TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM cơ sở máy CNC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM CƠ SỞ MÁY CNC Họ tên SV: Hứa Ký Ngân MSSV: 20184564 Lớp tín chỉ: 129411 Lớp thí nghiệm: 711390 Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Liên Hiệp Hà Nội, 2021 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM Hệ thống khí máy CNC a Thân máy đế máy - Thường chế tạo chi tiết gang gang có độ bền nén cao gấp 10 lần so với - - thép kiểm tra sau đúc để đảm bảo khuyết tật đúc Bên thân máy chứa hệ thống điều khiển động trục nhiều hệ thống khác Yêu cầu:  Phải có độ cứng vững cao  Phải có thiết bị chống rung động  Phải có độ ổn định nhiệt Mục đích:  Phải đảm bảo độ xác gia cơng  Đế máy để đỡ tồn máy tạo ổn định cân cho máy b Bàn máy - Bàn máy nơi để gá đặt chi tiết gia cơng hay đồ gá Nhờ có chuyển động linh hoạt - xác bàn máy mà khả gia công máy CNC tăng lên cao, có khả gia cơng chi tiết có biên dạng phức tạp Đa số máy CNC hay trung tâm gia công đại bàn máy dạng bàn máy xoay được, có ý nghĩa trục thứ 4, thứ máy Nó làm tăng tính vạn cho máy CNC Yêu cầu bàn máy: phải có độ ổn định, cứng vững, điều khiển chuyển động cách xác c Cụm trục - Là nơi lắp dụng cụ, chuyển động quay trục sinh lực cắt để cắt gọt phơi q trình gia cơng - Nguồn động lực điều khiển trục chính: Trục điều khiển động Thường sử dụng động Servo theo chế độ vòng lặp kín, cơng nghệ số để tạo tốc độ điều khiển xác hiệu cao chế độ tải nặng - Hệ thống điều khiển xác góc phần quay phần tĩnh động trục để tăng momen xoắn gia tốc nhanh Hệ thống điều khiển cho phép người sử dụng tăng tốc độ trục lên nhanh - Các dạng điều khiển trục chính: Điều khiển đai Điều khiển trực tiếp Điều khiển bánh - Truyền động từ động - Ưu điểm có - Nó có khả trì đến trục thơng qua thể cải thiện tốc độ tốc độ 10000 v/p chế độ dây đai trục lên đến 12000 tải nặng v/p - Sự kết hợp tốt momen tốc độ tạo - Tạo trình làm việc nhiều lựa chọn cho chế êm độ làm việc máy d Trục vít me, đai ốc - Trong máy cơng cụ điều khiển số người ta thường sử dụng dạng vít me là: vít me đai ốc thường vít me đai ốc bi:  Vít me đai ốc thường: loại vít me đai ốc có dạng tiếp xúc mặt  Vít me đai ốc bi: loại mà vít me đai ốc có dạng tiếp xúc lăn e Ổ chứa dao - Dùng để tích chứa nhiều dao phục vụ cho q trình gia cơng Nhờ có ổ tích dao mà máy CNC thực nhiều ngun cơng cắt gọt khác liên tiếp với nhiều loại dao cắt khác Do q trình gia cơng nhanh mang tính tự động hóa cao f Các xích động máy - Tất đường chuyển động đến cấu chấp hành máy công cụ điều khiển - số dụng nguồn động lực riêng biệt, xích động học cịn loại sau:  Xích động học tốc độ cắt gọt  Xích động học chuyền động chạy dao Việc tính tốn thiết kế, chế tạo thực theo modul hóa Thơng thường xích cắt gọt động có tốc độ thay đổi vơ cấp, dẫn động trục thơng qua hộp tốc độ có từ đến cấp độ, nhằm khuếch đại momen cắt đạt trị số cần thiết sở tốc độ ban đầu động Hệ thống điều khiển máy CNC a Cấu tạo chức - Điều khiển CNC có nhiệm vụ giải mã chương trình NC xử lý tiếp thông tin liên quan tới công nghệ hình dạng hình học Với hỗ trợ hệ điều khiển CNC, phận tương ứng máy công cụ CNC điều khiển điều chỉnh để gia công chi tiết theo yêu cầu Các chức hệ điều khiển CNC gồm: nhập liệu, xử lý liệu xuất liệu b Nhập liệu xuất liệu - - Việc nhập liệu điều khiển CNC diễn khu vực điều khiển bao gồm bàn phím hình, chương trình NC thiết lập quản lý, liệu nhập vào gọi mơ chương trình Chương trình NC ghi nhớ lưu trữ liệu bên ngồi, ví dụ, băng từ, trước băng đục lỗ Đồng thời có khả liên kết với liệu từ bên ngồi thơng qua giao diện hay mạng tới máy tính chủ (vận hành DNC), tạo quản lý chương trình NC (hệ thống điều khiển) máy tính Các thơng tin hình dạng hình học chương trình NC biên dịch từ hệ điều khiển CNC, theo giá trị cần có, có lưu tâm tới bước tiến dao, cho truyền động trục Các hành trình chuyển động vừa tạo ra, tiếp tục điều khiển mạch điều khiển kín cho vị trí trục tiến dao Bộ cấp nguồn, điều khiển: Mỗi máy CNC cấp nguồn qua thiết bị lắp đặt tủ điện thiết bị động cắt CB, LCB, MCB, Rơ le, khởi động từ, biến tần, drive, … Hệ điều hành thành phần trung tâm máy cơng cụ Nó lập trình để điều khiển q trình chuyển động, vị trí thành phần chuyển động máy, cho đạt xác, tối ưu thời gian cắt, tốc độ chiều sâu cắt cần thiết Một số hệ điều hành thông dụng: FANUC, Siemens, Heidenhain, Okuma,… c Thực chuyển động chạy nội suy - Biên dạng cho trước kỹ thuật dẫn dắt từ phần từ đường thẳng đường tròn Do hầu hết tất hệ điều khiển CNC ngày trang bị hoàn chỉnh với nội suy đường thẳng cung tròn Trong hệ điều khiển CNC có nội suy parabol bậc bậc 3, nội suy đường xoắn ốc nội suy đường phi tuyến - Nội suy dịch chuyển hệ điều khiển CNC theo cách thức tương tự Nó tính tốn giá trị trung gian cần thiết cho việc nội suy chuyển chúng giá trị cần cho mạch điều khiển kín Tuỳ theo dạng dịch chuyển ta phân biệt loại điều khiển sau: Điều khiển điểm - Đây kiểu điều khiển đơn giản Trong điều khiển điểm, điểm đích tiếp cận với tốc độ nhanh, trình gia cơng thực Với cách thức này, điểm đích khác tiếp cận điều khiển gia công Điều khiển điểm thực hành trình nhanh máy với tốc độ tiến Fmax bàn máy xe dao - Điều khiển điểm ứng dụng cần gia cơng số điểm định, ví dụ khoan, khoét, doa, tarô ren, hàn điểm, dập đột Điều khiển đoạn thẳng - Với điều khiển đoạn thẳng, hành trình dịch chuyển với lượng tiến dao lập trình dụng cụ cắt điều khiển song song với trục - Biên dạng chi tiết gia công tạo đường song song với trục - Điều khiển đoạn thẳng sử dụng trường hợp gia công mặt phẳng song song với băng máy, ví dụ tiện trụ tiện mặt đầu trường hợp việc gia công diễn theo hưởng Điều khiển công tua - Với điều khiển cơng tua, hành trình dịch chuyển (đường thẳng, đường nghiêng, đường cong, đường phi tuyến) điều khiển mặt phẳng hay không gian - Biên dạng gia cơng tác động phối hợp có điều khiển nhiều động bước biến Để thực đồng thời chuyển động trục máy, trước giá trị trung gian – đồ thị định nghĩa toán học từ điểm xuất phát tới điểm đích – phải hệ điều khiển CNC tính tốn a) Điều khiển cơng tua 2D - Với điều khiển 2D, hai trục điều khiển đồng thời, chuyển động thẳng hay dạng trịn cùa dụng cụ thực mặt phẳng - Nếu máy phay CNC có trục, điều khiển cơng tua 2D có nghĩa biên dạng phay với điều khiển hai trục Trục thứ ba phải tiến dao độc lập với hai trục b) Điều khiển công tua D - Điều khiển D cho phép chuyển động dụng cụ nhiều mặt phẳng, nội suy chuyển đổi tương ứng hai ba mặt phẳng - Trong điều khiển D ba trục điều khiển được, nhiên mặt phẳng có hai trục điều khiển đồng thời Trục thứ ba gọi trục ăn dao - Tuỳ theo mặt phẳng gia công chọn mà trục khác điều khiển đồng thời, chuyển động mặt phẳng sau:  Mặt phẳng X/Y  Mặt phẳng X/Z  Mặt phẳng Y/Z c) Điều khiển công tua 3D - Trong điều khiển 3D, ba trục đồng thời nội suy Nhờ cho phép thực chuyển động khơng gian ba chiều dụng cụ  - Nhờ gia cơng biên dạng phức tạp, ví dụ, chế tạo dao cắt, đặc biệt chế tạo khuôn mẫu gia công lần kẹp Ngày hàu hết máy công cụ CNC điều khiển côngtua 3D Hệ thống truyền động máy CNC a) Động  - Động bước Động bước hay gọi Step Motor loại động chạy điện Nó có nguyên lý ứng dụng khác biệt với đa số động điện thơng thường Nó thường sử dụng phổ biến máy CNC Nó thực chất động đồng bộ, dùng để biến đổi tín hiệu điều khiển dạng xung điện rời rạc thành chuyển động góc quay chuyển động roto có khả cố định roto vào vị trí cần thiết - Nói chung động bước loại động mà bạn quy định góc quay  Phân loại động  Phân loại theo số pha:  Loại 1: động pha loại động dây, dây dây Tương ứng với góc bước khoảng 1.8 độ  Loại 2: động pha loiaj động dây dây Tương ứng với góc bước 1.2 độ  Loại 3: động pha loại động có dây Tương ứng với góc bước 0.72 độ  Phân loại theo cực:  Động đơn cực: Dịng điện động đơn cực ln chạy qua cuộn dây theo hướng Cho phép sử dụng mạch điều khiển đơn giản Nó tạo mơ-men xoắn động lưỡng cực  Động lưỡng cực: Dòng điện động lưỡng cực chạy qua cuộn dây theo hai hướng Điều đòi hỏi mạch điều khiển phức tạp động đơn cực, tạo nhiều mô-men xoắn  Các phương pháp điều khiển động bước  Điều khiển dạng sóng (Wave Drive): Đây cách để điều khiển động bước khơng sử dụng nhiều Trong phương pháp này, pha stato cạnh kích hoạt cách sử dụng mạch đặc biệt Giúp từ hóa khử từ hóa stato dẫn đến chuyển động roto bước  Điều khiển chạy đủ bước (Full Step Drive): Thay kích hoạt stator lần, stator kích hoạt cách khoảng thời gian ngắn Có nghĩa stator thứ bật ON stator thứ hai ON sau khoảng thời gian ngắn, stator thứ ON Phương pháp dẫn đến mô-men xoắn cao cho phép điều khiển động tải cao  Điều khiển chạy nửa bước (Half-stepping Drive): Phương pháp giống với điều khiển chạy đủ bước Ở step motor mạch điều khiển, hai stato kích hoạt trước stato thứ ba kích hoạt sau đó, hai stato bị vơ hiệu hóa Chu kì kích hoạt hai stato trước sau stato lặp lại để điều khiển động bước Phương pháp dẫn đến tăng độ phân giải động giảm momen xoắn - Điều khiên chạy bước nhỏ (MicroStepping Drive): Đây phương pháp điều khiển sử dụng phổ biến có tính xác cao giảm tiếng ồn hoạt động mức độ lớn. Mạch điều khiển cung cấp dòng bước biến đổi cho cuộn dây stato dạng sóng hình sin Những bước nhỏ xíu giúp tăng cường độ xác bước Động servo Động Servo dòng động phổ biến thường dùng máy cắt cnc thời điểm nhiều nhờ vào hiệu suất làm việc khả làm việc xác tự động hồn tồn lập trình máy tính, động SERVO dần thay động thường ngành công nghiệp Động SERVO những bộ phận quan trọng máy CNC Động Servo hệ hồi tiếp vịng kín Tín hiệu động nối với mạch điều khiển Khi động quay, vận tốc vị trí hồi tiếp mạch điều khiển Nếu có lý ngăn cản chuyển động động cơ, cấu hồi tiếp nhận tín hiệu chưa đạt vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động đạt điểm xác   - -  Ưu điểm  Tự tăng tốc động cơ: Với loại động thường để chuyển từ tốc độ sang tốc độ khác định phải có khoảng thời gian q độ Tuy nhiên thực tế, đơi địi hỏi phải có động tăng/ giảm tốc độ cách nhanh chóng để đạt tốc độ mong muốn thời gian ngắn tới vị trí thời gian ngắn  Tăng khả đáp ứng: Đáp ứng cần phải hiểu giảm / tăng tốc Một số động thang máy hay số băng chuyền đòi hỏi đáp ứng tốc độ cấu, nghĩa là quá trình thay đổi vận tốc phải diễn ra cách tuyến tính Để làm việc này yêu cầu cuộn dây động phải có điện cảm nhỏ để bỏ khả chống lại thay đổi dòng điện mạch điều khiển yêu cầu Các động Servo thuộc dòng này thường hay thiết kế hạn chế số cuộn dây có bên mạch và có khả thu hẹp vịng từ mạch từ khe hở khơng khí  Mở rộng vùng điều khiển: Một số yêu cầu điều khiển cần điều khiển động dải tốc độ lớn định mức nhiều Động bình thường cho phép điện áp đặt lên phải điện áp chịu đựng động thông thường không lớn so với điện áp điện mức Động Servo thuộc loại có thiết kế đặc biệt nhằm gia tăng Phần Mềm Lập Trình Cho Máy Phay (CAM) Bước 1: Vẫn sử dụng phần mềm Catia, vào môi trường gia công theo đường dẫn: Start->Machining->Advanced machining Mơi trường gia cơng CNC có giao diện sau: Bước2: Tạo phôi - Sử dụng lệnh Creates Rough Stock đế tạo phơi cho hình mơ - Ấn OK để thực tạo phôi tự dộng Bước 3: Cài đặt gia công - Trong giao diện CNC, chọn processList -> Process -> kích đúp vào Part Operation.1 Giao diện Part Operation 3.1 Thiết kế phay thô: - Chọn biểu tượng Roughing Giao diện Roughing.1 để tiến hành cài đặt phay thô Trong hộp thoại Roughing  Part : chọn PartBody  Rough stock : chọn mặt  Safety plane : chọn mặt offset khoảng cm  Top : chọn mặt  Bottom : chọn mặt đáy  Offset on part : 0.1 mm  Offset on check : 0.1 mm  Limiting contour: Ở ví dụ chọn đường vành miệng nửa hình cầu  Position: Inside Trong hộp StrategyShortHelp: - Mục machining chọn đường chạy dao (tool path style) (ở ví dụ chọn Spiral) - Chọn dung sai gia công mục machining tolerance (ở ví dụ chọn 0.01mm) Chỉnh độ sâu lát cắt (Maximum cut depth) mục Axial (ở ví dụ chọn 0.5mm) Cài đặt dao Vì phay thơ nên chỉnh bán kính dao cầu 0mm, đường kính tùy (ở ví dụ chọn D=6mm) Cài đặt tốc độ máy: Vào mục thứ từ trái sang hộp Roughing - Tùy sản phẩm mà yêu cầu tốc độ máy khác Ở ví dụ nên để hình Chạy mơ phỏng: - Sau cài đặt hoàn tất, cho thực chạy mô cách click vào biểu tượng Tool Path Replay - Click vào biểu tượng Full video để thực mô - Sau mô xong, cần lưu lại mô cách click vào biểu tượng “Save Video Result In CATProduct” - Lưu lại file process gia cơng mơ cách Save As (ví dụ lưu ngồi hình đường dẫn This PC->Desktop) - Ấn Save để hoàn thành cài đặt phay thô 3.2 Thiết kế phay tinh: - Là cơng đoạn hồn thiện sản phẩm sau gia cơng thô, giúp bề mặt gia công trở nên nhẵn hơn,tăng chất lượng sản phẩm - Vì dao phay thô phay tinh khác nên trước hết cần gọi thêm dao Để tiết kiệm thời gian nên chép dao dùng để phay thô Cài đặt dao tinh: Hầu thông số tốc độ máy, điểm đặt đầu vị trí cài đặt hình mơ giống dao thô Chúng ta cần chỉnh vài thông số: - Ở mục StrategyShortHelp chọn đường chạy dao Contour Only - Chỉnh độ sâu lát cắt 0.2mm mục Axial - Trong mục thứ hai từ trái sang chỉnh “Offset on part” “Offset on check” 0mm - Trong mục chọn dao (mục thứ từ trái sang hộp Roughing) cài đặt lại cầu dao (ở ví dụ cầu dao có bán kính 3mm) Đó tất điểm khác dao thô tinh.Sau chỉnh sử xong nên kiểm tra lại lần thơng số Khi khơng cịn sai sót cho chạy mơ cách click vào biểu tượng Tool Path Replay Ở lần chạy mơ thấy dao thô chạy lại lần Tuy nhiên điều bình thường, khơng có sai sót - Sau chạy mô xong ta lại tiến hành lưu cách click vào biểu tượng “Save Video Result In CATProduct” - Lưu file process dao tinh vừa cài đặt Save As 3.3 Xuất code thực gia công máy phay Xuất code: Để xuất code click vào biểu tượng “Generate NC code interactively” - Sau chọn nơi lưu file code phù hợp, chuyển sang mục NC Code để xem máy CNC chọn chưa (ở ta chọn máy fanuc21b) - Tiến hành xuất code cách click vào nút “Execute” - Sửa code, đưa vào máy CNC bắt đầu vận hành máy phay Thao tác lập trình máy phay -Kiểm tra máy trước vận hành theo yêu cầu thầy giáo -Thực bước đo dao , set gốc phơi , chạy khơng tải , kiểm tra chương trình trước chạy CODE SAU KHI CHỈNH SỬA N24 X-2.704 Y2.515 I+2.81 J-8.561 N1 G90 G54 X0 Y0 N25 X-3.755 Y-.531 I+7.789 J-4.39 N3 G0 X-.656 Y.567 S1500 M3 N26 X-3.676 Y-.938 I+.61 J-.093 N5 G1 Z.01 F500 N27 X-1.591 Y-3.403 I+8.34 N6 X-.789 Y.235 Z-.086 J+4.938 N7 X-.927 Y-.199 Z-.208 N28 G1 X-1.178 Y-3.5518.53 N8 X-.583 Y-.622 Z-.354 N182 X-.818 Y6.355 I-1.394 J-3.329 N9 X-.206 Y-1.017 Z-.5 N183 X-4.549 Y4.535 I+2.997 J- N10 X.12 Y-1.038 F500 10.876 N11 G3 X.949 Y-.141 I-4.349 N184 X-6.39 Y.514 I+9.207 J-6.647 J+4.85 N185 X-6.148 Y-1.776 I+3.373 N12 G1 X.742 Y.515 J-.801 N13 G3 X-.024 Y.967 I-3.663 J- N186 X-3.483 Y-5.432 I+11.05 5.331 J+5.255 N14 G1 X-.62 Y.657 N15 G3 X-.927 Y-.199 I+5.705 J- N3664 G1 Z-13.99 F500 2.532 N3665 X.332 Y-.233 Z-14.002 N16 X-.206 Y-1.017 I+5.591 N3666 X.399 Y-.073 Z-14.048 J+4.199 N3667 X.394 Y.097 Z-14.094 N17 G1 X-.704 Y-3.67 N3668 X.312 Y.259 Z-14.142 N18 G3 X1.343 Y-3.527 I+.748 N3669 X.152 Y.376 Z-14.195 J+3.99 N3670 X-.002 Y.405 Z-14.237 N19 X3.674 Y-.925 I-5.572 J+7.339 N3671 X-.144 Y.379 Z-14.276 N20 X3.765 Y-.478 I-.585 J+.351 N3672 X-.283 Y.291 Z-14.32 N21 X2.941 Y2.233 I-9.133 J-1.293 N3673 X-.381 Y.14 Z-14.368 N22 X.288 Y3.772 I-5.862 J-7.049 N3674 X-.405 Y-.024 Z-14.413 N23 X-.224 Y3.783 I-.271 J-.724 N3675 X-.369 Y-.167 Z-14.452 N3676 X-.262 Y-.31 Z-14.5 N3704 X-4.682 Y-13.439 N3677 X-.131 Y-.384 F1000 N3705 X-4.074 Y-13.636 N3678 X.044 Y-.403 N3706 X-3.419 Y-13.815 N3679 X.212 Y-.346 N3707 X-2.758 Y-13.962 N3680 X.332 Y-.233 N3708 X-2.115 Y-14.073 N3681 X.399 Y-.073 N3709 X-1.439 Y-14.159 N3682 X.394 Y.097 N3710 X-.778 Y-14.21 N3683 X.312 Y.259 N3711 X-.109 Y-14.231 N3684 X.152 Y.376 N3712 X.549 Y-14.221 N3685 X-.002 Y.405 N3686 X-.144 Y.379 N23260 X1.028 Y1.14 N3687 X-.283 Y.291 N23261 X.707 Y1.363 N3688 X-.381 Y.14 N23262 X.498 Y1.452 N3689 X-.405 Y-.024 N23263 X.168 Y1.526 N3690 X-.369 Y-.167 N23264 X-.13 Y1.53 N3691 X-.262 Y-.31 N23265 X-.415 Y1.479 N3692 Z20 N23266 X-.74 Y1.345 M30 N23267 X-.982 Y1.181 N23268 X-1.184 Y.978 (daotinh) N23269 X-1.347 Y.738 N3694 G90 G54 x0 y0 N23270 X-1.481 Y.408 N3695 G98 X-8.559 Y-11.349 N23271 X-1.53 Y.129 S1500 M3 N23272 X-1.527 Y-.16 N3697 G94 Z.01 F500 N23273 X-1.468 Y-.45 N3698 X-8.552 Y-11.357 Z.007 N23274 X-1.329 Y-.769 N3699 X-8.238 Y-11.605 Z-.1 N23275 X-1.149 Y-1.019 N3700 X-7.23 Y-12.255 F500 N23276 X-.92 Y-1.229 N3701 X-6.521 Y-12.649 N23277 Z20 N3702 X-5.959 Y-12.923 N23279 M30 N3703 X-5.319 Y-13.2 % KẾT LUẬN Qua thí nghiệm giúp sinh viên chúng em hiểu biết thêm kiến thức có tính hệ thống Cơ sở máy CNC với nội dung: Chuyển động tạo hình máy cơng cụ; Sơ đồ cấu trúc động học máy công cụ; Các cấu truyền dẫn đặc trưng máy công cụ; Nguyên tắc cấu trúc động học máy công cụ CNC; Các đặc trưng máy CNC; Các cụm truyền dẫn kết cấu đặc trưng; Các loại điều khiển điều khiển quỹ đạo máy CNC; Nguồn động lực máy CNC; Các phương pháp lập trình NC, hiểu thấu đáo thơng số quan trọng q trình lập trình, ví dụ việc xác định tọa độ biên dạng gia công, xác định điểm không điểm chuẩn tham chiếu, đo đường dịch chuyển theo phương chạy dao… Thí nghiệm giúp sinh viên có thêm cơng cụ để lập trình gia cơng chi tiết máy CNC cách dễ dàng, xác nhanh hơn, xuất code cho máy cách dễ dàng qua phần mềm làm chương trình mà khơng phải code tay ... xác gia cơng  Đế máy để đỡ toàn máy tạo ổn định cân cho máy b Bàn máy - Bàn máy nơi để gá đặt chi tiết gia công hay đồ gá Nhờ có chuyển động linh hoạt - xác bàn máy mà khả gia cơng máy CNC tăng... gia cơng chi tiết có biên dạng phức tạp Đa số máy CNC hay trung tâm gia cơng đại bàn máy dạng bàn máy xoay được, có ý nghĩa trục thứ 4, thứ máy Nó làm tăng tính vạn cho máy CNC Yêu cầu bàn máy: ... điều khiển CNC, phận tương ứng máy công cụ CNC điều khiển điều chỉnh để gia công chi tiết theo yêu cầu Các chức hệ điều khiển CNC gồm: nhập liệu, xử lý liệu xuất liệu b Nhập liệu xuất liệu - -