Bài giảng Điều khiển số máy công cụ

Bài giảng Điều khiển số máy công cụ Bài giảng Điều khiển số máy công cụ Bài giảng Điều khiển số máy công cụ Bài giảng Điều khiển số máy công cụ Bài giảng Điều khiển số máy công cụ Bài giảng Điều khiển số máy công cụ Bài giảng Điều khiển số máy công cụ Bài giảng Điều khiển số máy công cụ Bài giảng Điều khiển số máy công cụ Bài giảng Điều khiển số máy công cụ Bài giảng Điều khiển số máy công cụ

Đào Văn Hiệp Điều khiển số máy công cụ (Bài giảng) Hà Nội, 8-2009 Mục lục Chơng 1: Nhập môn điều khiển số máy công cụ 1.1 Kh¸i qu¸t vỊ điều khiển trình công nghệ 1.1.1 Điều khiển trình công nghệ với máy công cụ truyền thống 1.3.2 Điều khiển trình công nghệ với máy tự động 1.3.3 Điều khiển thích nghi trình công nghÖ 1.2 Các dạng điều khiển tự động máy công cụ 1.2.1 §iỊu khiĨn b»ng cam 1.2.2 §iỊu khiÓn theo mÉu 1.2.3 §iỊu khiĨn nhờ bảng cắm 1.2.4 §iỊu khiĨn theo chơng trình số 1.3 Điều khiển số máy c«ng 1.3.1 Khái niệm điều khiển sè 1.3.2 NC vµ CNC .13 1.3.4 Trung tâm gia công CNC 17 1.3.5 §iỊu khiĨn sè trùc tiÕp .20 1.4 Lịch sử phát triển máy NC 22 1.4.1 Sự đời phát triển máy NC 22 1.4.2 Các giai đoạn phát triển 25 1.5 Các u, nhợc điểm máy CNC 26 1.5.1 Các u điểm máy CNC 27 1.5.2 Các nhợc điểm CNC 32 1.6 Hớng sử dụng phát triển máy CNC 33 1.6.1 Lựa chọn sử dụng hợp lý máy CNC 33 1.6.2 §iỊu khiĨn thÝch nghi m¸y CNC 36 1.6.3 M¸y cã cấu hình thay đổi đợc 41 Chơng 2: Đặc điểm kết cấu điều khiển máy CNC 45 2.1 Nguyên tắc điều khiÓn CNC 45 2.1.1 Các phơng pháp néi suy 46 2.1.2 Các kiểu điều khiển 48 2.3 Đặc điểm kết cấu ®iỊu khiĨn c¸c hƯ thèng 50 2.3.1 HƯ thèng ®iỊu khiĨn trơc chÝnh 50 2.3.2 Hệ thống điều khiển chạy dao 51 2.3.3 Thiết bị gá kẹp chi tiết 54 2.3.4 HƯ thèng thay dao tù ®éng .55 Chơng 3: Cơ sở lập trình gia công máy CNC 59 3.1 Các chế độ làm việc máy CNC 59 3.2 Cơ sở hình học việc lập trình NC 60 3.2.1 Các hệ toạ độ 60 3.2.2 Phơng pháp nhập toạ độ 61 3.2.3 Quy định gốc toạ độ phôi (zero phôi) 61 3.2.4 Bï th«ng sè dao 64 3.3 Cơ sở công nghệ việc lập trình NC 66 3.3.1 Cơ sở công nghệ tiện 66 3.3.2 C¬ së c«ng nghƯ phay 66 3.4 Nh÷ng vÊn ®Ị chung vỊ lËp tr×nh NC 68 3.4.1 CÊu tróc chơng trình NC 68 3.4.2 Các phơng pháp lËp tr×nh .69 3.4.3 Các loại ngôn ngữ lập tr×nh 73 Tài liệu tham khảo 78 Chơng 1: Nhập môn điều khiển số máy công cụ Máy NC (Numerical Control Machine Tools) đợc dịch cách đầy đủ phải máy công cụ điều khiển theo chơng trình số, nhng thờng đợc gọi tắt máy công cụ điều khiển số máy NC Tuy loại máy tự ®éng nh− nhiỊu thÕ hƯ m¸y tù ®éng tr−íc, m¸y NC có tiến tảng công nghệ tính Để giúp bạn đọc hiểu sâu sắc chất NC, u điểm ứng dụng máy NC, điểm qua vấn đề tự động hoá trình công nghệ máy tự động nói chung trớc vào vấn đề cụ thể máy NC 1.1 Khái quát điều khiển trình công nghệ Để đạt đợc kết gia công mong muốn, trình công nghệ (gia công máy công cụ) cần phải đợc điều khiển Có thể nói lịch sử phát triển khoa học công nghệ chế tạo máy gắn liền với lịch sử phát triển kỹ thuật điều khiển máy công cụ Điều khiển máy công cụ đợc định nghĩa tác động lên cấu máy để thực trình công nghệ gia công chi tiết đạt tiêu kỹ thuật, suất chi phí [7] Điều khiển máy công cụ "bằng tay" (do ngời thực hiện) "tự động", nghĩa can thiệp trực tiếp ngời Tơng ứng với phơng pháp điều khiển loại máy: máy thông thờng máy tự động Máy thông thờng (Conventional Machine Tools), đợc gọi cách không thật rõ ràng máy vạn (Universal Machine Tools General Purpose Machine Tools), máy công cụ không đợc tự động hoá tự động hoá mức thấp Mặc dù đà có tiến vợt bậc kết cấu; đạt độ xác gia công cao (đến àm); tốc độ làm việc cao (3000 ữ 4000v/ph) khả công nghệ cao (gia công đợc nhiều dạng bề mặt khác nhau); tiện ích sử dụng đợc cải thiện (ví dụ đo, hiển thị toạ độ chu trình gia công dạng số), nhng nguyên lý làm việc kết cấu máy đại (hình 1.1) khác so với máy cổ điển (hình 1.2) Về chất, chúng ®Ịu ®−ỵc ng−êi ®iỊu khiĨn trùc tiÕp Ng−êi thỵ ®øng máy phải trực tiếp thực hầu hết công việc, từ gá phôi hoàn thành nguyên công tháo chi tiết khỏi máy Đó chuỗi công việc: gá phôi, chọn dao, đặt chế độ cắt, dịch chuyển dao, giám sát trình kiểm tra kết gia công, tháo chi tiết khỏi máy Trên máy tự động (Automated Machine Tools), số chức đợc điều khiển tự động Từ máy thông thờng thành máy tự động điều khiển số đại, máy công cụ trải qua nhiều giai đoạn TĐH Trớc hết ngời ta u tiên TĐH hệ thống chuyển động tạo hình, sau TĐH hệ thống phụ trợ Chơng 1: Nhập môn điều khiến số máy công cụ Hình 1: Kết cấu máy tiện đại Hình 2: Kết cấu máy tiện cổ điển Chơng 1: Nhập môn điều khiến số máy công cụ 1.1.1 Điều khiển trình công nghệ với máy công cụ truyền thống Máy công cụ truyền thống đợc điều khiển tay (hình 1.3) Quá trình công nghệ chứa đựng tơng tác cơ, lý, hoá yếu tố hệ thống yếu tố nhiễu loạn Thông số đầu vào hệ thống chế độ công nghệ (tốc độ cắt S lợng chạy dao F), thông số đầu Y thể phản ứng hệ thống (kích thớc, độ nhám bề mặt, lực cắt, nhiệt độ vùng cắt, rung động, mòn dao, ) Chức điều khiển hoàn toàn ngời (công nhân) thực Con ngời yêu cầu công nghệ, tính toán thông số công nghệ X, đặt chúng vào máy, giám sát đầu Y trình để thực hiệu chỉnh cần thiết Trong hệ thống hoàn toàn yếu tố tự động điều khiển Về nguyên tắc, hệ điều khiển trình Với cấu trúc hệ thống, trình công nghệ nằm vòng điều khiển nên không đạt đợc độ xác độ nhạy cần thiết (do ngời thực hiện), hệ thống có khả thích ứng với biến động qúa trình Do đặc điểm nói mà máy công cụ thông thờng đợc gọi hệ thèng ®iỊu khiĨn thÝch nghi b»ng tay (Manual Adaptive Control) Hình 3: Sơ đồ điều khiển trình theo công nghệ truyền thống 1.3.2 Điều khiển trình công nghệ với máy tự động Khi thực trình công nghệ máy tự động (hình 1.4), việc tính toán chế độ công nghệ ngời thùc hiƯn Bé ®iỊu khiĨn thay thÕ ng−êi ®−a thông số công nghệ (S, F) vào máy điều khiển máy hoạt động theo giá trị đà ấn định Nó giúp tự động hoá khâu nhận, đọc, giải mà chơng trình, tính toán điều khiển hệ thống thực trình tự thông số công nghệ quy định sẵn Chính vậy, điều khiển máy công cụ điều khiển theo chơng trình Hình 4: Sơ đồ điều khiển trình với máy tự động Chơng 1: Nhập môn điều khiến số máy công cụ Mục tiêu điều khiển tự động máy công cụ đảm bảo cấu công tác hoạt động theo trình tự chế độ công nghệ (S, F) ghi chơng trình thông số (Y) trình Chất lợng trình hoàn toàn phụ thuộc vào tính đắn phép tính thông số công nghệ ban đầu Quá trình công nghệ nằm vòng giám sát điều khiển nên nhận biết phản ứng trớc biến động (nhiễu loạn) xảy trình công nghệ biến động thông số Y Vì vậy, điều khiển đợc gọi điều khiển tĩnh (Fixed Controller) 1.3.3 Điều khiển thích nghi trình công nghệ Muốn tự động kiểm soát kết gia công, điều khiển phải có khả nhận biết thay đổi thông số Y thông số môi trờng đặc trng, có khả bù trừ hạn chế biến động chúng, nhằm trì làm việc bình thờng đảm bảo hiệu cao cho trình Hệ thống điều khiển nh đợc gọi hệ điều khiển thích nghi (ĐKTN) Sơ đồ ĐKTN máy công cụ đợc thể hình 1.5 Trong hệ thống này, ngời phải tính chế độ gia công Bộ điều khiển (thờng CNC) giữ chức nhận trì thông số công nghệ đà định Bộ ĐKTN giám sát thông số thông số môi trờng, định điều khiển lệnh cho CNC thực hiệu chỉnh cần thiết Việc giám sát hiệu chỉnh chế độ công nghệ đợc thực thời gian thực, khiến máy công cụ làm việc với chế độ gia công S2, F2 khác với chế độ gia công tính toán S1, F1, đảm bảo giá trị hợp lý thông số Hình 5: Sơ đồ điều khiển thích nghi trình công nghệ Về cấu trúc logic, sơ đồ ĐKTN hình 1.5 tơng tự nh sơ đồ điều khiển tay hình 1.3, nhng ĐKTN máy móc thực nên đảm bảo đợc độ xác độ nhạy cao Khác chất so với điều khiển thông thờng, ĐKTN mang tính tích cực, động thông minh 1.2 Các dạng điều khiển tự động máy công cụ Từ máy thông thờng đến máy CNC đại, máy công cụ trải qua nhiều giai đoạn phát triển Đó trình tự động hoá phần, hệ thống máy với ứng dụng Chơng 1: Nhập môn điều khiến số máy công cụ kỹ thuật tiên tiến thời kỳ Trớc hết, ngời ta u tiên TĐH hệ thống chuyển động tạo hình, sau TĐH hệ thống phụ trợ Về kỹ thuật, tất dạng TĐH dùng tín hiệu tơng tự tín hiệu số đà đợc lần lợt sử dụng Để đảm bảo thông số hình học chất lợng gia công, hệ thống chuyển động tạo hình phải làm việc theo chơng trình lập trớc Chơng trình gia công đợc biểu dới dạng khác đợc ghi lên phơng tiện thích hợp, đợc gọi vật mang tin Căn vào dạng biểu diễn chơng trình vật mang tin (phần tô xám hình 1.6), phân biệt dạng điều khiển Đó dạng ®iỊu khiĨn b»ng cam (I), ®iỊu khiĨn theo mÉu (II), điều khiển nhờ bảng cắm (III) điều khiển theo chơng trình số (IV) Hình 6: Các dạng điều khiển máy công cụ Chơng 1: Nhập môn điều khiến số máy công cụ 1.2.1 Điều khiển cam Trong hệ thống điều khiển cam (Cam Control), khoảng tốc độ dịch chuyển cấu đợc điều khiển nhờ biên dạng cam Sự phối hợp cấu đợc thực nhờ vị trí tơng đối cam với trục phân phối Trên hình 1.7 sơ đồ cấu chạy dao máy tự động revolver Khoảng dịch chuyển dao phụ thuộc biên dạng cam tơng ứng Tốc độ ăn dao phụ thuộc vào tốc độ trục phân phối đồng với tốc độ trục Các dao hoạt động đồng theo chu trình, phụ thuộc vào vị trí lắp ráp cam trục Nh vậy, dạng điều khiển này, chơng trình gia công đợc thể qua hình học vị trí cam, có dạng tơng tự hệ thống cam - trục phân phối vật mang tin Hình 7: Hệ thống điều khiển cam 1.2.2 Điều khiển theo mẫu Hệ thống điều khiển theo mẫu (Tracer Control) đợc gọi hệ thống chép hình, quỹ đạo dao (tạo nên biên dạng chi tiết gia công) đợc chép từ biên dạng mẫu (hình 1.8) Tuỳ theo cấu truyền chuyển động từ đầu dò đến dao mà có hệ thống chép hình khí (dùng trợt, đòn bẩy khí) hệ thống bám (thuỷ lực, điện điện - thuỷ lực) Trong hệ thống chép hình, chơng trình gia công có dạng tơng tự mẫu chép hình vật mang tin Hình 8: Hệ thống chép hình thuỷ lực Chơng 1: Nhập môn điều khiến số máy công cụ 1.2.3 Điều khiển nhờ bảng cắm Bảng cắm (Plugboard) tên chung để bảng phẳng (Panel Type) tang trống (Drum Type), chứa ma trận (hàng ì cột) lỗ cắm để cắm dây, nối kín mạch điện (qua phần tử logic điện, điện tử nh tiếp điểm, rơle, diode, đếm, định thời, ) để điều khiển chuỗi công việc định (hình 1.9) Hình 9: Bảng cắm vật mang tin Nh trờng hợp này, bảng cắm vật mang tin Mỗi hàng bảng tơng ứng với lệnh chơng trình, nên số hàng bảng cắm (thờng 24) giới hạn số lệnh điều khiển Trên hàng có lỗ (thờng 34) cách Khi lỗ đợc cắm chức đợc kích hoạt (ví dụ dịch chuyển theo chiều +X) Khi lệnh (hàng) đợc hoàn thành công tắc hành trình tác động, cho phép chuyển sang lệnh ghi hàng Khi lỗ đợc cắm chức tơng ứng đợc kích hoạt liên tục chuyển sang lệnh Vì vậy, điều khiển dùng bảng cắm thuộc dạng điều khiển nèi cøng (Hard-Wired Control) Mét bé ®iỊu khiĨn cã thĨ dùng kết hợp nhiều bảng cắm, bảng chứa modul chơng trình theo chức định Trên số máy công cụ dùng loại bảng cắm: bảng cắm khí chứa dỡng, vấu để điều khiển quỹ đạo toạ độ dịch chuyển cấu công tác Bảng cắm điện điều khiển chức phụ trợ (nh bật tắt, đảo chiều động cơ, thay dao, tới dung dịch, ) Tín hiệu điều khiển dùng với bảng cắm liên tục rời rạc, tuỳ theo phần tử đợc dùng Có thể nói, điều khiển bảng cắm cha phải điều khiển theo chơng trình số, nhng gợi ý tởng mang tính cách mạng lĩnh vực điều khiển máy công cụ: điều khiển theo chơng trình số Chơng 1: Nhập môn điều khiến số máy công cụ (c) (d) (e) Hình 7: Các điểm gốc toạ độ máy CNC 3.2.4 Bù thông số dao Dao có kích thớc chiều dài bán kính mũi dao định (xem mục 1.3.5 hình 1.12, 1.13) Nếu lập trình gia công theo đờng hình học bị sai số Hình 3.8 cho vÝ dơ vỊ sai sè b¸n kÝnh dao gây nên Hình 8: Sai lệch bán kính dao tiện Chơng 3: Cơ sở lập trình gia công máy CNC 64 Muốn gia công đờng biên điểm gốc dao phải lùi khoảng tơng ứng với kích thớc dao Điều đợc gọi bù dao (Tool Compensation) Tính toán bù dao cách trực tiếp việc làm đợc lý sau: - Các phép tính hình học để bù dao phức tạp, - Nếu dùng nhiều dao nguyên công chơng trình dài, - Mỗi lần thay dao lại phải sửa chơng trình làm chơng trình Chức bù dao tự động làm đơn giản việc lập trình, thay dao Bản chất trình bù dao nh sau: - Vị trí dao đợc đại diện toạ độ gốc dao (điểm B H1.12 H1.13), - Các thông số hình học dao đợc đăng ký bảng liệu dao, - Khi lập trình cần quan tâm đến biên dạng chi tiết vẽ, kèm theo dẫn bù dao trái, phải hay không bù dao, - Khi gặp lệnh gọi dao chơng trình, điều khiển tìm liệu dao file liệu, tự động tính tham số bù dịch dao, để mũi dao cắt biên dạng (hình 9) Với chế đó, mài dao hay thêm dao cần cập nhật thông số hình học chúng vào bảng liệu Hình 9: Bù bán kính dao phay tiện Chơng 3: Cơ sở lập trình gia công máy CNC 65 Muốn điều khiển tính toán đợc lợng bù dao phải khai báo kích thớc dao (dạng dao, chiều dài bán kính mũi dao) bảng liệu dao (Tool Compensation Table) Các trung tâm gia công đại có hệ thống đo nhập liệu tự động, đảm bảo độ xác cao Trên máy CNC thông thờng có công cụ trợ giúp, nhng ngời dùng phải đo tay, theo thủ tục riêng máy 3.3 Cơ sở công nghệ việc lập trình NC Tài liệu không sâu công nghệ cắt gọt kim loại mà điểm điểm đáng ý gia công máy CNC, gồm đặc điểm dao chế độ cắt 3.3.1 Cơ sở công nghệ tiện Dao tiện Theo tiêu chuẩn ISO, dao tiện đợc phân loại theo tiêu sau: - Theo vật liệu lỡi cắt, có dao thép gió, hợp kim cứng, gốm, kim cơng - Theo vị trí cắt, có dao tiện dao tiện - Theo dạng dao, có dao thẳng, dao đầu cong, dao đầu bằng, dao mũi nhọn - Theo vị trí lỡi cắt chính, có dao tiện trái, dao tiện phải, dao đầu thẳng - Theo công dơng, cã dao c¾t r·nh, dao tiƯn gãc, dao tiƯn ren, Chế độ gia công tiện Đối với nguyên công tiện có thông số công nghệ cần nhập vào chơng trình, vận tốc cắt S (vòng/phút hay mét/phút) lợng chạy dao F (mm/vòng) Máy tiện CNC có chế độ cắt với vận tốc không ®ỉi, nghÜa lµ tèc ®é trơc chÝnh thay ®ỉi theo đờng kính phôi để trì vận tốc cắt không đổi Dùng vận tốc cắt không đổi cho phép đảm bảo chất lợng bề mặt đồng đờng kính chi tiết thay đổi Khi dùng chế độ này, cần phải giới hạn tốc độ trục chính, đề phòng tốc độ cao đờng kính phôi nhỏ tiến dẫn tới (ví dụ, cắt đứt) 3.3.2 Cơ sở công nghệ phay Dao phay Dao phay đợc phân loại theo tiêu sau: - Theo vật liệu cần gia công, có kiểu N dùng cho thÐp th«ng th−êng; H cho vËt liƯu mỊm, phoi d©y; W cho vËt liƯu cøng, phoi vơn - Theo vật liệu lỡi cắt, có dao thép gió, hợp kim cứng, gốm, kim cơng - Theo dạng thân dao, có dao phay ngón; dao vành xuyến - Theo dạng đầu dao, có dao cắt rÃnh chữ T, khoả mặt, định hình Chơng 3: Cơ sở lập trình gia công máy CNC 66 Trên hình 3.10 dạng dao phay thờng dùng với thông số hình học tơng ứng chúng Hình 10: Các dạng dao phay Chơng 3: Cơ sở lập trình gia công máy CNC 67 Chế độ gia công Việc tính chế độ gia công hoàn toàn nh máy thông thờng Có hai thông số công nghệ thờng phải nhập vào chơng trình, tốc độ trục S (vòng/phút) lợng chay dao F (mm/vòng mm/phút) 3.4 Những vấn đề chung lập trình NC 3.4.1 Cấu trúc chơng trình NC Chơng trình NC file, đợc biểu diễn dới dạng mà BCD ASCII Cấu trúc chung chơng trình NC nh hình 3.11 Hình 11: Cấu trúc chung chơng trình NC Chơng trình tập hợp có cấu trúc câu lệnh (Block), đợc xếp theo trình tự hoạt động máy, bắt đầu kết thúc ký tự đặc biệt để điều khiển nhận biết Mỗi Block gåm mét sè tõ (Word), cã ý nghÜa nhÊt định Mỗi từ có phần: phần điạ (Address) chữ ý nghĩa từ phần giá trị (Value), trị số kèm Block đợc kết thúc ký tự đặc biệt để ®iỊu khiĨn cã thĨ nhËn biÕt ®−ỵc VÝ dơ, block hình 3.11 đợc viết chơng trình nh sau (dấu cách giúp ngời lập trình dễ đọc, ý nghĩa với điều khiển nên bá qua): G01 X126.4 Y0.5 F170 S1200 T14 M06 LF Chơng 3: Cơ sở lập trình gia công máy CNC 68 Có loại thông tin cần phải có chơng trình NC là: - Thông tin hình học chi tiết gia công (kích thớc bề mặt); - Thông tin công nghệ (chế độ công nghệ, dụng cụ, dung dịch trơn nguội, ) Cụ thể hơn, thông tin sau cần có chơng trình NC: - Chức dịch chuyển (quy định đơn vị ®o, d¹ng néi suy, kiĨu to¹ ®é (tut ®èi hay tơng đối), mặt nội suy cung tròn, bù kích thớc dao, ); - Hệ toạ độ phôi (tịnh tiến quay) biến đổi trình gia công; - Chế độ cắt (tốc độ trục chính, lợng chạy dao); - Dơng (th«ng sè dao, thay dao, ); - Chu trình (khoan, gia công ren, tiện thô, phay hốc, ); - Dung dịch trơn nguội (bật, tắt, kiểu tới, ); - Các chức phụ trợ (bật, tắt trục chính, chiều quay trục chính, kẹp nhả phôi, thay gá (pallet), 3.4.2 Các phơng pháp lập trình Có phơng pháp lập trình bản: - Lập trình tay, máy - Lập trình có máy tính trợ giúp (ngôn ngữ chuyên dùng, CAD/CAM) Phơng pháp lập trình tay, máy Lập trình tay (Manual Programming) phơng pháp nhất, đợc thực máy CNC, sử dụng lập trình (NC Editor) sẵn có máy (hình 12) Đặc điểm phơng pháp lập trình viên phải nhập câu lệnh vào nhớ máy mà không dựa vào công cụ tự động sản sinh chơng trình Lập trình tay có u điểm không đòi hỏi thiết bị phần mềm Mặc dù công cụ lập trình máy CNC đại đà đợc cải tiến nhiều, nh trợ giúp đồ hoạ, sử dụng ngôn ngữ giao thoại, tăng khả tính toán số học hình học, nhng lập trình tay có nhợc điểm quan trọng, mang tính thủ công, thời gian, buồn tẻ dễ nhầm lẫn Vì vậy, lập trình tay thờng đợc dùng để tạo chơng trình đơn giản để sửa chơng trình đà có Chơng 3: Cơ sở lập trình gia công máy CNC 69 Nhờ sử dụng máy tính có hiệu cao, nh chip Pentium hệ có tốc độ xử lý cao, dùng nhớ dung lợng cao, hình màu có độ phân giải lớn, khả giao tiếp với nhớ thiết bị ngoại vi khác, tiện ích lập trình tay máy CNC đại đà thay đổi nhanh Trong số tiện ích lập trình việc tạo môi trờng giao thoại (Interactive Programming Tool) công cụ trợ giúp đồ hoạ xu hớng bật Với tiện ích trên, ngời lập trình không cần nhớ cấu trúc câu lệnh mà cần sử dụng phím biểu tợng để kích hoạt hàm, sau điền giá trị theo yêu cầu máy Hình 12:Lập trình tay, máy Công cụ trợ giúp đồ hoạ cho phép ngời dùng kiểm tra toạ độ chạy dao lập trình, nhờ mà sửa chữa mà không cần chờ chạy mô Hình 3.13 minh hoạ công ®ã cđa bé ®iỊu khiĨn TNC420 h·ng Heidenhain (Đức) sản xuất Bên trái phím biểu tợng để lập trình, bên phải câu lệnh sinh contour biểu diễn toạ độ tơng ứng Hình 13: Công cụ trợ giúp lập trình TNC420 (Heidenhain) Chơng 3: Cơ sở lập trình gia công máy CNC 70 Một tiện ích quan trọng lập trình NC th viện hàm (Function) chu trình chuẩn (Cycle) Chúng cho phép tạo nhanh modul chơng trình gia công bề mặt phức tạp thông dụng, nh gia công bóc vỏ, khoan sâu, gia công ren, gia công rÃnh máy tiện gia công hốc, đảo, rÃnh định hình, gia công khoan, khoét, doa, ren lỗ máy phay Các hệ điều khiển thÕ hƯ míi, nh− Sinumerik 840D, Fanuc Serie 21, TNC430, có th viện hàm phong phú, đồng thời cho phép ngời dùng định nghĩa hàm riêng Hình 3.14 minh hoạ chức tạo cycle gia công rÃnh cung tròn điều khiển Sinumerik 840D (Siemens - Đức) Hình 14: Chu trình phay rÃnh tròn điều khiển Sinumerik 840D Mặc dù có tiện ích trên, lập trình tay đợc sử dụng với máy có số trục hạn chế, nh máy tiện trục, máy phay trục Phơng pháp lập trình có máy tính trợ giúp Khi chi tiết và/hoặc máy phức tạp phải dùng hệ lập trình có máy tính trợ giúp (Computer Aided Programming - AIP) Bản chất AIP sử dụng công cụ chuyên dùng để trợ giúp (thờng tự động sản sinh chơng trình) sở đối tợng gia công thông số công nghệ đợc ngời dùng ấn định Trớc đây, ngời ta hay nói đến APT (Automated Programming Tool) nh công cụ trợ giúp lập trình độc lập Khi dùng APT, thay phải trực tiếp viết chơng trình dới dạng G-Code, ngời lập trình mô tả hình học chi tiết ngôn ngữ gần với ngôn ngữ giao tiếp Chơng 3: Cơ sở lập trình gia công máy CNC 71 thông thờng, phần mềm giúp chuyển sang G-Code Với APT, khó khăn lập trình NC, xác định mô tả đờng chạy dao (thủ công) cha đợc giải Ngày APT truyền thống không đợc dùng Công cụ trợ giúp lập trình thông dụng CAD/CAM, chi tiết đợc thiết kế CAD-3D, CAM tự động tính đờng chạy dao xuất chơng trình NC theo đối tợng hình học mà ngời dùng trực tiếp chọn mô hình hình học CAD (hình 3.15) Sự liên kết CAD/CAM đà kết hợp đợc khả đồ hoạ mạnh liệu hình học xác CAD với lực phân tích hình học, quản lý liệu công nghệ, mô CAM Nhờ CAD/CAM, việc lập trình vừa dễ dàng, nhanh chóng, vừa xác Mặt khác, môi trờng CAD/CAM môi trờng tơng tác, cho phép ngời dùng thực nhiều lần "vòng lặp" -> thiết kế -> lập trình -> mô (thử nghiệm) -> để tạo kết cấu tối u chi tiết, tránh đợc tốn nh thử nghiệm mẫu thực Các phần mềm CAD/CAM đại, nh− Pro/Engineer, Catia, Cimatron, EdgeCAM, cho phÐp lËp tr×nh cho máy phay đến trục, máy tiện đến trục, máy cắt dây đến trục Mô hình CAD -> Quỹ đạo dao -> Mô -> Chơng tr×nh NC H×nh 15: LËp tr×nh NC nhê CAD/CAM (Pro/E) Chơng 3: Cơ sở lập trình gia công máy CNC 72 Một phơng pháp lập trình có máy tính trợ giúp kết hợp công cụ số hoá 3D với công cụ sản sinh chơng trình NC Đó dạng công nghệ ngợc (Reverse Engineering), dùng thiết bị số hoá quang học, điện cơ, để số hoá bề mặt 3D Dữ liệu hình học 3D dạng số đợc chuyển cho phần mềm CAD để dựng lại mô hình 3D vật thể chuyển trực tiếp thành chơng trình NC để gia công lại chi tiết Bằng phơng pháp này, ngời ta chép hình tợng nghệ thuật tạo hình, gia công chi tiết máy phức tạp chế tạo máy Công nghệ ngợc kết hợp đợc với công nghệ khác, phục vụ công tác thiết kế chế tạo, nh công nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping) để chế tạo nhanh sản phẩm khuôn mẫu Để thực công nghệ ngợc máy CNC, máy đợc trang bị đầu dò chiều với phần mềm số hoá kèm theo Nhờ phần mềm mà đầu dò đợc điều khiển để quét lên bề mặt mẫu theo lới quỹ đạo khác (hình 3.16) Sau đó, lới toạ độ đợc chuyển thành lệnh NC, lu máy tính, đợc sử dụng để gia công máy máy khác có hệ lệnh tơng thích Hình 16: Số hoá 3D máy CNC 3.4.3 Các loại ngôn ngữ lập trình Ngôn ngữ ISO (G code) Tiêu chuẩn ISO 6983 quy định cấu trúc chung số lệnh chơng trình NC Ngôn ngữ ISO (cách gọi tắt ISO 6983) ngôn ngữ truyền thống, đợc sử dụng rộng rÃi giới Hầu hết hÃng lớn giới, nh Siemens (Đức), Fanuc (Nhật), Num (Pháp), Fago (Tây ban nha), dùng ngôn ngữ Ngoài lệnh hàm quy định tiêu chuẩn ISO 6983, nhà sản xuất điều khiển thêm vào lệch hàm riêng Vì vậy, dùng hệ mà chuẩn ISO, chơng trình NC viết cho điều khiển thờng không chạy đợc điều khiển khác Tiêu chuẩn DIN 66025 Đức có cấu trúc tơng tự ISO Các lệnh chơng trình ISO dùng chữ địa G nên mà ISO dợc gọi mà G Chơng 3: Cơ sở lập trình gia công máy CNC 73 Bảng sau mô tả mà mô tả chức chơng trình ISO Mô tả chức Chạy dao nhanh Nội suy đờng thẳng Nội suy cung tròn theo chiều kim đồng hồ Nội suy cung tròn ngợc chiều kim đồng hồ Thời gian dõng Bá lƯnh bï dao Bï b¸n kÝnh dao, tr¸i Bù bán kính dao, phải Chọn điểm zero phôi Lập trình theo toạ độ tuyệt đối Lập trình theo gia số Giới hạn vòng quay trục max (đi với G96) Lợng chạy dao mm/ph Lợng chạy dao mm/vòng Vận tốc cắt không đổi Số vòng quay trục không ®ỉi To¹ ®é X cđa ®iĨm ®Ých To¹ ®é Y điểm đích Toạ độ Z điểm đích Khoảng cách điểm xuất phát với tâm vòng tròn theo phơng X Khoảng cách điểm xuất phát với tâm vòng tròn theo phơng Y Khoảng cách điểm xuất phát với tâm vòng tròn theo phơng Z Tốc độ trục Lợng chạy dao Mà dao Khởi động trục chÝnh theo chiỊu kim ®ång hå Khëi ®éng trơc chÝnh ngợc chiều kim đồng hồ Dừng trục Thay dao Tới dung dịch Thôi tới dung dịch Tạm dừng chơng trình Dừng chơng trình, quay đầu (Reset) Chơng 3: Cơ sở lập trình gia công máy CNC MTS G00 G01 G02 G03 G04 G40 G41 G42 G90 G91 G94 G95 X Y Z I SINUMRIK G00 G01 G02 G03 G04 G40 G41 G42 G54-G57 G90 G91 G92 G94 G95 G96 G97 X Y Z I J FANUC G00 G01 G02 G03 G04 G40 G41 G42 G54 G90 G91 G94 G95 X Y Z I J K K K S F T M3 M4 M5 S F T M3 M4 M5 M6 M8 M9 M00 M30 S F T M3 M4 M5 M6 M8 M9 M00 M30 M8 M9 M00 M30 74 Chơng trình NC gồm câu lệnh (block) kÕ tiÕp nhau, chØ dÉn cho m¸y thùc hiƯn bớc gia công Block tên chơng trình, thờng bắt đầu ký hiệu, kế theo nhóm chữ chữ số Tên chơng trình phải theo quy định nhà sản xuất, không máy không hiểu đợc Ví dụ, cấu trúc chung chơng trình NC theo ngôn ngữ ISO nh sau: %0100 Tên chơng trình N0005 G54 G90 Các lệnh (block) chơng trình N0075 G01 X50 Z-10 S2500 F0.3 M03 N0590 M30 Kết thúc chơng trình Mỗi lệnh thờng có số thứ tự (không bắt buộc), từ (Word) ký tự đặc biệt (LF), không nhìn thấy, biểu thị kết thúc lệnh Ví dụ, lệnh số 75 dới có từ N0075 G01 X50 Z-10 S2500 F0.3 M03 Mỗi từ có chữ địa (Address) để báo cho điều khiển loại công việc cần thực hiện, giá trị (Value), quy định chi tiết ý nghĩa từ Ví dụ G01 từ, G địa chỉ, 01 giá trị G01 thị "chạy dao theo đờng thẳng với lợng chạy dao quy định" X50 từ, địa X biểu diễn toạ độ theo phơng X, 50 giá trị toạ độ Theo chức năng, thờng từ đợc phân thành nhóm: - Nhóm chức G, nh G00, G01, G40, G54, - Nhóm toạ độ, nh X, Y, Z, A, B, C, - Nhãm bỉ xung vµ chun ®ỉi chÕ ®é, nh− F, S, T, M, Tuy luôn bắt buộc, từ lệnh thờng đợc viết theo trình tự định Giữa từ thờng có dấu cách để dễ đọc cho ngời dùng, máy không cần Ngôn ngữ giao thoại HEIDENHAIN Các điều khiển họ TNC Heidenhain dùng ngôn ngữ: ngôn ngữ ISO ngôn ngữ giao thoại Ngôn ngữ giao thoại có đặc điểm: - Trong chơng trình, dùng chữ tiếng Anh để mô tả chức - Dùng phím biểu tợng để lập trình - Lập trình theo phơng pháp hỏi đáp (Conversation), máy đa câu hỏi, ngời dùng nhập giá trị mà máy yêu cầu Chơng 3: Cơ sở lập trình gia công máy CNC 75 Hình sau minh hoạ phím biểu tợng để lập trình, chọn chế độ làm việc điều khiển máy Chơng 3: Cơ sở lập trình gia công máy CNC 76 Ngôn ngữ giao thoại không đòi hỏi ngời dùng nhớ cấu trúc lệnh hạn chế tối đa sai sót cú pháp Nó thích hợp cho lập trình tay Vì u điểm ngôn ngữ giao thoại mà gần nhiều hÃng khác, ví dụ FAGO phát triển môi trờng Dới chơng trình nhỏ, minh hoạ cấu trúc chơng trình Chơng trình dùng để gia công contour hình bên BEGIN PGM LINEAR MM BLK FORM 0.1 Z X+0 Y+0 Z-20 BLK FORM 0.2 X+100 Y+100 Z+0 TOOL DEF L+0 R+10 TOOL CALL Z S4000 L Z+250 R0 F MAX L X-10 Y-10 R0 F MAX L Z-5 R0 F1000 M3 APPR LT X+5 Y+5 LEN10 RL F300 L Y+95 10 L X+95 11 CHF 10 12 L Y+5 13 CHF 20 14 L X+5 15 DEP LT LEN10 F1000 16 L Z+250 R0 F MAX M2 17 END PGM LINEAR MM Bắt đầu chơng trình Định nghĩa phôi để mô Định nghĩa dao chơng trình Gọi dao, định trục dao (Z), tốc độ trục (S) Chạy dao nhanh Z ®Õn to¹ ®é Z250 Ch¹y dao nhanh ®Õn X-10 Y-10 Khoan xng Z-5, F1000, khëi ®éng trơc chÝnh (M3) Tiếp cận contour theo đờng thẳng, bù dao trái Cắt thẳng đến điểm 10 Cắt thẳng tới điểm 11 Vát cạnh 10 mm 12 Cắt tới điểm 13 Vát cạnh 20 mm 14 Cắt thẳng tới điểm 15 Rời contour theo ®−êng th¼ng 10 mm víi F1000 16 NhÊc dao, dõng chơng trình 17 Kết thúc chơng trình Chơng 3: Cơ sở lập trình gia công máy CNC 77 Tài liệu tham khảo Phạm Văn Hùng: Cơ sở máy công cụ, NXB Khoa học kỹ thuật, 2007 Nguyễn Mạnh Tiến, Vũ Quang Hồi: Trang bị điện, điện tử máy gia công kim loại, NXB Giáo dục, 2002 Yoram Koren: Computer Control of Manufacturing Systems, McGraw-Hill, 1983 Hans B Kief, T Frederik Waters: Computer Numerical Control, Macmillan/McGraw-Hill, 1992 Y Koren (University of Michigan), U Heisel (Universitat Stuttgart), F Jovane (Politecnico di Milano), T Moriwaki (Kobe University), G Pritschow (Universitat Stuttgart), G Ulsoy (University of Michigan), H Van Brussel (Katholieke Universiteit Leuven): Reconfigurable Manufacturing Systems; Annals of the CIRP, Vol 48/2/1999 Engineering Research Center for Reconfigurable Manufacturing Systems: Student Handbook; College of Engineering, University of Michigan, 2004 А С Проникова: Проектировaние металлорежущих станков и стaночных систем, издательство МГТУ им БАУМАНА и издательство Mашиностроение, 1994 В А Лещенко: Гидравлические следящие приводы для автоматизации станков, МАШГИЗ, 1962 А С Сандлер: Электропривод и автоматизация металлорежущих станков, издательство "ВЫСШАЯШКОЛА", 1972 10 Omative: Technical Specification Adaptive Control & Monitoring Systems for CNC Metal Cutting Optimization, 2008 11 F Cus, U Zuperl, E Kiker, M Mllfelner: Adaptive controller design for feedrate maximization of machining process, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, Volume 17, Issue 1-2, July-August 2006 Tài liệu tham khảo 78 ... môn điều khiển số máy công cụ Máy NC (Numerical Control Machine Tools) đợc dịch cách đầy đủ phải máy công cụ điều khiển theo chơng trình số, nhng thờng đợc gọi tắt máy công cụ điều khiển số máy. .. máy tính điều khiển DNC phân phối liệu chơng trình tới, thu thập liệu từ nhiều máy công cụ Các máy tính điều khiển CNC điều khiển máy công cụ, số máy công cụ - Máy tính DNC thờng đợc đặt xa máy. .. Nhập môn điều khiến số máy công cụ Hình 1: Kết cấu máy tiện đại Hình 2: Kết cấu máy tiện cổ điển Chơng 1: Nhập môn điều khiến số máy công cụ 1.1.1 Điều khiển trình công nghệ với máy công cụ truyền