BÁO cáo THÍ NGHIỆM môn CÔNG NGHỆ CNC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - - BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MƠN CƠNG NGHỆ CNC Giảng viên hướng dẫn : Th.S Nguyễn Liên Hiệp Sinh viên thực : Bùi Xuân Thủy MSSV : 20171805 Lớp : CK.08-K62 Mã lớp học : 119302 Mã lớp thí nghiệm : 702470 Số điện thoại : 0964224804 Hà Nội, 12/2020 MỤC LỤC NỘI QUY PHỊNG THÍ NGHIỆM I Đối với sinh viên II Đối với giáo viên hướng dẫn thí nghiệm QUY ĐỊNH AN TỒN KHI SỬ DỤNG MÁY, THIẾT BỊ I Đối với phòng thí nghiệm II Đối với máy móc thiết bị III Quy trình vận hành máy KHÁT QUÁT CHUNG VỀ MÁY CNC I Quá trình phát triển kỹ thuật CNC II So sánh Cấu trúc máy công cụ thông thường máy CNC III Các loại máy gia công sử dụng kỹ thuật NC CNC IV Hệ thống điều khiển CNC MÁY PHAY CNC 10 I Cấu tạo chung máy phay CNC 10 II Các phận máy: 11 III Một số dao gia công 12 IV Hệ trục tọa độ: 14 V Các điểm chuẩn: 15 VI 17 Các dạng điều khiển VII Cách set gốc phôi cho máy phay CNC 19 LẬP TRÌNH CODE TRÊN MÁY PHAY CNC 20 NỘI QUY PHỊNG THÍ NGHIỆM I Đối với sinh viên Đi học giờ, vào muộn 15’ bị coi hông học thực hành tiết Phải trang bị bảo hộ lao động: Quần áo, đầu tóc gọn gang, lịch sự; Đi giày dép có quai hậu Tuân thủ quy dịnh, quy trình theo hướng dẫn giáo viên Không tự ý thức thao tác máy ngồi phạm vi thực tập; khơng vận hành thay đổi thong số hoạt động máy chưa có đồng ý giáo viện hướng dẫn Khơng rời vị trí phân cơng chưa có đồng ý giáo viên Báo cáo cho giáo viên hướng dẫn có cố thiết bị tai nạn lao động Bàn giao máy cần nêu rõ tình trạng máy thời gian làm việc Vệ sinh máy, thiết bị… sau buổi thí nhiệm theo hướng dẫn giáo viên Chịu trách nhiệm khắc phục gây cố làm hỏng không thực theo hướng dẫn giáo viên làm thiết bị dụng cụ II Đối với giáo viên hướng dẫn thí nghiệm Chuẩn bị đủ máy, thiết bị, dụng cụ vật tư trước hướng dẫn thí nghiệm Dành 20’ đầu buổi đợt thí nghiệm để phổ biến nội quy, quy định an toàn tóm tắt nội dung mà sinh viên thực Hướng dẫn đủ theo chương trình phê duyệt Quản lý lớp học, thường xuyên kiểm tra, nhắc nhở đảm bảo an toàn cho sinh viên Quản lý chịu trách nhiệm bảo quản máy, thiết bị, dụng cụ suốt thời gian hướng dẫn, ghi đầy đủ nhật kí làm việc Dành 5-10’ cuối buổi đạo sinh viên vệ sinh phịng máy QUY ĐỊNH AN TỒN KHI SỬ DỤNG MÁY, THIẾT BỊ I Đối với phịng thí nghiệm - Máy, thiết bị, dụng cụ, vật tư phải bố trí ngăn nắp nơi quy định - Bật điều hòa bật máy hút ẩm 24/24h thời tiết ẩm 80% - Trang bị đầy đủ, đảm bảo an tồn, phịng chống cháy nổ theo quy định nhà trường pháp luật II Đối với máy móc thiết bị - Khởi động tắt theo quy trình, iểm tra chế độ an tồn vận hành máy - Bật máy nén hí đạt đủ áp bật máy công cụ - Các máy khơng có lịch làm việc phải thường xun bơi trơn đường dẫn hướng bật máy, cho chạy không tải thời gian 30 phút ngày III Quy trình vận hành máy - Kiểm tra dầu mỡ trục vít me đường dẫn hướng - Cho máy chạy không tải phút - Kiểm tra định vị kẹp chặt phơi - Trong q trình làm việc không để thiết bị, dụng cụ bên máy - Mở cơng tắc nguồn, mở máy tính, mở phần mềm - Đưa máy điểm gốc máy - Kiểm tra chương trình gia cơng lập trình tay (chế độ cắt, hành trình chạy dao…) - Tắt chương trình, tắt điện, vệ sinh máy sau ngừng sử dụng KHÁT QUÁT CHUNG VỀ MÁY CNC I Quá trình phát triển kỹ thuật CNC - Máy CNC gì? • NC = Numerical Control • CNC = Computer Numerical Control • Các hoạt động điều khiển cách nhập trực tiếp liệu số • Một dạng tự động hố lập trình vạn • Máy công cụ điều khiển hàng loạt lệnh mã hố - Lịch sử phát triển: •1725 – Phiếu đục lỗ dùng để tạo mẫu quần áo •1808 – Phiếu đục lỗ kim loại dùng để điều khiển tự động máy thêu •1863 – Tự động điều khiển chơi nhạc piano nhờ băng lỗ •1940 – John Parsons sáng chế phương pháp dùng phiếu đục lỗ để ghi liệu vị trí tọa độ để điều khiển máy cơng cụ •1952 – Máy cơng cụ NC điều khiển số 1959 - Ngơn ngữ APT đưa vào sử dụng •1960s – Điều khiển số trực tiếp (DNC) 1963 - Đồ hoạ máy tính •1970s - Máy CNC đưa vào sử dụng 10 •1980s – Điều khiển số phân phối đưa vào sử dụng 11 •CAD/CAM - Máy điều khiển số cổ điển chủ yếu dựa cơng trình người có tên John Parsons Từ năm 1940 Parsons sáng chế phương pháp dùng phiếu đục lỗ để ghi liệu vị trí tọa độ để điều khiển máy cơng cụ Máy điều khiển để chuyển động theo tọa độ, nhờ tạo bề mặt cần thiết cánh máy bay - Năm 1948 J Parson giới thiệu hiểu biết cho khơng lực Hoa Kỳ Cơ quan sau tài trợ cho loạt đề tài nghiên cứu phịng thí nghiệm Servomechanism trường Đại học kỹ thuật Massachusetts (MIT) Cơng trình MIT phát triển mẫu máy phay NC cách điều khiển chuyển động đầu dao theo trụ tọa độ Mẫu máy NC triển lãm vào năm 1952 Từ 1953 khả máy NC chứng minh - Một thời gian ngắn sau, nhà chế tạo máy bắt đầu chế tạo máy NC để bán, nhà công nghiệp, đặc biệt nhà chế tạo máy bay dùng máy NC để chế tạo chi tiết cần thiết cho họ - Hoa kỳ tiếp tục cố gắng phát triển NC cách tiếp tục tài trợ cho MIT nghiên cứu ngôn ngữ lập trình để điều khiển máy NC Kết qủa việc đời ngôn ngữ APT: Automatically Programmed Tools vào năm 1959 - Mục tiêu việc nghiên cứu APT đảm bảo phương tiện để người lập trình gia cơng nhập câu lệnh vào máy NC Mặc dù APT bị trích thứ ngơn ngữ qúa đồ sộ nhiều máy tính, cơng cụ yếu dùng rộng rãi công nghiệp ngày nhiều ngơn ngữ lập trình dựa APT II So sánh Cấu trúc máy công cụ thông thường máy CNC + Máy công cụ CNC thiết kế giống máy công cụ vạn Sự khác thật chỗ phận liên quan đến tiến trình gia cơng máy công cụ CNC điều khiển máy tính + Các hướng chuyển động phận máy công cụ CNC xác định hệ trục tọa độ + Mỗi chuyển động phận máy có hệ thống đo riêng để tính tốn vị trí tương ứng phản hồi thơng tin hệ điều khiển - So sánh chức + Nhập liệu: Dùng chương trình NC + Điều khiển: Máy tính tích hợp hệ điều khiển CNC phần mềm tương ứng kiểm sốt tồn chức điều khiển máy công cu + Kiểm tra: Trên máy cơng cụ CNC, kích thước chi tiết gia công đảm bảo suốt q trình gia cơng với phản hồi liên tục hệ thống đo III Các loại máy gia công sử dụng kỹ thuật NC CNC Ngày máy sử dụng kỹ thuật NC CNC sử dụng nhiều lĩnh vực khác như: - Các ứng dụng điều khiển số ứng dụng rộng rãi đặc biệt gia công kim loại: - Phay - Khoan nguyên công tương tự - Tiện (boring) - Tiện - Mài - Cắt dây - Hệ thống điều khiển NC dùng lĩnh khác: + Máy dập + Máy hàn + In vẽ tự động + Máy lắp ráp + Máy uốn ống + Máy cắt gió đá + Máy cắt Plasme + Các cơng nghệ Laser + Máy đan tự động (thêu) + Máy cắt quần áo + Máy tán định tự động + Máy buộc dây IV Hệ thống điều khiển CNC Đặc điểm hệ điều khiển CNC tham gia máy tính Các nhà chế tạo máy CNC cài đặt vào máy tính chương trình điều khiển cho loại máy Hệ điều khiển CNC cho phép thay đổi hiệu chỉnh chương trình gia cơng chi tiết chương trình hoạt động thân Trong hệ điều khiển CNC, chương trình gia cơng ghi nhớ lại hệ điều khiển CNC chương trình nạp vào nhớ tồn lúc lệnh, tay từ bàn điều khiển lệnh điều khiển không viết cho chuyển động riêng lẻ mà cho nhiều chuyển động lúc Điều khiển cho phép giảm số chương trình nâng cao độ tin cậy làm việc máy Hệ điều khiển CNC có kích thước nhỏ giá thành thấp hệ điều khiển NC lại có đặc tính mà hệ điều khiển trước khơng có Ví dụ: nhiều hệ điều khiển có khả hiệu chỉnh sai số cố định máy- nguyên nhân gây sai số gia công Hệ thống điều khiển thích nghi Sử dụng hệ điều khiển thích nghi phương pháp hoàn thiện máy cơng cụ CNC Các máy CNC thơng thường có chu kỳ gia công cố định (chu kỳ cứng ) xác định phần tử mang chương trình lần gia công chi tiết khác chu kỳ lại lặp lại cũ, thay đổi Chương trình điều khiển không hiệu chỉnh yếu tố công nghệ thay đổi ví dụ gia cơng chi tiết lượng dư thay đổi dẫn dến thay đổi biên dạng đàn hồi hệ thống công nghệ Khi hệ thống điều khiển khơng điều chỉnh lại lực cắt kích thước gia cơng vượt phạm vi dung sai (nghĩa sinh phế phẩm) trường hợp để tránh phế phẩm ta phải giảm lượng chạy dao thêm bước gia công, nghĩa ta giảm suất gia công chi tiết; Dao; Datric; Bộ biến đổi; 5,6,7 cấu chạy dao Hệ thống điều khiển thích nghi hệ thống điều khiển có tính đến tác động bên ngồi hệ thống cơng nghệ để hiệu chỉnh chu kỳ gia cơng (q trình gia cơng) nhằm loại bỏ ảnh hưởng yếu tố tới độ xác gia cơng Hình 2.7 ví dụ sơ đồ điều khiển thích nghi Dao gia công chi tiết Các yếu tố công nghệ khơng ổn định gây thay đổi lực cắt Py (lực hướng kính) Lực Py datric ghi lại tín hiệu datric di qua biến đổi xử lý tín hiệu đến điều khiển 6, tác động lên cấu chạy dao làm ổn định lực cắt Py Nếu lực cắt Py tăng lượng chạy dao giảm xuống lực cắt Py giảm xuống lực cắt Py giảm xuống lượng chạy dao tăng lên, ổn định lực cắt có nghĩa ổn định dao động kích thước gia cơng (tăng độ xác suất gia cơng) Cũng tương tự vậy, hệ thống điều khiển thích nghi ổn định công suất cắt, moment hay nhiệt độ cắt.v.v nhiên hệ điều khiển thích nghi hay dùng để ổn dịnh kích thước gia cơng, cấu kiểm tra tích cực (kiểm tra chủ động) ln ln xác định kích thước gia cơng tác động đến cấu điều khiển để ổn định kích thước chi tiết I MÁY PHAY CNC Cấu tạo chung máy phay CNC Phần điều khiển: Gồm chương trình điều khiển cấu điều khiển - Chương trình điều khiển: Là tập hợp tín hiệu (gọi lệnh) để điều khiển máy, mã hóa dạng chữ cái, số mơt số ký hiệu khác dấu cộng, trừ, dấu chấm, gạch nghiêng Chương trình ghi lên cấu mang chương trình dạng mã số (cụ thể mã thập - nhị phân băng đục lỗ, mã nhị phân nhớ máy tính) - Các cấu điều khiển: Nhận tín hiệu từ cấu đọc chương trình, thực phép biến đổi cần thiết để có tín hiệu phù hợp với điều kiện hoạt động cấu chấp hành, đồng thời kiểm tra hoạt động chúng thông qua tín hiệu gửi từ cảm biến liên hệ ngược Bao gồm cấu đọc, cấugiải mã, cấu chuyển đổi, xử lý tín hiệu, cấu nội suy, cấu so sánh, cấu khuyếch đại, cấu đo hành trình, cấu đo vận tốc, nhớ thiết bị xuất nhập tín hiệu Đây thiết bị điện – điện tử phức tạp, đóng vai trị cốt yếu hệ thống điều khiển máy NC Phần chấp hành: Gồm máy cắt kim loại số cấu phục vụ vấn đề tự động hóa cấu tay máy, ổ chứa dao, bôi trơn, tưới trơn, hút thổi phoi, cấp phôi Cũng loại máy cắt kim loại khác, phận trực tiếp tham gia cắt gọt kim loại để tạo hình chi tiết Tùy theo khả công nghệ loại máy mà có phận : Hộp tốc độ, hộp chạy dao, thân máy, sống trược, bàn máy, trục chính, ổ chứa dao, tay máy Kết cấu phận chủ yếu máy vạn thơng thường, có vài khác biệt nhỏ để đảm bảo trình điều khiển tự động ổn định, xác, suất đặc biệt mở rộng khả công nghệ máy - Hộp tốc độ: Phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn, thường truyền động vơ cấp, sử dụng ly hợp điện từ để thay đổi tốc độ dễ dàng - Hộp chạy dao: Có nguồn dẫn động riêng, thường động bước Trong xích truyền động, sử dụng phương pháp khử khe hở truyền vít me – đai ốc bi - Thân máy cứng vững, kết cấu hợp lý để dễ thải phoi, tưới trơn, dễ thay dao tự động Nhiều máy có ổ chứa dao, tay máy thay dao tự động, có thiết bị tự động hiệu chỉnh dao bị mịn Trong máy CNC sử dụng dạng điều khiển thích nghi khác bảo đảm nhiều thông số tối ưu thành phần lực cắt, nhiệt độ cắt, độ bóng bề mặt, chế độ cắt tối ưu, độ ồn, độ rung II Các phận máy: Trục chính: Trục máy phay CNC có phần đầu dùng để gá dao Ụ trục chính: Ụ trục có đường trượt để dẫn hướng cho đầu dao di chuyển lên xuống theo phương Z Bàn máy: Bàn máy có cơng dụng để gá phơi Bàn máy di chuyển theo phương X Y Thân máy: Thân máy có cơng dụng để đỡ phận máy Bộ phận thay dao tự động: Bộ phận thay dao tự động có ổ tích dao tay máy để thay dao tự động theo chương trình III Một số dao gia công a Dao phay mặt phẳng: b Dao phay ngón: C)Mũi khoan: d) Dao khoét: e) Dao doa: f) Mũi khoan tâm: h Mũi ta rô: IV Hệ trục tọa độ: Để xác định vị trí phận máy q trình chuyển động, nguyên tắc, ta cần phải gắn chúng vào hệ trục toạ độ Để thống việc lập trình, người ta quy ước sau: - Dụng cụ cắt quay tròn thực chuyển động tiến, chi tiết đứng yên - Các chuyển động tịnh tiến biểu diễn theo hệ trục toạ độ vng góc X,Y,Z Chiều chúng xác định theo quy tắc bàn tay phải, (theo quy tắc bàn tay phải: ngón tay trục X, ngón tay chỏ trục Y ngón tay trục Z) (Hình 2.1) * Quy tắc bàn tay phải: - Trục Z trùng với trục máy Chiều dương trục Z (+Z) dao chạy xa bề mặt gia công, chiều âm (- Z ) chiều dao ăn sâu vào vật liệu - Trục X trục vng góc với trục Z Chiều dương của trục (+X) chiều dao dịch chuyển hướng từ tay trái sang tay phải, chiều âm (X) chiều ngược lại - Trục Y trục vng góc với trục X trục Z Chiều dương trục Y chiều hướng từ cổ tay đến đầu ngón chỏ, chiều âm chiều ngược lại - Ngồi trung tâm gia cơng đại có thêm trục sau: - Trục A trục quay quanh trục X - Trục B trục quay quanh trục Y - Trục C trục quay quanh trục Z *Chú ý: Xác định chiều âm dương dụng cụ cắt với quy ước là: Dụng cụ cắt quay tròn thực chuyển động tiến, chi tiết đứng yên V Các điểm chuẩn: Để điều khiển dao chuyển động tịnh tiến để tạo biên dạng chi tiết gia công, cần phải xác định xác toạ độ điểm biên dạng chi tiết gia công Như vậy, sau xác lập hệ trục tọa độ vấn đề phải gắn hệ trục tọa độ vào điểm gốc “không” phôi để so sánh với điểm gốc toạ độ máy a) Điểm gốc tọa độ máy (điểm R): Điểm gốc tọa độ máy điểm chuẩn cố định nhà chế tạo xác lập từ thiết kế máy Là điểm chuẩn để xác định vị trí điểm gốc khác gốc toạ độ chi tiết W… Đối với trung tâm gia công điểm gốc R chọn vị trí cuối hành trình trục X, trục Y, trục Z a) Điểm gốc toạ độ chi tiết (điểm W): Trước lập trình, người lập trình phải chọn điểm gốc toạ độ “điểm 0” chi tiết, để xuất phát từ điểm gốc mà xác định toạ độ điểm biên dạng chi tiết gia cơng Tuỳ theo hình dáng cụ thể chi tiết mà lựa chọn điểm gốc không chi tiết cho phù hợp, tính tốn dễ dàng Trên bàn máy trung tâm gia cơng gá nhiều phôi tối đa phôi Điểm gốc toạ độ phôi thứ xác định G54, Điểm gốc toạ độ phôi thứ hai xác định G55 đến phôi thứ G59 Giá trị toạ độ theo phương X, Y Z phôi khai báo bảng: WORK OFFSET MEMORY - Bảng khai báo gốc toạ độ phôi: VI Các dạng điều khiển Điều khiển điểm – điểm Điều khiển điểm – điểm dùng cho nhiệm vụ định vị đơn giản, mục đích lần đạt kích thước a, b, c, d, e, f phải xác, cịn quỹ đạo chạy dao nhanh hay chậm bàn máy khơng có ý nghĩa định.( hình 2.1 ) Điều khiển điểm – điểm ứng dụng để gia công lỗ phương pháp khoan, khoét, doa cắt ren lỗ Vị trí lỗ điều khiển đồng thời theo hai trục (hình 2.2a) điều khiển ( hình 2.2b ) Trong trường hợp chạy dao đơng thời theo hai trục X, Y quỹ đạo chuyển động tạo thành góc α so với trục Trong trường hợp chạy dao độc lập trước hết dao chạy song song với trục Y tới điểm ( lúc tọa độ X không thay đổi ), sau dao chạy theo trục X để tới điểm đích Điều khiển đường thẳng Điều khiển đường thẳng dạng điều khiển mà gia công dụng cụ cắt thực chạy dao độc lập theo đường thẳng Trên máy tiện dụng cụ cắt chuyển động song song vng góc với chi tiết ( trục Z ), ( hình 2.3a ) Trên máy phay dụng cụ cắt chuyển động song song với trục Y song song với trục X Điều khiển biên dạng (điều khiển contour) Điều khiển biên dạng cho phép dụng cụ cắt chuyển động thời theo hai trục để tạo biên dạng phức tạp, chuyển động theo trục có mối quan hệ hàm số ràng buộc với Điều khiển biên dạng ứng dụng cho máy tiện (H2.4a), phay (H2.4b) trung tâm gia công tùy theo số trục điều khiển chuyển động đồng thời, điều khiển biên dạng contour chia thành hệ thống điều khiển 2D, ½ D, 3D, 4D 5D VII Cách set gốc phôi cho máy phay CNC - Chuyển máy chế độ điều khiển tay - Cho chạy dao - Điều khiển vị trí trục X, Y, Z cho dao vừa chạm vào phơi đọc giá trị toạ độ hình *Ví dụ, chọn gốc phôi tâm phôi -Điều khiển trục toạ độ để đầu dao tiến vào phơi từ phía bên trái, dao vừa chạm vào phôi ta vào bảng toạ độ tương đối đặt X=0, lùi dao thực tiến dao vào phơi từ phía bên phải, dao vừa chạm vào phơi, ta nhìn vào hình hiển thị toạ độ tương đối dao, lấy giá trị chia đưa dao đến tọa độ X đó, sau nhìn vào giá trị tọa độ tuyệt đối nhập vào bảng OFFSET điểm gốc phơi lựa chọn (ví dụ G54) - Làm với trục Y -Với trục Z, không cho chạy dao mà dùng tờ giấy để kiểm tra mũi dao chạm mặt phôi chưa, set Z=0, đọc giá trị toạ độ máy hiển thị hình nhập vào bảng set gốc phơi, toạ độ Z LẬP TRÌNH CODE TRÊN MÁY PHAY CNC Chức ký hiệu lập trình CNC G – Chức chuẩn bị (Preparatory function –xem bên dưới) X – Trục X Y – Trục Y Z – Trục Z R – Bán kính F – Tốc độ ăn dao S – Tốc độ (quay) trục máy H – Bù chiều dài (cao) dao D – Bù bán kính dao T – Ký hiệu dao M – Các chức hỗ trợ khác Đoạn code ví dụ phay biên dạng sau với dao phay ngón 5mm: (gốc phôi) O0002 N10 M06 T01 N15 M03 S1000 F250 N25 G00 G54 X0 Y0 Z10 G00 X30 Y-30 N30 G01 Z0 F250 N35 M98 P50001 N40 G00 Z10 N45 M05 N50 M30 N55 O001 ( ctr cua O2 ) N20 G01 G54 G91 Z-1 F250 N30 G90 G01 Y-25 N35 X15 N40 X25 Y-15 N45 Y15 N50 G03 X15 Y25 R10 N55 G01 X-15 Y20 N60 G02 X-20 Y15 R5 G01 X-25 N65 G01 Y-20 N80 M99 N85 Ví dụ 2: Phay biên dạng dao dùng dao phay ngón đường kính 10mm (gốc 3T) ● O0032 ( phay sau 3mm ) N5 M06 T01 N10 M03 S1500 G43 H01 N15 G00 G54 X-20 Y-20 Z10 N20 G01 Z0 F250 N25 M98 P60033 N30 G00 Z10 N35 M05 N40 M30 N45 ● O0033 ( ctr cua 32 ) N5 G91 G01 Z-0.5 N10 G90 N15 G01 Y-5 N20 X45 N25 Y45 N30 X-5 N35 Y-20 N40 X20 N45 M99 N50 ... VỀ MÁY CNC I Quá trình phát triển kỹ thuật CNC II So sánh Cấu trúc máy công cụ thông thường máy CNC III Các loại máy gia công sử dụng kỹ thuật NC CNC IV Hệ thống điều khiển CNC MÁY PHAY CNC 10... II So sánh Cấu trúc máy công cụ thông thường máy CNC + Máy công cụ CNC thiết kế giống máy công cụ vạn Sự khác thật chỗ phận liên quan đến tiến trình gia công máy công cụ CNC điều khiển máy tính... bị dụng cụ II Đối với giáo viên hướng dẫn thí nghiệm Chuẩn bị đủ máy, thiết bị, dụng cụ vật tư trước hướng dẫn thí nghiệm Dành 20’ đầu buổi đợt thí nghiệm để phổ biến nội quy, quy định an tồn