Giáo trình CAD CAM-CNC

Quý bạn đọc them mến! - Trong thập niên vừa qua, với thành tựu ngành Công nghệ thơng tin, ngành Cơ khí chế tạo máy có cách mạng lớn lĩnh vực đo kiểm, thiết kế đặc biệt gia công tự động theo chương trình số Ngày nay, với máy cơng cụ điều khiển số cho phép việc gia công khí đạt suất vầ chất lượng caọ Đó thiết bị khí điều khiển số hay gọi là: CNC- Computerized Numerical Control - Trong khuôn khổ tài liệu tham khảo môn học, giáo trình CAD/CAM-CNC mang đến cho bạn đọc kiến thức lập trình CNC chu trình gia cơng máy Phay Tiện CNC hãng HAAS - Đe thuận tiện cho việc sử dụng tài liệu, bạn đọc cần ý đến biểu tượng sau đây: Đây lả mục tiêu cùa chương, bạn đọc khái quát nội dung chương qua mục tiêu Là thích cho phần nội dung quan trọng Các ví dụ minh họa cho phần nội dung trình bày Các tập ứng dụng, thực buổi học Các tập người học tự thực cho nội dung học Phần dành cho ghi chép riềng nguời học Kết thúc học Câu hỏi ôn tập cuối chương - Trong trinh biên soạn, chắn không tránh khỏi sai sót nội dung hình thức trình bày Vì mong nhận ý kiến đóng góp từ q thây cơ, cảc bạn đọc Mọi ý kiến đóng góp hoan nghênh trân trọng tiếp thu môn Cơ khí chế tạo máy - khoa Cơ khí trường Cao đẳng Cơng nghệ Thủ Đírc - Tp.HCM Giáo viên biện soạn CHƯỚNG 1: LẬP TRÌNH CNC CÃN BẢN Bài 1: Tổng quán CAD/CAM-CNC 1.1 Khái niệm điều khiển số công nghệ CAD/CAM-CNC 02 1.2 Cấu tạo trúc hệ thống CNC 04 1.3 ưu, khuyết điểm CNC „.„.„„‘„„08 Bài 2: Cơ sở lập trình CNC 2.1 2.2 2.3 2.4 Hệ trục tọa độ chiều chuyển động máy CNC : 09 Các điểm chuẩn máy CNC 10 Các dạng điều khiển máy CNC ? 12 Phụơng thức lập trình NC „ 17 Bài 3: Lập trình CNC 3.1 Cấu trúc.của chng trình NC 19 3.2 Lập trình với địa G „24 CHƯƠNG 2: LẶP TRÌNH NÂNG CAO VỚI CÁC CHU TRÌNH PHAY Bài 1: Gọi chương trình con, chu trình khoan lỗ - Tarơ ren 1.1 1.2 1.3 1.4 Gọi chng trình Chu trình khoan lỗ Chu trình Tarơ ren Xóa bỏ chu trình ’ 60 64 71 83 Bài 2: chu trình phay hốc 2.1 Chu trình phay hốc trịn 2.2 Chu trình phay hốc đa 2.3 xốa bỏ chu trình 75 77 ,.„„82 CHƯƠNG 3: LẬP TRÌNH NÂNG CAO VỚI CÁC CHU TRÌNH TIỆN Bài 1: Gọi chương trình con, chu trình khoan máy tiện 2.4 Gọi chng trình 2.5 Xóa bỏ chu trình ; 89 89- Bài 2: Các chu trinh tiện thô tiện tinh 2.6 2.7 2.8 2.9 Chu trình tiện thơ theo trục z ' 89 Chu trình tiện thô theo trục X ; 92 Chu trinh tiện tinh 93 Xóa bỏ chu trình 94 Bài 3: Chu trình tiện ren ' 96 LẬP TRÌNH CNC CẤN BẨN CHƯƠNG 1: LẬP TRÌNH CNC CÃN BẲN MỤC TIỂU; _ Hiểu khái niệm tổng quát CAD/CAM-CNC Hiểu cấu trúc, ưu — khuyết điểm CNC Trình bày điểm chuẩn, hệ trục toạ độ, dạng điều khiển máy CNC Trình bày cẩu trúc chương trình NC —ĩ Hiểu cẩu trúc, chức lệnh NC bản— -6 Lập trình chương trình NC cho chi tiết đơn giản Bàĩ 1: 1OÍNG ỌUA1N VE CAD/CAM-CJMC 1.1 Khái niệm điều khiển số cơng nghệ CAD/CAM-CNC ■' - • - - - Điều khiển số (Numerical Control- NC) đời với mục đích điều khiển q trình cơng nghệ gia,cơng cắt gọt máy công cụ thực chất, trình tự động điều khiển hoạt -động máy (như máy cắt kim loại, robot, băng tải vận chuyển phôi liệu chi tiết gia công, kho quản lý phôi sản phẩm ) sở liệu cung cấp dạng mã số nhị nguyên bao gồm chữ sọ, số thập phân, chữ số ký tự đặc biệt tạo’nên chương trình làm việc thiết bị hay hệ thống w II - ị: II ' 1 J I I J I Ý tưởng phát triển điêu khiển sô cho máy cồng cụ được- hình thành vào năm 1949/50 Viện cơng nghệ Massachusetts (Massachusetts Institute of Technology Cambridge, USA) Vì nhiệm vụ Khôhg lực Hoa Kỳ cần chế tạo chi tiết quan ■ trọng hhững máy bay lớn từ vật liệu đồng dùng đinh tán hay hân vật liệu lại với nhaú Khi gia cơng chi tiết lớn có biên dạng phức tạp với kỹ thuật thơng thường, thời gian gia cơrig lớn chi phí sản xt cao Do sau thời gian nghiên cứu, biên dạng gia cơng chi tiết lớn dễ dàng thay chức toán học ngưởị ta định chế tạo điều khiển để điều khiển máy phay dựa hên sở ' I J r mặt kỹ thuật để thực ý tưởng yêú cầu điều khiển, biên dịch đại lượng đầu vào mô tả dạng'nhị phân dạng số cho hành trình chuyển động chức vận hành máy, theo máy phay hiểu sử lý tín hiệu Đây nguyên tắc ứng dụng điều khiển số cho máy cơng cụ Với phát triển nhanh chóng xử lý tín hiệu điện tử tạo điều kiện cho ý tưởng trở thành thực - Máy điều khiển số máy phay đímg Các trục bước tiến làm dịch chuyển bàn máy máy phay thực môtơ riêng biệt Các thơng tin hành trình chức máy cần thiết cho q trình gia'cơng ghi lại băng đục lỗ dạng chuỗi lệnh mã hóa dạng chữ số, gọi chương trình NC - Trước đây, trình gia cơrig cắt gọt điều khiển theo chương trình kỹ thuật chép hình theo mẫu, chép hình hệ thống thủy lực,-cam điều khiển mạch logic Ngày nay, với việc ứng dụng thành tiến Khoa học Công nghệ, rihât lĩnh vực điêu khiên sô tin học cho phép nhà Chê tạo máy nghiên cứu đưa vào máy công cụ hệ thống điều khiển cho phép thực q trình gia cơng cách linh hõạt hơn, thích ứng với sản xuất đại mang lại hiệu kinh tế cao Đó cơng nghệ CAD/CAM-CNC ■ í J ị M J Ị H v M ■ CAD (Computer Aided Design): Thiết kế với hỗ trợ máy tính Kết CAD vẽ xác định, biểu diễn nhiều hình chiếu khác chi tiết khí với đặc trưng hình học chức Các phần mềm CAD dụng cụ tin học đặc thù cho việc nghiên cứu chia thành.hai loại: Các phần mềm thiết kế phần mềm vẽ ' P L ■ r ■ • CAM (Computer Aided Manufacturing): Chế tạo với hỗ trợ máy tính Kết CAM cụ thể, chi tiết khí Trong CAM không truyền đạt biểu diễn thực thể mà thực cách cụ thể công việc Việc chế tạo bao gồm vấn đề liên quan đến vật thể, cắt gọt vật liệu, côhg suất trang thiết bị, điều kiện sản xuất khác có giá thành nhỏ nhất, vớị việc tối ưu hoá đồ gá dụng cụ cắt nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật chi tiết khí Khi tích hợp máy tính điện tử cho hoạt động thiết kế chế tạo đựợc thực hiện, tức việc thực có thê trực tiêp dựa vào liệu sô tạo việc thiết kế, tập hợp hoạt động đặc trưng CAD/CAM mô tả khái niệm chế tạo tích họp máy tính điện tử - CIM Do CIM biểu diễn hoạt'động tương ứng với thiết kế, vẽ, chế tạo kiểm tra chất lượng sản phẩm khí ■ CNC (Computer Numerical Control):, Điều khiển số máy tính CNC hệ thống NC sử dụng máy tính thiết lập trực tiếp hệ điều khiển máy điều khiên thị lưu trữ nhớ máy tính đê thực phân toàn chức điều khiển số Lịch sử phát triển NC bắt nguồn từ mục đích quân hàng không vũ trụ mà yêu cầu tiêu chất lượng may bay, tên lửa, xe tăng cao (có độ xác độ tin cậy cao nhất, có độ bền tính hiệu sử dụng cao ) Ngày nay, lịch sử phát triển NC trải qua trình phát triển không ngừng với phát triên trong.lĩnh vực vi xử lý từ bit, 8bit cho đên đạt đên 32 bit cho phép hệ sau cao hệ trước mạnh khả lưu trữ xử lý - Từ máy CNC riêng lẽ (CNC Machines - Tools) cho đên phát triển cao trung tâm gia cơng CNC (CNC Engineering - Centre) có ổ chứa dao lên tới hàng trăm có thê thực nhiêu nguyên công đông thời tuân tự vị trí gá đặt Cùng với phát triển công nghệ truyền số liệu, mạng cục liên thông phát triển nhanh tạo điều kiện cho nhà công nghiệp ứng dụng để kết nối hoạt động nhiều máy CNC quản lý máy tính trung tâm DNC (Directe Numerical Control) với mục đích khai thác cách có hiệu bố trí xếp công việc máy, tổ chức sản xuất quản lý chất lượng sản phẩm Có thể tóm tắt q lịch sử phát triển cơng nghệ CAD/CAM-CNC sau: ;-cĩỹ-! CAD/CAM _ CAD ĩ! FFS CNC NC ~i ~! NC CNC Numerical control with inte­ grated computer FFS 1960 Flexible manufacturing sys­ tem CAD Computer aided drawingfdesign CAM Computer aided manufactur­ ing CIM 1&M Numerical control 1970 1080 1990 Computer integrated manu­ facturing with planning, design and manufacturing Hình 1.1: Sơ đồ phát triển cóng nghệ CAD/CAM-CNC 1.2 Cấu trúc hệ thống CNC - Hệ thống CNC bao gồm thành phần chính: ■ Chương trình gia cơng (Part program) ■ Thiết bị đọc chương trình (Program input device) ■ Hệ điều khỉển máy (MCU) ■ Hệ thống truyền động (Drive system) ", Máy công cụ (Machine tool) ■ Hệ thống phản hồi (Feedback system) ri L’l Hình 1.2: Cấu trúc hệ thống CNC Chương trình giá cơng bao gồm thị mã hoá để điều khiển q trình gia cơng chi tiết, hệ điều khiển chuyển đổi thị thành tín hiệu điện kích hoạt chức hoạt động máy - Hệ điều khiển máy thực chức đọc biên dịch mã lệnh sau xuất tín hiệu điện tương ứng truyền tới khuếch đại servo để điều hành có cấu servo (động điện động thuỷ lực) hệ thống truyền động Thiết bị phản hồi cảm biến vị trí, chiều, tốc độ dịch chuyển phản hồi tín hiệu hệ điều khiển máy Hệ điều khiển máy so sánh.các tín hiệu với tín hiệu tham chiếu cho trước mã lệnh điều khiển xuất tín hiệu điều chỉnh (sai lệch) tới khuếch đại servo đạt đại lượng yêu cầu Hệ MCU gồm hai phần: hệ xử lý liệu (Data Processing Unit - DPU) mạch điều khiển (Control Loop Unit - CLU) n n a DPU thực chức năng: - Đọc mã lệnh từ thiết bị nhập , - Xử lý mã lệnh hay giải mã - Truyền liệu vị trí, tốc độ chức phụ trợ tới CLU CLU thực chức năng: - Nộỉ suy chuyển động sở tín hiệu nhận từ DPU xuất tín hiệu điều khiển ' " ' • - Truyền tín hiệu điều khiển tới mạch khuếch đại hệ truyền động - Nhận tín hiệu phản hồi vị trí tốc độ - Điều khiển thiết bị phụ trợ Hệ thống truyền động thông thường bao gồm khuếch đại servo, cấu servo, truyền đai răng, đai ốc-vít me bi bàn trượt; Hệ thống định độ xác, cơng suất máy Hỉnh 1.3: Máy phay CNC Hình 1.4: Mảy tiện CNC ■ So sánh máy công cụ thông thường vạ CNC > Cấu trúc - Máy công cụ CNC thiết kế giống máy công cụ thông thường Sự khác thật chỗ phận liên quan đến tiến trình gia cơng máy cơng cụ CNC điều khiển máy tính - Các hướng dịch chuyển phận máy công cụ điều khiển CNC xác định hệ trục tọa độ, hệ trục tọa độ liên quan đến chi tiết gia công thể trục bước tiến, chúng nằm song song với dịch chuyển chính-thẳng máy Những chuyển động cần thiết cho tiến trình gia cơng phận máy (bàn máy, đầu revolver phận khác) tính tốn, điều khiển kiểm tra bới máy tính Với mục đích chuyển động phận máy có hệ thống đo riêng để tính tốn, kiểm tra vị trí tương ứng phản hồi thơng tin hệ điểu khiển CHƯƠNG 3: LẬP TRÌNH NẤNG CAO VỚI CÁC CHU TRÌNH TIỆN í ■ Lập trình các' chương trình NC có ửng dụng chương trình ứng dụng chu trình tiện thơ, tiện tinh ■ Ưng dụng chu trình tiện ren ■ r Ill NANG CAO VỚI ĩlỉ TỉilNHTIẸN k, A? ' ■ k ; Bài 1: GỌI CHƯƠNG TRÌNH CON, XỐ BỎ CHU TRÌNH 1.1 Gọi chưomg trình (Sub Program Cali): - Tương tự phần phay, máy tiện HASS chương trình gọi mã lệnh M97 M98 kết thúc chương trình M99 - Để lập trình chương trình NC cho máy tiện với chương trình con, đề nghị xem lại phần gọi chương trình chương (trang 59) 1.2 Xóa bỏ chu trình (Canned Cycle Cancel): - Trong hệ điều khiển HASS, chu trình khép kín (Canned Cycle) xóa bỏ bỡi lệnh G80 Tuy nhiên, lệnh G00 G01 xóa bỏ chu trình sử dụng trước Như vây, chu trình khép kín xóa bỡi lệnh G80, G00 G01 —Sẳ— Bài 2: CẢC CHU TRÌNH TIỆN THƠ VÀ TIỆN TINH 1 i 2.1 Chu trình tiện thô theo trục z (O.D./I.D Stock Removal Cycle): Hình 3.1: Chu trình tiện thơ theo trục z Chức năng: Chu trình thực việc căt thơ theo trục z theo lát căt khai báo trước Cấu trúc câu lệnh: G71 p Q D u w F ■ p : Số thứ tự câu lệnh bắt đầu mô tả đường biên dạng cần tiện ■ Q : Số thứ tự cầụ lệnh kết thúc mô tả đường biên dạng cần tiện ■ D : Giẩ trị dịch chuyển dao theo phương X ■ u : Lượng dư gia công tinh theo trục X ■ w : Lượng dư gia công tinh theo trục z ■ F : Tốc độ ct Vớdl: â - -Rapid -ôã Feed Programmed Path (§) Start Position (g) Starting Block '@1 Ending Block %SÈ 00070 T101 G50 S2500 G97 S509 M03 GOO G54 X6 Z0.05 G96 S800 G71 Pl Q2 D0.15 U0.01 W0.005 F0.014 N1G00X2 G01 Z-3 F0.006 X3.5 G03 X4.Z-3.25 R0.25 G01 Z-6 N2 X6 G70 P1 Q2 (Lát cắt tinh) M09 G28 M05 M30 'KT^NHNÂNG CẠO: VỢI ỂểĂC CHU TRÌNH TIỆN Ví dti 2: 00071 T101 GOO G54 X6.6 Z.05 G50 S2000 G97 S636 M03 G96 S750 (Ôn định tốc độ trục chỉnh) ỉ G71 Pl Ql DO 15 U0.01 W0.005 F0.012 (Định nghĩa chu trĩnh) NI GOO X0.6634 p (bắt đầu định nghĩa biên dạng) N2 G01 XI Z-0.1183 F0.004 N3 Z-1 Ị j N5 G03 X2.5 Z-1.2812 R0.2812 N4 XI.9376 N6G01 Z-3.0312 N7 G02 X2.9376 Z-3.25 R0.2188 N8 G01 X3.9634 N9 X4.5Z-3.5183 J Ị N10Z-6.5 Nil X6.0 Q (Kết thúc định nghĩa biên dạng) G00X0Z0T100 T202 ! G50 S2500 G97 S955 M03 ị I GOO X6 Z0.05 M08 G96S1500 G70P1 QI GOO xo zo T200 M3O 2.2 chu trình tiện thơ theo trục X (End Face Stock Removal Cycle): Hình 3.2: chu trình tiện thộ theo trục X ■ - Chức năng: Chu trình thực yiệc cắt thô theo tnic X theo lát cắt khai báo trước Cấu trúc câu lệnh: G72 p Q D u • w F ■ p : Số thứ tự câu lệnh bắt đầu mô tả đường biên dạng cần tiện ■ Q : Số thứ tự câu lệnh kết thúc mô tả đường biên dạng cần tiện ■ D : Giá trị dịch chuyển dao theo phương z ■ u : Lượng dư gia công tinh theo trục X ■ W : Lượng dư gia công tinh theo trục z ■ s.,.: Tốc độ trục sử dụng chu trình ■ F : Tốc độ cát t © yidu: 00069 T101 G50 S2500 G97S509M03 G54 GOO X6 Z0.05 G96 S800 N1 GOO Z-0.65 ■ ■ G01X3 F0.006 Z-0.3633 XI.7544 zo X-0.0624 N2 GOO Z0.02 • G70 Pl Q2 MO5 G28 M3O 2.3 Chu trình tiện tinh (Finishing Cycle): Chu trình tiện tinh sử dụng sau chu trình tiện thơ với cấu trúc sau: - G70P Q - Trong đó: P: số thứ tự câu lệnh bắt đầu mô tả đường biến dạng cần tiện Q: Số thứ tự câu lệnh kết thúc mô tả đường biên dạng cần tiện - p Q sử dụng lại câu lệnh chu trinh tiện thơ ỊỆỊ Ví dụ: 00070 T101 G50 S2500 G97 S509 M03 GOO G54 X6 Z0.05 G96 S800 G71 Pl Q2 DO.15 Ư0.01 W0.005 F0.014 NI GOO X2 G01 Z-3 F0.006 X3.5 G03 X4 Z-3.25 R0.25 , G01 Z-6 N2 X6 G70 Pl Q2 (Chu trình tiện tinh) M09 G28M05 ' M30 1.3 Xóa bỏ chu trình (Canned Cycle Cancel): - Trong hệ điều khiển HASS, chu trình khép kín (Canned Cycle) xóa bỏ bỡi lệnh G80 Tuy nhiên, lệnh G00 G01 xóa bỏ chu trình sử dụng trước Như vây, chu trình khép kín xóa bỏ bỡi lệnh G80, G00 G01 (©) Bài tập 1: ứng dụng chu trình tiện để lâp chương trình NC cho chi tiết sau: N N N : N N N N N N , N N , N N N N : N N N N N N.- N N ■ N N N N N N N N N N : ĩ.; 4-, ■ wjS55R.~?i?Piv