Những dữ liệu được nhập vào, nội dung lưu trữ trên máy, thông báo về tình trạng hoạt động của máy cùng các chỉ dẫn cần thiết khác cho người điều khiển máy đều được hiển thị trên màn hình
Lịch sử nghiên cứu
Xây dựng hệ thống bài thực hành và thí nghiệm gia công trên máy cắt gọt CNC phù hợp với thực tế sản xuất công nghiệp là rất quan trọng Điều này giúp sinh viên sau khi tốt nghiệp có khả năng thích nghi và thực hiện tốt công việc tại các nhà máy, xí nghiệp.
Việt Nam đang ngày càng gia tăng việc sử dụng máy CNC do nhu cầu sản xuất thực tế Điều này dẫn đến sự phát triển mạnh mẽ của các nghiên cứu ứng dụng nhằm tối ưu hóa hiệu quả sử dụng máy CNC Nhiều đề tài nghiên cứu khoa học, luận án tiến sĩ và luận văn thạc sĩ đã được thực hiện, trong đó có nghiên cứu của Nguyễn Đình Vũ về việc ứng dụng phần mềm TURBO-SPEED/CAM để lập trình gia công đĩa chia độ trên máy gia công trung tâm CNC.
TUNGIL-TVN-40A, Luận văn cao học, ĐHBKHN (2009) ; Phạm văn Bổng, Nghiên cứu xây dựng mô hình phòng thực hành về CAD/CAM CNC với các hệ F- ANUC;
HEIDENHAIN phục vụ chương trình đào tạo hệ Cao đẳng kỹ thuật ngành Cơ khí, Luận văn cao học, ĐHBKHN (2000)
Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu là xác định chuẩn kỹ năng cho sinh viên trong lĩnh vực thực hành công nghệ CNC, đồng thời xây dựng các bài giảng thực hành trên máy CNC CAK6136 – 750 với hệ điều khiển FANUC, nhằm phục vụ công tác đào tạo tại Trường Đại học H Sao Đỏ.
- Dùng làm tài li u tham kh o cho giệ ả ảng dạy và h c t p ọ ậ
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên c u của đề tài là: ứ
- Kh n ng công ngh cả ă ệ ủa máy ti n CNC - CAK6136 – 750 ệ
- C s l p trình Ti n CNC vơ ở ậ ệ ới hệ đ ều khiển i FANUC
- Lập trình và gia công m t sộ ố chi ti t có bế ề ặ m t ph c tứ ạp trên máy tiện CNC với h i u khi n FANUCệ đ ề ể
Tó m tắt nội dung thực hiện và đóng góp mới của tác giả
N i dung nghiên cộ ứu gồm:
- Nghiên c u khái quát v công ngh CNC; ứ ề ệ
- Nghiên cứu nguyên lý cơ bả ạn t o hình b m t trên máy CNC ề ặ
- Nghiên cứu v kh nề ả ăng công nghệ ủ c a máy tiện CNC - CAK6136 – 750 với hệ đ ềi u khi n ể FANUC
- Lập trình và gia công các bài tập cơ bản trên CNC - CAK6136 – 750 với hệ đ ềi u khi n FANUC ể
- Xây dựng các dạng bài tập thực hành gia công cắt gọt trên máy CNC - CAK6136 – 750 v i h i u khi n FANớ ệ đ ề ể UC
Luận văn này sẽ đóng góp quan trọng cho việc xây dựng chương trình đào tạo CNC tự động tại các trường đại học, cao đẳng và trung cấp chuyên nghiệp Về mặt khoa học, nghiên cứu sẽ bổ sung lý thuyết về máy CNC và lập trình gia công, ứng dụng hiệu quả trong giảng dạy và sản xuất Về mặt thực tiễn, kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở để cải tiến chương trình đào tạo, phù hợp với thực tiễn sản xuất và đáp ứng nhu cầu xã hội, đồng thời nâng cao chất lượng nguồn nhân lực cho sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.
Phương pháp nghiên cứu
Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyế ết h p v i tht k ợ ớ ực nghiệm:
- Nghiên cứu cơ sở lý thuy t ế
- Phân tích và đánh giá kết qu ả
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CNC 1.1 Giới thiệu chung.
Vào cuối thập niên 40, Học viện Công nghệ MIT của Hoa Kỳ bắt đầu nghiên cứu về kỹ thuật điều khiển số Năm 1953, họ công bố sáng chế máy phay điều chỉnh theo chương trình số NC Đến năm 1959, triển lãm máy công cụ tại Paris đã giới thiệu những chiếc máy phay NC đầu tiên của châu Âu.
Vào năm 1960, hệ thống điều khiển số được phát triển dựa trên công nghệ bóng đèn điện tử và rơle (cơ/điện/thuỷ lực), với kích thước lớn và độ nhạy cảm cao với các điều kiện môi trường Tuy nhiên, do chi phí cao, các thiết bị này không được sử dụng phổ biến.
Từ những năm 1960, bóng đèn điện tử dần được thay thế bằng các linh kiện bán dẫn như đi ốt và tranzito, tuy nhiên, các linh kiện đơn lẻ vẫn chiếm nhiều không gian và yêu cầu nhiều mối hàn, ổ cắm, gây tốn kém và giảm độ tin cậy Thông tin điều khiển được ghi trên băng đục lỗ với dung lượng thấp, yêu cầu đọc từng bước trong quá trình gia công, và việc thay đổi chương trình điều khiển cần làm lại băng đục lỗ Đến những năm 70, kỹ thuật điều khiển số áp dụng tiến bộ vi điện tử và vi mạch tích hợp, thay thế hệ thống NC cũ bằng bộ nhớ lớn hơn và phần mềm linh hoạt, cho phép lưu trữ chương trình và dễ dàng sửa đổi thông qua lệnh tay và thao tác trực tiếp trên máy.
Đến nay, các chức năng tính toán trong hệ thống CNC đã được cải tiến đáng kể, với tốc độ xử lý cao nhờ vào việc ứng dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật từ các bộ vi xử lý tiên tiến.
Các hệ thống CNC được chế tạo hàng loạt theo các công thức xử lý đa chức năng dùng cho nhiều mục đích điều khiển khác nhau
Những vật mang tin đã tiến hóa từ băng đục lỗ, băng từ, và đĩa từ đến đĩa compact (CD), với dung lượng nhớ ngày càng lớn, độ tin cậy cao hơn và tuổi thọ kéo dài hơn.
Việc cài đặt các cụm vi tính vào hệ NC để chuyển đổi thành CNC (Computer Numerical Control) đã tạo điều kiện thuận lợi cho ứng dụng máy công cụ điều khiển số, cho phép các xí nghiệp vừa và nhỏ không có phòng lập trình riêng cũng có thể sử dụng Điều này có nghĩa là người điều khiển máy có khả năng lập trình trực tiếp trên máy Tất cả dữ liệu nhập vào, nội dung lưu trữ, thông báo về tình trạng hoạt động của máy và các chỉ dẫn cần thiết đều được hiển thị rõ ràng trên màn hình.
Ban đầu, các hệ điều khiển số chỉ sử dụng màn hình đen trắng hiển thị ký tự và số, nhưng hiện nay đã chuyển sang màn hình màu đồ họa với độ phân giải cao Các chi tiết gia công và chuyển động của dao cụ được hiển thị rõ ràng, cho phép mô phỏng chi tiết gia công theo ba chiều (3D).
Trong những năm gần đây, ngành công nghệ thông tin đã bùng nổ mạnh mẽ, cùng với sự phát triển của công nghệ High Tech, tạo ra những thế hệ máy công cụ và điều khiển số ngày càng tiên tiến Những sản phẩm này đáp ứng tốt hơn các yêu cầu cao của thị trường hiện nay.
Máy CNC không chỉ mang lại độ chính xác cao và khả năng đáp ứng nhanh về số lượng sản phẩm, mà còn sở hữu phương thức làm việc với hệ thống xử lý thông tin “điện tử số hoá” Điều này cho phép kết nối với hệ thống xử lý toàn xí nghiệp, mở rộng khả năng tự động hóa trong sản xuất và áp dụng các kỹ thuật quản lý hiện đại qua mạng LAN và WAN.
Máy điều khiển theo chương trình số đã tiến hóa từ các máy NC đầu tiên sử dụng công nghệ đèn điện tử và rơle, đến các phần tử bán dẫn như điốt và tranzito Sự phát triển này tiếp tục với các tiến bộ trong kỹ thuật vi điện tử, vi mạch tích hợp và siêu vi mạch, nhằm cải thiện khả năng xử lý dữ liệu đầu vào cho hệ thống điều khiển số.
1.2 Máy công cụ điều khiển số
1.2.1 Các hệ thống dữ liệu cần nạp cho máy công cụ điều khiển số.
Máy công cụ điều khiển số cần được cung cấp hệ thống dữ liệu để hoạt động hiệu quả, vì đây được coi là ngôn ngữ chung giúp giao tiếp giữa con người và máy móc.
Khi soạn thảo chương trình cho hệ thống điều khiển số, chúng ta cung cấp toàn bộ thông tin cần thiết để chế tạo một chi tiết cụ thể trên máy công cụ Điều này giúp biến thông tin thành dạng mà hệ điều khiển của máy có thể hiểu và nhận biết theo cách phù hợp.
Lập trình là quá trình thu thập, xử lý và soạn thảo dữ liệu thông tin yêu cầu, bao gồm các thông tin hình học liên quan đến hình dạng và chuyển động của dụng cụ cắt trong gia công, cùng với các thông tin công nghệ như số vòng quay trục chính, chiều quay, lượng chạy dao, chiều sâu cắt, hiệu chỉnh máy và bơm dung dịch tưới nguội Ngoài ra, việc hiểu chuyển động của các trục và khái niệm về hệ tọa độ là rất quan trọng trong lập trình.
Trong công nghệ CNC, không cần xác định số vòng quay của mô tơ, mà chuyển động của các trục được điều khiển qua tọa độ Hai hệ tọa độ phổ biến là hệ tọa độ Đề các và hệ tọa độ cực, trong đó hệ tọa độ Đề các được sử dụng nhiều hơn trong các máy gia công Kiến thức về hệ tọa độ đã được học từ trường phổ thông là đủ để tìm hiểu về CNC Khác với đồ thị trong toán học, giá trị tọa độ trong máy CNC không liên tục mà thay đổi theo bước (increment), hay còn gọi là độ phân giải Cụ thể, trong hệ đo mét, bước dịch chuyển tối thiểu là 1/1000mm (0.001mm), còn trong hệ đo inch là 0.0001inch, và đối với chuyển động quay, bước dịch chuyển góc thường là 0.001°.
Trong hệ tọa độ của máy CNC, mỗi trục đều có một điểm gốc, tương tự như trong toán học Điểm gốc này, hay còn gọi là điểm chuẩn hoặc điểm 0, là yếu tố quan trọng trong các bài toán kỹ thuật liên quan đến chương trình của phôi hoặc chi tiết Thuật ngữ tiếng Anh tương ứng là program zero, program origin, work zero, hoặc part zero.
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CNC
GIỚI THIỆU CHUNG
Cuối những năm 40, Học viện Công nghệ MIT tại Hoa Kỳ khởi xướng đề án nghiên cứu về kỹ thuật điều khiển số Năm 1953, họ công bố sáng chế máy phay điều chỉnh theo chương trình số NC Đến năm 1959, triển lãm máy công cụ tại Paris đã giới thiệu những chiếc máy phay NC đầu tiên của châu Âu.
Vào năm 1960, các hệ điều khiển số được phát triển dựa trên công nghệ bóng đèn điện tử và rơle, bao gồm cả rơle cơ, điện và thủy lực Những máy này có kích thước lớn, rất nhạy cảm với điều kiện môi trường và có giá thành cao, dẫn đến việc chúng không được sử dụng phổ biến.
Từ những năm 1960, bóng đèn điện tử dần được thay thế bằng các linh kiện bán dẫn như đi ốt và tranzito, nhưng các linh kiện này vẫn chiếm nhiều không gian và yêu cầu nhiều mối hàn, gây tốn kém và giảm độ tin cậy Thông tin điều khiển được lưu trữ trên băng đục lỗ với dung lượng thấp, cần đọc từng bước trong quá trình gia công, và việc thay đổi chương trình điều khiển yêu cầu làm lại băng đục lỗ Đến những năm 70, kỹ thuật điều khiển số đã ứng dụng tiến bộ của vi điện tử và vi mạch tích hợp, thay thế các bản mạch logic bằng bộ nhớ lớn hơn Việc kết nối các cụm vi tính vào hệ điều khiển số đã giúp thay thế phần cứng bằng phần mềm linh hoạt, mở rộng dung lượng bộ nhớ để lưu trữ nhiều chương trình và cho phép sửa đổi chương trình dễ dàng qua thao tác trực tiếp trên máy.
Các chức năng tính toán trong hệ thống CNC đã được cải tiến đáng kể, đạt tốc độ xử lý cao nhờ vào việc ứng dụng những tiến bộ trong công nghệ vi xử lý.
Các hệ thống CNC được chế tạo hàng loạt theo các công thức xử lý đa chức năng dùng cho nhiều mục đích điều khiển khác nhau
Từ những vật mang tin ban đầu như băng đục lỗ, băng từ và đĩa từ, công nghệ lưu trữ đã tiến bộ vượt bậc với sự ra đời của đĩa compact (CD), mang lại dung lượng nhớ lớn hơn, độ tin cậy cao hơn và tuổi thọ lâu dài hơn.
Việc tích hợp các cụm vi tính vào hệ thống NC để chuyển đổi thành CNC (Điều khiển số bằng máy tính) đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc ứng dụng máy công cụ CNC, đặc biệt là trong các xí nghiệp vừa và nhỏ không có phòng lập trình riêng Điều này cho phép người điều khiển lập trình trực tiếp trên máy, với dữ liệu được nhập vào và lưu trữ trên thiết bị Tình trạng hoạt động của máy và các chỉ dẫn cần thiết cũng được hiển thị rõ ràng trên màn hình, giúp nâng cao hiệu quả vận hành.
Màn hình của các hệ điều khiển số đã tiến bộ vượt bậc từ thời kỳ đầu với màn hình đen trắng chỉ hiển thị ký tự và số, đến nay đã chuyển sang sử dụng màn hình màu đồ họa với độ phân giải cao Hiện nay, biên dạng chi tiết gia công và chuyển động của dao cụ được hiển thị rõ ràng, cho phép mô phỏng chi tiết gia công theo ba chiều kích thước (3D).
Trong những năm gần đây, ngành công nghệ thông tin đã bùng nổ, cùng với sự phát triển của công nghệ High Tech, đã tạo ra những thế hệ máy công cụ điều khiển số ngày càng ưu việt Những tiến bộ này đáp ứng tốt hơn các yêu cầu cao từ thị trường.
Máy CNC không chỉ mang lại độ chính xác cao, khả năng đáp ứng nhanh về số lượng và linh hoạt trong mẫu mã sản phẩm, mà còn nổi bật với phương thức làm việc thông qua hệ thống xử lý thông tin “điện tử số hoá” Điều này cho phép kết nối với hệ thống xử lý toàn xí nghiệp, mở rộng tự động hoá trong quy trình sản xuất và ứng dụng các kỹ thuật quản lý hiện đại qua mạng LAN và WAN.
Máy điều khiển theo chương trình số đã tiến hóa từ các máy NC đầu tiên sử dụng công nghệ đèn điện tử và rơle, đến các phần tử bán dẫn như điốt và tranzito Sự phát triển này đã mở đường cho việc áp dụng các tiến bộ trong kỹ thuật vi điện tử, vi mạch tích hợp và siêu vi mạch, nhằm tối ưu hóa quá trình xử lý dữ liệu đầu vào cho hệ thống điều khiển số.
MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN SỐ
1.2.1 Các hệ thống dữ liệu cần nạp cho máy công cụ điều khiển số.
Máy công cụ điều khiển số cần được cung cấp hệ thống dữ liệu để hoạt động hiệu quả, đóng vai trò như một ngôn ngữ chung giúp giao tiếp giữa con người và máy móc.
Khi soạn thảo chương trình cho hệ thống điều khiển số, chúng ta cung cấp toàn bộ thông tin cần thiết để chế tạo một chi tiết cụ thể trên máy công cụ Điều này giúp biến thông tin thành dạng mà hệ điều khiển có thể hiểu và thông báo cho nó theo hình thức phù hợp.
Lập trình trong gia công cơ khí chủ yếu là quá trình thu thập, xử lý và soạn thảo thông tin cần thiết Các dữ liệu quan trọng bao gồm thông tin hình học, như số liệu về hình dạng và đường di chuyển của dụng cụ cắt, cùng với thông tin công nghệ, bao gồm số vòng quay trục chính, chiều quay, lượng chạy dao, chiều sâu cắt, cũng như các thông tin về hiệu chỉnh máy và bơm dung dịch tưới nguội Ngoài ra, việc hiểu chuyển động của các trục và khái niệm về hệ tọa độ cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình lập trình.
Trong công nghệ CNC, việc xác định số vòng quay của mô tơ không còn cần thiết, mà chuyển động của các trục được điều khiển thông qua tọa độ Hai hệ tọa độ phổ biến là hệ tọa độ Đề các và hệ tọa độ cực, trong đó hệ tọa độ Đề các thường được sử dụng hơn trong các máy gia công Kiến thức về hệ tọa độ đã được học ở trường phổ thông là nền tảng cho việc tìm hiểu công nghệ CNC Khác với đồ thị trong toán học, các giá trị tọa độ trong máy CNC không liên tục mà thay đổi theo bước (increment), hay còn gọi là độ phân giải Ví dụ, trong hệ đo mét, bước dịch chuyển tối thiểu là 1/1000mm, và trong hệ đo inch là 0.0001inch Đối với chuyển động quay, bước dịch chuyển của góc quay thường là 0.001°.
Giống như hệ tọa độ toán học, mỗi trục trong máy CNC đều có điểm gốc, thường được gọi là điểm 0 hoặc điểm chuẩn Trong các bài toán kỹ thuật, điểm này là rất quan trọng cho chương trình gia công của phôi hoặc chi tiết, và trong tiếng Anh, thuật ngữ tương ứng là program zero hoặc work zero.
1.2.2.2 Hệ toạ độ Để xác định các tương quan hình học trong vùng làm việc của máy, trong phạm vi chi tiết gia công một cách rõ ràng ta đưa vào các hệ toạ độ và các điểm gốc chuẩn Để thống nhất hoá mối tương quan cho các máy công cụ điều khiển số khác nhau, người ta tiêu chuẩn hoá các trục của hệ toạ độ và chiều chuyển động của chúng
Ví dụ theo tiêu chuẩn ISO 841 hay tiêu chuẩn DIN 66127thì hệ thống trục toạ độ cho các máy điều khiển số được xác định như sau:
Chiều chuyển động của máy công cụ điều khiển số được xác định dựa trên hệ tọa độ vuông góc của bàn tay phải, như minh họa trong hình 1.1 Hệ tọa độ này được áp dụng cho từng chi tiết gia công, đảm bảo sự chính xác trong quá trình vận hành.
Hình 1.1 Ký hi c tr t trên m CNC ệu ác ục ọa độ áy
Trong lập trình, chi tiết thường được coi là tĩnh, trong khi chuyển động thuộc về dao cụ Tuy nhiên, trên từng loại máy cụ thể, quy định này không hoàn toàn chính xác, vì có những máy mà trong quá trình gia công, chi tiết có thể tham gia vào một số chuyển động Điều này có thể khiến người vận hành hiểu sai về hướng chuyển động của các trục.
Các trục quay A, B, C tương ứng với trục X, Y, Z, trong đó chiều quay dương (positiv) được xác định là chiều quay thuận chiều kim đồng hồ (CW) khi nhìn theo hướng dương của trục tịnh tiến Để sắp xếp thứ tự các trục tọa độ phù hợp với hướng chuyển động của máy, tiêu chuẩn ISO 841 và DIN 66127 được áp dụng.
Nếu các máy có trục chính không xoay nghiêng được thì trục Z nằm song song với trục chính công tác hoặc chính là đường tâm trục đó
Nếu trục chính của máy xoay nghiêng có thể điều chỉnh và chỉ có một vị trí xoay nghiêng song song với một trục tọa độ nào đó, thì trục tọa độ đó chính là trục Z.
Khi trục chính xoay nghiêng song song với nhiều trục tọa độ khác nhau, trục Z sẽ là trục vuông góc với bàn kẹp chi tiết chính của máy.
Nếu trục chính xoay nghiêng được theo một hướng nghiêng với chính nó thì trục này ký hiệu là W
Khi máy có nhiều trục chính công tác, ta sẽ chọn một trục chính mà có đường tâm vuông góc với bàn kẹp chi tiết Nếu máy không có trục chính công tác, thì trục Z sẽ được xem là trục vuông góc với bàn kẹp chi tiết.
Trục X là trục toạ độ nằm trên mặt định vị hay song song với bề mặt kẹp chi tiết, thường được ưu tiên theo phương nằm ngang Chiều của trục X được xác định như sau:
Thứ nhất: Trên các máy có dao quay tròn
+ Nếu trục Z đã nằm ngang thì chiều dương của trục X hướng về bên phải khi ta nhìn từ trục chính hướng vào chi tiết.
+ Nếu trục Z thẳng đứng và máy có một thân máy thì chiều dương của trục
X hướng về bên phải khi ta nhìn từ trục chính hướng vào chi tiết
Nếu máy có hai thân máy thì chiều dương của trục X hướng về bên phải nếu ta nhìn từ trục chính hướng vào thân máy bên phải.
Vị trí của trục toạ độ Y sẽ được xác định sau khi đã xác định được hai trục toạ độ Z và X
Hình 1.2 mô tả các trục chính, các trục phụ và các trục quay trên máy phay CNC
1.3 KHÁI QUÁT V H TH NG IỀ Ệ Ố Đ ỀU KHIỂN CNC
Hệ thống điều khiển i là một cấu trúc phức tạp, được thiết kế để quản lý và điều phối các thông tin đầu vào từ nhiều nguồn khác nhau Nó cho phép điều khiển hiệu quả các máy công cụ thông qua việc xử lý dữ liệu và thông tin liên quan Hệ thống này đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu suất hoạt động.
Khi gia công chi tiết kim loại, các bề mặt tạo hình cần thiết phải có sự chuyển động khác nhau giữa dao cắt và chi tiết cần gia công Quy luật đạo cụ của các chuyển động này được xác định chính xác thông qua các chỉ dẫn kỹ thuật cụ thể.
CÁC CHỈ TIÊU GIA CÔNG CỦA MÁY CNC
Thông số hình học của máy CNC xác định không gian mà dụng cụ cắt và chi tiết gia công có thể tương tác Đối với máy gia công chi tiết tròn xoay, vùng gia công được mô tả như một khối lăng trụ, được xác định bởi bán kính và chiều dài dịch chuyển của các tọa độ.
Trên các máy gia công chi tiết hình hộp chữ nhật, vùng gia công được xác định bởi một khối hình hộp hoặc hình lăng trụ, với các chiều dài dịch chuyển của các tọa độ Các điểm giới hạn của vùng làm việc được đánh số theo thứ tự như ký hiệu số của ma trận Để dễ nhớ, thứ tự các số được quy định: số đầu tiên biểu thị cho trục thẳng đứng (trục Z), số thứ hai cho trục dọc (trục X), và số thứ ba cho trục nằm ngang (trục Y).
Thông số gia công của máy CNC bao gồm tốc độ chuyển động của các cấu chấp hành và công suất động cơ, được xác định dựa trên các thông số hình học như vùng gia công, kích thước bàn máy phay và chiều cao tâm máy tiện Để lựa chọn công suất động cơ, tốc độ quay của trục chính và lượng chạy dao, cần xem xét các yếu tố này Năng suất gia công được định nghĩa là số lượng chi tiết gia công trong một đơn vị thời gian và đã được tổng hợp trong “Giáo trình công nghệ CNC” của GS TS Trần Văn Địch dưới dạng công thức (1.1).
Để tăng năng suất trong sản xuất, cần giảm thời gian chuẩn bị kết thúc (tcbkt) bằng cách sử dụng đồ gá vệ tinh và giảm số lượng các loạt chi tiết gia công trên máy CNC, không nên vượt quá 30-50 loạt trong một năm Ngoài ra, cần giảm thời gian thay dao (ttd) bằng cách áp dụng hệ thống thay dao tự động và sử dụng các hệ thống kẹp nhanh cho máy thay dao bằng tay Thời gian thay đổi chi tiết gia công cũng cần được giảm thiểu thông qua việc sử dụng các cơ cấu nhiều vị trí để tự động thay chi tiết và đồ gá vệ tinh Cuối cùng, để nâng cao năng suất, cần giảm thời gian cơ bản (t0) bằng cách tăng tốc độ cắt, sử dụng dao có khả năng cắt với tốc độ cao và gia công bằng nhiều loại dao khác nhau.
Một phương pháp hiệu quả để nâng cao năng suất là giảm thời gian phụ Thời gian phụ có thể được giảm thiểu bằng cách tăng tốc độ hoạt động của các cơ cấu chấp hành hoặc dao.
1.4.3 Độ chính xác của máy CNC n
Sai số gia công tổng cộng trên máy CNC xuất hiện trong các hệ thống truyền động, điều khiển và kiểm tra Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm của nhiều tác giả đã được tổng hợp trong “Giáo trình công nghệ CNC” của GS TS Trần.
Các sai số gia công được phân loại và ký hiệu như sau: δ1 đến δ4 đại diện cho các sai số lập trình, nội suy, hiệu chỉnh nội suy và sai số lệch về điểm 0 δ5 và δ6 liên quan đến sai số bước bên trong và sai số tích lũy của datric δ7 là sai số của các cơ cấu chuyển đổi tín hiệu, trong khi δ8 thể hiện sai số của dreipha đặc tính truyền động (sai số thời gian phát xung) Các sai số truyền động về lực, mômen và tốc độ được ký hiệu là δ9, δ10 và δ11 δ12 là sai số trục vit-bi, δ13 là sai số hình học của máy δ14 và δ15 đề cập đến biến dạng đàn hồi của máy và đồ gá, còn δ16 là sai số kích thước gá đặt dao Sai số do mũi dao được ký hiệu là δ17, trong khi δ18 thể hiện biến dạng đàn hồi của dao δ19 là sai số gá đặt chi tiết gia công, δ20 là biến dạng đàn hồi của chi tiết gia công, và δ21 là biến dạng nhịp chi tiết gia công.
Sai số gia công tổng ộng ∆Σ c cho thấy ỷ ệ t l c thành ph c sai s nói trên ác ần ủa ố
Sai số gia công tổng ộng được c x ácđịnhtheo công th (1.2): ức
C thành ác phần ủa c công th ức được x ácđịnh nh c công th t (1.3) ư ác ức ừ đến (1.8):
C sai s ành ác ốth phần ã δ đ đượcgiải thích ên ởtr
1.4.4 Hướng phát triển của máy CNC trên thế giới và Việt Nam. c m i khi t ình c ùng
So với các hệ thống điều khiển tự động truyền thống như d cam, dưỡng hay công tắc hành trình, máy CNC mang lại tính linh hoạt cao trong lập trình và điều chỉnh Điều này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao hiệu quả kinh tế cho doanh nghiệp Một điểm nổi bật của máy CNC là khả năng xử lý thông tin qua hệ thống điện tử, cho phép tối ưu hóa quy trình sản xuất và quản lý toàn diện Hệ thống này còn hỗ trợ kết nối thông qua mạng WAN, giúp nâng cao năng suất và hiện đại hóa quy trình sản xuất.
Cùng với sự phát triển của công nghệ điện tử và công nghệ thông tin, các chức năng tính toán trong hệ thống CNC đã trở thành phương thức làm việc hiệu quả, đạt tốc độ xử lý cao nhờ ứng dụng vi xử lý Các hệ thống CNC được chế tạo từ nhiều loại vật liệu theo phương thức xử lý đa chức năng, phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau trong việc điều khiển.
Sự đa dạng của sản phẩm dẫn đến việc gia tăng chi phí gia công và làm tăng giá thành Một số ngành công nghiệp chế tạo phải đối mặt với số lượng linh kiện phức tạp và các phương pháp sản xuất ngày càng đa dạng Dây chuyền sản xuất truyền thống không mang lại hiệu quả kinh tế cao đối với việc sản xuất các chi tiết nhỏ lẻ.
C h thác ệ ống gia công linh hoạt có khả năng gia công nhiều chi tiết khác nhau trong cùng một mẻ, với số lượng và thứ tự gia công tùy ý Giá thành chế tạo chi tiết trong điều kiện gia công loạt nhỏ vẫn đạt hiệu quả kinh tế cao Tùy theo tính linh hoạt và năng suất, c h thác ệ ống gia công linh hoạt được phân loại thành nhiều loại khác nhau.
- C t b gia công linh ho ác ế ào ạt
- C các ụm gia công linh ho ạt
- Các dây truyền gia công linh hoạt
- 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 chủ đạo.
Hạt nhân của tế bào gia công là máy CNC, với trung tâm gia công được trang bị ổ chứa dụng cụ cắt, thiết bị thay đổi gá lắp, hệ thống thay đổi dụng cụ và chi tiết, tạo thành một tế bào gia công linh hoạt Hệ thống gia công linh hoạt này hoạt động tự động và yêu cầu các thiết bị giám sát, đo lường tự động như kích thước dụng cụ trên máy, theo dõi tuổi bền của dao, và đo chi tiết.
- Công nghệ CNC ợc dùng phổ biến không những trên thế giới mà còn ở Việt đư Nam hiện nay vì xu hướng sản xuất tự động hóa
- Các máy CNC được kết hợp với nhau và tạo thành mạng ưới sản xuất linh hoạt l FMS
Phần mềm CAD/CAM công nghệ CNC mang lại sự linh hoạt đáng kể cho các doanh nghiệp, giúp họ nhanh chóng thích ứng với những thay đổi liên tục về mẫu mã và chủng loại sản phẩm của khách hàng.
NGUYÊN LÝ CƠ BẢN TẠO HÌNH BỀ MẶT TRÊN MÁY CNC
Các nguyên lý gia công tạo hình
Phay định hình là phương pháp tạo hình bề mặt, trong đó bề mặt chi tiết được sao chép theo biên dạng của lưỡi cắt dụng cụ Để thực hiện phương pháp này, biên dạng dụng cụ phải hoàn toàn giống với biên dạng chi tiết, như trong trường hợp cắt bánh răng trụ bằng dao phay định hình Biên dạng dao cần trùng khít với biên dạng rãnh của bánh răng, và khi hoàn thành một rãnh, cần sử dụng đầu phân độ để phay rãnh tiếp theo Đường chạy dao trong gia công định hình thường đơn giản và dễ xác định, được ứng dụng để chế tạo các bề mặt chi tiết máy như bánh răng trụ, côn, và rãnh cam Thiết bị gia công thường là các máy vạn năng đơn giản, và mặc dù phương pháp này dễ thực hiện, độ chính xác không cao và yêu cầu sử dụng các dụng cụ chuyên dụng.
Hình 2.1.Sơ đồ phay bánh răng băng dao phay đĩa môđun.
Gia công bao hình là kỹ thuật tạo hình bề mặt, trong đó bề mặt hoàn thiện được hình thành từ lưỡi cắt của dụng cụ Tùy thuộc vào hình dạng bề mặt cần gia công, các sơ đồ động học giữa dụng cụ và chi tiết sẽ được thiết lập để phát triển các phương pháp phay bao hình khác nhau.
2.1.2.1 phay bao hình nhóm các bề mặt cho phép chuyển động "tự trượt" Các bề mặt của nhóm này bao gồm bề mặt của bánh răng trụ thẳng, răng nghiêng, côn xoắn, bề mặt then hoa, bánh vít, các bề mặt xoắn của dụng cụ như mũi khoan, dao phay, Để gia công các bề mặt này người ta sử dụng phương pháp bao hình có tâm tích và phương pháp bao hình không tâm tích.
Phương pháp bao hình có tâm tích dựa trên nguyên lý ăn khớp giữa các bề mặt đối tiếp của các cặp động học, cho phép tạo hình hiệu quả Trong quá trình này, dụng cụ và phôi tương tác qua các đường lăn, đảm bảo tiết lăn không trượt Cặp động học bao gồm một dụng cụ và một phôi, với xích bao hình có thể là xích cứng (bánh răng thay thế) hoặc xích mềm (điều khiển CNC) Phương pháp gia công bao hình được phát triển từ sự ăn khớp giữa bánh răng và trục vít, dẫn đến các kỹ thuật như xọc răng và phay lăn răng.
Hình 2.2.Sơ đồ phay lăn răng
Dựa vào sự ăn khớp của bánh răng và bánh dẹt sinh trưởng ta có phương pháp gia công bao hình bánh răng côn trong,
Phương pháp bao hình không tâm tích là một kỹ thuật tạo hình mà không cần sử dụng các đường lăn của dụng cụ và chi tiết Các phương pháp phay bao hình không tâm tích bao gồm các rãnh xoắn của mũi khoan và dao phay trụ răng xoắn Kỹ thuật này dựa trên nguyên lý hình thành bề mặt xoắn vít, giúp tạo ra các sản phẩm có độ chính xác cao và bề mặt hoàn thiện tốt.
Gia công bề mặt chi tiết máy cơ bản yêu cầu dụng cụ phải có biên dạng phù hợp với chi tiết cần gia công Để xác định biên dạng của dụng cụ, cần phải xác định bề mặt khởi thủy của nó.
2.1.2.2 phay bao hình các bề mặt tự do
Các bề mặt trong nhóm này bao gồm các bề mặt khuôn mẫu có hình dạng phức tạp, chẳng hạn như bề mặt dập khuôn vỏ ô tô, khuôn đúc cánh quạt, vỏ điện thoại và vỏ máy thu hình.
Phương pháp này dựa trên nguyên lý bề mặt, trong đó chiều cao nhấp nhô được xác định là nhỏ hơn giá trị cho phép (h < [£]) Chiều cao nhấp nhô h phụ thuộc vào hình dạng của dụng cụ, hình dạng bề mặt chi tiết, bước tiến ngang so và góc nghiêng của trục dao với pháp tuyến bề mặt.
Dụng cụ gia công bề mặt tiêu chuẩn, như dao phay ngón, có hình dáng hình học xác định, giúp đảm bảo hiệu quả và độ chính xác trong quá trình gia công.
Hình 2.3 Phay bao hình bề mặt tự do.
Máy để gia công bao gồm máy phay CNC và trung tâm gia công CNC nhiều trục Trong gia công bao hình để tạo bề mặt khuôn mẫu, thách thức lớn nhất không phải là xác định biên dạng dụng cụ hay mối quan hệ động học, mà là tính toán đường dao cho việc điều khiển dụng cụ gia công bề mặt trung gian Điều này chỉ khả thi nhờ vào sự hỗ trợ của phần mềm CAD/CAM và quá trình tạo hình trên máy CNC nhiều trục.
Các bài toán tạo hình bề mặt
Trong quá trình gia công chi tiết bằng phương pháp cắt gọt, dụng cụ thực hiện hai chức năng chính: tạo hình bề mặt và cắt bỏ lượng dư Chức năng này được thực hiện thông qua lưỡi cắt của dụng cụ khi nó chuyển động tương đối với chi tiết gia công Lưỡi cắt có thể có hình dạng đường cong, đường thẳng hoặc là sự kết hợp của nhiều đường Dụng cụ cắt có thể sở hữu một hoặc nhiều lưỡi cắt, và trong trường hợp có nhiều lưỡi, chúng sẽ phân bố trên một bề mặt gọi là bề mặt khởi thủy K của dụng cụ Từ góc độ hình học, bề mặt danh định của chi tiết có thể được mô tả bằng đường hoặc mặt.
Vấn đề tạo hình của bề mặt đặt ra 2 bài toán cần giải quyết là bài toán thuận và bào toán nghịch
Bài toán thuận trong gia công yêu cầu xác định bề mặt khởi thủy K của dụng cụ từ bề mặt gia công C và chuyển động tạo hình C/D Để giải quyết, cần cố định dụng cụ cho chi tiết C thực hiện tất cả các chuyển động tạo hình, từ đó bề mặt chi tiết C sẽ tạo thành một họ bề mặt trong không gian Mặt bao của họ bề mặt này chính là bề mặt khởi thủy K cần tìm.
Bài toán nghịch trong gia công cơ khí liên quan đến việc xác định bề mặt gia công C từ bề mặt khởi thủy K và chuyển động tạo hình C/D Để giải quyết vấn đề này, chi tiết C được cố định và thực hiện tất cả các chuyển động tạo hình, dẫn đến việc bề mặt khởi thủy K tạo ra một họ bề mặt trong không gian Mặt bao của họ bề mặt này chính là bề mặt chi tiết C cần gia công.
Có 2 vấn đề cần lưu ý ở đây Vấn đề thứ nhất trong khi giải quyết 2 bài toán trên, để đơn giản trong việc xác định họ bề mặt ta có thể bỏ qua không xet đến các chuyển động tự trượt Vấn đề thứ 2 là trong thực tế bài toán thuận được quan tâm nhiều hơn bai toán nghịc nên nội dung của chương trình này cũng chủ yếu tập trung vào các phương pháp giải toán thuận.
Giải quyết bài toán thuận là yếu tố then chốt trong thiết kế và chế tạo dụng cụ cắt Khi thiết kế dụng cụ cắt, cần nắm rõ bề mặt chi tiết gia công và các chuyển động tạo hình trong quá trình hình thành bề mặt đó.
Trong quá trình chuyển động, bề mặt D sẽ tiếp xúc với bề mặt C đã cho, và cần xác định bề mặt tiếp xúc này, được gọi là bề mặt khởi thủy K của dụng cụ Việc thiết kế và chế tạo dụng cụ yêu cầu xác định rõ bề mặt khởi thủy K, cũng như mặt trước và mặt sau, trong đó giao tuyến của lưỡi cắt nằm trên bề mặt khởi thủy K.
Hình 2.4 Chuyển động tương đối chi tiết và dụng cụ và mặt khởi thủy K
Để gia công mặt phẳng C, cần thực hiện các chuyển động tạo hình, bao gồm chuyển động quay ϖ của dụng cụ D quanh đường tâm song song, cách mặt phẳng C một khoảng cách a, và chuyển động tịnh tiến S_ của mặt phẳng C theo phương vuông góc với đường tâm dụng cụ Nếu giả thuyết là dụng cụ đứng yên và không tính đến chuyển động tự trượt S_ của mặt phẳng C, mặt phẳng C sẽ chuyển động tương đối quay -ϖ so với dụng cụ, hình thành một họ bề mặt Bề mặt khởi thủy K luôn tiếp tuyến với mặt phẳng C trong suốt quá trình chuyển động, nghĩa là nó tiếp xúc với họ bề mặt chi tiết, do đó mặt khởi thủy K được xác định là mặt bao của họ mặt chi tiết C trong quá trình tạo hình.
D chính là mặt trụ có bán kính a
Nếu bề mặt khởi thủy K của dụng cụ là mặt trụ K với đường tâm song song và cách mặt phẳng C một khoảng cách a, thì các chuyển động tạo hình bao gồm chuyển động quay ϖ quanh đường tâm và chuyển động tịnh tiến S _ của mặt phẳng C theo phương vuông góc với đường tâm dụng cụ Giả thuyết cố định và bỏ qua chuyển động tự trượt quanh tâm của mặt trụ K, mặt trụ K sẽ chuyển động tịnh tiến tương đối -S _, tạo thành một họ bề mặt trụ Mặt bao của họ bề mặt trụ này chính là mặt phẳng gia công C.
Mặt khởi thủy K và mặt chi tiết C trong quá trình tạo hình tiếp xúc qua đường đặc tính E Đối với dụng cụ có chuyển động quay tròn, đường đặc tính E chính là lưỡi cắt của dụng cụ Đối với dụng cụ cắt nhiều lưỡi, đặc tính E ở mỗi thời điểm khác nhau sẽ tạo ra một lưới cắt Điều này sẽ làm đơn giản hóa quá trình cắt.
Hãy tìm mặt khởi thủy K của đường đặc tính E của dụng cụ khi tạo hình bề mặt chi tiết C là mặt trụ bán kính r ( hình 2.5)
Hình 2.5 Đường đặc tính E và mặt khởi thủy K của dụng cụ
Khi chi tiết quay quanh trục của nó, dụng cụ sẽ quay quanh trục vuông góc với chi tiết và di chuyển dọc theo trục chi tiết với khoảng cách a Nếu dụng cụ được cố định, chi tiết sẽ vừa quay quanh trục của nó với tốc độ ϖ1, vừa quay quanh trục của dụng cụ với tốc độ ϖ Tại một thời điểm nhất định, chi
Phương pháp xác định bề mặt khởi thủy bằng đồ thị
Bề mặt chi tiết C và dụng cụ có chuyển động tương đối C/D Để đơn giản hóa, dụng cụ được cố định trong khi chi tiết chuyển động tương đối, tạo ra một họ bề mặt chi tiết Mặt khởi thủy K được xác định bằng cách vẽ bề mặt tiếp tuyến với họ bề mặt này.
Khi bề mặt chi tiết được mô tả bằng một đường cong của tiết diện thẳng của mặt C, ví dụ như mặt C là mặt phẳng, tiết diện phẳng sẽ là đường thẳng Khi đường thẳng này chuyển động tương đối với dụng cụ, nó tạo thành một họ đường thẳng Nếu đường thẳng này quay quanh trục với tốc độ góc ϖ, nó sẽ tạo ra một họ đường thẳng khác Đường cong tiếp tuyến với họ đường thẳng này sẽ trở thành một vòng tròn (đường bao) Khi vòng tròn này tịnh tiến dọc theo trục song song với mặt phẳng, chúng ta sẽ có mặt bao là mặt trụ Do đó, mặt khởi thủy chính là mặt trụ, và đường đặc tính E là đường sinh của mặt trụ tiếp xúc với mặt C.
Hình 2.6Xác định mặt khởi thủy K mặt tiếp tuyến với các vị trí của bề mặt chi tiết C khi chuển động tạo hình ( họ bề mặt C)
Có thể xác định đường bao của họ đường profin chi tiết thông qua đồ thị, khi có đầy đủ thông tin về chi tiết và dụng cụ chuyển động Đầu tiên, cần dựa vào điều kiện chuyển động để tìm điểm tiếp xúc giữa dụng cụ và chi tiết trong quá trình tạo hình tại các thời điểm khác nhau Sau đó, sử dụng đồ thị để chuyển các điểm của dụng cụ về vị trí ban đầu Tập hợp các điểm này sẽ tạo thành đường bao, đồng thời cũng là đường tiếp tuyến với các bề mặt của chi tiết.
Xác định profin dao phay lăn trục then hoa hồng thông qua phương pháp đồ thị Profin chi tiết gia công là cạnh bên của trục then hoa, với chuyển động tạo hình là chuyển động lăn không trượt của vòng tròn tâm tích chi tiết r trên đường tâm tích của dụng cụ Chi tiết quay tròn quanh trục của nó, trong khi dụng cụ di chuyển tịnh tiến song song với đường thẳng tâm tích, tiếp tuyến với vòng tròn tâm tích tại điểm P Vẽ profin chi tiết tại các thời điểm khác nhau, tại điểm tiếp xúc giữa profin và dụng cụ có một tiếp tuyến chung Chuyển động tương đối tại thời điểm đó được coi như chuyển động quay quanh tâm quay tức thời P Để xác định các điểm tiếp xúc (điểm lưỡi cắt của dụng cụ với profin), từ P hạ đường pháp tuyến đến profin chi tiết Các điểm tiếp xúc ci (c1, c2 ) giúp xác định đường bao của họ đường cong chi tiết, được lùi về vị trí ban đầu khi lưỡi cắt và chi tiết tiếp xúc tại P Kết nối các điểm này tạo thành một đường cong, đó là đường bao của họ profin chi tiết và cũng chính là profin lưỡi cắt.
Hình 2.7 Xác định profin dao phay lăn trục then hoa bằng phương pháp đồ thị.
2.4 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MẶT KHỞI THỦY K BẰNG GIẢI TÍCH. Mặt khởi thủy K của dụng cụ được xác định như là mặt bao của họ bề mặt chi tiết C trong quá trình chuyển động tạo hình.
2.4.1 Phương trình chuyển đổi hệ tọa độ (công thức chuyển trục)
Công thức chuyển trục có thể viết theo hình giải tích hoặc dưới dạng tích các ma trận trong hệ tọa độ thuần nhất như sau
• Trường hợp hệ trục o1x1y1z1 tịnh tiến T(tx, ty, tz) so với hệ trục tọa độ oxyz (hình 2.8)
Hình 2.8 Tịnh tiến hệ trục tọa độ o1x1y1z1
* Trường hợp quay hệ trục tọa độ O1x1y1z1quanh trục (OZ) Một góc α
Hình 2.9 Quay hệ trục tọa độ o1x1y1z1 quanh trục oz một góc α.
• Trường hợp tổng quát (hình 2.10)
Cho hai hệ tọa độ S1(x1, y1, z1) và S2(x2, y2, z2), gốc tọa độ là O1 và O2 biết:
Phương pháp xác định bề mặt khởi thủy K bằng giải tích
- Tọa độ tâm O1 trong hệ tọa độ S2 là (a, b, c): O1(a, b, c)
- Điểm A(x1, y1, z1) trong hệ S1, xác định được điểm A(x2, y2, z2) trong hệ tọa độ S2
Hình 2.10 Chuyển trục từ hệ O1x1y1z1 sang hệ O2x2y2z2
Theo hình giải tích thì tọa độ x2,y2,z2 được xác định như sau: x2 = a11.x1 + a12.y1 + a13.z1 + a y2 = a21.x1 + a22.y1 + a23.z1 + b (2.3) z2 = a31.x1 + a32.y1 + a33.z1 + c
Trong đó aij là các cosin chỉ phương giữa các trục x1y1z1 và x2y2z2: a11 = cos(x2, x1); a12 = cos(x2, y1); a13 = cos(x2, z1); a21 = cos(y2, x1); a22 = cos(y2, y1); a23 = cos(y2, z1); a31 = cos(z2, z1); a32 = cos(z2, y1); a33 = cos(z2, z1);
2.4.2 Xác định profin dụng cụ bằng cách xác định đường bao của họ đường cong phẳng
Khi bề mặt chi tiết có thể được mô tả bằng đường cong phẳng của tiết diện thẳng, bài toán không gian có thể được chuyển đổi thành bài toán phẳng Thay vì tìm mặt bao của bề mặt chi tiết, ta xác định đường bao của đường cong tiết diện thẳng Đường bao này chính là profin mặt khởi thủy K của dụng cụ.
Phương pháp này được sử dụng rộng rãi để xác định profin lưỡi cắt của dụng cụ, dựa trên các thông số ban đầu như profin chi tiết và các chuyển động tạo hình.
Nội dung cơ bản của phương pháp như sau:
1 Thiết lập hệ tọa độ 1x1y1 gắn liền với chi tiết (hệ tọa độ chi tiết), hệ tọa độ Oxy gắn liền với dụng cụ (hệ tọa độ dụng cụ) Phương trình đường cong phẳng biểu diễn profin bề mặt C của chi tiết được thiết lập trong hệ tọa độ chi tiết
2 Cố định dụng cụ (Oxy cố định) cho chi tiết thực hiện chuyển động tạo hình (O1x1y1 chuyển động) với tham số chuyển động, tạo thành một họ profin chi tiết
Sử dụng công thức chuyển trục bằng cách đưa phương trình profin chi tiết từ hệ
O1x1y1 sang hệ cố định Oxy ta co phương trình của họ profin chi tiết.
3 Xác định đường bao của họ profin chi tiết bằng hình giải tích Tùy thuộc vào dạng phương trình họ profin chi tiết có thể xác định phương trình đường bao như sau:
• Họ đường cong có dạng:
Trong đó C là tham số của họ.
Phương trình của đường bao của họ được xác định bởi hệ phương trình sau:
Tìm đường bao của họ đường cong phẳng cho bởi phương trình:
Phương trình đường bao của họ được xác định khi giải đồng thời hai phương trình:
-c Được giá trị x Hình 2.11 Đường bao của họ đường cong ở ví dụ 2.4
Thay giá trị x = c vào phương trình họ ta được phương trình đường bao: -
2 0 y = hay y = 0 Vậy trục Ox là đường bao của họ đường cong cho bởi phương trình trên (hình 2.11)
Tìm đường bao của họ đường cong cho bởi phương trình:
Phương trình của đường bao của họ được xác định khi giải đồng thời hai phương trình:
∂ Được giá trị x = c Thay giá trị x = c vào phương trình họ sẽ được phương trình đường bao: y 3 = 0 hay y = 0 Đường bao là trục Ox (hình 2.12)
Để xác định phương trình họ đường profin chi tiết, cần xem xét chuyển động lăn không trượt của vòng tròn tâm tích chi tiết với bán kính r trên đường thẳng tâm tích của dụng cụ Trong quá trình này, chi tiết quay quanh trục của nó, trong khi dụng cụ chuyển động tịnh tiến song song với đường thẳng tâm tích.
Hình 2.12 Đường bao của họ đường cong ở ví dụ 2.5
Hình 2.13.Sơ đồ xác định đường bao của họ profin chi tiết then hoa.
- Hệ trục O1x1y1 gắn với profin chi tiết, phương trình đường thẳng profin chi tiết viết trong hệ O1x1y1 gắn liền với chi tiết: y1 = x1.cotgγ (*)
- Chuyển động chi tiết lăn không trượt vòng tròn bán kính r (vòng tròn tâm tích) trên đường thẳng tâm tích của dụng cụ
- Hệ trục gắn liền với dụng cụ Oxy (cố định) Thời điểm ban đầu (gốc P) hai hệ trục trùng nhau
Dụng cụ cố định cần đảm bảo rằng chi tiết (O1x1y1) không chỉ quay quanh trục của nó mà còn phải chuyển động tịnh tiến dọc theo trục Ox Điều này yêu cầu vòng tròn tâm tích của chi tiết với bán kính r phải lăn không trượt trên đường thẳng tâm tích của dụng cụ.
Sau khi quay một góc φ, hệ trục O1x1y1 sẽ quay một góc φ so với hệ trục Oxy và đồng thời tịnh tiến dọc trục Ox một đoạn bằng O O C C ' = PP ' = r.φ Gốc của hệ trục O1x1y1 sẽ có vị trí mới O1' với tọa độ x o 1 và y o 1.
Hệ trục O1x1y1 không chỉ chuyển động tịnh tiến gốc O1 theo phương trình (***) mà còn quay quanh trục z một góc φ Để mô tả sự chuyển động này, ta sử dụng công thức chuyển trục dưới dạng ma trận tọa độ thuần nhất.
Thay (*), (**) vào (***), thực hiện phép tính ma trận và sau một vài biến đổi ma trận ta được phương trình của họ profin chi tiết:
[ 1 − c os ϕ + sin cot ( ϕ g ϕ γ + ) − ϕ cot ( g ϕ γ + ) ]=0 Để xác định đường bao của họ đường cong này, cần xác định đạo hàm của hàm số F(x, y, φ) theo tham số φ:
( , , ) sin os( ) cot ( ) sin ( ) sin ( ) sin ( )
Giải đồng thời hai phương trình:
Sau khi biến đổi và rút gọn nhận được:
Phương trình tham số của đường bao của họ profin chi tiết cạnh then hoa được biểu diễn bằng sin(y) = ϕ + γ + ϕ - γ Đây cũng chính là phương trình profin mặt khởi thủy K của dụng cụ.
• Họ đường cong cho ở dạng phương trình thông số:
= Trong đó: t là thông số đường cong. c là tham số của họ.
Phương trình đường bao được xác định theo các phương trình saux = f1(t.c) y = f2(t.c) sin 1 os 0 0 x y x y c t t α α α α
Xác định đường bao của họ đường cong cho bởi hệ phương trình sau: x = cosα + t y = sinα
Trong đó: α là thông số của đường cong t là tham số của họ.
Giải: Để xác định phương trình đường bao của họ, cần xác định các đạo hàm riêng theo α và t: x sinα α
2 α=π Thay vào phương trình họ tìm được phương trình đường bao: x = t và y = ±1
Vậy đường bao của họ là hai đường thẳng y = ±1 song song với trục Ox (hình 2.14)
Hình 2.14 Đường bao của hệ phương trình ở ví dụ 3.7.
Xác định đường bao của họ đường cong phẳng cho hệ bởi phương trình s
Trong đó: α là thông số của đường cong.
Giải: Để xác định đường bao, cần tính đạo hàm riêng của x và y theo αvà R. x R.sinα α
Hình 2.15.Đường bao của hệ phương trình ở ví dụ 3.8.
2 vào phương trình của họ ta xác định được phương trình đường bao:
3 y= ± 2 x Đó là 2 đường thẳng có hệ số góc là 3 ± 2
Hình 2.16 Ứng dụng thực tế của ví dụ 3.8
2.4.3 Xác định mặt khởi thủy dụng cụ bằng cách xác định mặt bao của họ bề mặt chi tiết
Khi một cặp chuyển động tạo ra một họ bề mặt, mặt bao của họ bề mặt này sẽ tiếp tuyến với mọi bề mặt trong họ Ví dụ, khi một mặt cầu có tâm nằm trên trục X và bán kính r di chuyển dọc theo trục X, nó sẽ tạo ra một họ mặt cầu Mặt bao của họ mặt cầu này chính là một mặt trụ có trục là trục X và bán kính r.
Để xác định phương trình của bề mặt C trong quá trình chuyển động tạo hình, ta cần thiết lập hệ trục O1x1y1 gắn liền với chi tiết (mặt C) và hệ trục Oxyz gắn liền với dụng cụ (mặt D) Mặt cầu chuyển động tịnh tiến dọc trục X sẽ được mô tả qua các hệ trục này.
Họ mặt C được xác định bằng cách cố định hệ trục Oxyz gắn với dụng cụ, trong khi bề mặt C chuyển động tương đối với hệ trục O 1 x 1 y 1 z 1 theo tham số C Phương trình của họ bề mặt C là phương trình chuyển trục từ hệ O 1 x 1 y 1 z 1 sang hệ Oxyz với tham số C Sau khi xác định phương trình của họ bề mặt, chúng ta có thể tìm mặt bao của họ bề mặt đó theo các trường hợp cụ thể.
Họ bề mặt trong chuyển động tạo hình có tham số C cho dạng tường minh:
Mặt bao của họ bề mặt phương trình (3.8) được xác định bởi các phương trình sau:
Từ phương trình (x, y, z, C) = 0 xác định được tham số C và thay vào
Phương trình họ (3.8),tìm được phương trình mặt bao
Tìm mặt bao của họ bề mặt cho bởi phương trình sau: y.cos - z.sinα - f(x) = 0
Trong đó α là tham số của họ.
Giải: Để tìm mặt bao của họ cần tìm đạo hàm riêng của họ với tham số C:
C y.sin + z.cosα = 0 giải cùng với phương trình của họ phương trình mặt bao là: ysinα + zsinα = 0 ycosα – zsinα = f(x)
Bình phương các vế của các phương trình và cộng lại ta được: y 2 sin 2 α + z 2 cos 2 α + 2y.z.sinα.cosα = 0 y 2 cos 2 α + z 2 sin 2 α - 2y.z.sinα.cosα = f 2 (x) (**)
Phương trình (**) là phương trình mặt bao của hj phương trình (*) Đây là phương trình của bề mặt tròn xoay quanh trục 0x
Ví dụ này minh họa cách tìm bề mặt khởi thùy của dụng cụ trong quá trình tạo hình bề mặt định hình (rãnh) với tiết diện thẳng y = f(x) (hình 2.18) Dụng cụ được quay quanh trục 0x với tham số là góc quay α, cách bề mặt rãnh một khoảng cách bất kỳ năm trong cùng tiết diện thẳng của mặt rãnh.
Hình 2.18 Mặt khởi thủy dao phay định hình
Khảo sát bề mặt có phương trình (**) ta thấy
- Cắt bề mặt có phương trình (**) bằng mặt phẳng bất kỳ vuông góc với trục 0x, giao tuyến của chúng sẽ là: y 2 +z 2 = f 2 (A) = R
Phương trình giao tuyến là phương trình của vòng tròn có tâm là trục 0x.
- Cắt bề mặt có phương trình (**) bằng mặt phẳng chứa trục x (z = 0) hoặc (y =0): z = 0 => y 2 = f 2 (x) => y = f(x) y = 0 => z 2 = f 2 (x) => z = f(x)
CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG C ỦA MÁY TIỆN
Hướng chuyển động của các trục X,Z
Hình 3.2 Hướng chuyển động các trục của máy tiện CNC
Hệ thống đo hành trình
Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của máy tiện CNC – CAK6136 – 750
TT Đặc tính kỹ thuật Đơn vị Giá t rị
1 Độ phân giải các trục X, Z mm 0,001
2 Số gia nhập nhỏ nhất: cho các trục X, Z mm 0,001
3 Dung sai định vị trí: các trục X, Z mm 0,01
4 Kích thước bàn máy(Size of Worktable Surface) mm 600 x 110
6 Khoảng cách dịch chuyển cho trục X mm 180
8 Khoảng cách dịch chuyển cho trục Z mm 300
3.2 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của máy tiện CNC- CAK6136 – 750
Các bộ phận chính của máy
3- Bảng vận hành và điều khiển máy
4- Thùng chứa dung dịch làm mát
Các phần tử điều khiển
3 - Ổ cắm các thiết bị ngoại vi
4- Bảng điều khiển máy bằng tay và nút dừng khẩn cấp
5 - Bảng vận hành máy với hệ thống điều khiển và nút dừng hẩn cấp (EMERGENCY STOP)
Hình 3.3 C ph t ác ần ử điều khiển
Bảng điều khiển FANUC được tối ưu hóa cho máy tiện CAK 6136 - 750, với các phần tử bổ sung không có trong tài liệu gốc hoặc có sự khác biệt đáng chú ý.
1- Các phần tử vận hành của bộ điều khiển
3- Bảng vận hành máy bổ xung a Bảng vận hành máy
Hình 3.4 Bảng đ ều i khi ển
Hình 3.5 Bảng ận v hành áy m
2- Nút mở máy để lập trình
(đèn trạng thái sáng khi mở máy).
3- Các nút nhấn di chuyển trục chuyển động
(theo các trục X,Z , trục thứ tư và tr th 5).- ục ứ
Chạy dao nhanh b, Bảng lập trình
- Dùng nhập dữ liệu chương trình vào máy ghi và xóa dữ liệu Resets lại chương trình
3.3 LẬP TRÌNH VÀ VẬN HÀNH MÁY TIỆN CNC
3.3.1 Giới thiệu máy tiện CNC CAK 6136 - 750
Máy tiện CNC CAK 6136 750 là thiết bị lý tưởng cho gia công kim loại như nhôm, đồng và thép mềm, cũng như các vật liệu tổng hợp như chất dẻo Với máy CAK 6136 750, người dùng có thể thực hiện nhiều công việc tiện đa dạng, bao gồm tiện ngoài, tiện ren và gia công lỗ.
Hệ điều khiển có khả năng nội suy đường thẳng và cung tròn
Hình 3.6 Máy tiện CNC CAK 6136 - 750
3.3.1.1 Các bộ phận chính của máy.
Máy bao gồm các thành phần chính như thân máy, ụ đứng, ụ động, bàn dao dọc, bàn dao ngang và ổ dao Hệ thống truyền dẫn chạy dao được chia thành chạy dao dọc và chạy dao ngang, được điều khiển bởi động cơ trục Z và động cơ trục X sử dụng vít me bi Ổ dao gá có khả năng chứa 4 dao và hỗ trợ quay dao tự động, trong khi bao che giúp bảo vệ máy khỏi bụi bẩn và che chắn phoi.
Hình 3 7.Bộ phận cơ khí máy tiện CNC CAK 6136 -750 3.3.1.1.2 Bộ phận điều khiển
Bộ phận điều khiển sử dụng hệ điều khiển Fanuc Oi mate, cho phép kết nối với máy tính qua cổng RS232 Bàn phím điều khiển được chia thành hai vùng: một vùng dành cho việc điều khiển máy và một vùng cho các chức năng lập trình, trong đó các phím điều khiển máy được bố trí ở phần dưới của bàn phím.
( (oprt) ) ( hndl ) ( all ) ( rel ) ( abs )
0h 0m 0s time cycle 64h1om run time ptar count
N00000 O0000 (absolute) position actual cycle start feed hodl i o hyd on center farame chip con fwd chip con rev chip con stop
The article outlines essential machine operations, including spindle control, coolant management, and program adjustments Key functions include jogging the X and Z axes, handling spindle movements in both forward and reverse, and managing chuck operations for opening and closing It also emphasizes the importance of dry running, program restarting, and system message handling Users can customize settings, alter inputs, and manage offsets effectively Overall, the content serves as a concise guide for operating and optimizing machine functions.
Fanuc Series Oi Mate - TC
Hình 3.8 Bảng điều khiển máy tiện CNC CAK 6136V/750
3.3.2 Các thông số kỹ thuật chính.
- Đường kính quay lớn nhất: 360mm.
- Đường kính vật tiện qua bàn xe dao: 180mm.
- Chiều dài gia công lớn nhất: 750mm.
- Hành trình lớn nhất của trục X: 220mm.
- Hành trình lớn nhất của trục Z: 660mm.
- Độ côn lỗ trục chính: A2 - 6
- Đường kính trong lỗ trục chính: 53mm.
- Tốc độ quay trục chính (điều khiển vô cấp): 200 – 3000 vòng/phút
- Công suất động cơ chính: 5,5 KW.
- Đường kính nòng ụ động: 60mm.
- Hành trình nòng ụ động: 140mm.
- Độ chính xác chi tiết gia công: IT6 – IT7
3.3.3 Các phím bảng điều khiển.
3.3.3.1 Chức năng các phím vùng điều khiển máy. hyd on center farame chip con fwd chip con rev chip con stop
The article outlines essential machine control functions, including spindle operations such as forward and reverse, coolant management, and chuck control for opening and closing It emphasizes the importance of jog and rapid movement settings, along with options for dry runs and program restarts Additionally, it mentions features like block skipping, machine locking, and various speed settings ranging from 25% to 100%.
Hình 3.9 Các phím điều khiển máy
- CYCLE START: Bật trục chính.
- SPINDER STOP: Dừng trục chính bằng tay.
- COOLNT: Bật/ tắt dung dịch tưới nguội bằng tay.
- INDEX: Quay dao bằng tay.
- DRY RUN: Chạy mô phỏng chương trình.
- SINGLE BLOCK AUTO: Chạy chương trình gia công theo từng câu lệnh.
- AUTO: Chạy chương trình gia công tự động.
3.3.3.2 Các phím nhập dữ liệu.
Các phím nhập dữ liệu tương tự như bàn phím máy tính, gồm các phím chữ cái và số để nhập chương trình gia công vào máy k i m
Hình 3.10 Các phím nhập dữ liệu
3.3.3.3 Các phím chức năng. page shift ofs/set pOs prog help reset page message system cstm/gr alter insert delete input can
Hình 3.11 Các phím chức năng
- POS: Nút hiển thị các tọa độ tuyệt đối và tương đối trên màn hình.
- PROG: Nút hiển thị chương trình gia công trên màn hình
- OFS/SET: Nút chọn chế độ khai báo dụng cụ cắt, bù dao.
- CAN: Nút hủy ký tự trên dòng lệnh.
- INPUT: Nhập các thông số máy
- ALTER: Nút thay thế từ lệnh bằng một từ lệnh khác.
- INSERT: Nút chèn từ lệnh khi hiệu chỉnh chương trình gia công, lưu giữ chương trình, câu lệnh
- DELETE: Nút xóa từ lệnh, chương trình.
- RESET: Nút thiết lập lại trạng thái ban đầu
- SYSTEM: Hiển thị tham số hệ thống máy.
- PAGE: Dịch chuyển các trang trên màn hình khi dữ liệu hiển thị ở nhiều trang.
- MESSAGE: Hiển thị các cảnh báo.
- HEPL: Trợ giúp người dùng
3.3.3.4 Các chế độ làm việc.
Chế độ này cho phép dịch chuyển bàn dao về vị trí tham chiếu, hiển thị tọa độ tuyệt đối trên màn hình Việc này giúp máy chuẩn lại vị trí bàn dao theo hệ thống đo lường, cần thiết trong nhiều trường hợp.
- Sau khi dừng bất thường.
- Sau sự cố xô dao hoặc quá tải.
* JOG: Chế độ này sử dụng để dịch chuyển bàn máy bằng tay
* EDIT: Chế độ này cho phép nhập, hiệu chỉnh chương trình hoặc truyền dữ liệu từ máy tính
* MDI: Chế độ này cho phép bật trục chính, thay đổi vị trí dụng cụ, nhập và chạy từng khối lệnh trực tiếp từ bàn phím.
Điểm O của máy M, hay còn gọi là điểm gốc của hệ tọa độ, được xác định bởi nhà chế tạo dựa trên cấu trúc của từng loại máy Điểm M đánh dấu giới hạn vùng làm việc của máy và không thể thay đổi.
Điểm O của chi tiết W (Workpart Zero point) là điểm gốc của hệ tọa độ gắn lên chi tiết, và vị trí của điểm W phụ thuộc vào sự lựa chọn của người lập trình Đối với chi tiết tiện, điểm W thường được chọn nằm ở giao điểm giữa đường tâm của chi tiết và mặt đầu.
Điểm chuẩn của máy R (Reference Point) là điểm tham chiếu quan trọng nằm trong vùng làm việc của máy, được xác định chính xác bởi hệ thống đo lường của máy.
3.3.4.2 Hệ tọa độ trên máy tiện CNC.
Tọa độ Z trên máy được xác định theo phương bàn dao dọc, với trục Z tương ứng là trục chính của máy; chiều dương của trục này đi từ mâm cặp về phía ụ động Trong khi đó, tọa độ X nằm theo phương bàn dao ngang, trong đó dấu âm thể hiện chiều ăn sâu vào phôi, còn dấu dương là chiều ngược lại.
- Hệ tọa độ tuyệt đối: Gốc của hệ tọa độ tuyệt đối nằm tại điểm M hoặc tại điểm
Khi sử dụng chức năng dịch gốc tọa độ, tất cả các điểm đích sẽ được xác định theo gốc của hệ tọa độ ở các phương X và Z Giá trị theo phương X tương ứng với kích thước đường kính của chi tiết.
Hệ tọa độ tương đối được xác định với gốc tọa độ nằm trên điểm gá dao N hoặc tại mũi dao sau khi thực hiện lệnh gọi dụng cụ Trong hệ này, tọa độ U được xác định theo phương ngang của bàn dao, trong khi tọa độ W nằm theo phương dọc của bàn dao.
3.3.4.3 Cấu trúc chương trình NC.
Chương trình NC là một tệp tin chứa các lệnh điều khiển máy, mỗi lệnh thực hiện một thao tác cụ thể Các lệnh được viết bằng mã quy định và sắp xếp theo thứ tự để máy có thể hiểu và thực hiện Một chương trình NC bao gồm nhiều phần khác nhau.
Here is a rewritten paragraph that complies with SEO rules:"Tên chương trình được định danh bằng số hiệu chương trình, bao gồm ký tự O kèm theo số hiệu từ 0 đến 9999 Trong chương trình NC, các câu lệnh, từ lệnh, địa chỉ và con số đều mang giá trị riêng biệt Đặc biệt, các địa chỉ trong chương trình NC được sử dụng với mục đích xác định vị trí và thực thi các lệnh một cách chính xác."
X, Z: Dữ liệu chỉ giá trị tọa độ tuyệt đối
U, W: Dữ liệu chỉ giá trị tọa độ tương đối
S: Số vòng quay trục chính.
F: Lượng chạy dao, bước ren.
R: Bán kính cung tròn, độ dốc
Lập trình và vận hành máy tiện CNC
3.3.1 Giới thiệu máy tiện CNC CAK 6136 - 750
Máy tiện CNC CAK 6136 750 là thiết bị lý tưởng cho gia công kim loại như nhôm, đồng, thép mềm và các vật liệu tổng hợp như chất dẻo Với máy CAK 6136 750, người dùng có thể thực hiện nhiều công việc tiện khác nhau, bao gồm tiện ngoài, tiện ren và gia công lỗ.
Hệ điều khiển có khả năng nội suy đường thẳng và cung tròn
Hình 3.6 Máy tiện CNC CAK 6136 - 750
3.3.1.1 Các bộ phận chính của máy.
Máy bao gồm các bộ phận như thân máy, ụ đứng, ụ động, bàn dao dọc, bàn dao ngang và ổ dao Hệ thống truyền dẫn chạy dao được điều khiển bởi động cơ trục Z cho dao dọc và động cơ trục X với vít me bi cho dao ngang Ổ dao có khả năng gá được 4 dao và có chức năng quay dao tự động Bao che có tác dụng che chắn phoi và bảo vệ máy khỏi bụi bẩn.
Hình 3 7.Bộ phận cơ khí máy tiện CNC CAK 6136 -750 3.3.1.1.2 Bộ phận điều khiển
Bộ phận điều khiển của máy sử dụng hệ điều khiển Fanuc Oi mate, cho phép kết nối với máy tính qua cổng RS232 Bàn phím điều khiển được chia thành hai vùng: một vùng dành cho điều khiển máy và một vùng cho các chức năng lập trình, với các phím điều khiển máy nằm ở phần dưới.
( (oprt) ) ( hndl ) ( all ) ( rel ) ( abs )
0h 0m 0s time cycle 64h1om run time ptar count
N00000 O0000 (absolute) position actual cycle start feed hodl i o hyd on center farame chip con fwd chip con rev chip con stop
The article discusses various machine control commands and settings, including spindle functions such as forward and reverse, coolant options, and chuck operations It highlights the importance of features like dry run, program restart, and system messages for efficient machine operation Additionally, it covers adjustments for offsets, program management, and input modifications, ensuring optimal performance and flexibility in machining processes.
Fanuc Series Oi Mate - TC
Hình 3.8 Bảng điều khiển máy tiện CNC CAK 6136V/750
3.3.2 Các thông số kỹ thuật chính.
- Đường kính quay lớn nhất: 360mm.
- Đường kính vật tiện qua bàn xe dao: 180mm.
- Chiều dài gia công lớn nhất: 750mm.
- Hành trình lớn nhất của trục X: 220mm.
- Hành trình lớn nhất của trục Z: 660mm.
- Độ côn lỗ trục chính: A2 - 6
- Đường kính trong lỗ trục chính: 53mm.
- Tốc độ quay trục chính (điều khiển vô cấp): 200 – 3000 vòng/phút
- Công suất động cơ chính: 5,5 KW.
- Đường kính nòng ụ động: 60mm.
- Hành trình nòng ụ động: 140mm.
- Độ chính xác chi tiết gia công: IT6 – IT7
3.3.3 Các phím bảng điều khiển.
3.3.3.1 Chức năng các phím vùng điều khiển máy. hyd on center farame chip con fwd chip con rev chip con stop
This article outlines essential machine operation commands, including spindle control, coolant management, and program functions Key actions such as "spindle forward" and "spindle reverse" are crucial for effective machining, while "chuck close/open" ensures secure workpiece handling Users can manage speed settings with options like 25%, 50%, and 100% for precise control Additional features include "dry run" for testing programs and "restart" for resuming operations Understanding these commands is vital for optimizing machine performance and ensuring safety during machining processes.
Hình 3.9 Các phím điều khiển máy
- CYCLE START: Bật trục chính.
- SPINDER STOP: Dừng trục chính bằng tay.
- COOLNT: Bật/ tắt dung dịch tưới nguội bằng tay.
- INDEX: Quay dao bằng tay.
- DRY RUN: Chạy mô phỏng chương trình.
- SINGLE BLOCK AUTO: Chạy chương trình gia công theo từng câu lệnh.
- AUTO: Chạy chương trình gia công tự động.
3.3.3.2 Các phím nhập dữ liệu.
Các phím nhập dữ liệu tương tự như bàn phím máy tính, gồm các phím chữ cái và số để nhập chương trình gia công vào máy k i m
Hình 3.10 Các phím nhập dữ liệu
3.3.3.3 Các phím chức năng. page shift ofs/set pOs prog help reset page message system cstm/gr alter insert delete input can
Hình 3.11 Các phím chức năng
- POS: Nút hiển thị các tọa độ tuyệt đối và tương đối trên màn hình.
- PROG: Nút hiển thị chương trình gia công trên màn hình
- OFS/SET: Nút chọn chế độ khai báo dụng cụ cắt, bù dao.
- CAN: Nút hủy ký tự trên dòng lệnh.
- INPUT: Nhập các thông số máy
- ALTER: Nút thay thế từ lệnh bằng một từ lệnh khác.
- INSERT: Nút chèn từ lệnh khi hiệu chỉnh chương trình gia công, lưu giữ chương trình, câu lệnh
- DELETE: Nút xóa từ lệnh, chương trình.
- RESET: Nút thiết lập lại trạng thái ban đầu
- SYSTEM: Hiển thị tham số hệ thống máy.
- PAGE: Dịch chuyển các trang trên màn hình khi dữ liệu hiển thị ở nhiều trang.
- MESSAGE: Hiển thị các cảnh báo.
- HEPL: Trợ giúp người dùng
3.3.3.4 Các chế độ làm việc.
Chế độ này cho phép dịch chuyển bàn dao về vị trí tham chiếu, hiển thị tọa độ tuyệt đối trên màn hình Việc này giúp máy chuẩn lại vị trí bàn dao theo hệ thống đo lường, cần thiết trong nhiều trường hợp.
- Sau khi dừng bất thường.
- Sau sự cố xô dao hoặc quá tải.
* JOG: Chế độ này sử dụng để dịch chuyển bàn máy bằng tay
* EDIT: Chế độ này cho phép nhập, hiệu chỉnh chương trình hoặc truyền dữ liệu từ máy tính
* MDI: Chế độ này cho phép bật trục chính, thay đổi vị trí dụng cụ, nhập và chạy từng khối lệnh trực tiếp từ bàn phím.
Điểm O của máy M, hay còn gọi là điểm gốc của hệ tọa độ, được xác định bởi nhà chế tạo máy dựa trên cấu trúc của từng loại máy Điểm M đánh dấu giới hạn vùng làm việc của máy và không thể thay đổi.
Điểm O của chi tiết W (Workpart Zero point) là điểm gốc của hệ tọa độ gắn lên chi tiết, và vị trí của điểm W phụ thuộc vào sự lựa chọn của người lập trình Đối với chi tiết tiện, điểm W thường được chọn tại giao điểm giữa đường tâm của chi tiết và mặt đầu.
Điểm chuẩn của máy R (Reference Point) là điểm tham chiếu quan trọng, nằm trong vùng làm việc của máy và được xác định bởi hệ thống đo lường của máy.
3.3.4.2 Hệ tọa độ trên máy tiện CNC.
Tọa độ Z trên máy được xác định theo phương bàn dao dọc, với trục Z tương ứng là trục chính của máy Chiều dương của tọa độ Z hướng từ mâm cặp về phía ụ động Trong khi đó, tọa độ X nằm theo phương bàn dao ngang, trong đó dấu âm biểu thị chiều ăn sâu vào phôi, và dấu dương chỉ chiều ngược lại.
- Hệ tọa độ tuyệt đối: Gốc của hệ tọa độ tuyệt đối nằm tại điểm M hoặc tại điểm
Khi sử dụng chức năng dịch gốc tọa độ, tất cả các điểm đích sẽ được xác định dựa trên gốc của hệ tọa độ theo các phương X và Z Giá trị theo phương X phản ánh kích thước theo đường kính của chi tiết.
Hệ tọa độ tương đối được xác định với gốc tọa độ đặt tại điểm gá dao N hoặc tại mũi dao sau khi thực hiện lệnh gọi dụng cụ Trong hệ tọa độ này, tọa độ U nằm theo phương bàn dao ngang, trong khi tọa độ W nằm theo phương bàn dao dọc.
3.3.4.3 Cấu trúc chương trình NC.
Chương trình NC là một tệp tin chứa các lệnh điều khiển máy, mỗi lệnh thực hiện một thao tác cụ thể Các lệnh này được viết bằng mã quy định và sắp xếp theo thứ tự để máy có thể hiểu và thực hiện công việc Một chương trình NC bao gồm nhiều phần khác nhau.
Tên chương trình được định dạng là O + số hiệu chương trình (từ 0-9999) Trong chương trình NC, các câu lệnh, từ lệnh, địa chỉ và các con số chỉ giá trị được sử dụng với các địa chỉ cụ thể.
X, Z: Dữ liệu chỉ giá trị tọa độ tuyệt đối
U, W: Dữ liệu chỉ giá trị tọa độ tương đối
S: Số vòng quay trục chính.
F: Lượng chạy dao, bước ren.
R: Bán kính cung tròn, độ dốc
Các chức năng phụ được ký hiệu bằng chữ M và hai con số từ 00 đến 99, dùng để điều khiển máy trong quá trình gia công Lệnh M có thể hoạt động độc lập hoặc kết hợp với các lệnh khác Một trong những chức năng phụ M phổ biến là M03, dùng để bật trục chính quay theo chiều kim đồng hồ, theo quy ước rằng trục chính sẽ quay theo hướng mà vít có chiều xoắn phải được gắn trên trục chính để ra khỏi chi tiết gia công.
M04: Bật trục chính quay ngược chiều kim đồng hồ
M08: Bật dung dịch tưới nguội.
M09: Tắt dung dịch tưới nguội.
3.3.2 Thao tác vận hành máy tiện CNC.
3.3.2.1 Trình tự các bước vận hành máy tiện CNC CAK 6136 -750
- Đóng Aptomat (hoặc cầu dao điện)
- Bật công tắc nguồn (công tắc mạch chính).
- Bật công tắc màn hình.
- Dịch chuyển bàn máy về điểm chuẩn của máy.
- Nhập chương trình gia công.
- Kiểm tra và chạy thử chương trình.
- Gia công tự động theo chương trình.
3.3.2.2 Vận hành máy tiện CNC CAK 6136 - 750
3.3.2.2.1 Dịch chuyển bàn dao về điểm chuẩn của máy (Reference point):
- Dịch chuyển theo phương trục X: Nhấn đồng thời 2 phím RAPID và +X đến khi đèn báo ở phím X-REF sáng
- Dịch chuyển theo phương trục Z: Nhấn đồng thời 2 phím RAPID và +Z và đến khi đèn báo ở phím Z-REF sáng
Chú ý: Khi dịch chuyển cần quan sát vị trí của dụng cụ và phôi trước khi nhấn phím để tránh bị xô dao
LẬP TRÌNH GIA CÔNG CHI TIẾT TRÊN MÁY TIỆN CNC ………… CAK 6136 -750 VỚI HỆ ĐIỀU KHIỂN FANUC
Xác định chuẩn kỹ năng đối với sinh viên Đại học
- Hiểu rõ cấu trúc một chương trình NC cho máy công cụ CNC, lập trình thành thạo chương trình NC với hệ thống điều khiển máy tiện CNC
Để đạt được hiệu quả tối ưu trong gia công, cần thiết lập quy trình công nghệ hợp lý và lựa chọn chế độ cắt phù hợp với hình thức gia công, loại vật liệu và dụng cụ cắt đã được xác định.
Hệ thống điều khiển cho phép mô phỏng quỹ đạo chuyển động của dụng cụ cắt dựa trên chương trình NC đã được lập.
- Vận hành được máy tiện phay CNC đúng thao tác, đúng nguyên tắc đảm bảo - an toàn cho người và thiết bị
- Gá lắp, điều chỉnh phôi, dụng cụ để gia công chi tiết Gia công được một số chi tiết cơ bản trên máy Tiện- CNC.
Các bài tập lập trình gia công trên máy tiện CNC
4.2.1 Lập trình gia công chi tiết
- Lập quy trình và tính toán các dữ liệu công nghệ
- Thao tác vận hành và gia công sản phẩm
Bài 1: Lập trình gia công chi tiết trụ ngắn ỉ 36
- Độ không đồng tâm giữa các măt bậc cho phép ≤ 0,02
- Làm mất cạnh sắc sau khi gia công
Bài 2: Lập trình gia công chi tiết trụ bậc
- Độ không đồng tâm giữa các măt bậc cho phép ≤ 0,02
- Làm mất cạnh sắc sau khi gia công
Bài 3: Lập trình gia công chi tiết trụ ba bậc. ỉ 36 ỉ ± 34 0, 02 ỉ ± 28 0, 02 ỉ ± 18 0, 02
- Độ không đồng tâm giữa các măt bậc cho phép ≤ 0,02
- Làm mất cạnh sắc sau khi gia công
Bài 4: Lập trình gia công chi tiết trục côn bậc ỉ 36 ỉ ± 34 0, 02 ỉ ± 28 0, 02 ỉ ± 25 0, 02 ỉ ± 15 0, 02
- Độ đồng tâm giữa các mặt côn cho phép ≤ 0,02
- Làm mất cạnh sắc sau khi gia công
Bài 5: Lập trình gia công chi tiết trục côn ỉ 36 ỉ 30 ±0 ,0 2 ỉ 34 ±0 ,0 2 ỉ 20 ±0 ,0 2
- Mặt côn phẳng không lồi lõm
- Làm mất cạnh sắc sau khi gia công
Bài 6: Lập trình gia công chi tiết mặt định hình ỉ3 6 Ų 34 ±0 ,0 2
- Độ không đồng tâm giữa các măt bậc cho phép ≤ 0,02
- Các mặt định hình nối xuôi đều nhau, không gẫy khúc
- Làm mất cạnh sắc sau khi gia công
Bài 7: Lập trình gia công chi tiết trục bậc có ren ỉ 36 ỉ ± 34 0, 02 ỉ ± 27 0, 02 ỉ ± 30 0, 02
- Ren đúng trắc diện không mẻ
- Làm mất cạnh sắc sau khi gia công
Bài 8: Lập trình gia công chi tiết trục côn có ren
- Ren đúng trắc diện không mẻ, độ cao ren đều nhau
- Làm mất cạnh sắc sau khi gia công.
Bài 9: Lập trình gia công chi tiết trục bậc có ren ỉ 36 ỉ ± 32 0, 02 ỉ ± 28 0, 02 ỉ ± 17 0, 02 M 20 x2
- Độ không đồng tâm giữa các măt bậc cho phép ≤ 0,02
- Ren đúng trắc diện không mẻ
- Làm mất cạnh sắc sau khi gia công.
Bài 10: Lập trình gia công chi tiết trục côn có ren
- Độ không đồng tâm giữa các măt bậc cho phép ≤ 0,02
- Ren đúng trắc diên không mẻ
- Làm mất cạnh sắc sau khi gia công
Bài 11: Lập trình gia công chi tiết trục côn bậccó ren ỉ 50 Ų 46 ±0 ,0 2 ỉ ± 35 0, 02 Ų 32 ±0 ,0 2 Ų 22 ±0 ,0 2 ỉ ± 18 0, 02 M 20 x1 ,5
- Độ không đồng tâm giữa các măt bậc côn cho phép ≤ 0,02
- Ren đúng trắc diên không mẻ
- Làm mất cạnh sắc sau khi gia công
Bài 12: Lập trình gia công chi tiết tổng hợp ỉ 50 ỉ 30 ±0 ,0 2 ỉ 30 ±0 ,0 2 ỉ 22 ±0 ,0 2 ỉ 17 ±0 ,0 2 M2 0x 2
- Mặt côn phẳng không lồi lõm
- Làm mất cạnh sắc sau khi gia công
Bài 13: Lập trình gia công chi tiết trục định hình ỉ 34 ỉ 32 ỉ 28 ỉ 24 ỉ 24 ỉ 18 ,3 ỉ 12 ỉ 16
- Các đường công nối xuôi đều nhau
- Ren đúng trắc diện không mẻ
- Làm mất cạnh sắc sau khi gia công
5.1 Mục đích, nhiệm vụ, phương pháp và đối tượng kiểm nghiệm
5.1.1 Mục đích của kiểm nghiệm
Mục đích của việc kiểm nghiệm là xác thực tính khả thi và hiệu quả của các bài thực hành trong việc nâng cao năng lực cho sinh viên tại trường Đại học Sao Đỏ Kiểm nghiệm cũng nhằm đánh giá ý nghĩa thực tiễn của đề tài, tính khả thi, cũng như những khó khăn và vướng mắc khi áp dụng vào thực tế Kết quả từ quá trình kiểm nghiệm sẽ là cơ sở chứng minh tính chính xác của giả thuyết khoa học, đồng thời có thể phát sinh những vấn đề mới Qua kiểm nghiệm và đánh giá, đề tài sẽ được hoàn thiện một cách triệt để hơn.
5.1.2 Nhiệm vụ của kiểm nghiệm Để đạt được mục đích trên, kiểm nghiệm có các mục đích sau:
- Tiến hành giảng dạy cho sinh viên chuyên ngành cơ khí trường Đại học Sao - Đỏ các bài thực hành trên máy tiện CNC
Kết quả học tập của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng được so sánh để đánh giá sơ bộ hiệu quả của việc sử dụng các bài thực hành trên máy tiện CNC Việc phân tích này giúp xác định mức độ cải thiện kỹ năng và kiến thức của học viên khi tham gia vào các bài thực hành thực tế.
Xử lý và phân tích kết quả kiểm nghiệm là quá trình quan trọng để đối chiếu, so sánh và đánh giá các kết quả Qua đó, chúng ta có thể thực hiện những điều chỉnh, bổ sung cần thiết nhằm hoàn thiện hơn các phương pháp và quy trình kiểm nghiệm.
5.1.3 Phương pháp kiểm nghiệm a Phương pháp thực nghiệm sư phạm Đối tượng thực nghiệm là sinh viên năm thứ 3 chuyên ngành cơ khí trường Đại học Sao Đỏ theo hình thức kiểm nghiệm có đối chứng.
Việc kiểm nghiệm được tiến hành theo trình tự:
- Khảo sát các điều kiện thực nghiệp như: ìm hiểu mức độ hứng thú học tập, T trình độ hiểu biết về hệ điều khiển phanuc
Trong quá trình thực nghiệm, tôi đã tiến hành dạy song song hai lớp: lớp thực nghiệm và lớp đối chứng, trong cùng một khoảng thời gian với nội dung và
Sau mỗi bài dạy, giáo viên sẽ gặp gỡ và trao đổi với sinh viên để thu thập kinh nghiệm về việc thực hiện ý đồ kiểm nghiệm Qua các buổi trao đổi này, giáo viên có thể rút ra bài học cho các tiết học sau, đồng thời đánh giá định tính kết quả kiểm nghiệm một cách hiệu quả.
Việc thực nghiệm tiến hành như sau:
Lớp thực nghiệm Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí K1 tại trường Đại học Sao Đỏ là một phần quan trọng trong chương trình đào tạo, nhằm đánh giá hiệu quả của bài giảng và nâng cao năng lực cho sinh viên.
- Lớp đối chứng là lớp Công nghệ kỹ thuật Cơ khí K2 dạy theo chương trình bình thường.
Sau mỗi bài thực hành, sẽ có bài kiểm tra đánh giá định lượng Phương pháp chuyên gia được áp dụng với đối tượng là các giáo viên có trình độ chuyên môn cao và kinh nghiệm trong giảng dạy chuyên ngành cơ khí chế tạo Hội đồng khoa học của nhà trường sẽ gửi các tài liệu liên quan và phiếu xin ý kiến được soạn thảo dưới dạng trắc nghiệm Kết quả thu được sẽ được tác giả phân tích và đánh giá cả về mặt định tính lẫn định lượng.
5.2 Nội dung và tiến hành thực nghiệm
Thực nghiệm được tiến hành tại khoa Cơ khí trường Đại học Sao Đỏ, cụ thể – như sau:
- Lớp thực nghiệm(TN): Công nghệ kỹ thuật cơ khí K1 có 45 sinh viên
- Lớp đối chứng(DC): Công nghệ kỹ thuật cơ khí K2 có 45 sinh viên
Trên cơ sở những bài dạy thực hành phay trên máy tiện CNC Tác giả chuẩn bị bài giảng: Lập trình gia công chi tiết 2D, 3D
Chuẩn bị giáo án và điều kiện giảng dạy cho bài thực hành đã dạy bình thường khác
Chuẩn bị trang thiết bị, đồ dùng dạy học để giảng dạy cho lớp kiểm nghiệm.
5.3 Đánh giá, xử lý kết quả thực nghiệm
5.3.1 Đánh giá định tính - Qua theo dõi tiến trình giảng dạy và ý kiến của các giáo viên dự giờ nơi tác giả tiến hành kiểm nghiệm chuyên môn Cụ thể như sau:
+ Sinh viên học khó khăn, các bước thực hiện còn mơ hồ, không thống nhất và chưa có quy trình chung cho nội dung môn học
Nhiều sinh viên gặp khó khăn trong việc tập trung vào học tập do áp lực tâm lý quá lớn, dẫn đến cảm giác căng thẳng và gò bó trong giờ học Họ thiếu tự tin khi đối mặt với các nhiệm vụ học tập, ảnh hưởng đến hiệu quả học tập của mình.
Bài thực hành được xây dựng kỹ lưỡng với các bước cụ thể và hình ảnh minh họa rõ ràng, giúp sinh viên nhanh chóng nắm vững kiến thức Qua đó, sinh viên có thể liên hệ tổng quát nội dung đã học Không khí lớp học sôi nổi, sinh viên chăm chú và tự tin hơn với các nhiệm vụ mới, từ đó giảm bớt sự nhàm chán và căng thẳng trong quá trình học tập.
Tác giả đã xây dựng các tiêu chí đánh giá mức độ thực hiện yêu cầu của sinh viên, và kết quả được kiểm nghiệm thông qua phương pháp thống kê toán học Các bước thực hiện bao gồm lập bảng thống kê phân phối tần số, tính tần suất sinh viên đạt điểm, xác định các tham số đặc trưng và thực hiện kiểm định.
+ Trung bình cộng tính theo công thức: X= x n i i n
Xi: Điểm đạt được của bài kiểm tra ni: Số bài kiểm tra đạt được điểm xi n: Tổng số sinh viên lớp thực nghiệm và lớp đối chứng
+ Độ lệch chuẩn tính theo công thức: S= n x i ( i X ) n
∑ − x TN −x DC + Hệ số biến thiên theo V: V% = S
+ Hệ số độ lệch thu gọn: ε= 2
Tra bảng độ lệch thu gọn + Hệ số f: f = TN 2 2
Chọn theo mức α = 0,05 để so sánh giá trị các hệ số ε và f giữa tính toán và kết quả trong bảng
+ Vẽ các đường đặc trưng phân phối: Đường tần suất fi=g(xi) và đường hội tụ tiến: fa= h(xi)
- Đánh giá kết quả kiểm tra thực nghiệm
Bảng phân phối ni (số sinh viên đạt điểm xi)
+ Tính trung bình cộng (kỳ vọng x )
Bảng tần suất (số phần trăm sinh viên đạt điểm xi: fi(%)
Bảng tần suất hội tụ tiến (số % sinh viên đạt điểm x i trở lên): f i (%)
Bảng số liệu để tính phương sai, độ lệch chuẩn và hệ số biến thiên của lớp đối chứng xi ni x x i − DC (x x i − DC ) 2 n i *(x x i − DC ) 2
Tổng: 49.98 286.1 Bảng số liệu để tính phương sai, độ lệch chuẩn và hệ số biến thiên của lớp thực nghiệm. xi ni x x i − TN (x x i − TN ) 2 n i *(x x i − TN ) 2
+ Với α 0.05, tra bảng độ lệch thu gọn(TL tr 173) ta có ε = α= 1.98
So sánh thấy ε và εα tức là sự khác nhau giữa x TN và x DC là có ý nghĩa
S = - 1 chứng tỏ điểm số của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng phân bổ ổn định xung quanh x
Dựa trên các số liệu đã tính toán, chúng tôi đã xác định được tần suất (fi) và đường tần suất hội tụ tiến (fi) cho các lớp đối chứng và thực nghiệm.
Hình ảnh minh họa đường tần suất của lớp đối chứng (ĐC) và lớp thực nghiệm (TN) cho thấy sự khác biệt rõ rệt trong các kết quả nghiên cứu Đồng thời, hình ảnh cũng thể hiện đường tần suất lớp hội tụ tiến của lớp đối chứng (ĐC) và lớp thực nghiệm (TN), nhấn mạnh sự tiến bộ trong lớp thực nghiệm so với lớp đối chứng.
- Từ các số liệu tính toán cho thấy điểm trung bình của lớp thực nghiệm cao hơn điểm trung bình của lớp đối chứng x TN −x DC (7.56>5.51)
Các đường tần suất của lớp thực nghiệm luôn nằm bên phải lớp đối chứng, cho thấy điểm số dưới trung bình của lớp thực nghiệm thấp hơn lớp đối chứng, trong khi điểm số trên trung bình của lớp thực nghiệm lại cao hơn lớp đối chứng.
KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 5.1 Mục đích, nhiệm vụ, phương pháp và đối tượng kiểm nghiệm…
GS.TSKH Bành Tiến Long và TS Bùi Trọng Tuyên đã nghiên cứu lý thuyết tạo hình bề mặt và ứng dụng của nó trong kỹ thuật cơ khí, được xuất bản bởi Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam.
2 Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Nguyễn Quang Chí, Lý thuyết tạo hình các bề mặt dụng cụ Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, 2006
3 Trần Văn Địch, Công nghệ CNC, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật 2004.
4 Trần Văn Địch, Nguyễn Trọng Bình, Nguyễn Thế Đạt, Trần Xuân Việt
(2003), Công nghệ chế tạo máy, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội
5 Tăng Huy, Điều khiển số và lập trình trên máy CNC, Nhà xuất bản trường ĐHBK Hà Nội
6 Nguyễn Văn Huyền (2004), Cẩm nang kỹ thuật cơ khí, NXB Xây dựng, Hà Nội
7 Tạ Duy Liêm (2001), Hệ thống điều khiển máy công cụ, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật , Hà Nội.
8 Tạ Duy Liêm, Máy công cụ CNC: Những vấn đề cơ bản về cấu trúc; chức năng vận hành khai thác nhóm máy phay và tiện- –
9 Nguyễn Đắc Lộc (2005), Công nghệ chế tạo máy theo hướng tự động hóa sản xuất, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội
10 Gia công CNC Nhà xuất bản Lao động xã hội 2001
11 Trần Thế San Nguyễn Trọng Phương, Sổ tay lập trình CNC, Thực hành Lập - - trình gia công trên máy CNC, Nhà xuất bản Đà Nẵng
12 Trần Xuân Việt, Giáo trình Công nghệ gia công trên máy điều khiển số, Nhà xuất bản trường ĐHBK Hà Nội 2000.
13 Palei M.M Te khnologia Proizvodstva Rejusevo Inxtrumenta, Moxkava - 1963
14 Liusin; V.S Teoria Vintovux Paverkhnostei I Proektirovanii Rejusik
15 Rodin, P R Oxnovu Formoobrazovania Paverkhnostei Rezaniem, Kiev – Visa Skola – 1977
16 Stephen P Radzevich, 2007, Kinematich Geomatry of Surface Machining, Publisher: CRC Press.