Giao trinh tien CNC

- Lập trình gia công CNC - Lập trình hệ FANUC - Mã G - Code - Các chu trình tiện - Nội suy đường thẳng - Nội suy đường tròn

BÀI 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY CÔNG CỤ CNC

I Quá trình phát triển:

Quá trình phát triển của công nghệ chế tạo và máy cắt kim loại đã trải qua các giaiđoạn:

* Công nghệ thủ công

* Công nghiệp hoá với sự ra đời của ngành chế tạo máy công cụ

* Từ tự động hoá cơ khí sang tự động hoá có sự trợ giúp của máy vi tính (CNC)Sau đây là những mốc quan trọng của quá trình phát triển của máy công cụ điềukhiển số (CNC: Computer Numerical Control), nó gắn liền với quá trình phát triển củacông nghệ điện tử và tin học

Những vị trí được tính ra trên một biên dạng được ghi nhớ vào bìa đục lỗ.Các bìa đục lỗ được đọc ở trên máy một cách tự động

Các vị trí đã được đọc ra phải được thông báo một cách liên tục và bổ xung thêmtính toán cho các giá trị trung gian

Các động cơ SERVO (vô cấp tốc độ) có thể điều khiển được chuyển động của cáctrục

+ Năm1952:

Hãng MIT đã cung cấp chiếc máy phay đầu tiên mang tên CINCINNATIHYDROTEL có trục thẳng đứng Tủ điều khiển lắp bảng bằng bóng điện tử có thể

dịch chuyển đồng thời theo ba trục, nhận dữ liệu thông qua băng đục lỗ nhị phân(Binary Code Punched Band).

+ Năm 1958:

KERNEY và TRECKER liên kết giới thiệu hệ thống thay dụng cụ tự động ATC(Automatic Tool Changer) còn gọi là “Milwaukee Matic”, giới thiệu ngôn ngữ lậptrình biểu trưng đầu tiên APT gắn liền với máy tính IBM704

+ Năm1960:

Hệ điều khiển NC dùng đèn bán dẫn đã thay thế các hệ điều khiển cũ (dùng đènđiện tử) Các nhà chế tạo máy người Đức trưng bày chiếc máy điều khiển NC đầu tiêntại hội chợ HANOVER

+ Năm 1979:

Những khớp nối liên hoàn CAD/CAM thiết kế và chế tạo có trợ giúp của máytính (Computer Aided Design/ Computer Aided Manufacturing)

+ Năm 1980:

Trong khi phát triển của công cụ trợ giúp lập trình tích hợp CNC, bùng nổ một

“Cuộc chiến lòng tin” ủng hộ hay chống đối giải pháp điều khiển qua cấp lệnh bằngtay

+Năm 1984:

Xuất hiện hệ điều khiển CNC có công năng mạnh mẽ được trang bị các công cụtrợ giúp lập trình đồ họa (Graphic) tiến thêm một bước phát triển mới lập trình tại phânxưởng

+ Những năm (1986-1987):

Những giao diện tiêu chuẩn hoá (Standard Interfaces) mở ra con đường tiến tớicác xí nghiệp tự động trên cơ sở hệ thống trao đổi hệ thống thông tin liên thông CIM(Computer Intergrated Manufacturing)

II Các bộ phận chính của máy tiện CNC:

Máy tiện NC có đặc điểm cấu tạo tương tự như máy tiện thông thường

Đối với tiện thông thường khi gia công cắt gọt chi tiết người điều khiển phảitheo dõi vị trí dao cắt, thao tác kịp thời chế tạo ra những chi tiết đạt yêu cầu kỹ thuật

Độ chính xác, năng xuất phụ thuộc vào trình độ tay nghề người điều khiển

Máy CNC hoạt động theo một chương trình đã được lập trình theo một quytắc chặt chẽ phù hợp với quy trình công nghệ được soạn thảo và cài đặt phần mềmtrong máy

Kết quả làm việc của máy CNC không phụ thuộc vào tay nghề của người điềukhiển Lúc này người điều khiển máy chủ yếu đóng vai trò theo dõi và kiểm tra cácchức năng hoạt động của máy

Những nét đặc trưng cơ bản của máy tiện (NC,CNC):

- Tự động hoá cao;

- Tốc độ dịch chuyển, tốc độ quay lớn (> 1000vòng /phút);

- Độ chính xác cao (sai lệch kích thước < 0,001 mm);

- Năng xuất gia công cao gấp 3 lần máy tiện thường;

- Tính linh hoạt cao thích nghi nhanh với các đối tượng gia công phù hợp với sảnxuất loạt nhỏ.

Hình dáng kết cấu của máy tiện NC cũng tương tự máy tiện thông thường, ngoài

ra máy tiện CNC còn có một số đặc điểm riêng sau (Hình 1.1)

Hình 1.1: Cấu tạo bên ngoài của máy tiện CNC

1 Ụ đứng:

Là bộ phận làm việc chủ yếu của máy tạo ra vận tốc cắt gọt Bên trong lắp trụcchính, động cơ bước (điều chỉnh được các tốc độ và thay đổi được chiều quay) Trênđầu trục chính một đầu được lắp với mâm cặp dùng để gá và kẹp chặt chi tiết gia công.Phía sau trục chính lắp hệ thống thuủy lực hoặc khí nén để đóng, mở, kẹp chặt chi tiết

b Truyền động chạy dao:

Động cơ (một chiều, xoay chiều) truyền chuyển động bộ vít me đai ốc bi làm chotừng trục chạy dao độc lập (trục X,Z) Các loại động cơ này có đặc tính động học ưuviệt cho quá trình cắt, quá trình phanh hãm do mô men quán tính nhỏ nên độ chínhxác điều chỉnh cao và chính xác

Bộ vít me / đai ốc/ bi có khả năng biến đổi truyền dẫn dễ dàng ít ma sát, có thểchỉnh khe hở hợp lý khi truyền dẫn với tốc độ cao (Hình 1.2)

Trong đó :

Đường nối giữa bảng điều khiển và CPU

Đường nối giữa CPU với hệ thống động cơ chạy dao

3,4 Đường phản hồi từ động cơ đến CPU

5 Đường nối giữa CPU đến đầu ụ đứng

6 Đường phản hồi từ ụ đứng về CPU

( CPU- Bộ xử lý trung tâm của hệ điều khiển)

Hình 1.2: Hệ thống truyền động chạy dao của máy tiện CNC

,,,,,- Các đường truyền liên hệ giữa các động cơ bộ sử lý

trung tâm (CPU) của hệ điều khiển

2 Mâm cặp:

Quá trình đóng mở và hãm mâm cặp để tháo lắp chi tiết bằng hệ thống thuỷ lực(hoặc khí nén) hoạt động nhanh, lực phát động nhỏ và an toàn Đối với máy tiện CNCthường được gia công với tốc độ rất cao Số vòng quay của trục chính lớn (có thể lêntới 8000 v/ph - khi gia công kim loại màu ) Do đó lực ly tâm là rất lớn nên các mâmcặp thường được kẹp chặt bằng hệ thống thuỷ lực (hoặc khí nén) tự động

3 Ụ động:

Bộ phận này bao gồm nhiều chi tiết dùng để định tâm và gá lắp chi tiết, điềuchỉnh, kẹp chặt nhờ hệ thống thuỷ lực (hoặc khí nén)

4 Hệ thống bàn xe dao:

Bao gồm hai bộ phận chính sau:

a Giá đỡ ổ tích dao: (Bàn xe dao)

Bộ phận này là bộ phận đỡ ổ chứa dao thực hiện các chuyển động tịnh tiến ra, vàosong song, vuông góc với trục chính nhờ các động cơ bước (các chuyển động này đãđược lập trình sẵn)

b Ổ tích dao: (Đầu Rơvonve)

Máy tiện CNC thường dùng hai loại sau:

- Đầu Rơ von ve có thể lắp từ 10 đến 12 dao các loại;

- Các ổ chứa dao trong tổ hợp gia công với các bộ phận khác (đồ gá thay đổi dụngcụ)

+ Đầu Rơvonve cho phép thay nhanh dao trong một thời gian ngắn đã chỉ định,còn ổ chứa dao thì mang một số lượng lớn dao mà không gây nguy hiểm, va chạmtrong vùng làm việc của máy tiện

Trong cả hai trường hợp chuôi của dao thường được kẹp trong khối mang dao tạinhững vị trí xác định trên bàn xe dao Các khối mang dao phù hợp với các giá đỡ daotrên máy tiện và được tiêu chuẩn hoá

Các kết cấu của đầu Rơvonve tùy thuộc vào công dụng và yêu cầu công nghệ củatừng loại máy

Bao gồm các đầu Rơvônve (kiểu chữ thập, các đầu Rơvônve kiểu chữ thập kiểuđĩa kiểu hình trống)

Phổ biến đầu Rơvonve của các loại máy tiện CNC có kết cấu như hình1.3

Đầu rơ-von-ve có thể lắp được các loại dao: Tiện, phay, khoan, khoét, cắt ren…được tiêu chuẩn hoá phần chuôi có thể lắp lẫn và lắp ghép với các đồ gá ở trên đầu rơ-vôn-ve

+ Ổ chứa dụng cụ dùng cho máy tiện CNC

Các ổ chứa dao cụ thường được sử dụng ít hơn so với đầu rơ-vôn-ve vì việc thayđổi dụng cụ khó khăn so với các cơ cấu của đầu rơ-vôn-ve Song ổ chứa có ưu điểm là

an toàn, ít gây ra va chạm trong vùng gia công, dễ dàng ghép nối một số lớn các dụng

cụ một cách tự động mà không cần sự can thiệp bằng tay

Hình 1.3 Hệ thống gá đặt dụng cụ

5 Bảng điều khiển:

Bảng điều khiển là nơi thực hiện giao diện giữa người với máy Kết cấu của bảng

có thể khác nhau tùy thuộc vào nơi sản xuất Thông thường bảng điều khiển của máytiện CNC có cấu tạo như sau:

Gồm có màn hình CRT giống như màn hình máy tính và một bàn phím gồm cácnút chức năng dùng để nhập các dữ liệu, bản vẽ… Các dữ liệu này được chuyển vàomáy và dùng nó để mở các thực đơn điều khiển các chức năng vận hành máy Trongmáy NC các bảng điều khiển được thiết kế riêng rẽ và được lắp trên máy Người điềukhiển máy ở một vị trí làm việc nhất định như hình (1.7)

giá trị số vào bộ điêù khiển CNC–INPUT Nút huỷ bỏ những địa chỉ và giá trị sốCANCEL, ngoàii ra còn các nút: di chuyển con trỏ, nút thay đổi trang màn hình, nútthay đổi NC/PC, nút tính toán CALCULATION, nút dùng để nhập khoảng trống AUX(AUXILIARY).

b Vùng điều khiển các chức năng vận hành, gia công

- Chế độ soạn thảo: EDITION MODE;

- Chế độ điều khiển nhớ: MEMORY OPERATION MODE;

- Chế độ điều khiển MDI-MDI OPERATION MODE;

- Các hệ thống công tắc (làm vô hiệu hoá các chức năng và cung cấp nhanh, chọnlọc);

- Các công tắc: Chạy và thực hiện từng câu lệnh, khoá các chế độ làm việc củamáy, chạy khô

Hình (1.4) Bảng điều khiển máy tiện CNC

6 Một số thiết bị ngoài:

Các thiết bị bên ngoài có khả năng giúp người thợ hoàn thành các công việc mộtcách độc lập, mở rộng các chức năng hoạt động của máy

Gồm có các thiết bị:

a Thiết bị đo dao:

Là một thiết bị dùng để đo vị trí khoảng cách của các dao cụ, với dụng cụ đo đóthì các sai số giữa vị trí chi tiết gia công tới các khoảng cách dao được xác định chínhxác

Có 2 loại thiết bị đo:

- Thiết bị đo điện tử

- Thiết bị đo quang học

b Hệ thống đo tự động chi tiết:

Là thiết bị đo tự động từ tính toán đến xác định kích thước bù dao hoàn toàn tựđộng

Hình (1.5) là một ví dụ về hệ thống dao và khả năng phối hợp các công nghệ giacông chi tiết của các dao cụ trên máy tiện CNC

Hình (1.5): Hệ thống dao chủ yếu gia công trên máy tiện CNC

BÀI 2: LẬP TRÌNH CHO MÁY TIỆN CNC

I Đặc điểm, đặc trưng của máy tiện CNC:

Để xác định các vị trí của các bộ phận máy trong quá trình chuyển động, vềnguyên tắc, ta cần phải gắn chúng vào những hệ trục toạ độ Để thống nhất việc lậptrình, người ta quy ước như sau:

+ Dụng cụ cắt thực hiện chuyển động tiến dao, còn chi tiết đứng yên

+ Các chuyển động tịnh tiến được biểu diễn theo hệ trục toạ độ vuông góc X,Y,Z.Chiều của chúng được xác định theo quy tắc bàn tay phải

1 Hệ trục tọa độ:

Hệ thống trục toạ độ trên máy tiện được xác định theo quy tắc bàn tay phải Cácchuyển động chính của máy tiện CNC được thiết lập theo các trục tọa độ X,Z (theoquy tắc bàn tay phải, ngón tay cái là trục, ngón tay giữa là trục Z) (Hình 2.1)

Hình (2.1): Hệ trục tọa độ theo qui tắc bàn tay phảiTheo quy tắc bàn tay phải:

+ Trục Z trùng với trục chính của máy Chiều dương của trục Z (+Z) luôn luônchạy ra khỏi bề mặt gia công, chiều âm (-Z ) là chiều ăn sâu vào vật liệu

+ Trục X là trục vuông góc với trục Z trong mặt phẳng nằm ngang Chiều dươngcủa của trục (+X) là chiều hướng từ tâm chi tiết đến dụng cụ cắt, chiều âm (- X) làchiều ngược lại (Hình 2-2)

Hệ thống tọa độ này liên quan mật thiết với các chi tiết gia công trên máy tiệnCNC

Khi lập trình được quy ước rằng:

* Dụng cụ cắt chuyển động tương đối so với hệ thống trục tọa độ, còn chi tiếtđứng yên

Hình (2.1): Các trục tọa độ trên máy tiện CNC

2 Các điểm chuẩn:

Để điều khiển chuyển động tiến dao ta phải xác định được chính xác vị trí củatừng điểm trên quỹ đạo chuyển động của nó Như vây, sau khi đã xác lập các hệ trụctọa độ vấn đề tiếp theo là phải gắn các trục tọa độ vào các vị trí thuận lợi trong phạm

vi không gian làm việc của máy Đó chính là công việc chọn gốc tọa độ

a Điểm gốc của máy: (điểm O, ký hiệu M)

Điểm gốc của máy là điểm cố định do nhà chế tạo đã xác lập ngay từ khi thiết kếmáy Nó là điểm chuẩn để xác định vị trí các điểm khác như gốc toạ độ của chi tiết(W); chuẩn đo ( R) …

Đối với máy tiện, điểm M thường chọn là giao điểm của trục Z với mặt phẳng đầucủa trục chính

b Điểm gốc của chi tiết: (điểm O, ký hiệu W)

Trước khi lập trình, người lập trình phải chọn điểm gốc toạ độ “điểm O của chi

tiết, để xuất phát từ điểm gốc này mà xác định vị trí của các điểm trên đường bao củachi tiết; Tuy nhiên cần phải xác định sao cho các kích thước trên bản vẽ gia công cũngđồng thời là các giá trị toạ độ Hình (2-3) là một số ví dụ về việc chọn điểm (W)

c Điểm gốc tọa độ của chương trình: (ký hiệu P)

Là điểm mà dụng cụ cắt sẽ ở đó trước khi bắt đầu gia công Để hợp lý nên chọn

điểm Po sao cho chi tiết gia công hoặc dụng cụ cắt có thể gá lắp hay thay đổi một cách

dễ dàng Điểm này được viết ngay ở đầu chương trình, căn cứ vào đó để đặt dụng cụcắt trước khi chạy chương trình gia công (Hình 2-3)

d Điểm chuẩn của máy: (ký hiệu R)

Trong hệ thống máy đo dịch chuyển, các giá trị đo thực sẽ mất đi khi có sự cố mấtđiện Trong những trường hợp này, để đưa hệ thống đo trở lại trạng thái đã có trước thì

phải đưa dụng cụ cắt tới điểm R Điểm chuẩn R có một khoảng cách so với điểm gốccủa máy

Hình (2.3): Điểm (W) của một số chi tiết và điểm (Po)

e Điểm cắt của dao: (ký hiệu P)

Điểm này là điểm đỉnh dao thực hay lý thuyết Nó chính là mũi dao

bằng chữ

Điểm O của máy M

Mỗi một chương trình NC bao giờ cũng được bắt đầu bằng một ký hiệu chươngtrình Tuỳ thuộc vào nơi sản xuất hệ điều khiển, các ký hiệu chương trình có thể là cácchữ số và các chữ cái.

Một chương trình gia công trên máy NC bao giờ cũng gồm có 3 phần: Đầuchương trình; Thân chương trình; Cuối chương trình

a Mở đầu chương trình:

Bao gồm các lệnh như: Tên chương trình; khai báo điểm bắt đầu của dụng cụ cắt

(hay còn gọi là điểm (O) của chương trình, chọn dụng cụ cắt, chọn tốc độ trục chính).

Ví dụ:

O 001; (ký hiệu của chương trình)

G50 X200 Z150; (vị trí của dụng cụ trước khi gia công)

Chữ cái: gồm các chữ cái từ A,B, C… X,Y,Z

* Một khối lệnh có cấu trúc như sau:

N5 G01 X20 Z30 F0.2 T0101 M03 M08;

Số câu lệnh Thông tin dịch chuyển Thông tin vận hành máy

Gồm: - Số câu lệnh

- Thông tin dịch chuyển

- Thông tin vận hành máy

Cuối câu lệnh bao giờ cũng có dấu chấm phảy (;)

a Số thứ tự câu lệnh:

Số thứ tự câu lệnh bao gồm một chữ cái N (Number) và một số tự nhiên đứngđằng sau Số thứ tự câu lệnh giúp ta tìm dễ dàng các câu lệnh trong bộ nhớ của hệthống điều khiển, hay trong trường hợp cần sử dụng các lệnh lặp, chu trình…

b Thông tin dịch chuyển:

Bao gồm mã dịch chuyển G, kèm theo các con số chỉ kiểu dịch chuyển.

Ví dụ:

G00  dịch chuyển dao nhanh

G01  dịch chuyển dao theo đường thẳng

G02  dịch chuyển dao theo cung tròn cùng chiều kim đồng hồ Các giá trị toạ

độ X, Z kèm theo các con số chỉ vị trí cần dịch chuyển đến của dụng cụ cắt

Chú ý : Sau các con số phải có dấu chấm (.) để chỉ giá trị đó tính bằng mm.

Các chức năng của mã G được thống kê trong bảng sau:

Mã

tiêu chuẩn

Mã đặc biệt

ngắn )

2 Chạy dao nhanh không cắt gọt: G00

Với dạng điều khiển này, dịch chuyển nhanh dụng cụ cắt từ điểm hiện tại của nóđến điểm tiếp theo đã được lập trình với một tốc độ chạy dao tối đa (chạy dao nhanhkhông cắt).

Hệ điều khiển sẽ cho máy chạy từng trục một đến từng điểm đã cho trong câulệnh

Dạng điều khiển này chủ yếu để dịch chuyển dao nhanh

 Mẫu câu lệnh :

Lệnh vị trí Giá trị chuyển dịch theo trục Z

Giá trị dịch chuyển theo trục X hay

tọa độ điểm đích tính theo phương X

được lấy theo giá trị đường kính

* Trong hệ toạ độ tương đối, dấu dương và âm của các giá trị tọa độ theo phương(U,W) được xác định theo sơ đồ sau:

* Chú ý: Đối với máy tiện CNC, khi sử dụng G00 thì dao luôn dịch chuyển theo

phương hợp với trục Z hoặc trục W một góc  26o

Dao di chuyển nhanh không cắt

Dao di chuyển cắt với tốc độ cắt (lượng chạy dao)

Z-23 F0.2;

G00 U1 Z20.;  Dao di chuyển nhanh không cắt từ điểm (9) (10)

X200 Z150 M09;  Dao di chuyển nhanh không cắt trở về điểm ban đầu

M01;

* Chú ý:

Không được quên dấu chấm (.) sau các giá trị tọa độ là số nguyên Được phép bỏ

dấu chấm sau các giá trị tọa độ là số thập phân và giá trị không (0)

Nếu bỏ dấu chấm thì hệ điều khiển hiểu rằng đơn vị của giá trị dịch chuyển theocác trục toạ độ là micrômét (m)

 Mẫu câu lệnh:

G01 X (U) Z(W) F ;

Giá trị lượng chạy dao

Giá trị toạ độ theo trục Z

Giá trị dịch chuyển theo trục X hay

tọa độ điểm đích tính theo phương X,

được lấy theo giá trị đường kính

Nội suy đường thẳng

Hình 2.5 Lập trình sử dụng G01Dao di chuyển nhanh không cắt

Dao di chuyển cắt với tốc độ cắt (lượng chạy dao)

G01 Z0 F0.1;  Dao di chuyển đến điểm (2) để chuẩn bị cắt mặt đầu

với lượng chạy dao 1 mm/v

X30 F0.15;  Dao cắt mặt đầu với lượng chạy dao

với lượng chạy dao 0.15 mm/v

G00 X50 W1.;

G01 X54 Z-1.;  Dao cắt dọc theo đường cắt từ (4)  (5)

với lượng chạy dao 0.15 mm/v

Z-5.;  Dao cắt dọc theo đường cắt từ (5)  (6)

T0101

với lượng chạy dao 0.15 mm/v

X56.8;  Dao cắt dọc theo đường cắt từ (6)  (7)

X59.8 Z-6.5;  Dao cắt dọc theo đường cắt từ (7)  (8)

với lượng chạy dao 0.15 mm/v

Z-23 F0.2;  Dao cắt dọc theo đường cắt từ (8)  (9)

với lượng chạy dao 0.2 mm/v

Lập lệnh dịch chuyển dao theo đường cắt sau (Hình 2.5):

(A)(B)( C)(D) (E) ( F) (G)(H) (I)(A)

Hình (2.5)

Lập trình gia công theo đường cắt (Hình 2.6):

Từ điểm (A)  (B)  …  (G)  (A)

4 Lệnh cắt cung tròn: (G02,G03)

Với dạng điều khiển này, dao cắt sẽ dịch chuyển theo cung tròn từ điểm

hiện tại tới điểm đích với lượng chạy dao đã được xác định

Mẫu câu lệnh:

G02 (G03) X(U) Z(W) R F ;

Giá trị toạ độ theo trục X

Lệnh dịch chuyển theo đường tròn

Mẫu câu lệnh viết theo thông số nội suy vòng tròn:

G02 (G03) X(U) Z(W) I K F ;

Khoảng cách từ điểm bắt đầu của cung

tròn đến tâm cung tròn theo phương X

Dịch chuyển dao theo đường cung tròn cùng chiều kim đồng hồ

Khoảng cách từ điểm bắt đầu của cung tròn đến tâm cung tròn theo phươngZ

Hình (2.8)Chương trình :

 Dao cắt dọc theo cung tròn từ