Trên bàn 2 còn có thân hình vòm 3 với magazin gồm các ụ trục chính thay ñổi 5 Các ụ trục chính ñược chuyển từ magazin tới ụ 4 và ngược lại nhờ cánh tay quả lắc 6 và bộ ñịnh vị tự ñộng Robot

7 Trên phần ngang của thân 1 có bàn 10 và trên phần trượt của bàn 10 có bàn phân ñộ 9 Trên bàn phân ñộ 9 có lắp các ñồ gá với chi tiết gia công [7]

Hình 1.11 Máy CNC ñiều chỉnh nhiều nguyên công với ụ trục chính thay ñổi

Quá trình gia công ñược thực hiện nhờ di chuyển theo phương ngang của ụ

4 với trục chính 8 Gá ñặt phôi theo toạ ñộ ñược thực hiện nhờ dịch chuyển của bàn 10 còn gá ñặt phôi theo mặt phẳng gia công ñược thực hiện bằng cách xoay bàn phân ñộ 9 ñi một góc ðiều chỉnh máy ñược thực hiện bằng cách thay ñổi các ụ chính với các dụng cụ và các phiếu dẫn ñồ gá với chi tiết gia công Quá trình gia công ñược thực hiện nhờ di chuyển theo phương ngang của ụ 4 với trục chính 8 Gá ñặt phôi theo toạ ñộ ñược thực hiện nhờ dịch chuyển của bàn 10 còn

gá ñặt phôi theo mặt phẳng gia công ñược thực hiện bằng cách xoay bàn phân ñộ

9 ñi một góc ðiều chỉnh máy ñược thực hiện bằng cách thay ñổi các ụ chính với các dụng cụ và các phiến dẫn, ñồ gá vệ tinh và phân tử mang chương trình

Do tất cả các dụng cụ của ụ trục chính ñược di chuyển theo một chương trình

và máy có khả năng chuyên môn hoá hẹp cùng với nhiều công việc ñiều chỉnh chưa ñược tự ñộng hoá, cho nên máy này dùng ñể gia công các chi tiết loạt vừa

và loạt lớn

Các máy tổ hợp CNC cho phép tăng hệ số tải trọng lên tới 0.8 - 0.9 và tăng hiệu quả lên tới 5 - 6 lần so với các máy tổ hợp truyền thống khác Hiệu quả cao khi

sử dụng máy tổ hợp CNC là nhờ gia công bằng nhiều dao và mỗi dao thực hiện gia công theo chương trình riêng, còn dịch chuyển của các trục chính và bàn quay ñược ñiều khiển chung bằng một cơ cấu ñiều khiển số Hiệu quả cao khi sử dụng các máy tổ hợp CNC ñược xác ñịnh bằng các thông số công nghệ và nó không dùng cho mọi trường hợp Như vậy, gia công ñồng thời bằng nhiều dao cho phép nâng cao năng suất của máy và cho phép thực hiện ñiều chỉnh linh hoạt [6]

* ðiều khiển máy CNC bằng máy tính

ðiều khiển máy CNC bằng máy tính cho phép thực hiện công nghệ ñiều chỉnh linh hoạt (nhờ nối kết với máy tính, khả năng ñiều khiển thích nghi và ñiều khiển di chuyển của các vệ tinh thay ñổi) giảm kích thước của máy, nâng cao ñược năng suất và chất lượng gia công [4]

Hình 1.12 Dây chuyền tự ñộng ñiều chỉnh

ðiều khiển máy nhóm máy CNC bằng máy tính cho phép hiệu chỉnh chương trình trực tiếp trên máy và ñiều chỉnh công việc của các máy

Hiệu quả kinh tế, kỹ thuật của ñiều khiển nhóm máy này bằng máy tính ñược thể hiện qua những ưu ñiểm sau [6]:

+ Dây chuyền tự ñồng ñiều chỉnh

Hệ thống FMS bao gồm hệ thống vận chuyển tự ñộng và ñiều khiển trung tâm bằng máy tính, nhằm tự ñộng hoá các nguyên công chính, nguyên công phụ trong sản xuất hàng loạt nhỏ và loạt vừa Hình 1.13 là dây chuyền tự ñộng ñiều chỉnh ñược dùng ñể gia công các chi tiết dạng hộp Dây chuyền này bao gồm các máy CNC với các ụ trục chính 1, các cánh tay tự ñộng 3 và các cơ cấu vận chuyển - tích trữ 2

ðiều chỉnh dây chuyển ñược thực hiện bằng ñiều chỉnh các máy CNC thay thế các ñồ gá, thay thế các cánh tay tự ñộng, các phần tử mang chương trình trong cơ cấu ñiều khiển số [7]

+ Hệ thống FMS với kho chứa phôi và dụng cụ

Hệ thống FMS với kho chứa phôi và dụng cụ ñược dùng ñể gia công các chi tiết dạng hộp (hình 1.13) Hệ thống này gồm 6 máy, máy số 3 có 3.5 toạ ñộ với các hành trình lớn nhất theo các toạ ñộ x, y, z là 900, 700 và 650 mm Giới hạn lượng chạy dao theo các toạ ñộ là 2 - 500m/phút và toạ ñộ dịch chuyển nhanh là 10m/phút Bàn quay của máy có 72 vị trí ñược khắc dấu và thiết kế cho các cơ cấu vệ tinh có kích thước bề mặt làm việc là 800 x 800 mm Truyền ñộng chính có công suất 12KW, số vòng quay trục chính từ 12.5 - 1600V/phút Dung lượng của một magazin dụng cụ là 36, khi gia công chi tiết, sai số khoảng cách tâm của lỗ nằm trong khoảng 0,03mm trên 500mm chiều dài Các máy ñược

trang bị các cơ cấu cấp phôi tự ñộng (4) các cơ cấu này ñược gá trên các ñồ gá

vệ tinh dạng tấm

Ngoài nhóm máy CNC trong hệ thống FMS trên hình 1.13 còn có: bộ phận kiểm tra phôi và lấy dấu (1) Máy chuẩn bị phôi (2), bộ phận kiểm tra lần cuối bằng máy kiểm tra (7)

Công ñoạn chuẩn bị sản xuất trong hệ thống có: bộ phận lưu giữ các cơ cấu

vệ tinh dạng tấm; Các chi tiết của ñồ gá ñiều chỉnh, lắp ráp - vạn năng; Bộ phận lắp ráp và lưu giữ ñồ gá, bộ phận lắp ráp và ñiều chỉnh dụng cụ, có thể lắp ráp thành nhiều ñồ gá cùng lúc cho tất cả các máy của hệ thống

ðiều chỉnh kích thước của dụng cụ ñược thực hiện bằng các thiết bị quang học Dọc theo dây chuyền của các máy có kho chứa phôi và chi tiết (6) Phôi và chi tiết ñược chuyển tới bằng máy cần trục tự ñộng (5)

Hệ thống ñiều khiển FMS trên hình 1.13 ñược thực hiện ở hai mức cao và thấp ở mức cao cho phép lập trình, kiểm tra, hiểu chỉnh và lữu giữ chương trình, lập tài liệu công nghệ, lập kế hoạch và tiến trình sản xuất, ñiều khiển tính cơ ñộng của các máy CNC, ñiều khiển các cơ cấu vận chuyển và cấp phôi Phía ñối diện kho chứa phôi và chi tiết (6), các máy vạn năng ñược lắp ñặt ñể chỉnh sửa phôi trước khi ñi vào dây chuyền [10]

Hình 1.13 Hệ thống ñiều khiển FMS

1 Máy lấy dấu ; 2 Máy chuẩn bị phôi; 3 Các máy CNC gia công;

4 Cơ cấu cấp phôi tự ñộng; 5 Cần trục tự ñộng ;

6 Kho chứa phôi và chi tiết; 7 Máy kiểm tra tự ñộng

Hệ thống FMS ở trên so với tổ hợp các máy CNC (10 máy): số công nhân ñứng máy giảm từ 14 xuống 9; năng suất gia công tăng 164% ñối với mỗi máy, tăng năng suất lên 164% ñối với mỗi nhân viên phục vụ

1.3.2 Tính ưu việc của máy CNC

Một trong những hướng của tự ñộng hoá trong sản xuất vừa là sử dụng các máy CNC Hiệu quả kinh tế khi sử dụng có thể ñạt ñược ñối với cả trường hợp gia công loạt nhỏ chi tiết (20 - 40 chi tiết) Tuy nhiên, trong sản xuất ñơn chiếc thì hiệu quả kinh tế khi gia công trên các máy vạn năng chiếm ưu thế hơn:

- Máy CNC cho phép hiệu chỉnh chương trình gia công ngay tại chỗ làm việc Trong sản xuất gia công cao, thay thế một cách có hiệu quả các máy vạn năng thông thường Tất cả các nguyên công tiện trên các máy CNC ñều ñược thực hiện bằng các dạo tiện tiêu chuẩn mà không dùng các dao ñịnh hình và cữ chặn

Sử dụng CNC cho phép giảm nhẹ ñiều kiện lao ñộng của nhân công, giải phóng công nhân khỏi việc có tính chất ñơn ñiệu, lặp lại nhiều lần

- Mở rộng khả năng công nghệ của các máy CNC cho phép gia công cao

ñộ chính xác gia công và bù các sai số xuất hiện trong quá trình cắt Các hệ ñiều khiển CNC hiện nay cho phép ñạt ñộ chính xác vị trí trong khoảng 0.0025 - 0.001 mm, một số trường hợp có thể ñạt 0,0025 - 0,0005 mm Các hệ ñiều khiển cho phép ñiều chỉnh vô cấp số vòng quay của trục chính ñể giữ cho tốc ñộ cắt cố ñịnh khi di chuyển bề mặt gia công có ñường kính khác nhau và xác ñịnh chính xác vị trí góc của trục chính ñể gá ñặt chi tiết không ñối xứng trên mâm cặp: cho phép thực hiện các nguyên công khoa, phay theo phương hướng kính của chi tiết khi chi tiết ñứng yên

- Hệ ñiều khiển CNC hiện ñại có khả năng bù sai số hệ thống (do biến dạng nhiệt) hiệu chỉnh sai số dịch chuyển tích lũy do sai số bước của trục vit me bị gây ra Trên các máy CNC ñược trang bị cơ cấu hiệu chỉnh vị trí của phôi khi kẹp chặt (bù sai số kẹp chặt phôi)

- Các máy tiện CNC hiện nay còn có thêm cơ cấu tự ñộng kiểm tra kích thước gia công (dùng các Dattric tiếp xúc) Hệ ñiều khiển của máy có chức năng

xử lý tín hiệu ñể hiệu chỉnh vị trí của dụng cụ cắt trong phạm vi dung sai cho phép của chi tiết Việc kiểm tra kích thước phôi và hiệu chỉnh vị trí của dụng cụ cắt ñược thực hiện trước bước cắt tinh nhằm loại bỏ phế phẩm gia công

Trong nhiều máy CNC ñược trang bị cơ cấu giới hạn ñể tự ñộng dừng quá trình cắt khi công suất cắt, lực cắt hoặc mômen cắt ñạt giá trị tới hạn

Hệ ñiều khiển máy CNC ñược trang bị cơ cấu giới hạn ñể tự ñộng dừng quá trình cắt khi công suất cắt biến ñộng Các hệ ñiều khiển thích nghi xảy ra sau một vòng quay của trục chính, số vòng quay của trục chính có thể giảm từ 2000 vòng/phút ñến 0 vòng/phút trong một vài mili giây Sử dụng hệ thống ñiều khiển thích nghi có ý nghĩa quan trọng ñối với trường hợp gia công có lượng dư

và tính chất cơ lý của vật liệu cố ñịnh, do ñó rất thích hợp trong sản xuất ñơn chiếc và sản xuất hàng loạt [9]

Thành phần thời gian cơ bản khi gia công trên các máy CNC tăng lên ñáng

kể vì số vòng quay của trục chính có thể ñạt tới 3500 - 6000vòng/phút và hơn ñối với các trung tâm gia công Tốc ñộ dịch chuyển nhanh của bàn máy và dụng

cụ trên các máy CNC có thể ñạt 15 - 19m/phút

Các máy CNC và các trung tâm gia công có khả năng thay dạo tự ñộng khi chuyển bước gia công hoặc khi lượng mòn của giao vượt quá giới hạn cho phép

1.4 Kết luận

Tìm hiểu lịch sử phát triển máy công cụ nói chung và máy CNC nói riêng

là một nhiệm vụ quan trọng ñối với các nhà nghiên cứu khoa học, ñể có ñịnh hướng mới cho sử phát triển ngành chế tạo máy hiện ñại

ðối với người làm công tác thiết kế, chế tạo trong lĩnh vực cơ khí chế tạo máy ngoài việc phải nắm vững các kiến thức công nghệ chế tạo máy cổ ñiển, thì việc cập nhật, tiếp thu các máy móc hiện ñại, các phần mềm ứng dụng tiên tiến trong lĩnh vực chuyên ngành là hết sức cần thiết

Nghiên cứu áp dụng công nghệ CNC mà chủ ñạo là các máy công cụ CNC

và các phần mềm thiết kế cơ khí vào một sản phẩm củ thể giúp chung ta thiết kế, chế tạo một sản phẩm chính xác, tin cậy, tiết kiệm chi phí hạ giá thành sản phẩm

Chương 2: GIỚI THIỆU TRUNG TÂM GIA CÔNG TNV-40A 2.1 Giới thiệu chung

Trung tâm gia công TNV-40A là một trong những trung tâm gia công phay CNC vào loại hiện ñại, do hãng Tonggil Hàn Quốc chế tạo, sử dụng phần mềm tích hợp trong hệ Fanuc của hãng, ñược chế tạo theo công nghệ cao và thỏa mãn ñược tất cả các tiêu chuẩn về chất lượng và ñặc tính kỹ thuật cũng như các tiêu chuẩn an toàn quốc tế

Trung tâm gia công TNV-40A có thể thỏa mãn ñược các yêu cầu gia công cũng như vận hành một cách chính xác an toan và hiệu quả

Hình 2.1 Trung tâm gia công TNV-40A

Hình 2.2 Bảng ñiều khiển tâm gia công TNV-40A

- Màn hình CRT (giống như màn hình máy tính) dùng ñể hiển thị dữ liệu số;

- Vùng ựiều khiển gồm các công tắc (bật- tắt) dùng ựể ựiều khiển trong quá trình vận hành [10]

2.3.2 Các phắm

- Reset: Nút hủy bỏ bộ nhớ

- Start: Nút khởi ựộng, nút thực hiện lệnh

- Cancel: Hủy bỏ câu lệnh hiện tại

- Feedhold: Dừng chương trình khi ựang chạy, muốn chạy tiếp ấn Start

- Space: Dấu cách

- EOB: đánh dấu chấm phẩy (;) khi kết thúc câu lệnh

- Enter: Kết thúc câu lệnh chuyển sang hàng lệnh mới

Ngoài ra có các nút khác như mũi tên dùng ựể di chuyển con trỏẦ

2.3.3 Các công tắc

* Công tắc MODE

- DNC (Direct Numerical Computer): Dùng ựể chuyển chương trình từ máy

tắnh sang máy CNC thông qua cổng R2033 chắn chân ra

- Edit: Dùng soạn thảo chương trình và chỉnh sửa chương trình

- Memo (Auto): Dùng ựiều khiển nhớ và chạy tự ựộng chương trình

- MDI (Manual Direct Input): Nhập dữ liệu bằng tay và chạy chương trình

bằng lệnh vừa nhập

- MPG (Manual Program): Dịch chuyển bàn máy bằng tay quay

- JOG: Chạy dao cắt bán tự ựộng

- Rapid: Chạy dao nhanh không cắt gọt (Có 3 nấc RT0, RT1, RT2)

- ZRN (REF): đưa bàn máy về ựiểm chuẩn R của máy

* Công tắc Rapid Override

Tốc ựộ chạy dao nhanh có 3 vị trắ RT0, RT1, RT2

* Công tắc Spindle Override

Tỷ lệ % vận tốc quay của trục chắnh

* Các công tắc khác

- Công tắc Singe block: ON- Chạy từng lệnh, OFF- Chạy cả chương trình

- Công tắc DRYRUN: ON- Chạy không cắt dùng khi thay dao chạy lại phần

ñã cắt hoặc chạy thử chương trình OFF- tắt chế ñộ trên

- Machine lock: ON- Khóa bàn dao

- Manual ABS: ON- Sử dụng hệ tọa ñộ tuyệt ñối

- M01: ON- thực hiện lệnh chờ có ñiều kiện, OFF tắt không dùng

- Option Block Skip: Bỏ qua hay không bỏ qua lênh trước ñó có dâu (/)

- TOOL: Nút thay dao

- Cycle Start: Chạy tự ñộng chương trình

- FEED HOLD: Tạm dừng 1 lệnh hoặc một chương trình [16]

2.5 Các chuyện ñộng chính của máy

Trên trung tâm gia công TNV – 40A có ba chuyển ñộng chính có thể thực hiện ñồng thời

2.5.1 Chuyện ñộng chạy dao

Trên trung tâm gia công TNV-40A gồn 3 chuyển ñộng chính:

- Chuyển ñộng trục ñiều khiển trên bàn máy dọc (X);

- Chuyển ñộng trục ñiều khiển trên bàn máy ngang (Y);

- Chuyển ñộng trục ñiều khiển trên trục chính (Z)

Nguyên tắc chung

Chuyển ñộng chạy dao là chuyển ñộng tạo ra biên dạng của chi tiết trong ñó nội suy các lệnh ghi bằng mã số chuyển thành chuyển ñộng phù hợp với tốc ñộ các bàn chạy dao trong máy công cụ [12]

Cấu trúc có tính nguyên tắc của một hệ thống chạy dao ñược thể hiển trên hình sau:

Hình 2.3 Sơ ñồ cấu trúc của hệ truyền ñộng chạy dao

2.5.2 Các nhiệm vụ chuyển ñộng chạy dao

Nhiệm vụ chính của hệ truyền chuyển ñộng chạy dao là chuyển ñổi các lệnh trong bộ ñiều khiển thành các chuyển ñộng tịnh tiến hay quay tròn của những bàn máy mang dao và chi tiết gia công trên máy công cụ Các chuyển