bai giang cad cam cnc phay tien2005

Giao trình cad/cam/cnc của trường ĐHSPKT HCMRẤT HAY

Lý thuyết Cad/cam-cnc

Thời lượng : 30 tiết Nội dung

Chương 1 : Cơ sở lập trình cnc

Chương 2 : Công nghệ và lập trình phay cnc

Chương 3 : Công nghệ và lập trình tiện cnc

Chương 4 : Công nghệ CAD/CAM

Trình bày : ThS NGUYỄN HOÀI NAM

Tài liệu tham khảo

1- Cad/cam theory and applycation, AIT Thailan

2- Điều khiển số và công nghệ trên máy điều khiển số, Nguyễn Đắc Lộc, KHKT 3- Công nghệ lập trình – gia công điều khiển số, Đoàn Thị Minh Trinh, KHKT

4- Công nghệ cad/cam, Đoàn Thị Minh Trinh

5- Kỹ thuật lập trình cnc với MasterCAM V8.1, Nguyễn Hoài Nam, ĐHSPKT

6- Numerical control programming in APT, Irvin H Kral

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LẬP TRÌNH NC

Nội dung

1- CẤU TRÚC HỆ THỐNG CNC

2- ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA MÁY CNC

3- HỆ TRỤC TỌA ĐỘ – CHIỀU CHUYỂN ĐỘNG

4- CÁC ĐIỂM “0” VÀ CÁC ĐIỂM CHUẨN

5- CÁC DẠNG ĐIỀU KHIỂN

6- CÁC THỦ TỤC LẬP TRÌNH

7- HÌNH THỨC TỔ CHỨC GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC

8- QUÁ TRÌNH GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC

9- CẤU TRÚC CỦA CHƯƠNG TRÌNH NC

10- LẬP TRÌNH CÓ DỊCH CHỈNH VÀ BÙ TRỪ

11- LẬP TRÌNH VỚI CHƯƠNG TRÌNH CON

1- CẤU TRÚC HỆ THỐNG CNC

Các đặc điểm kết cấu phân biệt giữa máy công cụ điều khiển CNC và máy công cụ thông thường

Hì

CẤU TRÚC MỘT HỆ THỐNG CNC

Gồm 6 thành phần chính:

1 Chương trình gia công (part program) : bao gồm các chỉ thị đã được mã hóa

2 Hệ điều khiển máy (Machine control Unit - MCU) được chia thành 2 thành phần là :

Đơn vị xử lý dữ liệu (DPU- Data Processing Unit): thực hiện chức năng đọc mã

lệnh từ thiết bị nhập dữ liệu, xử lý mã lệnh (giải mã), truyền dữ liệu cho CLU

Mạch điều khiển (CLU – Control Loop Unit): thực hiện các chức năng nội suy

chuyển động trên cơ sở tín hiệu nhận được từ DPU , xuất các tín hiệu điều khiển, nhận tín hiệu phản hồi, điều khiển các thiết bị phụ trợ

3 Thiết bị đọc chương trình (program input): máy đọc hay đường truyền RS232C

4 Hệ thống truyền động (drive system): dùng các động cơ một chiều hoặc xoay

chiều điều chỉnh vô cấp tốc độ và các bộ truyển chính xác như vít me/ đai ốc

bi

5 Máy công cụ

6 Hệ thống phản hồi (feetback system)

2- ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CNC so với NC

• Hiển thị chương trình và mô phỏng bằng đồ họa quá trình gia công

• Nhập dữ liệu bằng nhiều cách

• Có khả năng lưu trữ chương trình

• Có khả năng thay đổi và cập nhật chương trình

• Kiểm tra , chẩn đoán lỗi chương trình bằng đồ họa máy tính

• Có thể giao tiếp với các thiết bị vi xử lý khác

• Quản lý dữ liệu

• Có khả năng tính toán

• Bù trừ bán kính và chiều dài dao

• Nội suy hình học

• Chức năng hỗ trợ lập trình : thu, phóng, xoay

• Có khả năng hậu xủ lý (postprocessing): tiếp nhận trực tiếp dữ liệu quỹ đạo chạy dao dưới dạng mã nhị phân (Binary cutter location- BCL) Thực hiện trong chế độ thời gian thực

ƯU ĐIỂM CỦA CNC

• năng suất tăng do mức độ tự động hóa cao

• Tính linh hoạt cao

• Có tính tập trung nguyên công

• Độ chính xác cao (đến 0.001 mm)

• Chất lượng gia công ổn định, độ chính xác lặp lại cao

• Gia công được các biên dạng phức tạp (mặt 3D)

• Hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao

NHƯỢC ĐIỂM CỦA CNC

• Giá thành máy cao

• Giá thành bảo dưỡng cao, phức tạp

• Vận hành phức tạp, cần công nhân có tay nghề

• Hiệu quả thấp với những chi tiết đơn giản

CÁC YÊU CẦU ĐẶT RA

• Cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các khâu của quá trình hình thành sản phẩm (thiết kế, chuẩn bị sản xuất, gia công )

• Cần đào tạo nâng cao cho thợ chuyên môn Một khóa đào tạo về kỹ thuật CNC là phải có

3- HỆ TRỤC TỌA ĐỘ – CHIỀU CHUYỂN ĐỘNG

Dùng hệ trục tọa độ decarte

vuông góc, phương chiều và góc

quay trên các trục được xác định

theo qui tắc bàn tay phải

Qui định về các trục quay

A, B, C

Các trục tọa độ song song với

X,Y,Z ký hiệu là U, V, W

Khi lập trình ta qui ước rằng dụng cụ chuyển động tương đối so với hệ thống tọa

độ, còn chi tiết đứng yên

4- CÁC ĐIỂM “0” VÀ CÁC ĐIỂM CHUẨN

M Machine zero point

Điểm 0 của máy, là điểm gốc của các hệ thống tọa độ máy Do nhà sản xuất qui định

Trên máy phay thường là điểm xác định giới hạn dịch chuyển của bàn máy

W Work part zero point

Điểm 0 của chi tiết, là điểm gốc của hệ trục tọa độ gắn lên chi tiết

Do người lập trình chọn và xác định

Chuẩn thảo chương Dùng làm gốc tọa độ trong quá trình soạn thảo chương trình

Do người lập trình chọn và xác định

5- CÁC DẠNG ĐIỀU KHIỂN

Điều khiển theo điểm (PTP) Gia công theo các tọa độ xác

định đơn giản

Dụng cụ thực hiện chạy dao

nhanh không cắt gọt đến các

điểm lập trình Khi đạt đến

điểm đích dao bắt đầu cắt gọt

Tùy thuộc vào hệ điều khiển

mà các trục có thể chuyển

động kế tiếp nhau, chuyển

động đồng thời không có mối

quan hệ hàm so á hay di chuyển

theo hành trình ngắn nhất

Dùng cho các lỗ bằng pp

khoan, khoét, doa, taro ren

Điều khiển theo đường Tạo ra các đường chạy song

song với các trục của máy với

dao cắt gọt tạo nên bề mặt gia

công

Điều khiển theo đường viền Tạo ra các đường bất kỳ trong không gian

Tùy thuộc vào số trục được điều khiển đồng thời mà có thể phân thành : điều khiển 2D, 2 1/2D , 3D, 4D …

2D

thực hiện một đường viền trong

mp XY

Trục thứ 3 được điều khiển độc

lập với 2 trục trên

2D1/2

thực hiện nội suy một đường

viền trong mặt phẳng, có thể

là mp XY, hay YZ, hay ZX tùy

thuộc vào việc khai báo mp

nội suy trong chương trình

(G17/G18/G19)

Trục thứ 3 được điều khiển độc

lập với 2 trục trên

3D

Lưu ý rằng trong điều khiển 3D đã tích hợp trong đó điều khiển điểm, đường, 2D

6 CÁC THỦ TỤC LẬP TRÌNH

Lập trình tay Người lập trình hoàn thành chương trình mà không có

sự trợ giúp của máy tính

Lập trình có sự giúp đỡ

của máy tính

Người lập trình sử dụng ngôn ngữ lập trình hoặc phần

mềm máy tính như là một công cụ trợ giúp để chuyển

đổi tự động dữ liệu hình học và dữ liệu công nghệ thành chương trình NC

Lập trình theo công

nghệ CAD/CAM

Bằng các phần mềm tích hợp CAD/CAM cho phép sử dụng chung cơ sở dữ liệu cho các chức năng thiết kế và lập kế hoạch sản xuất

Chức năng CAD cho phép xác lập hình học chi tiết gia công

Chức năng CAM tạo quĩ đạo chạy dao và các chức năng công nghệ khác

7 CÁC HÌNH THỨC TỔ CHỨC GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC

Lập trình thủ công : nhập ct từ panel điều khiển của máy cnc

Nhập chương trình bằng băng đục lỗ

Lập trình tự động : Nhập chương trình bằng băng đục lỗ

Điều khiển số trực tiếp (DNC – direct Numerical Control) Điều khiển số phân phối (DNC – Distributed Numerical Control)

8 QUÁ TRÌNH GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC

1- Nghiên cứu công nghệ gia công chi tiết

2- Thiết kế quĩ đạo cắt

3- Lập chương trình điều khiển

4- Kiểm tra chương trình điều khiển

5- Điều chỉnh máy cnc

6- Gia công chi tiết

10 GHI KÍCH THƯỚC TRÊN BẢN VẼ

Việc qui chuẩn cách ghi kích thước trên bàn vẽ dùng trong gia công NC sẽ giúp cho người lập trình dễ dàng biến đồi các thông tin trên bản vẽ thành các thông tin dịch chuyển

Ghi kích thước tuyệt đối :

Mọi kích thước đều xuất phát từ

điểm W

Ghi kích thước tương đối :

Một kích thước được ghi xuất phát từ

vị trí của kích thước trước nó

Ghi kích thước nhờ các bảng

Người ta thay thế các kích thước

trên bản vẽ bằng các số thứ tự vị trí

sau đó dùng bảng để mô tả

11 LẬP TRÌNH THEO KÍCH THƯỚC TUYỆT ĐỐI VÀ TƯƠNG ĐỐI

LẬP TRÌNH THEO KÍCH

THƯỚC TUYỆT ĐỐI

Điểm đích có các giá trị tọa độ luôn gắn với điểm W

G90

LẬP TRÌNH THEO KÍCH

THƯỚC TƯƠNG ĐỐI

Điểm đích có các giá trị tọa độ luôn gắn với

vị trí của dao trước đó

Dùng chủ yếu đối với các chu trình hay các chương trình con

G91

12 CẤU TRÚC CỦA CHƯƠNG TRÌNH NC

Dấu hiệu chương trình Thường dùng %<tên ct>

Các Câu lệnh (NC block)

Lệnh Kết thúc chương trình (M30 hoặc M2)

12-1 CẤU TRÚC CỦA MỘT CÂU LỆNH (NC block)

12-2 CẤU TRÚC CỦA MỘT TỪ (word): gồm một ký tự gọi là địa chỉ (address) và

một con số (number)

Ví dụ

N75 N 75 G01 G 01 Z-10.75 Z -10.75

trong một câu lệnh Có thể có 3 nhóm từ

U, V, W

3 Thông tin vận hành máy và

các chức năng phụ

F, S, T

M Một số địa chỉ theo tiêu chuẩn ISO

3 X,Y,Z Tọa độ điểm đích X10 Y20 Z-10.1

4 A,B,C Định vị trí góc quay (X,Y,Z) A10

5 D Định vị trí góc quay quanh trục đặc

biệt hoặc hiệu chỉnh dao

6 E Định vị trí góc quay quanh trục đặc

14 P,Q Tham số của chu trình G75 x y r D5 Q2 F

15- LẬP TRÌNH CÓ DỊCH CHỈNH VÀ BÙ TRỪ

Trong lập trình gia công phay, tọa độ máy sử dụng là tọa độ tâm dao (tool

center coordinate)- quỹ đạo cắt là tâm dao Do đó không thể sử dụng trực

tiếp tọa độ trên biên dạng của chi tiết vì tâm dao cách đường biên cắt một

khoảng bằng bán kính dao,

điểm X Y

Với dao có đường

kính 10mm

Hãy xác định tọa

độ của các điểm

1,2 ,3,4 chuyển

tiếp trên quỹ đạo

cắt để thực hiện

hiện gia công

biên dạng chi tiết

như hình vẽ

2

3

4 Với dao có đường

kính 10mm

Hãy xác định tọa

độ của các điểm

1, 2 ,3 , 4 , 5

chuyển tiếp trên

quỹ đạo cắt để

Phép dịch chỉnh vị trí tâm dao được gọi là bù trừ bán kính (radius

compensation)

Trong qui trình gia công chi tiết có thể sử dụng nhiều dao với những chiều dài khác nhau Do đó khi lập trình ta không quan tâm đến chiều dài dao (lập trình với dao giả định) nhưng khi gia công cần phải dịch chỉnh chiều dài dao

Việc sử dụng bù trừ dao sẽ hạn chế các phép tính toán tọa độ tâm dao, do

đó làm đơn giản công việc lập trình

Ngoài ra có thể sử dụng bù trừ trong các trường hợp :

+ Dao gia công khác với dao lập trình

+ Phải thay dao do gẫy dao và không có dao tương tự như đã lập trình

+ Sự thay đổi kích thước do dao bị mòn, mài hay sửa lại

+ Khi gia công thô và gia công tinh được thực hiện với cùng một chương trình

LẬP TRÌNH CÓ BÙ TRỪ BÁN KÍNH DAO

Được thực hiện bởi các lệnh G41/G42 , Các lệnh này tạo ra các vector bù trừ vuông góc với đường biên chi tiết và có độ lớn bằng bán kính dao

Để khai báo chấm dứt hiệu chỉnh dùng G40

Vecto cuối = R và vuông góc với đường lập trình

Nên có đoạn khởi động và kết thúc hiệu chỉnh

Tốt nhất chọn ngoài phôi

- Việc bù trừ chỉ có tác dụng trong mặt phẳng nội suy

6- LẬP TRÌNH VỚI CẤU TRÚC LẶP, CHƯƠNG TRÌNH CON VÀ MACRO

Để tăng hiệu suất lập trình, giảm chiều dài chương trình thì với những trường hợp gia công phức tạp về mặt hình dáng hay có tính chất lặp lại về qui trình ta nên sử dụng lập trình có vòng lặp (loops) hay chương trình con (subprogram) hay macro

Các khả năng lập trình này phụ thuộc vào hệ điều khiển

Vòng lặp Là một chuỗi lệnh được lặp lại nhiều lần với số lần

lặp xác định Cho phép lập trình với các vòng lặp khép kín lồng nhau (4 cấp)

Chương trình con Là một phần của chương trình chính và có thể gọi

theo yêu cầu macro Là loại chương trình con có biến số

Chương trình macro được lưu giữ như chương trình độc lập với số hiệu riêng trên bộ nhớ và có thể gọi từ một chương trình chính bất kỳ

1.2 THÔNG SỐ GIA CÔNG

Các thông số cơ bản cần được xác định trước khi thực hiện công nghệ gia công

Tốc độ di chuyển dao khi gia công

3 Tốc độ ăn dao đứng

(plunge feed rate)

Tốc độ chạy dao theo phương Z

4 Tốc độ cắt

(cutting feed rate)

Tốc độ chạy dao theo phương X,Y

5 Lượng dư gia công

(Z depth)

6 Bước dịch dao ngang (stepover) Khoảng cách giữa 2 đường tâm dao kế nhau trong mặt phẳng nội suy

7 Điểm thay dao Vị trí trở về của dao để thay dao hoặc khi kết

9

Feed plane Mặt phẳng mà tại đây bắt đầu hay kết thúc

chạy dao có cắt gọt

10

Retract plane Mặt phẳng mà tại đây dao di chuyển nhanh để

chuyển sang vị trí mới trong 1 chu trình gia công

11 Mặt phẳng gia công Mặt phẳng chạy dao (mặt phẳng nội suy)

12 Dịch chỉnh dao

(cutter compensation)

Các thông số khác

2- DIỄN GIẢI TẬP LỆNH ADIMILL

1 Số thứ tự câu lệnh chương trình chính: N1- N4999

chương trình con : N5000 – N9999

M2 Kết thúc ct

M3 Trục chính quay theo chiều kim đồng hồ

M4 Trục chính quay ngược chiều kim đồng hồ

M5 Dừng trục chính

M8 Mở tưới trơn

M9 Tắt tưới trơn

M99 Kết thúc ct con

G90 Lập trình theo tọa độ tuyệt đối

G91 Lập trình theo tọa độ tương đối

G92 Dịch chuyển chuẩn thảo chương

G94 Tốc độ chạy dao mm/phút

G95 Tốc độ chạy dao mm/vòng

G41 Hiệu chỉnh trái

G42 Hiệu chỉnh phải

G40 Xóa hiệu chỉnh

G17 Mặt phẳng nội suy là mp XY

G18 Mặt phẳng nội suy là mp ZX

G19 Mặt phẳng nội suy là mp YZ

Cú pháp G0 X… Y… Z…

Lưu ý : Với G00 nên lập trình chạy Z riêng trong một câu lệnh trước và sau

đó mới đến câu lệnh chạy X và Y

Cú pháp G1 X… Y… Z… F…

G1 U… V… W… F…

Chức năng Nội suy đường thẳng

Diễn giải X/U… Y/V… Z/W… tọa độ điểm đích

F : lượng chạy dao

Cú pháp G2 X… Y… Z… I… J… F…

Chức năng Nội suy đường tròn thuận chiều kim đồng hồ

Diễn giải X/U… Y/V… Z/W… tọa độ điểm đích

I và J : Tọa độ tâm của cung tròn được tính tương đối so với điểm đầu của cung

Chức năng Nội suy đường tròn thuận chiều kim đồng hồ

Diễn giải X/U… Y/V… Z/W… tọa độ điểm đích

R bán kính cung tròn Gia công với các cung có góc chắn cung <=180

Cú pháp G3 X… Y… Z… I… J… F…

Chức năng Nội suy đường tròn ngược chiều kim đồng hồ

Diễn giải X/U… Y/V… Z/W… tọa độ điểm đích

I và J : Tọa độ tâm của cung tròn được tính tương đối so với điểm đầu của cung

Chức năng Nội suy đường tròn ngược chiều kim đồng hồ

Diễn giải X/U… Y/V… Z/W… tọa độ điểm đích

R bán kính cung tròn Gia công với các cung có góc chắn cung <=180

CHU TRÌNH

Cú pháp G72 [Q…] [X…] [Y…] [Z…] [D…] [F…]

G73 [Q…] [X…] [Y…] [Z…] [D…] [F…]

Chức năng Phay hốc chữ nhật

Diễn giải X,Y,Z : tọa độ điểm B (đáy hốc, đối diện điểm A)

D : trị số dịch dao ngang

Q : trị số dịch dao đứng của trục mang dao

Thực hiện khi kích thước hốc > 2*đk dao

Cú pháp G75 [Q…] [X…] [Y…] [Z…] [R…] [D…] [F…]

Chức năng Phay hốc tròn

Diễn giải X,Y,Z : tọa độ điểm B (đáy hốc)

D : trị số dịch dao ngang

Q : trị số dịch dao đứng của trục mang dao

R : bán kính hốc

Cú pháp G82 [P…] [X…] [Y…] [Z…] [R…] [F…]

Chức năng Khoan lỗ không bẻ phoi

Diễn giải X,Y,Z : tọa độ điểm B (đáy hốc)

P : thời gian dừng ở đáy lỗ

R : Khoảng cách an toàn

Chức năng Kết thúc chu trình khoan lỗ

Cú pháp G83 [Q…] [X…] [Y…] [Z…] [R…] [F…]

Chức năng Khoan lỗ bẻ phoi

Diễn giải X,Y,Z : tọa độ điểm B (đáy hốc)

Q : trị số dịch dao đứng

R : Khoảng cách an toàn

Ví dụ

Z=100, Q=35 (K=35)

D=10

Chương trình con

Chức năng Gọi chương trình con

Diễn giải Axxxx : số thứ tự câu lệnh bắt đầu ct con

Ex : A6120

H : số lần lặp lại ct con

Ex : H2 Lưu ý :

- Khi mở ct : mở ct chính trước , ct con sau

- Phần mềm sẽ hỏi số thứ tự của câu lệnh bắt đầu ct con

- Ct chính và ct con phải nằm cùng thư mục

3 TRÌNH TỰ THỰC HIỆN TẠO CT NC BẰNG ADIMILL

1 Xác định kích thước phôi

2 Chọn dao sẽ dùng (dùng thư viện dao)

3 Xác định chuẩn thảo chương

4 Soạn thảo chương trình

5 Mô phỏng kiểm tra chương trình

6 Lưu chương trình

4 Lập trình với chương trình con

• Là một phần của chương trình chính và có thể gọi theo yêu cầu

• Sau khi chương trình con được gọi, quyền điều khiển được giao cho

chương trình con Khi chương trình con thực hiện xong quyền điều khiển chuyển về cho câu lệnh kế sát sau lệnh gọi chương trình con

• Sử dụng trong các trường hợp công việc có tính chất lặp lại

• Làm cho chương trình ngắn hơn, dễ quản lý hơn

• Cần có kỹ năng lập trình tốt