Nghiên ứu ông nghệ cnc và xây dựng á bài thự hành trên máy phay cnc phụ vụ đào tạo ở trường cao đẳng nghề ơ giới ninh bình

Thật vậy, chương trình làm việc của bất kỳ một máy tự động nào cũng cần có hai loại thông tin: Về kích thước xác định hành trình của chu kỳ, về điều khiển xác định thứ tự của hành trình

Học viên: Phạm Văn Mỹ 1

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đề tài: Nghiên cứu công nghệ CNC và xây dng các bài thc hnh trên my phay CNC phc v đo tạo ở Trưng cao đng ngh cơ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, do chính tôi thực hiện dưới sự chỉ giáo của người hướng dẫn Những số liệu và kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được chỉ

rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày 04 tháng 03 năm 201 3

Học viên

Phạm Văn M

LỜI CẢM ƠN

V tình c ân thới ảm ch ành của mình tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới Lãnh đạo nhà trường, Viện đào tạo sau đại học, Khoa cơ khí ch t o mế ạ áy, Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, Trường Cao đẳng nghề cơ giới Ninh Bình đã tạo mọi điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu để cho tôi được nâng cao trình độ và đạt được kết quả như hôm nay, nhằm đáp ứng ngày càng tốt hơn yêu cầu nhiệm vụ

Tôi xin chân thành cảm ơn GS-TS Trần Văn Địch, đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài, cùng với các Thầy giáo, Cô giáo Khoa

Cơ khí ch t o mế ạ áy Trường Đại Bách Khoa Hà Nội đã hết lòng không quản thời gian giúp đỡ để tôi thực hiện hoàn thành đề tài đúng tiến độ

Trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp, bản thân tôi đã thực sự nỗ lực trong thực nghiệm, tìm hiểu nhiều tài liệu tham khảo, kết hợp với những kiến thức đã được học ứng dụng vào đề tài được giao để hoàn thành nội dung đặt ra Tuy nhiên, do năng lực và kinh nghiệm còn hạn chế nên nội dung của bản luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong được sự quan tâm, góp ý của quý Thầy, Cô giáo và các bạn đồng nghiệp để bản luận văn được hoàn chỉnh hơn và có hướng khắc phục trong nghiên cứu tiếp theo

Xin chân thnh cảm ơn!

Hà ội, N Ngày 04 tháng 03 năm 201 3

Học viên

Phạm Văn M

M C Ụ LỤC

LỜI CAM ĐOAN 2

LỜI CẢM ƠN 3

MỤC LỤC 4

DANH MỤC CÁC HÌNH 8

MỞ ĐẦU 12

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ CÔNG NGHỆ CNC 12

1.1 Bản chất của điều khiển số 12

1.1.1 Điều khiển không theo số 12

1.1.2 Điều khiển số 15

1.1.3 Mã hoá thông tin 15

1.1.4 Máy công cụ điều khiển theo chương trình CNC 17

1.2 Lịch sử phát triển của các máy CNC 24

1.3 Hướng phát triển của máy CNC trên thế giới và Việt Nam 27

1.3.1 Từ các máy CNC tới FMS 28

1.3.2 Tính ưu việc của máy CNC 35

1.4 Kết luận 37

Chương 2: GIỚI THIỆU TRUNG TÂM GIA CÔNG AGMA A8 VÀ PHƯƠNG -PHÁP LẬP TRÌNH GIA CÔNG 38

2.1 Giới thiệu trung tâm gia công AGMA- 38 A8 2.1.1 Phạm vi sử dụng 39

2.1.2 Bảng điều khiển 39

2.1.2.1 Cấu tạo 39

2.1.2.2 Các phím chức năng 40

2.1.3 Các công tắc chức năng: 40

2.1.4 Thông số kỹ thuật 44

2.1.4.1 Các chuyển động chính của máy 45

2.1.4.2 Chuyện động chạy dao 45

2.1.4.3 Các nhiệm vụ chuyển động chạy dao 46

2.1.4.4 Kết cấu vít me - Đai ốc bi 47

2.1.5 Chuyển động của đầu trục chính 47

2.1.6 Yêu cầu kĩ thuật của trục chính 49

2.1.7 Cấu hình chuẩn 49

2.1.7.1 Phần mềm điều khiển trên PC 49

2.1.7.2 Biên soạn chương trình 49

2.1.7.3 Mô phỏng 49

2.1.7.4 Thực hiện gia công 50

2.1.7.5 Chế độ điều khiển bằng tay 50

2.1.7.6 Chức năng đặc biệt 50

2.2 Phương pháp lập trình gia công 50

2.2.1 Các phương pháp lập trình 50

2.2.1.1 Lập trình bằng tay 50

2.2.1.2 Lập trình bằng máy 50

2.2.2 Các hình thức tổ chức lập trình 51

2.2.2.1 Lập trình tại phân xưởng 51

2.2.2.2 Lập trình trong chuẩn bị sản xuất 51

2.2.3 Chuẩn bị lập trình 52

2.2.3.1 Những yêu cầu đối với người lập trình 52

2.2.3.3 Nhập chương trình vào máy 53

2.2.3.4 Các thuật ngữ trong lập trình 54

2.2.3.5 Điều khiển và định hướng các trục 55

2.2.3.6 Điểm gốc phôi 57

2.2.3.7 Tọa độ lập trình 57

2.2.3.8 Xác định điều kiện cắt gọt 60

3.9 Các dạng mã lệnh 61

2.2.3.10 Mẫu cơ bàn của một chương trình 63

2.2.4 Mã lệnh G 64

2.2.4.1 Danh sách các mã G 64

2.2.4.2 Các dạng tọa độ (G90, G91) 67

2.2.4.3 Lựa chọn tọa độ phôi G54-G59 68

2.2.4.4 Bù chiều dài dụng cụ G53, G44, G49 70

2.2.4.5 Lựa chọn mặt phẳng gia công G17, G18, G19 75

2.2.4.6 Di chuyển dụng cụ với tốc độ chạy không cắt G00 78

2.2.4.7 Di chuyển dụng cụ theo đường thẳng với tốc độ chạy dao cắt gọt G01 79

2.2.4.8 Di chuyển dụng cụ theo cung tròn với tốc độ tiến dao cắt gọt G02, G0380 2.2.4.9 Lệnh dừng tạm thời G04 84

2.2.4.10 Trở về điểm gốc chính của máy hoặc gốc thứ 2, 3, 4 85

2.2.4.11 Bù bán kính dụng cụ G40, G41và G42 86

2.2.4.12 Lựa chọn hệ tọa độ máy G53 88

2.2.5 Bảng mã M 88

2.2.5.1 Dừng chương trình và dừng lựa chọn M00, M01 92

2.2.5.2 M02, M30 kết thúc chương trình và lặp lại chương trình 92

2.2.5.3 Quay và dừng trục chính M03, M04, M05 93

2.2.5.4 Đổi dụng cụ M06 94

2.2.5.5 Bật tắt dung dịch trơn nguội M08, M09 94

2.2.5.6 Khóa trục chính M19 95

2.2.5.8 Chu trình cất dụng cụ M33 96

2.2.5.9 Bật và tắt quá trình thổi khí M51, M59 97

2.2.5.10 Gọi chương trình con và trở về từ chương trình con M98, M99 97

2.2.6 Mã lệnh T, S và F 98

2.2.6.1 Mã lệnh T 98

2.2.6.2 Mã lệnh S 98

2.2.6.3 Mã lệnh F 99

2.2.7 Mã lệnh D và H 99

2.2.7.1 Mã lệnh D 99

2.2.7.2 Các thuật ngữ giải thích chức năng bù bán kính dụng cụ 100

2.2.7.3 Mã lệnh H 100

Chương 3: LẬP TRÌNH GIA CÔNG CÁC BÀI THỰC HÀNH TRÊN MÁY PHAY CNC AGMA - A8 VỚI HỆ ĐIỀU KHIỂN FANUC OI-MC 103

3.1 Xác định chuẩn kỹ năng đối với sinh viên Cao đẳng Nghề về kỹ năng thực hành

CNC tại Trường cao đẳng nghề cơ giới Ninh Bình 103

3.2 Các bài tập lập trình gia công trên máy phay CNC ACMA - 103 A8 Chương 4: KIỂM NGHIỆM ĐÁNH GIÁ 120

4.1 Mục đích, nhiệm vụ, phương pháp và đối tượng kiểm nghiệm 120

4.1.1 Mục đích của kiểm nghiệm 120

4.1.2 Nhiệm vụ của kiểm nghiệm 120

4.1.3 Phương pháp kiểm nghiệm 120

4.2 Nội dung và tiến hành thực nghiệm 121

4.2.1 Đối tượng thực nghiệm 121

4.2.2 Chuẩn bị thực nghiệm 121

4.3 Đánh giá, xử lý kết quả thực nghiệm 121

4.3.1 Đánh giá định tính 122

4.3.2 Đánh giá định lượng 122

4.4 Phương pháp chuyên gia 127

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 128

I Kết luận 128

II Kiến nghị 128

TÀI LIỆU THAM KHẢO 129

DANH MỤC CC HÌNH

Hình 1.1 Hệ thống điều khiển theo cam

Hình 1.2 Điều khiển theo quãng đường

Hình 1.3 Điều khiển thời gian

Hình 1.4 Điều khiển theo chu kỳ

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy gia công CNC

Hình 1.6 Chu trình điều khiển trong các hệ điều khiển NC

Hình 1.7 Các dòng thông tin trong điều khiển CNC

Hình 1.8 Phương án nhiều bộ vi xử lý

Hình 1.9 Hệ thống DNC

Hình 1.10 Lịch sử phát triển của CNC

Hình 1.11 Máy CNC điều chỉnh nhiều nguyên công với ụ trục chính thay đổi

Hình 1.12 Dây chuyền tự động điều chỉnh

Hình 1.13 Hệ thống điều khiển FMS

Hình 2.1 Trung tâm gia công AGMA- A8

Hình 2.2 Bảng điều khiển trung tâm gia công AGMA - A8

Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc của hệ truyền động chạ y dao

Hình 3.5.a hệ tọa độ tuyệt đối

Hình 3.5.b Hệ tọa độ tuyệt đối

Hình 3.16 Gia công bán cầu lõm

Hình 3.17.a Di chuyển dụng cụ nhanh

Hình 4.1 : Đường tần suất của lớp đối chứng và lớp thực nghiệm

Hình 4.2: Đường tần suất lớp hội tụ tiến của lớp đối chứng

DANH MỤC CC CHỮ VIẾT TẮT

NC Numerical Control Điều khiển số

CAD Computer Aided Design Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính

CAM Computer Aided Manufacturing Sản xuất có sự trợ giúp của máy tínhCNC Computer Numerical Control Điều khiển số bằng máy tính

PP Post Processor Hậu xử lý

CLD Cutter Location Data ương trình xử lý Ch

PC Personal Computer Máy tính cá nhân

PLC Programmable Logic Controller Bộ điều khiển PLC

FMS Flexible manufacturing system Hệ thống sản xuất linh hoạt

CIM Computer Integrated manufacturing Hệ thống sản xuất tích hợp

with planning, design and manufacturing

"thứ tự" được gọi là phần điều khiển Thật vậy, chương trình làm việc của bất kỳ một máy tự động nào cũng cần có hai loại thông tin: Về kích thước (xác định hành trình của chu kỳ), về điều khiển (xác định thứ tự của hành trình theo thời gian).

Người ta chia các hệ thống điều khiển máy công cụ ra hai loại:

- Điều khiển không theo số (hay còn gọi là điều khiển truyền thống, điều khiển liên tục);

- Điều khiển số

1.1.1 Điều khiển không theo số

Hệ thống điều khiển không theo số có các loại như sau: điều khiển bằng các cam, điều khiển bằng quãng đường, điều khiển theo thời gian và điều khiển theo chu kỳ

* Hệ thống điu khiển theo cam

Hnh 1.1 Hệ thống điu khiển theo cam

Theo hệ thống này thì quãng đường (hành trình) L được xác định theo công thức:

L = S0.K (1.1)

Ở đây: So - khoảng nâng Prôfin của cam (mm)

K - Tỷ số truyền trung gian (trên hình 1.1 ta có K = L2/L1)

* Hệ thống điu khiển theo quãng đưng

Hình 1.2 Điều khiển theo quãng đường

Ở đây, đại lượng hành trình của cơ cấu chấp hành được giới hạn bởi hai bộ chuyển hành trình KBB và KBH: KBB giới hạn di chuyển của cơ cấu chấp hành về bên trái hay về phía trước; KBH giới hạn di chuyển cơ cấu chấp hành về bên phải hay phía sau Đại lượng hành trình L được xác định như sau :

L = b - a = b1 + b2 - a2 + a1 (1.2)

Ở đây: a1, a2, b1, b2 - toạ độ của các chốt và các bộ chuyển hành trình (mm);

- a Khoảng cách giữa các chốt trên cơ cấu chấp hành;

b - Khoảng cách giữa hai bộ chuyển hành trình

* Hệ thống điu khiển thi gian

Hình 1.3 Điều khiển thời gian

Trong hệ thống điều khiển này thì cơ cấu chấp hành được điều khiển bằng bộ điều khiển Bộ điều khiển ở đây là một chi tiết hình tang trống mà trên nó có một số đường rãnh nhất định Trên các đường rãnh này có gá các cam Các cam này được lắp với các cữ hành trình (bộ chuyển hành trình) Cữ hành trình điều khiển mỗi chu kỳ gia công theo các lệnh điều khiển "dịch chuyển về bên trái" (theo cữ KBH) hoặc điều khiển "dịch chuyển về bên phải" (theo cữ KBK).

Chiều dài hành trình được xác định theo công thức:

- V tốc độ trung bình của cơ cấu chấp hành (m/ph)

* Hệ thống điu khiển theo chu kỳ

Hệ thống điều khiển này là tổng hợp của hai hệ thống điều khiển theo quãng đường và thời gian Ở đây đại lượng hành trình được xác định bằng các cữ hành trình trong hệ thống điều khiển theo quãng đường hoặc bởi bộ điều khiển trong hệ thống điều khiển thời gian

Hình 1.4 Điều khiển theo chu kỳ

Trên (hình 1.4) ta thấy, khi bộ điều khiển tác động vào rơ le "tiến" thì cơ cấu chấp hành dịch chuyển phía trước, khi bộ điều khiển tác động vào rơ le "lùi" thì cơ cấu chấp hành dịch chuyển sang phía sau (về bên phải) Dĩ nhiên, bộ điều khiển chỉ tác

động vào rơ le "lùi" khi cơ cấu chấp hành chạm vào cữ hành trình KBB Khi cơ cấu chấp hành dịch chuyển về bên phải thì rơ le "tiến" không làm việc Rơ le "tiến" chỉ hoạt động khi cơ cấu chấp hành chạm vào cữ hành trình KBH và lúc ấy chu kỳ mới được lặp lại Ta thấy các hệ thống điều khiển trên đây tuy không giống nhau nhưng đại lượng hành trình lại được điều khiển giống nhau (liên tục) Điều đó có nghĩa là điều khiển theo chương trình số

1.1.2 Điều khiển số

Điều khiển số là hệ thống điều khiển mà mỗi hành trình được điều khiển theo số Mỗi thông tin đơn vị ứng với một dịch chuyển gián đoạn của cơ cấu chấp hành Đại lượng này có tên gọi là "khả năng giải quyết" của hệ thống hay là giá trị xung Cơ cấu chấp hành có thể dịch chuyển với một đại lượng bất kỳ nào ứng với giá trị xung Như vậy, khi biết giá trị xung q và đại lượng dịch chuyển L của cơ cấu chấp hành, ta có thể xác định số lượng xung N cần thiết tác động để có lượng dịch chuyển L:

Số lượng xung N được ghi trên kênh thông tin được gọi là một chương trình xác định đại lượng thông tin kích thước Các thông tin cần thiết được ghi trên băng đục lỗ hoặc băng từ Số lượng thông tin được ghi trong một hệ thống mã hoá nhất định [9]

1.1.3 Mã hoá thông tin

Con người và máy quan hệ với nhau bằng một ngôn ngữ mà máy có thể hiểu được Máy phải đọc được chương trình do con người ghi và thực hiện theo chương trình đó Khi cơ cấu điều khiển số bị hỏng, chương trình có sai sót thì điều khiển số sẽ truyền thông tin về nguyên nhân ngừng hoạt động

* Chữ ci

Chữ cái của mã số là tập hợp các ký hiệu được dùng khi mã hoá Các phần tử mới hiện nay của tự động hoá chỉ có hai trạng thái ổn định: Công tắc kín hoặc công tắc

hở, trong mạng của băng đục lỗ có thể có hoặc không có lỗ Một trạng thái ứng với

ký hiệu 1 (cấp dòng năng lượng chẳng hạn), còn trạng thái khác ứng với ký hiệu 0 (ngắt dòng năng lượng chẳng hạn) Vì vậy chữ cái của mã số chỉ chứa hai ký hiệu {0,1} [11]

Vậy giá trị số tương ứng trong hệ nhị phân số 4310 được diễn là 1101011 Ngược lại,

số trong hệ nhị phân 1010112 có thể biểu diễn sang hệ thập phân như sau:

1010112 = 1.25 + 0.24 + 1.23 + 0.22 + 1.21 + 1.20 = 43

1.1.4 Máy công cụ điều khiển theo chương trình CN C

Là máy công cụ được điều khiển theo chương trình viết bằng chữ mã ký tự số Chữ cái và các kí tự chuyên dụng khác trong đó hệ thống điều khiển có cài đặt các bộ

vi xử lý UP (Micro processor) làm việc với các chu kỳ thời gian từ 1 đến 20 và có bộ nhớ tổi thiểu 4KByte, đảm nhiệm các chức năng cơ bản của chương trình điều khiển

số như:

Tính toán toạ độ trên các trục điều khiển theo thời gian thực giám sát các trạng thái của máy, tính toán các giá trị chỉnh lý dao cụ, tính toán nội suy trong điều khiển quỹ đạo biên dạng, thực hiện so sánh các cặp giá trị cần và giá trị thực

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy gia công CNC

* Hệ thống điu khiển NC

Hệ thống NC đầu tiên ra đời do nhu cầu chế tạo các chi tiết phức tạp với số lượng

ít Trong hệ thống NC các thông số hình học của chi tiết và các lệnh điều khiển máy được cho dưới dạng dãy các con số

Đưa dữ liệu vào hệ thống

Toàn bộ các chỉ dẫn gia công được in vào băng đục lỗ dưới dạng các câu lệnh của chương trình Mỗi câu lệnh được đọc trong hệ thống điều khiển NC, đồng thời đưa vào các bộ phận hiệu chỉnh dụng cụ cần thiết và xê dịch các điểm (0)

+ Xử lý dữ liệu và đưa dữ liệu ra

Các thông tin đưa vào hệ thống điều khiển được mã hoá và tách thành thông tin hình học và thông tin công nghệ (hình 1.5) Các thông tin hình học dịch chuyển dụng

cụ Các thông tin công nghệ điều khiển các chức năng vận hành máy

Hình 1.6 Chu trình điều khiển trong các hệ điều khiển NC

Mỗi một bàn trượt của máy có trang bị một hệ thống dò dịch chuyển để xác định

vị trí của bàn trượt và báo cho thiết bị so sánh giá trị thực với giá trị đã cho trong bộ so sánh của hệ thống điều khiển, sai lệch này sẽ được biến đổi thành các tác động điều khiển cụm chạy dao Khi sai lệch điều khiển bằng 0 tức là đã đạt được vị trí đã cho, động cơ chạy dao sẽ dừng Chu trình điều khiển tốc độ cũng dựa trên cơ sở của chu trình điều khiển vị trí Số vòng quay thực được xác định nhờ máy phát đo tốc độ lắp trong động cơ chạy dao

+ Bộ thích nghi

Các thông tin hình học và thông tin công nghệ chuyển qua bộ thích nghi Bộ thích nghi có chức năng như một mắt xích nối giữa máy CNC và hệ thống điều khiển Kết nối các lệnh điều khiển NC với các thông báo từ máy trở lại Chúng có chức năng chính như là các chuyển đổi liên động, cho khả năng tránh được việc thực hiện các lệnh không hợp lý Ví dụ: khi mâm cặp của máy tiện chưa kẹp chặt Bộ thích nghi không phát lệnh chạy dao mặc dù hệ thống điều khiển có phát lệnh dịch chuyển [3].

* Hệ thống điu khiển CNC

Điều khiển NC có nhược điểm là kém linh hoạt, tốn thời gian trong việc thay đổi chương trình vì phải sửa lại các băng đục lỗ Ngày nay hệ thống điều khiển NC được thay thế rộng rãi bằng các hệ thống điều khiển CNC là có sự can thiệp của máy tính Trong các hệ thống điều khiển này có một chương trình hệ thống CNC do nhà chế tạo cài đặt trong máy tính Thông qua các phần mềm riêng lẻ, ví dụ: chương trình giải mã

và hệ điều hành chương trình mà các chức năng CNC riêng lẻ được thực hiện

+ Đưa dữ liệu vào hệ thống

Trong hệ thống NC thông thường chương trình gia công làm chỉ một lần trên băng đục lỗ và nằm trong bộ phận lưu giữ chương trình Hệ thống điều khiển CNC chương trình gia công có thể đưa vào trong hệ thống điều khiển của hệ điều khiển số khi lập trình, xử lý dữ liệu và đưa dữ liệu ra

Hình 1.7 Các dòng thông tin trong điều khiển CNC

Chương trình gia công được đưa vào có thể gọi ra bất cứ lúc nào từ bộ phận lưu trữ chương trình gia công Việc sửa chữa, thay đổi và tối ưu một chưng trình có thể tiến hành

bất kỳ lúc nào ngay tại máy

Việc kiểm tra tính toán nhận biết mã và tách ra thành các dự liệu hình học, dữ liệu công nghệ là do chương trình điều hành đối với bộ phận lưu giữ chương trình sẽ điều khiển bộ chỉ dẫn các câu lệnh, chỉ dẫn các câu lệnh, chỉ dẫn các chương trình con

và nội dung các chương trình gia công đang có trong bộ lưu giữ chương trình

Điều khiển CNC hiện đại có một màn hình đồ hoạ, mô phỏng động học quá trình cắt gọt Nhờ bàn phím và giao diện trực tiếp với hệ thống điều khiển cho phép đưa chương trình vào một cách nhanh chóng và tránh được các sai sót

+ Bộ thích nghi

Bộ thích nghi trong hệ điều khiển NC thông thường là một bộ chuyển đổi liên động Trong hệ điều khiển CNC bộ chuyển đổi liên động được thay thế bằng bộ điều khiển

chương trình lưu trữ, bộ điều khiển chương trình đã được lưu trữ sẽ theo dõi và ghép nối chức năng vận hành máy đến từ hệ điều hành khiển CNC và máy.

+ Sơ đồ hệ điều khiển CNC

Các hệ điều khiển CNC hiện nay được cấu tạo để khi mở rộng hệ điều khiển có thể

bổ sung thêm cho các chức năng đã có các mô đun mở rộng Vì vậy các hệ điều khiển được thiết kế thích hợp cho việc lắp vào phần mềm hoặc sử dụng các linh kiện điện tử hiện đại thích hợp Trong các hệ điều khiển nhiều bộ vi xử lý thường sử dụng cả phần cứng lẫn phần mềm

Hình 1.8 Phương án nhiều bộ vi xử lý

Trong các phân xưởng có hệ thống DNC các chương trình NC được lập và đưa thẳng vào trong máy tính Phần lớn các hệ điều khiển CNC có các ngôn ngữ lập trình khác

nhau vì vậy khi lập trình bằng tay cần có phần mềm tương ứng cho việc biên dịch DNC cung cấp cho cho các máy CNC riêng biệt các thông tin điều khiển.

Hình 1.9 Hệ thống DNC

NC lập trình bằng máy đòi hỏi đối với từng kiểu điều khiển một chương trình dịch riêng (Postprocessor) Trong phân xưởng có nhiều máy CNC, các trang bị công nghệ được lưu giữ và điều hành trong một ngân hàng giữ liệu trung tâm của máy tính [4]

Nhờ đó, các dữ liệu về dụng cụ và trang thiết bị công nghệ được gọi ra trên màn hình Các hệ thống DNC có các ưu điểm sau:

- Có một ngân hàng dữ liệu trung tâm cho biết các thông tin của chương trình, chi tiết gia công và dụng cụ;

- Truyền dữ liệu nhanh, tin cậy phát huy tốt hiệu quả của các máy CNC;

- Điều khiển và lập kế hoạch gia công;

- Có khả năng ghép nối vào hệ thống gia công linh hoạt

* Điu khiển thích nghi AC (Adaptive Control)

Điều khiển thích nghi AC là điều khiển tự động quá trình gia công không có tác động của người vận hành máy Nhằm tự động thay đổi các thông số gia công theo ảnh hưởng không thể dự kiến trước trong quá trình gia công Ví dụ: Kích thước phôi thay

đổi khi điều khiển thích nghi sẽ thay đổi tốc độ chạy dao cho phù hợp Tuỳ theo mục tiêu sử dụng người ta phân chia các hệ thống điều khiển thích nghi thành:

- Điều khiển thích nghi cưỡng bức ACC (Adaptive Control Constrain);

- Điều khiển thích nghi tối ưu ACO (Adaptive Control Optimation)

ACC dùng để điều khiển giới hạn của các thông số cắt gọt Ví dụ: khi tiện côn, chiều sâu cắt gọt thay đổi do vậy lượng chạy dao và số vòng quay của dao phải được điều khiển sao cho đảm bảo công suất cắt tối đa cho phép

ACO dùng cho việc tối ưu hoá các quá trình gia công nhằm giảm thời gian gia công hoặc giảm giá thành gia công có chú ý đến nhiều yếu tố ảnh hưởng ngược nhau (công suất cắt cao sẽ làm giảm tuổi bền của dụng cụ cắt) Hiện nay các hệ thống ACO ứng dụng nhiều trong gia công bằng mài và gia công bằng tia lửa điện Hệ thống điều khiển thích nghi được ứng dụng rộng rãi cho các chức năng bổ sung thêm của các hệ điều khiển CNC như tự động theo dõi dụng cụ cắt và đo chi tiết trong quá trình gia công [3]

* Hệ thống gia công linh hoạt FMS (Flexble manufaceturing systems)

Sự đa dạng của sản phẩm dẫn đến giảm số lượng chi tiết gia công trong một loạt và

làm tăng giá thành Một số ngành công nghiệp chế tạo do số lượng kiểu sản phẩm và các phương án mẫu ngày càng tăng Dây chuyền sản xuất truyền thống không hiệu quả kinh tế đối với khối lượng chủng loại chi tiết

Các hệ thống gia công linh hoạt có khả năng gia công các chi tiết khác nhau trong cùng một họ chi tiết với số lượng chi tiết và thứ tự gia công tuỳ ý Giá thành chế tạo chi tiết kể cả trong điều kiện gia công loạt nhỏ vẫn đạt hiệu quả kinh tế [1]

Tuỳ theo tính linh hoạt và năng suất, người ta phân loại các hệ thống gia công linh hoạt thành:

- Các tế bào gia công linh hoạt;

- Các cụm gia công linh hoạt;

- Các dây chuyền gia công linh hoạt

Một hệ thống gia công linh hoạt thường có ba thành phần chính:

- Một hay nhiều cụm gia công;

- Các hệ thống vận chuyển chi tiết và dụng cụ;

- Máy tính của hệ thống DNC đóng vai trò là thiết bị chỉ đạo

Hạt nhân của tế bào gia công là máy CNC Một trung tâm gia công có trang bị ổ chứa dụng cụ, các trang bị thay đổi gá lắp Hệ thống thay đổi dụng cụ và chi tiết tạo thành một hệ thống gia công linh hoạt làm việc tự động đòi hỏi các thiết bị giám sát và

đo lường tự động như: đo kích thước dụng cụ ở trên máy; theo dõi tự động tuổi bền của dao; đo chi tiết [5]

1.2 Lịch sử pht triển của cc my CNC

Ý tưởng điều khiển một dụng cụ thông qua chuỗi lệnh kế tiếp liên tục, mà chúng được ứng dụng trong các máy điều khiển CNC ngày nay đã được phát triển từ thế kỷ thứ 14 Bắt đầu từ những cụm chuông được điều khiển bởi các trục đục lỗ [11]

- 1808 Josehp M Jacqard đã dùng bìa tôn có đục lỗ để điều khiển các máy dệt Vật mang tin có thể thay thế được dùng để điều khiển máy đã được phát minh

- 1863 M Fourneaux đã sáng chế ra đàn Dương Cầm tự động, có dùng một bìa giấy khổ 30cm với các lỗ tương ứng để điều tiết khí nén, tác động lên hệ phím ấn cơ khí tạo ra nhạc điệu Phương pháp này đã được tiếp tục phát triển để sau đó có thể điều khiển cả âm lượng Băng giấy đã trở thành vật mang tin và kỹ thuật điều khiển các chức năng phụ đã được phát minh

- 1938 Claude E Shanon đã thành công việc tính toán và chuyển nhanh dữ liệu ở dạng nhị phân có vận dụng lý thuyết đại số BOOL và xác nhận công tắc điện tử là thành phần hiện thực duy nhất cho giải pháp này

- 1946 Tiến sĩ John W.Mauchyly và J.Preper Eckrt đã cung cấp máy tính số điện

tử đầu tiên có tên là ENIAC cho quân đội Hoa Kỳ Cơ sở của kỹ thuật xử lý dữ liệu điện tử đã được tạo lập

- 1949 - 1952 Jonh Parsons và viện công nghệ MIT đã nghiên cứu theo hợp đồng của không lực Hoa Kỳ một hệ thống dùng cho các máy công cụ để điều khiển trực tiếp

vị trí của các trục vít me bằng đầu ra của một máy tính và chứng minh chức năng - thông qua công một chi tiết Parons đã công bố luận điểm cơ bản về ý tưởng này như sau:

- Lưu trữ các vị trí đã tính toán ở bìa đục lỗ;

- Bìa đục lỗ được đọc tự đồng trên máy;

- Các vị trí đã được đọc phải được thông báo liên tục và các giá trị trung gian bổ sung phải được tính toán cho các giá trị trung gian nội sao cho động cơ Servo (vô tốc độ) có thể điều khiển chuyển động của các trục

Với một máy như vậy cần phải chế tạo được các phần tử thích hợp ngày càng phức tạp hơn Những chi tiết đó vào thời kỳ này đã được miêu tả chính xác với một số

ít các dữ liệu toán học Nhưng việc chế tạo chúng bằng tay rất khó khăn

- Năm 1952 Viện Công nghệ MIT đã vận hành máy công cụ điều khiển số đầu tiên

Đó là máy Cincinati Hydrotel có trục vít - me thẳng đứng, hệ điều khiển có cấu tạo gồm nhiều đèn điện tử, tạo khả năng chuyển động đồng thời ba trục, tức là nội suy đường thẳng đồng thời theo ba trục và nhận dữ liệu thông qua băng đục lỗ mã nhị phân (Benary Code Punched Band)

- 1954 Bendix chế tạo ra hệ điều khiển NC hoàn chỉnh đầu tiên có dùng các đèn điện tử

- 1957 Không lực Hoa Kỳ đã lắp đặt những máy phay NC đầu tiên

- 1958 ngôn ngữ lập trình biểu tượng hoá (Symbolish) đầu tiên là công cụ lập trình tự động APT (Automatically Programmed Tool) đã được giới thiệu trong quan hệ liên kết với máy tính IBM 704

- 1960 các hệ điều khiển NC trong kỹ thuật đèn bán dẫn (Transitor) đã thay thế các hệ điều khiển cũ (dùng đèn điện tử)

- 1965 giải pháp thay dụng cụ tự động ATC (Automatic Tool Change) đã nâng cao trình độ tự động hoá khâu gia công

- 1968 kỹ thuật mạch tích hợp IC (Intergated Circuits) làm cho các hệ điều khiển

có kích thước nhỏ, gọn và tin cậy hơn

- 1969 những giải pháp đầu tiên về điều khiển liên kết chung từ một máy tính trung tâm DNC đã được thiết lập tại Mỹ bằng hệ điều khiển Sundstrand và máy tính IBM Giải pháp thay bệ phiến gá phôi tự động (Automatic Palete Change)

- 1972 hệ điều khiển NC đầu tiên có lắp đặt một máy tính nhỏ được chế tạo hàng loạt đã tạo ra một thế hệ mới có tiềm lực mạnh hơn, đó là điều khiển số dùng máy tính

nhỏ CNC nhưng thế hệ này lại được thay thế nhanh bởi thế hệ mới, mạnh hơn Đó là hệ điều khiển số dùng máy tính có hệ vi xử lý Microprocessor CNC sau này.

- 1976 các hệ xử lý tạo ra một cuộc cách mạng trong kỹ thuật CNC

- 1978 các hệ thống gia công linh hoạt FMS

- 1979 các khớp nối liên hoàn CAD/CAM đầu tiên xuất hiện

- 1980 công cụ trợ giúp lập trình tích hợp trong hệ điều khiển CNC đã tạo ra cuộc tranh luận về quan điểm, xoay quanh vấn đề cần hay không cần giải pháp điều khiển

- 1986/1987 các dao diện tiêu chuẩn hóa (Standard interfaces) mở ra con đường tiến tới công xưởng tự động hóa trên cơ sở một hệ thống trao đổi thông tin liên thông CIM

- 1990 Các giao điện số (Digital intefaces) giữa các hệ điều khiển NC và các hệ khởi động, cải thiện độ chính xác và đáp ứng điều kiện của các trục NC và trục chính của máy

- 1992 Các hệ thống của CNC hở (Open ended control) tạo khả năng và biến - đổi thích ứng theo yêu cầu sử dụng

- 1993 Sử dụng theo tiêu chuẩn các hệ thống khởi động cơ tuyến tính ở các trung tâm gia công MC (Manufacturing centres)

Hình 1.10 Lịch sử phát triển của CNC

- 1994 Kép khín chuỗi quá trình CAD/CAM/CNC bằng cách sử dụng hệ NURBS (Not Uniforme Rationale B - Splines) làm phương pháp nội suy (interpolation method) trong các hệ CNC NURBS là phương pháp dùng để diễn tả toán học đối với các bề mặt thông thường và các bề mặt đặc biệt bằng các điểm và các thông số (parameters) tạo thành mô hình lưới gồm nhiều nút để diễn tả bề mặt đạt độ mịn và độ sắc nét cao Những hệ thống CAD/CAM mới xử lý trực tiếp từ hệ CAD Trong hệ CNC giải pháp này giảm được khối lượng dữ liệu, nâng cao độ chính xác và tốc độ xử lý tạo ra chuyển động đều đặn của máy, tăng tuổi thọ của máy và dụng cụ [5]

1.3 Hướng phát triển của máy CNC trên thế giới và Việt Nam

So với các máy tự động điều kiển theo chương trình cứng (dùng cam, dưỡng cữ chặn, trục gài bi, công tắc hành trình ) Máy CNC có tính linh hoạt cao trong công việc lập trình, đặc biệt có trợ giúp của máy tính, tiết kiệm được thời gian điều chỉnh máy, tính kinh tế cao ngay cả với loạt sản phẩm nhỏ

Ưu điểm chỉ có trong máy CNC là phương thức làm việc với hệ thống xử lý thông tin "điện tử số hóa" cho phép nối ghép với hệ thống xử lý số trong phạm vi - quản lý toàn xí nghiệp, tạo điều kiện tự động hóa toàn bộ quá trình sau sản xuất Ứng

dụng các kỹ thuật quản lý hiện đại thông qua mạng liên thông cục bộ LAN (Location Area Network) hay mạng liên thông toàn cầu WAN (World area Network) [10].

Cùng với sự phát triển của ngành điện tử, công nghệ tông tin các chức năng tính toán trong hệ thống CNC ngày càng hoàn thiện và đạt tốc độ xử lý cao nhờ ứng dụng những thành tựu phát triển của vi xử lý Các hệ thống CNC được chế tạo hàng loạt lớn theo phương thức xử lý đa chức năng dùng cho nhiều mục đích điều khiển khác nhau Vật mang tin từ băng đục lỗ, băng từ, đĩa từ, tiến tới đĩa Compact (CD) có dung lượng nhớ lớn, độ tin cậy ngày càng cao Việc cài đặt các cụm vi sử lý trực tiếp vào hệ NC để trở thành CNC đã tạo điều kiện ứng dụng máy công cụ CNC ngay cả trong xí nghiệp nhỏ, không có phòng lập trình riêng, người điều khiển máy có thể lập trình trực tiếp trên máy Dữ liệu nạp vào, với dung lượng nhớ lớn, độ tin cậy ngày càng cao Việc cài đặt các cụm vi sử lý trực tiếp NC để trở thành hệ CNC đã tạo điều kiện ứng dụng máy công cụ CNC có thể lập trình trực tiếp trên máy Dữ liệu nạp vào, nội dung lưu trữ, thông báo về tình trạng hoạt động của máy cùng các chỉ dẫn cần thiết khác cho người điều khiển đều được hiển thị trên màn hình Màn hình ban đầu là đen trắng nay đã dùng màn hình màu đồ hoạ (mô phỏng tĩnh hay động), biên dạng của chi tiết gia công, chuyển động của dao cụ đều được hiển thị [7]

1.3.1 Từ các máy CNC tới FMS

Do có tính linh hoạt cao, trên máy CNC có thể thực hiện nhiều chức năng công nghệ khác nhau và việc chuyển đổi giữa các chức năng dễ dàng Trên một máy có thể thực hiện được nhiều loại sản phẩm khác nhau Máy CNC có khả năng tập trung nguyên công cao để gia công các chi tiết phức tạp Nhờ tính linh hoạt cao máy CNC được sử dụng phổ biến trên các dây chuyền Trong các tế bào sản xuất tự động

Để nâng năng suất của máy CNC, vào những năm 1970 1980 người ta nhóm - các máy này thành các hệ thống sản xuất linh hoạt, có năng suất gần bằng năng suất của dây chuyền tự động sản xuất lớn và loại trừ được nhược điểm của dây chuyền tự động là chế tạo một chủng loại sản phẩm Trên cơ sở của các hệ thống tự động hoá đó người ta đã xây dựng công nghệ điều chỉnh linh hoạt Với công nghệ này thì bất kì chi tiết nào (trong phạm vi đặc tính kỹ thuật của máy) cũng có thể được đưa vào hệ thống FMS theo bất kỳ tuần tự nào và được gia công với bất kỳ sản lượng nào

Khi làm việc trên máy CNC người công nhân thực hiện chức năng cấp phôi cho máy, tháo chi tiết sau khi gia công, thay đồ gá, mở máy, kiểm tra chi tiết và quan sát chung hoạt động của máy Nếu các chức năng đó được tự động hoá thì tỷ lệ thời gian máy tăng lên, do đó tăng được năng suất của thiết bị.

Hệ thống FMS dùng để chế tạo nhiều chủng loại chi tiết với sản lượng nhỏ và vừa FMS gồm các máy CNC để gia công tự động, hệ thống cấp và tháo phôi, hệ thống vận chuyển phôi, các máy tính, hệ thống cung cấp chương trình để điều khiển toàn bộ công việc [10]

Điều chỉnh linh hoạt trên các máy CNC được thực hiện theo các hướng sau:

1 Trang bị ổ tích dụng cụ cho máy (magazin dụng cụ);

2 Trang bị cho máy cơ cấu vệ tinh thay đổi;

3 Chế tạo máy nhiều trục chính;

4 Gia công đồng thời bằng nhiều dao;

5 Điều khiển các máy CNC bằng máy tính;

6 Tập hợp các máy CNC thành từng nhóm và điều khiển chúng bằng máy tính;

7 Tập hợp các máy CNC thành hệ thống FMS

* Trang bị ổ tích dng c cho my :

Ổ tích dụng cụ (Tools magazin) với cơ cấu thay dao tự động cho phép gia công nhiều bề mặt của chi tiết trong một hoặc một số lần gá, do đó giảm được thời gian gia công Những magazin dụng cụ đầu tiên đã được sử dụng trong các máy nhiều nguyên công Khi số lượng dụng cụ 30 thì các magazin dụng cụ được chế tạo dưới dạng tang trống, số lượng dụng cụ 30 magazin dụng cụ được chế tạo dưới dạng bằng xích Hiện nay các ma gazin dụng cụ được sử dụng hầu hết trong các loại máy công cụ và số lượng dụng cụ trong magazin dụng cụ tang trống chứa 80 dụng cụ Hãng Sandstrand (Hoa Kỳ) đã chế tạo máy nhiều nguyên công với số lượng dụng cụ trong magazin dụng cụ là 215 Máy nhiều nguyên công của Nga có magazin chứa 80 dụng cụ

Khi tăng dung lượng của magazin dụng cụ thì kết cấu của máy cồng kềnh hơn, giá thành của máy tăng, giảm được độ dịch chuyển của các xích chuyển động, tăng thời gian chọn dao cần thay thế Như vậy, magazin dụng cụ giảm được chức năng của con người và nó là một bước phát triển trong công nghệ sản xuất linh hoạt [8]

* Trang bị cho cc my cơ cấu vệ tinh thay đổi

Cơ cấu vệ tinh thay đổi là cơ cấu cấp phôi tự động và đẩy chi tiết gia công đến vị trí xác định Cơ cấu vệ tinh cho phép làm trùng thời gian phụ (thời gian tháo và thời gian gá đặt phôi trong đồ gá) với thời gian máy khi gia công Cơ cấu vệ tinh có kết cấu tiêu chuẩn để có thể gá và kẹp chặt trên bàn máy Một số cơ cấu vệ tinh được gá trên máy nhiều nguyên công

Phôi được gá trên đồ gá, đồ gá được lắp trên cơ cấu vệ tinh và cơ cấu vệ tinh này được đặt ở vị trí xác định Cơ cấu vệ tinh khác được lắp cũng có đồ gá với chi tiết gia công Các cơ cấu vệ tinh đổi chỗ cho nhau (theo lệnh điều khiển) nhờ cơ cấu thay đổi các vệ tinh

Sơ đồ cơ cấu vệ tinh thay đổi tăng theo mức độ hiện đại của máy nhiều nguyên công Sử dụng Magazin với các cơ cấu vệ tinh cho phép thực hiện công nghệ điều chỉnh linh hoạt Tuy nhiên, sử dụng magazin với cơ cấu vệ tinh có một số nhược điểm như: khi gia công các chi tiết giống nhau cần phải có số đồ gá bằng số cơ cấu vệ tinh, điều kiện này làm tăng chi phí và không đảm bảo độ chính xác cao của các chi tiết được gia công các máy với Magazin vệ tinh chiếm diện tích sản xuất lớn hơn so với máy thông thường khác

Thực tế cho thấy số lượng cơ cấu vệ tinh thay đổi của máy từ 2 3 là kinh tế - nhất Vì nó cho phép mở rộng khả năng phục vụ nhiều máy và khả năng lắp máy với

hệ thống di chuyển cơ cấu vệ tinh từ ổ chứa tới vị trị yêu cầu Như vậy có thể giải quyết được nhiều vấn đề công nghệ điều chính linh hoạt và máy có khả năng làm việc liên tục [6]

* Chế tạo my nhiu trc chính

Máy nhiều trục chính thường là các máy phay chuyên dùng, được sử dụng để gia công đồng thời nhiều chi tiết giống nhau hoặc gia công đồng thời nhiều bề mặt của một chi tiết bằng nhiều dao với năng suất gia công cao

Do nhiều trục chính nên lực tác động tới các cơ cấu của máy cũng tăng lên Vì vậy, máy phải có độ cứng vững đảm bảo, nghĩa là phải tăng kích thước của các cơ cấu máy và khối lượng của vật liệu để chế tạo các cơ cấu đó Đồng thời với số trục chính tăng lên thì thời gian chuẩn bị kết thúc cho một trục chính cũng tăng lên (do không -

thể chuẩn bị công việc cùng lúc cho tất cả các trục chính) Cho nên mà các máy thường chỉ được trang bị 2 4 trục chính trong điều kiện gia công nhẹ và trung bình - [11]

* Gia công đồng thi bằng nhiu dao

Chi tiết trong cùng một thời gian được gia công bằng nhiều dao khác nhau Hình 1.11 là máy CNC điều chỉnh nhiều nguyên công với nhiều trục chính thay đổi Trên rãnh chữ T của thân máy có bàn 2 Trên bàn 2 còn có thân hình vòm 3 với magazin gồm các ụ trục chính thay đổi 5 Các ụ trục chính được chuyển từ magazin tới ụ 4 và ngược lại nhờ cánh tay quả lắc 6 và bộ định vị tự động Robot 7 Trên phần ngang của thân 1 có bàn 10 và trên phần trượt của bàn 10 có bàn phân độ 9 Trên bàn phân độ 9

có lắp các đồ gá với chi tiết gia công [7]

Hình 1.11 Máy CNC đ iều chỉnh nhiều nguyên công với ụ trục chính thay đổi

Quá trình gia công được thực hiện nhờ di chuyển theo phương ngang của ụ 4 với trục chính 8 Gá đặt phôi theo toạ độ được thực hiện nhờ dịch chuyển của bàn 10 còn

gá đặt phôi theo mặt phẳng gia công được thực hiện bằng cách xoay bàn phân độ 9 đi

một góc Điều chỉnh máy được thực hiện bằng cách thay đổi các ụ chính với các dụng

cụ và các phiếu dẫn đồ gá với chi tiết gia công Quá trình gia công ợc thực hiện nhờ đư

di chuyển theo ph ng ngang của ụ 4 với trục chính 8 Gá đặt phôi theo toạ độ được ươthực hiện nhờ dịch chuyển của bàn 10 còn gá đặt phôi theo mặt phẳng gia công đượcthực hiện bằng cách xoay bàn phân độ 9 đi một góc Điều chỉnh máy được thực hiện bằng cách thay đổi các ụ chính với các dụng cụ và các phiến dẫn, đồ gá vệ tinh và phân tử mang chương trình

Do tất cả các dụng cụ của ụ trục chính được di chuyển theo một chương trình và máy có khả năng chuyên môn hoá hẹp cùng với nhiều công việc điều chỉnh ch a ư được

tự động hoá, cho nên máy này dùng để gia công các chi tiết loạt vừa và loạt lớn Các máy tổ hợp CNC cho phép tăng hệ số tải trọng lên tới 0.8 - 0.9 và tăng hiệu quả lên tới

5 - 6 lần so với các máy tổ hợp truyền thống khác Hiệu quả cao khi sử dụng máy tổ hợp CNC là nhờ gia công bằng nhiều dao và mỗi dao thực hiện gia công theo chương trình riêng, còn dịch chuyển của các trục chính và bàn quay được điều khiển chung bằng một cơ cấu điều khiển số Hiệu quả cao khi sử dụng các máy tổ hợp CNC được xác định bằng các thông số công nghệ và nó không dùng cho mọi trường hợp Nhưvậy, gia công đồng thời bằng nhiều dao cho phép nâng cao năng suất của máy và cho phép thực hiện điều chỉnh linh hoạt [6]

Điều khiển máy CNC bằng máy tính cho phép thực hiện công nghệ điều chỉnh linh hoạt (nhờ nối kết với máy tính, khả năng điều khiển thích nghi và điều khiển di chuyển của các vệ tinh thay đổi) giảm kích thước của máy, nâng cao được năng suất

và chất lượng gia công [4]

Hình 1.12 Dây chuyền tự động điều chỉnh

2 Cơ cấu vận chuyển tích trữ-

Điều khiển máy nhóm máy CNC bằng máy tính cho phép hiệu chỉnh chương trình trực tiếp trên máy và điều chỉnh công việc của các máy

Hiệu quả kinh tế, kỹ thuật của điều khiển nhóm máy này bằng máy tính được thể hiện qua những ưu điểm sau [6]:

+ Dây chuyền tự đồng điều chỉnh

Hệ thống FMS bao gồm hệ thống vận chuyển tự động và điều khiển trung tâm bằng máy tính, nhằm tự động hoá các nguyên công chính, nguyên công phụ trong sản xuất hàng loạt nhỏ và loạt vừa Hình 1.13 là dây chuyền tự động điều chỉnh được dùng

để gia công các chi tiết dạng hộp Dây chuyền này bao gồm các máy CNC với các ụ

trục chính 1, các cánh tay tự động 3 và các cơ cấu vận chuyển tích trữ 2.-

Điều chỉnh dây chuyển được thực hiện bằng điều chỉnh các máy CNC thay thế các

đồ gá, thay thế các cánh tay tự động, các phần tử mang chương trình trong cơ cấu điều khiển số [7]

+ H ệ thống FMS với kho chứa phôi và dụng cụ

Hệ thống FMS với kho chứa phôi và dụng cụ được dùng để gia công các chi tiết dạng hộp (hình 1.13) Hệ thống này gồm 6 máy, máy số 3 có 3.5 toạ độ với các hành trình lớn nhất theo các toạ độ x, y, z là 900, 700 và 650 mm Giới hạn lượng chạy dao theo các toạ độ là 2 500m/phút và toạ độ dịch chuyển nhanh là 10m/phút Bàn quay - của máy có 72 vị trí được khắc dấu và thiết kế cho các cơ cấu vệ tinh có kích thước bề mặt làm việc là 800 x 800 mm Truyền động chính có công suất 12KW, số vòng quay trục chính từ 12.5 1600V/phút Dung lượng của một magazin dụng cụ là 36, khi gia - công chi tiết, sai số khoảng cách tâm của lỗ nằm trong khoảng 0,03mm trên 500mm chiều dài Các máy được trang bị các cơ cấu cấp phôi tự động (4) các cơ cấu này được

gá trên các đồ gá vệ tinh dạng tấm

Ngoài nhóm máy CNC trong hệ thống FMS trên hình 1.13 còn có: bộ phận kiểm tra phôi và lấy dấu (1) Máy chuẩn bị phôi (2), bộ phận kiểm tra lần cuối bằng máy kiểm tra (7)

Công đoạn chuẩn bị sản xuất trong hệ thống có: bộ phận lưu giữ các cơ cấu vệ tinh dạng tấm; Các chi tiết của đồ gá điều chỉnh, lắp ráp vạn năng; Bộ phận lắp ráp -

và lưu giữ đồ gá, bộ phận lắp ráp và điều chỉnh dụng cụ, có thể lắp ráp thành nhiều đồ

gá cùng lúc cho tất cả các máy của hệ thống

Điều chỉnh kích thước của dụng cụ được thực hiện bằng các thiết bị quang học Dọc theo dây chuyền của các máy có kho chứa phôi và chi tiết (6) Phôi và chi tiết được chuyển tới bằng máy cần trục tự động (5)

Hệ thống điều khiển FMS trên hình 1.13 được thực hiện ở hai mức cao và thấp ở mức cao cho phép lập trình, kiểm tra, hiểu chỉnh và lữu giữ chương trình, lập tài liệu công nghệ, lập kế hoạch và tiến trình sản xuất, điều khiển tính cơ động của các máy CNC, điều khiển các cơ cấu vận chuyển và cấp phôi Phía đối diện kho chứa phôi và

chi tiết (6), các máy vạn năng được lắp đặt để chỉnh sửa phôi trước khi đi vào dây chuyền [10].

Hình 1.13 Hệ thống điều khiển FMS

1 Máy lấy dấu ; 2 Máy chuẩn bị phôi; 3 Các máy CNC gia công;

4 Cơ cấu cấp phôi tự động; 5 Cần trục tự động ;

6 Kho chứa phôi và chi tiết; 7 Máy kiểm tra tự động

Hệ thống FMS ở trên so với tổ hợp các máy CNC (10 máy): số công nhân đứng máy giảm từ 14 xuống 9; năng suất gia công tăng 164% đối với mỗi máy, tăng năng suất lên 164% đối với mỗi nhân viên phục vụ

1.3.2 Tính ưu việc của máy CNC

Một trong những hướng của tự động hoá trong sản xuất vừa là sử dụng các máy CNC Hiệu quả kinh tế khi sử dụng có thể đạt được đối với cả trường hợp gia công loạt nhỏ chi tiết (20 - 40 chi tiết) Tuy nhiên, trong sản xuất đơn chiếc thì hiệu quả kinh

tế khi gia công trên các máy vạn năng chiếm ưu thế hơn:

- Máy CNC cho phép hiệu chỉnh chương trình gia công ngay tại chỗ làm việc Trong sản xuất gia công cao, thay thế một cách có hiệu quả các máy vạn năng thông thường Tất cả các nguyên công tiện trên các máy CNC đều được thực hiện bằng các dạo tiện tiêu chuẩn mà không dùng các dao định hình và cữ chặn

Sử dụng CNC cho phép giảm nhẹ điều kiện lao động của nhân công, giải phóng công nhân khỏi việc có tính chất đơn điệu, lặp lại nhiều lần

- Mở rộng khả năng công nghệ của các máy CNC cho phép gia công cao độ chính xác gia công và bù các sai số xuất hiện trong quá trình cắt Các hệ điều khiển CNC hiện nay cho phép đạt độ chính xác vị trí trong khoảng 0.0025 - 0.001 mm, một

số trường hợp có thể đạt 0,0025 0,0005 mm Các hệ điều khiển cho phép điều chỉnh -

vô cấp số vòng quay của trục chính để giữ cho tốc độ cắt cố định khi di chuyển bề mặt

gia công có đường kính khác nhau và xác định chính xác vị trí góc của trục chính để

gá đặt chi tiết không đối xứng trên mâm cặp: cho phép thực hiện các nguyên công khoa, phay theo phương hướng kính của chi tiết khi chi tiết đứng yên

- Hệ điều khiển CNC hiện đại có khả năng bù sai số hệ thống (do biến dạng nhiệt) hiệu chỉnh sai số dịch chuyển tích lũy do sai số bước của trục vit me bị gây ra Trên các máy CNC được trang bị cơ cấu hiệu chỉnh vị trí của phôi khi kẹp chặt (bù sai

bước cắt tinh nhằm loại bỏ phế phẩm gia công

Trong nhiều máy CNC được trang bị cơ cấu giới hạn để tự động dừng quá trình cắt khi công suất cắt, lực cắt hoặc mômen cắt đạt giá trị tới hạn

Hệ điều khiển máy CNC được trang bị cơ cấu giới hạn để tự động dừng quá trình cắt khi công suất cắt biến động Các hệ điều khiển thích nghi xảy ra sau một vòng quay của trục chính, số vòng quay của trục chính có thể giảm từ 2000 vòng/phút đến 0 vòng/phút trong một vài mili giây Sử dụng hệ thống điều khiển thích nghi có ý nghĩa quan trọng đối với trường hợp gia công có lượng dư và tính chất cơ lý của vật liệu cố định, do đó rất thích hợp trong sản xuất đơn chiếc và sản xuất hàng loạt [9]

Thành phần thời gian cơ bản khi gia công trên các máy CNC tăng lên đáng kể vì

số vòng quay của trục chính có thể đạt tới 3500 6000vòng/phút và hơn đối với các - trung tâm gia công Tốc độ dịch chuyển nhanh của bàn máy và dụng cụ trên các máy CNC có thể đạt 15 - 19m/phút

Các máy CNC và các trung tâm gia công có khả năng thay dạo tự động khi chuyển bước gia công hoặc khi lượng mòn của giao vượt quá giới hạn cho phép

1.4 Kết luận

Tìm hiểu lịch sử phát triển máy công cụ nói chung và máy CNC nói riêng là một nhiệm vụ quan trọng đối với các nhà nghiên cứu khoa học, để có định hướng mới cho

sử phát triển ngành chế tạo máy hiện đại

Đối với người làm thiết kế, chế tạo trong lĩnh vực cơ khí chế tạo máy,đặc biệt làm trong công tác giảng dạy giúp hình thành những kỹ năng cơ bản và nâng cao cho sinh viên ngoài việc phải nắm vững các kiến thức công nghệ chế tạo máy cổ điển, thì việc cập nhật, tiếp thu các máy móc hiện đại, các phần mềm ứng dụng tiên tiến trong lĩnh vực chuyên ngành là hết sức cần thiết

Nghiên cứu áp dụng công nghệ CNC mà chủ đạo là các máy công cụ CNC và các phần mềm thiết kế cơ khí vào một sản phẩm cụ thể giúp chúng ta thiết kế, chế tạo một sản phẩm chính xác, tin cậy, tiết kiệm chi phí hạ giá thành sản phẩm

Chương 2: GIỚI THIỆU TRUNG TÂM GIA CÔNG AGMA A8 VÀ PHƯƠNG

-PHP LẬP TRÌNH GIA CÔNG 2.1 Giới thiệu trung tâm gia công AGMA- A8

Trung tâm gia công AGMA-A8 là một trong những trung tâm gia công phay CNC vào loại hiện đại, do hãng Agma chế tạo, sử dụng phần mềm tích hợp trong hệ Fanuc của hãng, được chế tạo theo công nghệ cao và thỏa mãn được tất cả các tiêu chuẩn vềchất lượng và đặc tính kỹ thuật cũng như các tiêu chuẩn an toàn quốc tế.Trung tâm gia công AGMA-A8 có thể thỏa mãn được các yêu cầu gia công cũng như vận hành một cách chính xác an toan và hiệu quả

Hình 2.1 Trung tâm gia công AGMA-A8

2.1.1 Phạm vi sử dụng

Trên thế giới cũng như ở Việt Nam những năm gần đây xuất hiện nhiều trung tâm gia công CNC với chức năng khác nhau Với trung tâm gia công AGMA-A8 có các chức năng chính sau :

Hình 2.2 Bảng điều khiển trun g tâm gia công AGMA- A8

- Màn hình CRT (giống như màn hình máy tính) dùng để hiển thị dữ liệu số;

- Bàn phím có nhiều chức năng dùng để nhập dữ liệu số vào máy;

- Vùng điều khiển gồm các công tắc (bật tắt) dùng để điều khiển trong quá trình - vận hành

2.1.2.2 Các phím ch c năng

- Reset: Nút hủy bỏ bộ nhớ

- Start: Nút khởi động, nút thực hiện lệnh

- Cancel: Hủy bỏ câu lệnh hiện tại

- Feedhold: Dừng chương trình khi đang chạy, muốn chạy tiếp ấn Start

- Space: Dấu cách

- EOB: Đánh dấu chấm phẩy (;) khi kết thúc câu lệnh

- Enter: Kết thúc câu lệnh chuyển sang hàng lệnh mới

Ngoài ra có các nút khác như mũi tên dùng để di chuyển con trỏ…

BLOCK Nhấn nút này sự hoạt động tự động và liên tục của máy sẽ dừng lại Máy sẽ tự động hoàn thành

chương trình theo kiểu thực hiện từng câu lệnh

trình lại nếu xuất hiện lệnh M01 trong câu lệnh Nếu nhấn tiếp nút này câu lệnh M01 bị bỏ qua

và máy tiếp tục chạy

5 DRY RUN Khi chọn nút này, tốc độ cắt (F) được soạn trong

chương trình gia công sẽ bị bỏ qua, thay vào đó

là máy thực hiện tốc độ cắt với giá trị được chọn ngoài bảng điều khiển trong chế độ “JOG FEEDRATE”

6 MACHINE

LOCK Khóa máy có tác dụng khóa không cho gọi chương trình gia công trong máy và không cho

phép lập chương trình ở chế độ “EDIT” Bình thường khóa để ở NORMAL nên vẫn thực hiện việc vận hành máy và lập chương trình gia công

ở chế độ “MDI”