NGHIÊN cứu lập TRÌNH CHO máy mài CNC 4 TRỤC BK 2022

BỘ MÔN MÁY VÀ MA SÁT TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu lập trình cho máy mài CNC 4 trục BK2022 01 PHẠM DUY PHƯƠNG phuong pd171.

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MÀI VÀ MÁY MÀI ĐIỀU KHIỂN SỐ CNC

Tổng quan về công nghệ mài

1.1.1 Lịch sử phát triển của công nghệ mài

Việc ứng dụng mài đã có từ khoảng 2 triệu năm trước, khi con người sử dụng quá trình mài để sản xuất các dụng cụ thời tiền sử Các hạt mài tự nhiên đã được áp dụng cho đến những năm gần đây.

Vào năm 1980, việc phát hiện và khai thác quặng để sản xuất Al2O3 và SiC đã mở ra hướng đi mới cho ngành công nghiệp hạt mài Hạt mài nhân tạo nổi bật với nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng kiểm soát lượng tạp chất và chất lượng trong quá trình sản xuất Ngành công nghiệp này đã có thể điều chỉnh các tính chất như kích thước hạt và độ bền, phù hợp với các ứng dụng mài đa dạng.

Hình 1.1 Nguyên công mài thực tế

Trong Thế chiến thứ II, sự gián đoạn trong cung cấp kim cương tự nhiên đã thúc đẩy nghiên cứu phát triển vật liệu thay thế Năm 1955, nhiều phát kiến trong lĩnh vực vật liệu mài đã dẫn đến việc chế tạo thành công kim cương nhân tạo Ngay sau đó, Nitrit Bor lập phương (CBN) cũng được phát triển Kim cương và CBN nhân tạo được gọi là Superabrasive nhờ vào các tính chất vượt trội như độ cứng, độ bền mòn, độ bền nén và hệ số dẫn nhiệt cao.

Ngày nay, sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đặc biệt trong ngành chế tạo máy, đã dẫn đến sự ra đời của nhiều loại vật liệu mới Những vật liệu này đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao về cơ lý tính và các tính chất đặc biệt khác, góp phần nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm.

GVHD: TS Lê Đức Bảo Trang nhấn mạnh rằng việc gia công ngày càng phức tạp và yêu cầu cao về chất lượng cũng như độ chính xác cho các chi tiết là điều cần thiết.

Phương pháp mài ngày càng được sử dụng rộng rãi trong ngành chế tạo máy hiện đại, với máy mài chiếm khoảng 30% tổng số máy cắt kim loại Đặc biệt, trong quy trình chế tạo ổ bi, công đoạn mài đóng góp tới 60% tổng quy trình công nghệ.

Với yêu cầu ngày càng tăng về độ chính xác và chất lượng trong gia công, mài trở thành phương pháp được chú trọng nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi hơn so với các hình thức gia công cơ khác Vì vậy, lĩnh vực mài luôn được phát triển và mở rộng.

1.1.2 Đặc điểm của công nghệ mài a) Đặc điểm của quá trình mài

Quá trình mài là phương pháp cắt gọt sử dụng đá mài để tác động lên chi tiết, tạo ra phoi vụn từ sự cắt và cào xước của các hạt mài ở tốc độ cao Quá trình này diễn ra nhờ hàng triệu hạt mài gắn cứng trên bề mặt đá mài, cho phép loại bỏ một lớp vật liệu rất mỏng (chỉ vài micromet) mà không gây biến dạng cho vật liệu gia công Nhờ đó, mài đạt được độ bóng bề mặt từ 8 đến 11 và độ chính xác cao (cấp 5 đến 6) Phương pháp này có khả năng gia công các loại vật liệu với độ cứng khác nhau.

- Các hạt mài được giữ chặt trong đá mài bằng chất kết dính Mài có những đặc điểm khác với các phương pháp gia công khác:

+ Tốc độ cắt khi mài rất cao, thường Vđ = (30 ÷ 35) m/s, tốc độ có thể lên tới

100 m/s ,cùng một lúc, trong thời gian ngắn có nhiều hạt mài cùng tham gia cắt và tạo ra nhiều phoi vụn

+ Ở đá mài, các lưỡi cắt không giống nhau và sắp xếp lộn xộn trong chất dính kết

Hạt mài có hình dáng hình học đa dạng với các góc độ và bán kính khác nhau ở đỉnh, thường có góc cắt lớn hơn 90 độ và góc trước âm Điều này gây khó khăn cho quá trình tạo phoi và thoát phoi.

Hạt mài có độ cứng cao, cho phép cắt gọt các vật liệu cứng mà những dụng cụ cắt khác khó có thể gia công, như thép đã tôi và hợp kim cứng.

Trong quá trình cắt, đá mài có khả năng tự mài sắc nhờ vào độ dòn cao của hạt mài Khi lưỡi cắt bị vỡ vụn, chúng tạo ra những lưỡi cắt mới hoặc bật ra khỏi chất dính kết, cho phép các hạt mài khác tiếp tục tham gia vào quá trình cắt.

Quá trình cắt bằng đá mài là một quá trình phức tạp, trong đó nhiều hạt mài tham gia cắt cùng lúc với góc trước âm và góc cắt lớn hơn 90 độ Điều này tạo ra ma sát rất lớn giữa đá mài và bề mặt vật liệu, dẫn đến quá trình "cắt - cào xước" hiệu quả.

GVHD: TS Lê Đức Bảo Trang 16 cho biết rằng nhiệt cắt trong quá trình gia công rất lớn, với chi tiết được nung nóng nhanh chóng, đạt nhiệt độ trên 1000 độ C Mặc dù lực mài tương đối nhỏ, nhưng do diện tích tiếp xúc giữa đỉnh hạt mài và bề mặt gia công rất hạn chế, lực cắt đơn vị trở nên rất lớn.

Trong quá trình mài, có ba hiện tượng chính xảy ra: cắt, cày và trượt Những hiện tượng này diễn ra đồng thời và phụ thuộc vào sự tương tác giữa hạt mài và vật liệu gia công.

Mài là một dụng cụ cắt đặc biệt với lưỡi cắt không xác định, do sự ngẫu nhiên trong các yếu tố như hình học, kích thước và sự phân bố của hạt mài trên bề mặt đá Điều này làm cho quá trình mài trở nên phức tạp hơn so với các phương pháp gia công khác Đá mài chứa nhiều hạt mài, hoạt động giống như răng của máy cưa, nhưng khác ở chỗ các hạt này được phân bố đều khắp bề mặt đá Hàng nghìn hạt cứng và dai di chuyển ma sát với phôi, giúp cắt bỏ các vụn vật liệu nhỏ một cách hiệu quả.

Hình 1.2 Các loại đá mài thường dùng

GVHD: TS Lê Đức Bảo Trang 17

Tổng quan về máy mài CNC

1.2.1 Máy mài CNC là gì ?

Máy mài CNC là loại máy công cụ sử dụng bánh xe quay để cắt và loại bỏ vật liệu trên phôi kim loại Thiết bị này chủ yếu được áp dụng trong gia công các phôi cứng, giúp đạt được chất lượng bề mặt cao Do đó, máy mài CNC thường được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp.

GVHD: TS Lê Đức Bảo Trang 23 nhấn mạnh rằng trong ngành công nghiệp hiện đại, quá trình hoàn thiện ngày càng được cải thiện Đặc biệt, với hiệu suất gia tăng của các dụng cụ mài, các máy nghiền hiện nay có khả năng đạt được tỷ lệ loại bỏ vật liệu cao (Qw [mm³ / (mm * s)]) trong quy trình nghiền sản xuất.

Kể từ khi bắt đầu quá trình mài, các khả năng đã được cải thiện để rút ngắn thời gian gia công mà vẫn đảm bảo chất lượng Máy mài CNC hiện đại, viết tắt của “Computerized Numerical Control”, cho phép thực hiện quy trình gia công hoàn toàn tự động Ngay cả với những hình dạng phức tạp như crankshafts, trục cam, van, vòng bi hay trục truyền, máy CNC đã trở thành tiêu chuẩn cho gia công nhanh chóng, đáng tin cậy và tự động.

Máy mài CNC hiện đại không chỉ mang lại hiệu suất gia công cao mà còn cho phép quá trình bốc dỡ phôi gia công tự động thông qua các cơ sở tải tự động Điều này tạo ra “hoạt động không người điều khiển”, trong đó việc kiểm tra định kỳ máy mài CNC là đủ để đảm bảo quy trình mài diễn ra suôn sẻ Do đó, sự hiện diện liên tục của công nhân tại máy mài CNC không còn cần thiết, giúp tối ưu hóa hiệu quả sản xuất.

1.2.2 Cấu tạo chung của máy mài phẳng CNC

Máy mài phẳng CNC là một loại máy móc CNC với hai phần chính: phần cơ khí và phần điều khiển Hệ thống máy móc CNC nói chung, bao gồm cả máy mài phẳng, hoạt động hiệu quả nhờ vào cấu tạo này.

Hình 1 7 Cấu tạo của máy mài CNC

Các cụm trục chính của máy mài CNC được bố trí theo các trục tọa độ, giúp xác định hướng di chuyển của các cơ cấu máy và dụng cụ cắt Những trục tọa độ cơ bản đóng vai trò quan trọng trong quá trình gia công.

X, Y, Z với chiều dương được xác định theo quy tắc bàn tay phải Các trục quay tương ứng với các trục X, Y, Z được ký hiệu bằng các chữ cái A, B, C Chiều dương là chiểu quay theo chiều kim đồng hồ nếu nhìn theo chiều dương của các trục X, Y, Z Các trục cơ bản này tạo nên hệ tọa độ máy CNC

1.2.3 Ứng dụng của máy mài CNC trong sản xuất

Máy mài CNC đang ngày càng trở nên phổ biến trong các nhà máy cơ khí, bên cạnh những loại máy thông dụng như máy phay CNC và máy tiện CNC Sự phát triển này cho thấy tầm quan trọng của máy mài CNC trong quy trình sản xuất hiện đại.

Trước đây, máy mài CNC ít được sử dụng do công nghệ mài yêu cầu độ chính xác rất cao trong gia công tinh cuối Lượng kim loại bị hớt đi khi mài thường không khớp với lượng tiến dao trên máy, buộc người thợ phải liên tục kiểm tra kích thước trong quá trình gia công để đảm bảo đạt được kích thước mong muốn.

Máy mài CNC mang lại hiệu quả cao trong việc gia công các bề mặt định hình phức tạp Nhờ vào sự phát triển công nghệ, các máy mài CNC hiện nay ngày càng đạt được độ chính xác và năng suất gia công vượt trội.

- Vì vậy, các máy mài CNC được sử dụng rộng rãi hơn trong nên công nghiệp

1.2.4 Giới thiệu một số máy mài CNC phổ biến

Hiện nay, thị trường máy mài CNC đa dạng với nhiều loại khác nhau, bao gồm máy mài tròn, máy mài phẳng, máy mài răng sử dụng công nghệ điều khiển số, cùng với các trung tâm gia công nhiều trục.

- Dưới đây là một số mẫu máy mài CNC tiêu biểu trên thị trường

 Máy mài phẳng PFG-100150AHD

Hình 1 9 Máy mài phẳng PFG-100150AHD

- Máy mài phẳng CNC PFG-100150AHD với tốc độ bàn máy cao luôn tạo ra hiệu quả cao nhất cho mỗi sản phẩm

- Thông số kỹ thuật chính của máy mài phẳng CNC PFG-100150AHD :

Khoảng cách lớn nhất từ trục chính tới bàn máy

Tải trọng bàn máy 2400 kg

Kích thước đá mài 405x50x127 (mm) Động cơ chính 10 HP

Trọng lượng máy 13800 kg

Kích thước máy (LxDxH) 5160x2660x2555 (mm)

Bảng 1 4 Thông số kỹ thuật của máy mài phẳng CNC PFG-100150AHD

 Máy mài tròn Studer CNC S31

Hình 1 10 Máy mài tròn Studer CNC S31

Máy mài tròn Studer CNC S31 là giải pháp lý tưởng cho sản xuất hàng loạt phôi gia công cỡ trung bình Với tính năng tự động hóa và tính linh hoạt cao, máy rất phù hợp cho các ngành công nghiệp chế tạo máy và hàng không vũ trụ.

+ Chiều cao trung tâm 175 mm, khoảng cách giữa các tâm 650 hoặc 1000 mm

+ Đầu rơvonve có thể xoay thủ công hoặc tự động

+ Trục B độ phân giải cao

+ Trục nghiền động cơ được điều khiển bằng tần số để mài bên ngoài và bên trong + Trục C giúp tạo hình và cắt ren

+ Đa dạng đầu máy có sẵn phục vụ cho mục đích mài khác nhau

+ Thiết bị được bảo vệ bọc hoàn toàn với 2 cửa trượt

+ Thân máy cơ sở đúc từ đá Granitan

Khoảng cách giữa tâm 400/650/1000 mm Đường kính phôi 0-349 mm

Chiều cao trung tâm 175 mm

Trọng lượng phôi tối đa 150 Kg

Bảng 1 5 Thông số kỹ thuật máy mài tròn Studer CNC S31

 Máy mài vô tâm CNC JAGUAR CLG6020

Hình 1 11 Máy mài vô tâm CNC JAGUAR CLG6020

Máy mài Jaguar CLG6020 là lựa chọn lý tưởng cho trung tâm mài năng suất cao với kích thước đá mài lớn lên đến 610 mm Được trang bị các thành phần tối ưu hóa tự động hóa, máy phù hợp để mài các chi tiết như van động cơ và các chi tiết dạng xoắn.

 Trục đá mài và trục chính chi tiết hoạt động độc lập

 Tốc độ trục mài vô cấp, cho phép vận hành Auto hoặc Manual

 Làm mát giải nhiệt bằng dầu

 Tốc độ trục đá mài hoạt động ổn định

 Bàn làm việc cho phép quay nghiêng tạo góc Cho phép mài góc ±30°

 Kết cấu máy bằng gang đúc liền, được nhiệt luyện đảm bảo độ bền và độ cứng vững cao

 Trục mài sử dụng ổ bi hợp kim, đảm bảo độ cứng vững và chịu mài mòn tốt

 Hệ thống bơm dầu mỡ tự động tới các thanh trượt, đảm bảo máy hoạt động trơn tru và kéo dài tuổi thọ

Thông số kỹ thuật chính của máy mài CNC JAGUAR CLG6020: Đường kính đá mài lớn nhất 610 mm

Bề dày đá mài lớn nhất 200 mm

Bề dày đá dẫn lớn nhất 200 mm Đường kính đá dẫn lớn nhất 305 mm Đường kính phôi: 3-120 mm

Công suất trục chính: 20 kW

Tốc độ cắt lớn nhất: 45 m/s

Bảng 1 6 Thông số kỹ thuật của máy mài CNC JAGUAR CLG6020

Máy mài tọa độ WAIDA JG35:

Hình 1 12 Máy mài tọa độ WAIDA JG35

Máy mài tọa độ WAIDA JG35 là một thiết bị mài trục đứng tiên tiến, sử dụng đá mài trụ để gia công các biên dạng phức tạp Với tốc độ trục đá lên đến 45000 vòng/phút, máy không chỉ tăng cường tốc độ cắt mà còn cải thiện đáng kể chất lượng bề mặt của chi tiết gia công.

Thông số kỹ thuật chính của máy mài tọa độ WAIDA JG35:

Kích thước bàn máy 600x320 mm

Tốc độ trục đá 8000-45000 vg/ph Công suất động cơ dẫn động trục đá

Bảng 1 7 Thông số kỹ thuật chính của máy mài tọa độ WAIDA JG35

1.4.5 Máy mài CNC 4 trục BK 2022-01

Máy mài CNC 4 trục là thiết bị sử dụng công nghệ CNC để mài phẳng và gia công các chi tiết có biên dạng phức tạp thông qua chương trình sửa đá định hình Đặc điểm nổi bật của máy là viên đá đứng ở vị trí cố định, có khả năng điều chỉnh độ cao linh hoạt so với bàn làm việc Máy mang lại nhiều ưu điểm vượt trội trong quá trình gia công, giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác.

- Xử lý vật liệu có độ cứng cao như thép cứng , hợp kim cứng , đến những vật liệu có độ giòn như thủy tinh, đá granit,

Kết luận chương 1

- Nghiên cứu tổng quan trong nước và thế giới về công nghệ mài, máy mài phẳng, máy mài điều khiển số CNC

Bài viết này tập trung vào việc nghiên cứu lập trình gia công mài với máy mài CNC 4 trục BK 2022, từ những chi tiết có biên dạng đơn giản cho đến phức tạp.

CHƯƠNG 2 : LẬP TRÌNH GIA CÔNG CHO MÁY MÀI CNC 4

2.1 Tầm qua trọng của việc lập trình gia công cho máy mài CNC

Trong ngành cơ khí, có đa dạng các kiểu biên dạng và hình dáng hình học, bao gồm mặt phẳng, mặt tròn xoay, mặt nón, và các bề mặt với hình dáng phức tạp.

Máy mài thông thường chỉ có khả năng gia công các chi tiết đơn giản như chi tiết phẳng và chi tiết mặt bậc, vì đây là những biên dạng cơ bản dễ gia công Để mài các biên dạng phức tạp hơn, cần phải sửa đá mài sao cho phù hợp với hình dáng chi tiết cần gia công Quá trình sửa đá này đòi hỏi sử dụng các đồ gá phức tạp và thực hiện nhiều lần gá đặt, dẫn đến việc tiêu tốn thời gian và công sức đáng kể.

Luận văn này đề xuất thiết kế và xây dựng các chương trình sửa đá cho máy mài CNC, nhằm đơn giản hóa và tiết kiệm thời gian trong quá trình sửa đá, thay vì sử dụng các loại đồ gá sửa đá truyền thống Trong khi máy mài thông thường yêu cầu gá đặt đồ gá nhiều lần và sử dụng các đồ gá phức tạp cho các hình dạng như mài nghiêng, biên dạng lồi, lõm hay côn, máy mài CNC mang lại nhiều ưu điểm vượt trội Việc lập trình cho đầu kim cương di chuyển chính xác từ điểm này đến điểm kia của biên dạng cần mài giúp tiết kiệm thời gian và nâng cao độ chính xác trong quá trình sửa đá.

Máy mài CNC có khả năng thực hiện nhiều chuyển động đồng thời và tự động điều chỉnh sai sót của dao cụ thông qua chương trình sửa đá Điều này giúp loại bỏ việc thiết kế đồ gá, từ đó tiết kiệm thời gian và chi phí cho quá trình gia công.

So với máy mài điều khiển bằng tay, máy CNC mang lại hiệu quả làm việc cao hơn vì không bị ảnh hưởng bởi tay nghề của người điều khiển Người vận hành máy CNC chủ yếu thực hiện nhiệm vụ theo dõi và kiểm tra các chức năng hoạt động của máy.

Máy mài CNC mang lại tính linh hoạt vượt trội so với các máy tự động sử dụng chương trình cứng như cam, dưỡng hay cữ chặn Nhờ sự hỗ trợ của máy vi tính, quá trình lập trình trở nên dễ dàng và nhanh chóng hơn, giúp tiết kiệm thời gian chỉnh máy Điều này không chỉ tăng hiệu quả công việc mà còn đảm bảo tính kinh tế cao, ngay cả khi sản xuất các lô sản phẩm nhỏ.

Máy mài CNC cho phép thay đổi chương trình gia công một cách dễ dàng, phù hợp với nhiều loại chi tiết khác nhau Điều này giúp giảm đáng kể thời gian chuẩn bị và hiệu chỉnh kỹ thuật tại khu vực làm việc Thời gian thay dao được thực hiện nhanh chóng và chính xác, với khả năng chuẩn bị dao ở vùng ngoại vi và nạp lại vào ổ tích dao chuyên dụng trên máy.

Độ chính xác của máy mài điều khiển kỹ thuật số thể hiện sự ổn định vượt trội trong quá trình đảm bảo chất lượng gia công cao.

Trên máy mài vạn năng, việc sửa đá khi đá mòn yêu cầu sử dụng các đồ gá chuyên dụng cho từng loại đá Ngược lại, trên máy mài CNC, chúng ta có thể sử dụng các chương trình lập trình sẵn để sửa đá chỉ với một đồ gá sửa đá vạn năng.

Hình 2 1 Mài định hình trên máy CNC

Việc sử dụng phương pháp mài định hình trên các máy thông thường để xử lý biên dạng phức tạp sẽ gặp nhiều khó khăn và yêu cầu các bộ đồ gá phức tạp Tuy nhiên, việc áp dụng chương trình CAM có thể giúp đơn giản hóa quy trình sửa đá, tiết kiệm thời gian và nâng cao hiệu quả công việc.

Hình 2 2 Đồ gá sửa đá mài mặt nghiêng

Sử dụng đồ gá để sửa đá và mài mặt phẳng nghiêng có thể tốn nhiều thời gian trên máy thông thường, nhưng với máy CNC, thời gian gia công được rút ngắn đáng kể Khi lập trình cho máy CNC, chúng ta có khả năng chạy đồng thời 2 hoặc 3 trục, cho phép gia công các biên dạng phức tạp một cách hiệu quả Ví dụ, trong quá trình mài mặt nghiêng, máy phẳng yêu cầu phải sửa đá hoặc gá chi tiết nghiêng, trong khi máy mài CNC có thể đồng thời điều khiển trục X và Z, giúp tiết kiệm thời gian gia công một cách tối ưu.

Hình 2 3 Đồ gá sửa đá mài mặt cong

Hình 2.4 là đồ gá sửa đá mài mặt cong Đối với máy mài phẳng thông thường, cần gá mũi kim cương lên đồ gá để sửa đá, nhưng với máy CNC, không cần sử dụng đồ gá sửa đá Thay vào đó, chúng ta sẽ viết chương trình chạy đá và sử dụng đồng thời hai hoặc nhiều phương pháp khác nhau.

Sử dụng 3 trục đồng thời để biến đổi đá có biên dạng phẳng thành đá có biên dạng cong, cho phép gia công các bề mặt phức tạp như cong lồi, cong lõm hoặc hình sin.

Việc áp dụng công nghệ máy CNC trong gia công đá mang lại lợi ích lớn, giúp giảm thiểu sự cần thiết của các đồ gá sửa đá phức tạp Tuy nhiên, trong một số trường hợp với các biên dạng định hình, việc chỉ sử dụng một đầu kim cương để sửa đá có thể dẫn đến những vấn đề không mong muốn, như tình trạng đầu kim cương tiếp xúc với đá mài ở những vị trí không thích hợp do góc độ cắt không được đảm bảo.

Sửa đá phẳng Sửa đá profin

Hình 2 4 Góc nghiêng của đầu sửa đá

- Góc nghiêng từ 30-45 giúp bán kính cong R0.4 của đầu sửa đá nằm trong vùng tiếp xúc với đá mài giúp sửa đúng biên dạng đá profin

LẬP TRÌNH GIA CÔNG CHO MÁY MÀI CNC 4 TRỤC BK 2022-01

Các bước lập trình gia công cho máy mài CNC

Bước 5: Thiết lập đường chạy dao gia công

Biên dạng đá đã được chỉnh sửa sẽ giúp lựa chọn đường chạy dao phù hợp cho quá trình gia công Bước tiếp theo là xuất mã code và kiểm tra quy trình gia công trên phần mềm Cimco Edit.

Do việc sử dụng phần mềm không chuyên dụng cho lập trình mài CNC, nhóm em đã kết hợp lập trình phay của Mastercam với phần mềm Cimco Edit để hiệu chỉnh và theo dõi đường chạy dao theo yêu cầu.

Sau khi lựa chọn đường chạy dao, chúng ta sẽ xuất chương trình code và sau đó nhập vào phần mềm Cimco Edit để kiểm tra và chỉnh sửa cho phù hợp.

Bước 7 : Lưu chương trình vào hệ thống máy tính điều khiển.

Giới thiệu phần mềm Mastercam X5 và Cimco

Mastercam là phần mềm thiết kế chuyên dùng được sử dụng để thiết kế các mô hình

Mastercam hỗ trợ thiết kế 2D và 3D trên máy tính, giúp vận hành gia công máy CNC cho các chi tiết cơ khí Tuy nhiên, tính năng thiết kế của Mastercam khá đơn giản và không mạnh mẽ, do đó người dùng thường lựa chọn các phần mềm thiết kế khác với bộ công cụ tính năng hoàn thiện hơn.

Hình 2 9 Giao diện phần mềm Mastercam X5

Phần mềm Mastercam cho phép người dùng tương tác trực tiếp với thiết kế để tạo ra mã code cho gia công trên máy CNC, hỗ trợ nhiều thao tác như phay, tiện và điêu khắc Người dùng có thể thiết lập các thông số về dao cắt, tọa độ và chu trình gia công một cách linh hoạt.

Phần mềm Mastercam, tên gọi xuất phát từ "Master" (chuyên gia) và "Cam" (lập trình gia công), đã có những bước tiến vượt bậc và hiện là phần mềm CAD/CAM được ứng dụng phổ biến nhất trên toàn cầu.

 Lịch sử ra đời của phần mềm Mastercam

Phần mềm Mastercam, được phát triển bởi CNC Software, Inc, công ty thành lập vào năm 1983 tại Massachusetts, là một trong những phần mềm CAD/CAM đầu tiên dành cho thiết kế và thi công CNC Software được công nhận là người tiên phong trong ngành công nghiệp CAM, góp phần quan trọng vào sự phát triển của lĩnh vực này.

MasterCAM là phần mềm CAM hàng đầu, được sử dụng phổ biến trên toàn thế giới trong suốt 35 năm qua Với tính năng hỗ trợ công cụ CAD, Mastercam giúp người dùng thiết kế và gia công một cách thuận tiện Sự ứng dụng ngày càng rộng rãi của phần mềm này, cùng với việc phát triển và cải tiến liên tục, đã tạo nên vai trò quan trọng không thể thiếu trong ngành công nghiệp toàn cầu.

 Chức năng chính của phần mềm Mastercam

Phần mềm Mastercam là công cụ thiết kế mô hình sản phẩm và lập trình gia công cho máy CNC, đồng thời hỗ trợ người dùng trong việc trao đổi dữ liệu với các hệ thống CAD/CAM khác như Solidworks, CATIA, Autodesk Inventor, Autocad, và nhiều định dạng dữ liệu trung gian khác.

Hình 2 10 Chức năng của phần mềm Mastercam

Mastercam là một phần mềm mạnh mẽ và hiệu suất cao, dễ sử dụng với giao diện trực quan, đảm bảo tính chuyên sâu cho các chức năng Phần mềm hỗ trợ thiết lập các đường chạy dao hoàn thiện như Contour, Pocketing, Drill, Face, Engraving và Peel Mill.

Công nghệ Advanced Multiaxis và Surface High Speed cung cấp những tính năng hỗ trợ hữu ích, giúp người dùng thực hiện các thao tác một cách thuận tiện, nhanh chóng và chính xác.

Người sử dụng Mastercam có khả năng thiết kế và cắt các chi tiết trên nhiều hệ điều hành và máy gia công CNC khác nhau Phần mềm này cung cấp các công cụ cao cấp cho phép người dùng thực hiện các ứng dụng tùy chỉnh theo nhu cầu Với tính linh hoạt nổi bật, Mastercam hỗ trợ người dùng sử dụng các ứng dụng bên ngoài gọi là C-hooks, cùng với các máy hoạt động chuyên biệt và ứng dụng độc lập.

Hình 2 11 Các phiên bản Mastercam

Sau hơn 20 năm hoạt động và phát triển, hãng đã giới thiệu 14 phiên bản khác nhau, liên tục cập nhật và cải tiến để mang đến những khả năng tối ưu cho người dùng.

- Những phiên bản Mastercam hiện đang được sử dụng trên toàn thế giới: V9, V9.1,

Phiên bản Mastercam x5 và x7 đang được ưa chuộng tại Việt Nam trong ngành gia công cơ khí, trong khi một số công ty vẫn sử dụng các phiên bản cũ hơn như V9, V9.1 và Mastercam x.

Nhóm em đã chọn phần mềm Mastercam X5 để xuất chương trình G-Code, sau đó sẽ sử dụng phần mềm Cimco Edit 8 để mô phỏng đường chạy dao.

CIMCO Edit V8 là phần mềm chỉnh sửa chương trình CNC, được thiết kế theo tiêu chuẩn giao diện người dùng trên hệ điều hành Windows Tất cả các chức năng của CIMCO Edit V8 đều có thể được kích hoạt thông qua dãy Ribbon, giúp người dùng dễ dàng và nhanh chóng tìm kiếm các lệnh cần thiết.

Trên dãy Ribbon này có tất cả là 6 tabs chức năng

Hình 2 12 Giao diện phần mềm Cimco Edit 8

Các tab này cho phép bạn truy cập các chức năng cần thiết và cấu hình cài đặt để điều chỉnh các thông số Dưới đây là mô tả ngắn gọn về 3 tab quan trọng của phần mềm Cimco Edit V8.

Cimco Edit V8 cung cấp chức năng phay 3D và tiện 2D trong giao diện backplot, cho phép mô phỏng chương trình phay 3 trục và tiện 2 trục Người dùng có thể chỉnh sửa chương trình CNC và tự động cập nhật trong hình ảnh mô phỏng, đồng thời sử dụng các công cụ zoom, pan, rotate và đo lường để phân tích Phần mềm hỗ trợ hiển thị các khối solid 3D khi mô phỏng mã Nx và đi kèm với bộ công cụ kiểm tra va chạm và phát hiện khe Ngoài ra, CIMCO Edit V8 cũng cho phép lưu lại các backplot NC dưới định dạng file DXF.

Gia công chi tiết thanh răng nghiêng

 Bước 1:Sửa đá theo biên dạng răng

 Xây dựng biên dạng răng trong phần mềm Mastercam X5

Khi sửa đá, đá mài không còn đóng vai trò như một dao cắt, vì vậy khi vẽ biên dạng đá mài, chúng ta cần xoay 180 độ so với biên dạng thực tế của đá.

Hình 2 20 Xây dựng biên dạng răng trong Mastercam

 Thiết lập đường chạy dao

- Sau khi xây dựng xong biên dạng của đá, ta tiến hành thiết lập đường chạy dao theo profin của đá

- Để dao sửa đá có thể đi đúng theo biên dạng, trong mục Toolpaths ta lựa chọn kiểu chạy dao Contour…

Hình 2 21 Lựa chọn kiểu chạy dao

Để sửa đá theo đúng biên dạng đã dựng, cần lựa chọn dao có bán kính 0,4mm, vì đầu sửa đá có bán kính cong mũi dao R0,4.

Hình 2 22 Lựa chọn bán kính dao

- Do đường chạy dao và chế độ cắt cần được hiệu chỉnh sau trên phần mềm CimcoEdit nên chúng em chưa cần cài đặt ở phần này

- Sau khi cài đặt một vài thông số hướng tiến dao, thoát dao ta sẽ thu được đường chạy dao sau:

Hình 2 23 Đường chạy dao ban đầu

Để đạt được biên dạng đá mong muốn và đảm bảo bề mặt đá được làm sạch sau khi gia công, chúng tôi cần thiết lập các đường chạy dao tiếp theo trong chương trình con, do chiều sâu mỗi lớp cắt nhỏ hơn 0.1mm.

Hình 2 24 Các đường chạy dao tiếp theo

- Xuất code và tiến hành chỉnh sửa đường chạy dao trên phần mềm CimcoEdit

Hình 2 25 Đường chạy dao trên phầm mềm Cimco Edit

Do việc sử dụng đồ gá có 2 đầu sửa đá, chúng em cần căn cứ vào khoảng cách giữa 2 đầu sửa đá để chia việc sửa đá thành 2 phần đối xứng.

 Tốc độ trục chính: n = 1600 vg/ph

 Lượng tiến dao: f = 100 mm/ph

Chương trình sửa đá ( Phụ lục [1])

 Bước 2: Lập trình gia công

Việc lập trình gia công đá đã được điều chỉnh theo biên dạng răng trở nên đơn giản hơn, cho phép lập trình bằng tay Chúng ta có thể sử dụng phần mềm CimcoEdit để kiểm tra và hiệu chỉnh quá trình gia công một cách hiệu quả.

Hình 2 26 Đường chạy dao gia công thanh răng

- Chương trình gia công ( Phụ lục [2] )

B, Gia công bánh răng Cycloid

 Bước 1: Lập trình sửa đá

Nhóm em đã thực hiện việc sửa đá theo biên dạng của bánh răng cycloid, tương tự như quy trình lập trình đối với thanh răng nghiêng.

Hình 2 28 Đường chạy dao sửa đá trong Mastercam

Hình 2 29 Đường chạy dao sửa đá trong Cimco Edit

Chương trình sửa đá ( Phụ lục [3] )

Việc lập trình gia công đá đã được điều chỉnh theo biên dạng răng trở nên đơn giản hơn, cho phép lập trình bằng tay Chúng ta có thể sử dụng phần mềm CimcoEdit để kiểm tra và hiệu chỉnh quá trình này một cách hiệu quả.

Hình 2 30 Đường chạy dao gia công bánh răng cycloid

C,Gia công bánh răng trụ răng thẳng

Hình 2 31 Bánh răng trụ răng thẳng

 Bước 1 : Lập trình sửa đá

Tương tự như việc lập trình cho thanh răng nghiêng, nhóm em cũng thực hiện quá trình sửa đá theo biên dạng của bánh răng trụ răng thẳng.

Hình 2 32 Đường chạy dao sửa đá trong Mastercam

Hình 2 33 Đường chạy dao sửa đá trong phần mềm Cimco Edit

Chương trình sửa đá ( Phụ lục [5])

Việc lập trình gia công đá đã được thiết kế theo hình dạng răng trở nên đơn giản hơn, cho phép lập trình thủ công dễ dàng Chúng ta có thể sử dụng phần mềm CimcoEdit để kiểm tra và hiệu chỉnh quá trình lập trình này.

Hình 2 34 Đường chạy dao gia công bánh răng trụ răng thẳng

- Hiểu được tầm quan trọng của việc sử dụng đồ gá sửa đá để gia công những chi tiết có biên dạng phức tạp

- Lựa chọn được phương pháp sửa đá ( phương pháp định hình ) để tiến hành sửa đá phù hợp với chi tiết cần gia công

Tìm hiểu và sử dụng phần mềm mô phỏng sửa đá và gia công như Mastercam và Cimco Edit là rất quan trọng để tạo ra các chương trình hỗ trợ cho quá trình gia công hiệu quả Những phần mềm này giúp tối ưu hóa quy trình làm việc, nâng cao độ chính xác và tiết kiệm thời gian trong sản xuất.

Gia công bánh răng trụ răng thẳng

Hình 2 34 Đường chạy dao gia công bánh răng trụ răng thẳng

- Hiểu được tầm quan trọng của việc sử dụng đồ gá sửa đá để gia công những chi tiết có biên dạng phức tạp

- Lựa chọn được phương pháp sửa đá ( phương pháp định hình ) để tiến hành sửa đá phù hợp với chi tiết cần gia công

Tìm hiểu và sử dụng phần mềm mô phỏng sửa đá và gia công như Mastercam và Cimco Edit là rất cần thiết để tạo ra các chương trình hỗ trợ quá trình gia công hiệu quả.

THỰC NGHIỆM MỘT SỐ BIÊN DẠNG SỬA ĐÁ VÀ GIA CÔNG MỘT VÀI CHI TIẾT

Trình tự thực nghiệm

Bước 1: Kiểm tra dữ liệu thiết kế: Đọc hiểu bản vẽ chi tiết, kích thước, hình dáng, độ bóng và vật liệu

Bước 2: Phân tích phương pháp định vị chi tiết, lựa chọn loại đá, kích thước đá để gia công

Bước 3: Thiết lập chương trình sửa đá trên phần mềm

Sử dụng phần mềm Master cam và Cimco Edit để xây dựng và chỉnh sửa chương trình

Bước 4 : Thiết lập chương trình gia công trên phần mềm.T LẬP CHƯƠNG TRÊN PHẦN MỀM

Bước 5: Bật máy, nhập các chương trình con vào bộ nhớ máy, nhập chương trình gia công

Bước 6: Lắp đá mài, đầu kim cương sửa đá, chi tiết lên máy

+ Lắp đá vào trục chính

Xác định vị trí lắp đặt đầu kim cương sửa đá là rất quan trọng, đặc biệt đối với các chi tiết nhỏ hoặc bàn từ có kích thước lớn Việc cố định đầu sửa đá trên bàn máy trong suốt quá trình gia công mài sẽ giúp tăng hiệu quả và độ chính xác trong công việc.

+ Đọc bản vẽ và gá chi tiết theo chương trình gia công đã lập trình

+ Vệ sinh sạch sẽ bàn từ, chi tiết, …

Bước 7: Rà gá chi tiết và đầu sửa đá để xác định điểm 0 gia công và điểm 0 sửa đá

Kiểm tra chương trình bằng cách chạy không mài

Bước 8: Kiểm tra chương trình bằng cách chạy không mài

Bước 9: Tiến hành gia công mài chi tiết

Bước 10 : Kiểm tra , đánh giá sản phẩm sau mài

Hình 3 1 Sơ đồ quy trình thực nghiệm trên máy mài CNC

Trình tự thực nghiệm gia công một vài chi tiết

3.2.1 Chi tiết bánh răng Cycloid

Bước 1: Kiểm tra dữ liệu thiết kế

Hình 3 2 Bản vẽ kích thước chi tiết bánh răng Cycloid

Với kích thước bánh răng và vật liệu thép C45 có độ nhám 0,63, chi tiết này có thể được gia công hiệu quả trên máy mài CNC 4 trục BK 2022-01.

Chi tiết bánh răng được định vị bằng trục gá ϕ21, lắp với lỗ ϕ21 của bánh răng với dung sai H7/n6, tạo ra mối lắp trung gian có độ dôi để đảm bảo độ chính xác trong gia công và dễ dàng tháo lắp Một mặt bên của bánh răng tiếp xúc với bạc lắp trên trục, giúp bánh răng được định vị 5 BTD trên trục gá và kẹp chặt bằng đai ốc.

- Sau đó ta gá trục mang bánh răng lên 2 đầu chống tâm định vị 5 BTD để gia công chi tiết

Hình 3 3 Gá đặt bánh răng Cycloid

Trong đồ án này, nhóm nghiên cứu đã chọn sử dụng đá mài có độ hạt 60 để thực hiện quá trình gia công Biên dạng sửa đá được thiết kế theo profin của bánh răng, với khoảng cách giữa hai đỉnh răng là 19,63 mm Kích thước của đá mài được lựa chọn là 190x20x32 mm, trong đó đường kính ngoài là 190 mm, bề dày là 20 mm và đường kính lỗ là 32 mm.

Hình 3 4 Đá mài sử dụng để gia công

Để tiến hành gia công đá, trước tiên cần thiết lập chương trình sửa đá và gia công theo hướng dẫn trong chương 2 Sau đó, kiểm tra lại chương trình này để đảm bảo tính chính xác Cuối cùng, bật máy và nhập các chương trình vào bộ nhớ máy để bắt đầu quá trình gia công.

- Bật công tắc Aptomat ở bên cạnh tủ điện điều khiển

- Bật nút máy tính , công tắc On của máy

- Nhập các chương trình CNC đã lập trình vào máy tính điều khiển vào 1 thư mục riêng của máy để có thể kiểm soát và tìm kiếm nhanh chóng

Hình 3 8 Giao diện phần mềm Mach 3

Bước 6: Lắp đá mài, đầu kim cương sửa đá và chi tiết lên máy

 Lắp đá vào trục chính:

 Lắp đồ gá sửa đá lên bàn máy:

Hình 3 10 Lắp đồ gá sửa đá lên bàn máy

Đồ gá sửa đá được lắp đặt trong hành trình của máy, cho phép gia công đồng thời ở cuối hành trình của bàn máy, nhằm đạt kích thước lớn nhất cho chi tiết khi gia công.

Để đảm bảo an toàn trong quá trình sửa đá, cần kiểm tra và xiết chặt bu lông giữa đầu kim cương và thân đồ gá, cũng như giữa đế đồ gá và bàn máy.

Hình 3 9 Lắp đá lên trục chính

 Gá chi tiết lên đầu chống tâm

Khi gá chi tiết, cần đảm bảo rằng chi tiết đã được gá chính xác và xiết chặt các bu lông hãm để cố định vị trí, từ đó đảm bảo an toàn trong quá trình gia công.

Bước 7: Kiểm tra chương trình bằng cách chạy không mài

Mặc dù chương trình đã được kiểm tra trên phần mềm Cimco Edit, việc kiểm tra thực tế là cần thiết để đảm bảo rằng chương trình hoạt động đúng theo ý đồ của người lập trình, từ đó nâng cao độ an toàn trong quá trình vận hành máy.

Trên màn hình máy tính trong cửa sổ Program Run, chúng ta chọn Load G-Code và lựa chọn chương trình cần kiểm tra đã được lưu trong thư viện của máy.

Hình 3 12 Chọn chế độ Load G-Code Hình 3 11 Gá đặt chi tiết bánh răng cycloid

Chương trình gia công được mở đồng thời xuất hiện đường chạy dao được hiển thị trên vùng mô phỏng

Hình 3 13 Chạy thử bằng lệnh Cycle Start Đưa đá mài đến vị trí an toàn sau đó chọn Cycle Start để bắt đầu chạy thử chương trình

Trong quá trình chạy thử, cần quan sát xem máy có hoạt động đúng theo lập trình hay không Nếu phát hiện sự cố, hãy chọn chế độ Feed Hold để tạm dừng chương trình hoặc Stop để dừng hẳn.

Hình 3 14 Chế độ tạm dừng và dừng chương trình

Chương trình gia công Đường chạy dao hiển thị

Mach3 cho phép người dùng chỉnh sửa trực tiếp G-code bằng cách chọn mục "Edit G-code", hoặc đóng chương trình hiện tại bằng cách chọn "Close G-code".

Hình 3 15 Chế độ chỉnh sửa và đóng chương trình

Chúng ta có thể chọn chế độ chạy từng câu lệnh, gọi là Single BLK, để dễ dàng kiểm soát đường chạy của dao.

Hình 3 16 Chế độ chạy từng câu lệnh

Bước 8: Rà gá đầu sửa đá và chi tiết để xác định điểm 0 sửa đá và điểm 0 gia công Để điều chỉnh vị trí bàn máy, hãy mở chế độ điều chỉnh bằng tay trên phần mềm Nhấn phím Tab trên bàn phím máy tính để hiển thị cửa sổ điều khiển bằng tay.

Trong quá trình điều chỉnh máy bằng tay, cần hiểu rõ hướng di chuyển của bàn máy qua các nút bấm X+, X-, Y+, Y-, Z+, Z-, A+, A- và điều chỉnh tốc độ di chuyển của bàn máy từ 0 đến 100%.

Xác định điểm 0 sửa đá:

- Đá mài khi mua về đều có dạng phẳng, việc xác định điểm 0 có thể thực hiện bằng cách:

- Di chuyển bàn máy sao cho đầu sửa đá thẳng với đường tâm của đá mài, khi đó ta sẽ xác định điểm đó là điểm X0

Hình 3 17 Chế độ điều khiển bằng tay trên Mach 3 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BÀN MÁY

Hình 3 18 Xét gốc sửa đá X0

 Điều chỉnh bàn máy sao cho đầu sửa đá chạm vào mặt bên của đá, khi đó sẽ xác định điểm đó là điểm Y0

Khi lắp đá lên trục chính, có thể xuất hiện khe hở giữa hai chi tiết, dẫn đến bề mặt đá không tròn đều Để xác định điểm thấp nhất của đá, cần quay trục chính đồng thời điều chỉnh trục Z với các dịch chỉnh nhỏ hơn 0.1mm.

Hình 3 19 Xét gốc sửa đá Y0

Kết luận chương 3

- Tìm hiểu và lập ra được quy trình thực nghiệm gia công tổng quát

- Hiểu và vận hành được máy mài CNC 4 trục BK 2022-01 gia công một vài chi tiết có biên dạng phức tạp

Với đồ án được giao “Nghiên cứu lập trình cho máy mài CNC 4 trục BK 2022” chúng em đã hoàn thành được các nhiệm vụ :

- Nghiên cứu về công nghệ mài và các máy mài CNC hiện có

- Dựa vào máy mài 4 trục có sẵn BK 2022 để lựa chọn đồ gá sửa đá phù hợp với việc gia công các chi tiết có biên dạng phức tạp

- Hiểu được các bước lập trình để gia công trên máy CNC

- Lập trình mô phỏng sửa đá, gia công một vài chi tiết có biên dạng răng

- Từ chương trình mô phỏng tiến hành thực nghiệm gia công trực tiếp trên máy CNC 4 trục có sẵn

Từ những nhiệm vụ đã hoàn thành ở trên chúng em có những định hướng phát triển như sau :

- Xậy dựng được thư viện gia công các chi tiết có biên dạng phức tạp hơn

Cải thiện và tối ưu hóa đường chạy dao là yếu tố quan trọng để nâng cao chất lượng và năng suất gia công chi tiết Đề tài "Nghiên cứu lập trình cho máy mài CNC 4 trục BK 2022" là một lĩnh vực mới mẻ, do đó chúng tôi đã gặp nhiều khó khăn trong quá trình thực hiện nghiên cứu này.

Do vậy chúng em rất mong nhận được sự đóng góp của của quý thầy cô và các bạn để đề tài này được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô giáo trong bộ môn Máy và Ma sát học, đặc biệt là TS Lê Đức Bảo, người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này.

[1] TH.S Lưu Văn Nhang, Kỹ thuật mài kim loại, Hà Nội: NXB Khoa học và

[3] PGS TS Phạm Văn Hùng, PGS TS Nguyễn Phương, Cơ sở máy công cụ,

Hà Nội: Nxb Khoa học và kỹ thuật, 2007

[4] Phạm Minh Đạo, Trần Anh Tuấn, Đỗ Lan Anh, Giáo trình mài, Hà Nội: Nxb lao động, 2010

[5] NICCO, "Precision surface grinder model NGS-550B," Catalog

[6] Tạ Duy Liêm, Bùi Tuấn Anh, Phan Văn, Lê Đức Bảo, Cơ sở máy CNC, Hà Nội: NXB Bách Khoa Hà Nội, 2019

[7] Nguyễn Anh Tuấn, Cơ sở kỹ thuật CNC, TP Hồ Chí Minh: Nxb TPHCM,

Phạm Hồng Hải đã thực hiện nghiên cứu ứng dụng công nghệ mài bề mặt định hình trên máy phay CNC với việc sử dụng đá mài CBN Luận văn thạc sĩ của ông được hoàn thành tại Đại học Thái Nguyên vào năm 2015 Nghiên cứu này góp phần nâng cao hiệu quả trong quá trình gia công và cải thiện chất lượng bề mặt sản phẩm.

[9] CIMCO, CIMCO Edit User Guide, www.cimco.com, 2017

[10] Mastercam X5 Beginner Training Tutorial , www.emastercam.com

Tiêu đề	Nghiên Cứu Lập Trình Cho Máy Mài CNC 4 Trục BK 2022
Tác giả	Phạm Duy Phương, Vương Sỹ Phan
Người hướng dẫn	TS. Lê Đức Bảo
Trường học	Đại học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ thuật cơ khí
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	100
Dung lượng	7,93 MB