BÀI GIẢNG - Công nghệ gia công CNC (Đỗ Lê Hưng Toàn).pdf

BÀI GIẢNG - Công nghệ gia công CNC (Đỗ Lê Hưng Toàn).pdf BÀI GIẢNG - Công nghệ gia công CNC (Đỗ Lê Hưng Toàn).pdf BÀI GIẢNG - Công nghệ gia công CNC (Đỗ Lê Hưng Toàn).pdf BÀI GIẢNG - Công nghệ gia công CNC (Đỗ Lê Hưng Toàn).pdf BÀI GIẢNG - Công nghệ gia công CNC (Đỗ Lê Hưng Toàn).pdf

Khoa Cơ khí

TS Đỗ Lê Hưng Toàn dlhtoan@dut.udn.vn

Chuẩn đầu ra học phần

➢Nắm vững và phân biệt được các loại máy công cụ CNC, các tính năng cụ thể của máy như về số lượngdao được sử dụng, khả năng gia công các loại bề mặt của chi tiết và lựa chọn được máy gia công theoyêu cầu của chi tiết cần lập chương trình

➢Biết cách điều chỉnh máy công cụ CNC để có thể gia công được một chi tiết theo chương trình đã đượcthiết lập cụ thể

➢Biết được cách lựa chọn các loại dao tương thích cho từng đoạn biên dạng, các bề mặt gia công cụ thể, biết cách hiệu chỉnh các thông số bù dao và hiệu chỉnh bán kính dao khi dao bị mài mòn

➢Thực hiện việc phân tích và so sánh khi lựa chọn các điểm gốc, điểm chuẩn hợp lý và thiết lập được

chương trình gia công cho nguyên công cụ thể

Nội dung (2TC lý thuyết)

❖ Phần I: Nhập môn CNC

❖ Phần II: Máy công cụ ứng dụng công nghệ điều khiển số (CNC)

❖ Phần III: Các loại dao được dung trên máy CNC

❖ Phần IV: Lập quy trình công nghệ gia công trên máy CNC

❖ Phần V: Điều chỉnh máy gia công

Tài liệu tham khảo

[1] Châu Mạnh Lực Công nghệ gia công trên máy CNC Đại học Đà Nẵng, 2007

[2] Đoàn Thị Minh Trinh: Lập trình CNC Nhà xuất bản thống kê, 2005

[3] Trần Văn Địch: Công nghệ lập trình CNC NXB KH&KT Hà Nội, 2006

[4] PGS.TS Lưu Đức Bình; ThS Trần Phước Thanh; ThS Trần Minh Thông: Thực hành

lập trình gia công trên máy CNC NXB Khoa học và kỹ thuật, 2020

PHẦN I

Nhập môn CNC

Chương 1 Lịch sử phát triển của công nghệ gia công trên các máy CNC

Chương 2 Nhu cầu của công nghệ gia công trên các máy CNC

Chương 3 Các khái niệm cơ bản

➢ 1938 Claude Shannon bảo vệ luận án tiến sỹ ở viện công nghệ MIT nội dung tính toán chuyển giao

dữ liệu dạng nhị phân - nền tảng cơ sở của máy tính ngày nay

➢ 1946 tiến sỹ John W Mauchly đã cung cấp máy tính số điện tử đầu tiên có tên ENIAC cho quân đội

Mỹ

➢ 1952 Viện MIT cho ra đời máy công cụ điều khiển số đầu tiên (CINCINNATI HYDROTEL) gồm nhiều

đèn điện tử với chức năng nội suy đường thẳng đồng thời theo 3 trục và nhận dữ liệu thông qua

băng đục lỗ mã nhị phân

➢ 1957 Không quân Mỹ đã trang bị những máy NC đầu tiên ở xưởng

➢ 1958 Ngôn ngữ lập trình tự động hoá đầu tiên (APT) được giới thiệu trong quan hệ liên kết với máy

tính IBM 704

➢ 1960 Kỹ thuật bán dẫn thay thế cho hệ thống điều khiển xung rơle, đèn điện tử

➢ 1965 Giải pháp thay dụng cụ tự động ATC ( Automatic Tool Changer)

➢ 1968 Kỹ thuật mạch tích hợp IC ra đời có độ tin cậy cao hơn

➢ 1972 Hệ điều khiển NC đầu tiên có lắp đặt máy tính nhỏ…

➢ 1976 Hệ vi xử lý tạo ra một cuộc cách mạng trong kỹ thuật CNC

➢ 1978 Các hệ thống gia công linh hoạt (FMS) được tạo lập

➢ 1979 Những giải pháp kết nối liên hoàn CAD/CAM đầu tiên xuất hiện

➢ 1985 Trung tâm gia công (MC) cơ khí đầu tiên là Máy có tên"Milwaukee Magic" Công ty Carney &

Treker (Mỹ) sản xuất

➢ 1986/1987 Giải pháp tích hợp và tự động hoá sản xuất (CIM)

➢ 1994 Khép kín chuỗi quá trình CAD/CAM-CNC

➢ Ngày nay các máy công cụ CNC đã hoàn thiện hơn với tính năng vượt trội có thể gia công hoàn

chỉnh chi tiết trên một máy gia công, với số lần gá đặt ít nhất Đặc biệt chúng có thể gia công các chi

➢ Ngày nay, các máy CNC đã có mặt ở hầu hết các ngành công nghiệp Là lĩnh vực mới có sự kết hợp

chặt chẽ giữa máy tính và máy công cụ, điều khiển các hoạt động gia công trên máy dựa vào việc khaithác các thành tựu kỹ thuật số hiện đại, mở ra nhiều triển vọng phát triển sản xuất

➢ Tùy mục đích sử dụng và phạm vi ứng dụng của từng loại máy công cụ CNC có thể khác, các lợi ích

mà các máy này mang lại khá giống nhau

➢ Lợi ích đầu tiên của máy CNC là nâng cao mức độ tự động hóa

▪ Giảm bớt hay loại trừ sự tham gia trực tiếp của con người vào quá trình chế tạo

▪ Không cần đến sự can thiệp của người thợ, như vậy giúp làm giảm rủi ro và lỗi sai sót của người

thợ gây ra

▪ Thời gian máy hoạt động cho mỗi sản phẩm hầu như được xác định

▪ Máy hoạt động tự động theo chương trình nên không yêu cầu bậc thợ cao mỗi khi gia công các chi

tiết phức tạp như trên máy truyền thống

➢ Lợi ích thứ hai của công nghệ CNC là cung cấp sản phẩm có độ đảm bảo và tin cậy cao

▪ CNC sử dụng ngôn ngữ xử lý để điều khiển chuyển động của dụng cụ cắt hoặc chi tiết được gia

công hoặc cả hai

▪ Chương trình chứa đựng thông tin về máy gia công và dụng cụ cắt, kích thước chi tiết gia công (từthô đến tinh), và các tham số gia công (tốc độ cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt)

▪ Máy NC có thể gia công hàng loạt chi tiết trùng lặp nhau, và chi tiết sản xuất sau giống hệt chi tiếtđược sản xuất trước đó Độ đồng đều và chất lượng được cải thiện nhiều so với gia công thông

thường

➢ Một lợi ích nữa của các máy CNC mang lại là tính linh hoạt

▪ Trên một máy có thể gia công được nhiều chi tiết khác nhau tùy vào chương trình được thiết lập

▪ Có thể lưu, sửa đổi và sử dụng chương trình cho lần khác khi cần đến, làm đa dạng mặt hàng

▪ Không phải mất nhiều thời gian chuẩn bị để gia công trên các máy CNC, làm tăng năng suất, phùhợp với sản xuất hàng loạt và hiện đại

3.1 Hệ trục tọa độ và trục NC

➢ Các trục điều khiển số (hay trục NC) là các hướng chuyển động chính (thẳng, quay) mà theo các

hướng đó thì chuyển dịch tương đối giữa máy, dao và phôi được thực hiện và điều khiển bằng các

lệnh NC

➢ Trong quá trình gia công, các điểm liên tiếp nhau mà dao cắt đi tới phải được xác định trong chương

trình NC

➢ Để mô tả vị trí của các điểm này trong vùng làm việc, người ta dùng một hệ tọa độ gồm 3 trục vuông

góc từng đôi một X, Y, Z giao với nhau tại điểm gốc O Với hệ tọa độ trên, bất kỳ điểm nào cũng đềuđược xác định thông qua các hệ tọa độ của nó Hệ tọa độ máy do nhà chế tạo máy xác định, thông

thường nó không thể bị thay đổi

3.1 Hệ trục tọa độ và trục NC

➢ Để xác định nhanh chiều của các trục tọa độ, ta có thể dùng quy tắc bàn tay phải

➢ Khi lập trình người ta quy ước rằng dụng cụ chuyển động tương đối so với hệ thống tọa độ, còn chi tiết

đứng yên

➢ Trên các máy công cụ điều khiển theo

chương trình số còn có các trục quay như: trục của bàn quay, ụ quay

➢ Các trục này được ký hiệu bằng các chữ

A, B và C, và có số thứ tự tương ứng với các trục tịnh tiến X, Y và Z Chiều quay dương của một trục được xác định theo quy tắc vặn nút chai

3.1 Hệ trục tọa độ và trục NC

➢ Trên các máy CNC ngoài các trục X, Y, Z còn có các trục tọa độ

khác song song với chúng

➢ Các trục này được ký hiệu là U, V, W, trong đó U//X, V//Y và

W//Z

➢ Nếu có các trục khác nữa song song với trục chính X, Y, Z thì

các trục này ký hiệu là P, Q, R trong đó P//X, Q//Y, R//Z

3.1 Hệ trục tọa độ và trục NC

3.1 Hệ trục tọa độ và trục NC

3.2 Phần cứng

Những phần cứng cơ bản của hệ điều khiển số:

➢ CPU (Central Processing Unit)

➢ Thiết bị nhập dữ liệu

➢ Thiết bị xuất dữ liệu

➢ Thiết bị nhớ dữ liệu

3.3 Phần mềm

➢ Phần mềm cho phép điều khiển phần cứng để khai thác khả năng của hệ thống

➢ Phần mềm vận hành (operating software) thực hiện chức năng giám sát logic, biên tập phỏng đoán…

➢ Phần mềm giao diện/ kết nối (interface software)

➢ Phần mềm ứng dụng (application software)

3.4 Các dạng điều khiển

➢ Về cơ bản là giống với máy công cụ truyền thống, nhưng đã được số hóa và tin học hóa để có thể

điều khiển các chuyển động công tác của máy bằng các lệnh được đưa vào hệ thống CNC

➢ Tùy theo yêu cầu của từng loại máy và từng loại cơ cấu điều khiển, hệ điều khiển mà có thể phân

thành 3 loại cơ bản:

▪ Điều khiển điểm - điểm,

▪ Điều khiển đoạn thẳng

3.4.1 Điều khiển điểm - điểm

➢ Trong quá trình gia công, người ta cho định vị nhanh dụng cụ đến tọa độ yêu cầu và trong quá trình

dịch chuyển nhanh dụng cu, máy không thực hiện việc cắt gọt

➢ Chỉ đến khi đạt được tọa độ theo yêu cầu nó mới thực hiện các chuyển động cắt gọt, ví dụ như

khoan lỗ, khóet, doa hoặc có thể làm những công việc khác ví dụ như ở trên các máy hàn điểm thì

nó thực hiện quá trình hàn và trên các máy đột, dập thì nó thực hiện viêc đột, dập lỗ

3.4.1 Điều khiển điểm - điểm

• Ví dụ: Khi gia công 2 lỗ A và B có tọa độ xA,yA và xB, yB trong hệ tọa độ xoy:

➢ Điều khiển dụng cụ dịch chuyển nhanh đến điểm A (xA, yA)

➢ Thực hiện việc gia công lỗ A

➢ Dịch chuyển nhanh dụng cụ đến điểm B (xB, yB) để gia công lỗ B

3.4.1 Điều khiển đoạn thẳng

➢ Dụng cụ sẽ thực hiện các chuyển động cắt gọt trong

quá trình dịch chuyển song song theo các trục tọa độ

➢ Ví dụ: khi phay các bề mặt song song với các trục toạ

độ hoặc khi tiện các chi tiết mà dụng cụ cắt thực hiện

các chuyển động cắt gọt theo phương trục Z và trục X

3.4.1 Điều khiển đường (biên dạng – contour)

➢ Tùy thuộc vào đường được điều khiển là phẳng hay không gian mà người ta có thể bố trí số trục

được điều khiển đồng thời là khác nhau Từ đó cũng xuất hiện thuật ngữ máy 2 trục, máy 3, 4, 5 trục

➢ Để chuẩn hóa việc sử dụng thuật ngữ, người ta thường sử dụng thuật ngữ máy điều khiển 2D, 2D1

2, 3D, 4D và 5D (Dimension)

3.4.1 Điều khiển đường

(a) Điều khiển 2D

➢ Cho phép dịch chuyển dụng cụ trong một mặt phẳng nhất định nào đó

3.4.1 Điều khiển đường

(b) Điều khiển 2D1

2

➢ Cho phép dịch chuyển dụng cụ theo 2 trục đồng thời

để tạo nên một đường cong phẳng, còn trục thứ 3

được điều khiển chuyển động độc lập

➢ Điều khác biệt của phương pháp điều khiển này so

với điều khiển 2D là 2 trục được điều khiển đồng thời

thể được đổi vị trí cho nhau(hoặc trong mặt phẳng

3.4.1 Điều khiển đường

(c) Điều khiển 3D

➢ Cho phép dịch chuyển dụng cụ theo 3 trục đồng thời để

tạo nên một đường cong hay một mặt cong không gian

bất kỳ

➢ Tương ứng với quá trình điều khiển đồng thời cả 3 trục

của máy theo một quan hệ ràng buộc nào đó tại từng thời

điểm để tạo nên vết quỹ đạo của dụng cụ theo yêu cầu

Phay túi trên máy 3D

3.4.1 Điều khiển đường

(d) Điều khiển 4D, 5D

➢ Trên cơ sở của điều khiển 3D, người ta còn bố trí cho dụng cụ hoặc chi tiết có thêm 1 (hoặc 2)

chuyển động quay xung quanh 1 trục nào đó theo một quan hệ ràng buộc với các chuyển động trên

các trục khác của máy 3D

➢ Các bề mặt phức tạp hay các bề mặt có trục quay có thể được thực hiện dễ dàng hơn so với khi gia

công trên máy 3D

3.4.1 Điều khiển đường

➢ Tùy thuộc vào yêu cầu bề mặt gia công cụ thể mà có thể lựa chọn máy thích hợp vì máy càng phức

tạp thì giá thành máy càng cao và cần phải bổ sung thêm nhiều công cụ khác như các phần mềm

CAD/CAM hỗ trợ lập trình

➢ Máy càng phức tạp thì tính an toàn trong quá trình vận hành và sử dụng máy càng thấp

➢ Để sử dụng được các máy 4D hoặc 5D, người điều khiển trước hết đã sử dụng rất thành thạo các

máy điều khiển theo chương trình số 2D và 3D

➢ Máy phức tạp hơn có thể hoàn toàn đảm nhiệm được vai trò của máy đơn giản hơn

PHẦN II

MÁY CÔNG CỤ ỨNG DỤNG

CÔNG NGHỆ ĐIỀU KHIỂN SỐ

(MÁY CNC)

Chương 1 Phân loại máy CNC

Chương 2 Cấu trúc máy CNC

Chương 3 Các thành phần chính của máy CNC

Chương 4 Các hệ thống tọa độ và điểm gốc, điểm chuẩn

Máy CNC (Computer Numerical Control) là máy công cụ được trang bị hệ thống điều khiển tự

động theo chương trình, để có thể đạt được mục đích gia công và sản xuất hàng loạt các chi tiết phức tạp một cách chính xác

Có nhiều loại máy CNC, có thể được phân loại theo:

➢ Chức năng

➢ Dạng điều khiển

➢ Số trục

1.1 Phân loại theo chức năng

1.2 Phân loại theo dạng điều khiển

➢ Điểm – điểm

➢ Đoạn thẳng

➢ Theo biên dạng

1.3 Phân loại theo số trục

Máy CNC nói chung có thể được chia thành năm nhóm theo số trục:

2.1 Cấu trúc tổng thể

Một máy CNC đều phải có những bộ phận cơ

bản gồm 2 phần chính:

➢ Phần chấp hành: Đế máy, thân máy, bàn

máy, bàn xoay, trục vít me bi, ổ tích dụng cụ,

cụm trục chính và băng dẫn hướng

➢ Phần điều khiển: các loại động cơ, các hệ

thống điều khiển và máy tính trung tâm

2.1.1 Phần chấp hành

➢ Thân máy và đế máy: Bên trong chứa hệ thống điều khiển, động cơ của trục chính và rất nhiều hệ

thống khác

➢ Bàn máy: Nơi để gá đặt chi tiết gia công hay đồ gá

Đa số trên các máy CNC hay trung tâm gia công hiện đại thì bàn máy đều là dạng bàn máy xoay

được, có ý nghĩa như trục thứ 4, thứ 5 của máy

➢ Cụm trục chính: Nơi lắp dụng cụ, chuyển động quay của trục chính sẽ sinh ra lực cắt để cắt gọt phôi

trong quá trình gia công

Trục chính được điều khiển bởi các động cơ Thường sử dụng động cơ Servo theo chế độ vòng lặpkín, bằng công nghệ số để tạo ra tốc độ điều khiển chính xác và hiệu quả cao dưới chế độ tải nặng

2.1.1 Phần chấp hành

➢ Băng dẫn hướng: Hệ thống thanh trượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng cho các chuyển động

của ban theo X, Y và chuyển động theo trục Z của trục chính

➢ Trục vít me, đai ốc: Trong máy công cụ điều khiển số người ta thường sử dụng hai dạng vit me cơ

bản: vít me đai ốc thường và vít me đai ốc bi

➢ Ổ tích dụng cụ: Dùng để tích chứa nhiều dao phục vụ cho quá trình gia công.

➢ Các xích động của máy: Tất cả các đường chuyền động đến từng cơ cấu chấp hành của máy công

cụ điều khiển số đều dùng những nguồn động lực riêng biệt, có 2 loại cơ bản: Xích động học tốc độ

2.1.2 Phần điều khiển

➢ Các cụm điều khiển chính trên máy CNC

▪ Cụm điều khiển máy MCU (Machine Control Unit): được hình thành trên cơ sở thiết bị điều khiển

điện tử, thiết bị vào ra và các thiết bị số Lệnh CNC thực hiện bên trong bộ điều khiển sẽ thông báo cho mô tơ chuyển động quay đúng số vòng cần thiết → trục vit me bi quay đúng số vòng quay tương ứng → chuyển động thẳng của bàn máy và dao

▪ Cụm dẫn động (Driving Unit): là tập hợp những động cơ, sensor phản hồi, phần tử điều khiển,

khuếch đại và các hệ dẫn động

2.2 Máy tiện CNC

➢ Ngoài các nguyên công tiện tiêu chuẩn trên máy tiện công cụ vạn năng, máy tiện CNC được thiết kế

để lắp nhiều dụng cụ cắt trong ổ chứa dao

➢ Một số máy có thể được trang bị đồ gá phay, mâm cặp phân độ tự động, ụ động lập trình được…

➢ Có thể thực hiện nhiều nguyên công trong một lần xác lập máy, đa số các nguyên công đó trước đây

thực hiện trên máy phay công cụ truyền thống như khoan, khoét, doa…

➢ Có khả năng thực hiện các nguyên công gia công được thực hiện trên trung tâm gia công khi được

2.2 Máy tiện CNC

➢ Có thể phân loại theo hai kiểu:

▪ Kiểu thiết kế: hai kiểu cơ bản là máy tiện trục đứng và máy tiện trục ngang

▪ Kiểu trục: sự phân biệt cơ bản giữa các máy tiện là số lượng trục có thể lập trình Tính linh hoạt và

khả năng công nghệ tăng theo số lượng trục của máy

2.2.2 Máy tiện CNC 3 trục (EMCO - Concept Turn 250)

2.2.3 Máy tiện CNC 4 trục

2.2.3 Máy tiện CNC 4 trục

2.2.4 Máy tiện CNC Miyano BNS51

➢ Cải thiện hiệu suất thông qua việc gia công đồng

thời

➢ Có thể thực hiện gia công đồng thời 3 dao thông

qua hệ điều khiển chồng lên nhau

➢ Được trang bị hai ổ chứa dao, mỗi ổ chứa 12 dao

để đáp ứng linh hoạt cho nhiều nhu cầu gia công

khác nhau

2.2.4 Máy tiện CNC Miyano BNS51

➢ Trục chính nằm theo phương thẳng đứng trùng với trục Z

➢ Bàn máy bố trí vuông góc với trục chính và thực hiện hai

chuyển động X (chạy dọc) và Y (chạy ngang)

2.3 Máy khoan CNC

2.4 Máy phay CNC

➢ Có khả năng thực hiện cắt gọt rất nhiều kiểu chi tiết máy khác nhau

➢ Dao cắt của máy có khả năng di chuyển theo nhiều đường: thẳng, ngang, dọc, biên dạng tròn và di

chuyển lên xuống trong không gian 3D Các máy nhiều trục có biên dạng gia công rất đa dạng

➢ Chức năng chủ yếu của các máy phay CNC là phay, khoan, taro, doa… với độ tỉ mỉ và chính xác lên

đến 0.01mm Ngoài ra, các máy phay CNC còn được dùng để đo khoảng cách với độ chính xác cao

➢ Có thể chia các dòng máy phay CNC này ra làm 2 loại chính: đó là máy phay CNC đứng và máy

phay CNC ngang