đồ án kỹ thuật cơ khí Mô phỏng quá trình gia công CNC trên máy DENFORD

LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay cuộc cách mạng khoa học kĩ thuật trên thế giới đang phát triển với tốc độ vũ bão không ngừng vươn tới những đỉnh cao mới đặc biệt là những thành tựu khoa học trong lĩnh vực tự động hoá sản xuất. Với sự trợ giúp của máy tính con người đã và đang nghiên cứu để ngày càng giảm tới tối đa sự tác động trực tiếp vào quá trình sản xuất, đồng thời nâng cao năng suất chất lượng của sản phẩm. Ở các nước có nền công nghiệp phát triển tiên tiến việc ứng dụng máy tính vào các nghành kinh tế, kỹ thuật trong đó có cơ khí chế tạo đã được thực hiện từ nhiều thập kỉ trước. Một trong những vấn đề quyết định của tự động hoá nghành cơ khí là kỹ thuật điều khiển số và công nghệ trên các máy điều khiển số. Máy công cụ điều khiển số (NC và CNC) được dùng nhiều ở các nước phát triển và ngày càng phổ biến sử dụng trên toàn thế giới. Ở nước ta các trung tâm sản xuất hiện đại đã có nhiều máy điều khiển số phục vụ công tác nghiên cứu và sản xuất. Do nhu cầu phát triển và ứng dụng nhanh các kỹ thuật mới trong khai thác và sử dụng máy công cụ điều khiển số (NC và CNC) đã có nhiều đề tài nghiên cứu về máy công cụ NC và CNC. Đề tài " Mô phỏng quá trình gia công CNC trên máy DENFORD " có nhiệm vụ nghiên cứu xây dựng, khai thác cơ sở dữ liệu được chương trình gắn thêm vào các đối tượng trong bản vẽ thiết kế từ đó tính toán các chế độ gia công và sinh mã điều khiển máy CNC. Đề tài chủ yếu nghiên cứu mô phỏng gia công một dạng chi tiết là chi tiết nối trục với kích thước nhỏ phù hợp gia công trên hệ thống CIM đồng thời tạo ra một công cụ ứng dụng tốt trong các phòng thí nghiệm gia công giúp cho người sử dụng kiểm tra được chương trình một cách đơn giản hiệu quả. Trong đề tài đã sử dụng hai công cụ phát triển mở rộng là ObjectARX và OpenGL, ObjectARX hỗ trợ việc xây dựng và khai thác hiệu quả bản vẽ thiết kế bằng Autocad còn OpenGL là công cụ hỗ trợ tạo môi trường đồ hoạ, 1 cung cấp các công cụ cho quá trình mô phỏng. Do khối lượng công việc là khá lớn, thời gian ngắn nên chương trình còn nhiều thiếu sót chưa thực sự dễ sử dụng. Trong thời gian tới em sẽ cố gắng hoàn thiện và nâng cấp chương trình chạy tốt dễ sử dụng. Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Đinh Văn Phong bộ môn CƠ HỌC ỨNG DỤNG và thầy Lưu Văn Nhang bộn môn CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY đã giúp đỡ em trong quá trình em làm đồ án môn học. 2 I. Chương I Giới thiệu về Máy công cụ CNC 1.1.Khái niệm cơ bản về điều khiển số Khi gia công trên các máy công cụ thông thường các bước gia công do người thợ thực hiện bằng tay như điều chỉnh số vòng quay, lượng chạy dao, kiểm tra vị trí dụng cụ cắt để đạt kích thước gia công như vậy độ chính xác gia công hay chất lượng gia công phụ thuộc quá nhiều vào trình độ tay nghề của người thợ gia công. Ngược lại trên các máy công cụ điều khiển số quá trình gia công được thực hiện tự động. Trước khi gia công người ta đưa vào hệ thống điều khiển một chuỗi các lệnh điều khiển, hệ thống điều khiển sẽ kiểm tra và thực hiện chính xác các lệnh trong chuỗi lệnh. Do tính chính xác và không có sự tác động của yếu tố tâm lý sức khoẻ của công nhân gia công nên gia công bằng máy điều khiển số đạt chất lượng gia công cao. Ngoài ra do khi lập trình điều khiển chương trình có thể sử dụng dể gia công lặp lại nhiều lần nên năng suất gia công cao. Các máy công cụ điều khiển theo chương trình số được gọi là các máy NC(Numerical Control) hoặc các máy CNC(Computer Numerical Control) trong đó máy CNC là loại máy hiện đại do kết nối được với máy tính nên có nhiều khả năng mở rộng điều khiển và đây cũng là đối tượng nghiên cứu của đề tài. 1.2.Đặc trưng cơ bản của máy CNC - Nh trình bày ở trên ưu điểm chính cơ bản của máy công cụ CNC là tính linh hoạt và tốc độ thay đổi nhanh các chương trình gia công với sự can thiệp tối thiểu bằng tay. - 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 hệ toạ độ và các điểm gốc chuẩn. - Để thống nhất hóa mối tương quan cho 3 các máy khác nhau, người ta tiêu chuẩn hoá các hệ trục toạ độ và chiều chuyển động của chúng. - Các chiều chuyển động của máy công cụ điều khiển số được xác định bởi hệ toạ độ vuông góc của bàn tay phải : - Trục X có hướng dọc theo ngón tay phải - Trục Z có hướng dọc theo ngón giữa (khi ngón giữa choãi vuông góc với lòng bàn tay ) - Trục Y có hưóng dọc theo ngón trỏ (cùng mặt phẳng lòng bàn tay) Hệ toạ độ này luôn luôn gắn trên chi tiết. Khi lập trình chi tiết được coi là đứng yên. Các chuyển động thuộc về phần dao cô - Các trục quay tương ứng với X, Y, Z được kí hiệu A, B, C. Chiều quay dương ứng với chiều quay thuận của kim đồng hồ, khi ta nhìn dọc theo chiều dương của trục tịnh tiến • Trục Z - Thường nằm song song với trục chính công tác, hoặc chính là đường tâm trục đó - Nếu máy không có trục chính công 4 +C +B +A +Z +Y +X tác (máy bào, máy gia công điện hoá …. ) thì trục Z cũng là trục vuông góc với bàn kẹp chi tiết. • Truc X Trục X là trục toạ độ nằm trên mặt phẳng định vị hay song song với bề mặt kẹp chi tiết, thưòng ưu tiên theo phương nằm ngang. Chiều của trục X được xác định nh sau : 1. Trên các máy có dao quay tròn a. Nếu trục Z đã nằm ngang thì chiều dương của trục X hướng về bên phải nếu ta nhìn trục chính hướng vào chi tiết. b. 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 chiêù dương của trục X hướng về bên phải nếu ta nhìn từ trục chính hướng vào thân máy bên trái 2. Trên các máy có chi tiết quay tròn Trục X nằm theo phương hướng kính của chi tiết và đi từ trục chi tiết đến bàn kẹp dao chính 3. Trên các máy không có trục chính công tác Trục x chạy song song theo hướng gia công chính Trục Y Vị trí của trục Y được xác định sau khi các trục X và trục Z đã được định nghĩa Các trục phụ Nếu ngoài các trục X,Y,Z còn có các trục điều khiển độc lập khác, ta dùng kí hiệu khác U( // X), V(//Y), W(// Z). Các trục song song khác ( so với trục toạ độ chính ) nhận các kí hiệu tiếp theo là P,Q,R. 1.3.Các điểm 0 và các điểm chuẩn của máy CNC Trong thiết kế chế tạo bản vẽ thiết kế thường chưa phù hợp về toạ độ so với các giới hạn về toạ độ quy định trên máy CNC nên khi lập trình và 5 nhất là tự động hoá qúa trình lập trình thì việc xác định chính xác hay hiểu rõ về các điểm 0 và các điểm chuẩn là rất quan trọng, sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu các đặc điểm cơ bản về các các điểm 0 và các điểm chuẩn. 1.3.1.Điểm 0 của máy M Các điểm 0 của máy M là diểm gốc của các hệ thống toạ độ máy và do nơi chế tạo ra chiếc máy đó xác định theo kết cấu của máy. Trên các máy phay, điểm 0 của máy thường nằm tại điểm giới hạn dịch chuyển của bàn máy. 1.3.2.Điểm 0 của chi tiết W Điểm 0 của chi tiết là gốc của hệ thống toạ độ gắn lên chi tiết. Vị trí của điểm W do người lập trình lựa chọn và xác định. Song người lập trình cần xác định sao cho các kích thước trên bản vẽ gia công trực tiếp là các giá trị toạ độ của hệ thống toạ độ. 1.3.3.Điểm 0 của chương trình P0 Điểm 0 của chương trình là điểm mà dụng cụ sẽ ở đó trước khi gia công. Để hợp lý điểm 0 của chương trình được chọn làm sao khi chi tiết gia công hoặc dụng cụ có thể được thay đổi một cách dễ dàng. 1.3.4.Các điểm chuẩn a. Các điểm chuẩn của máy R Trong các máy có hệ thống đo dịch chuyển, giá trị thực đo được khi bị mất nguồn điện do sự cố sẽ mất theo.Trong những trường hợp này để đưa hệ thống đo trở lại trạng thái đã có trước đó thì điểm O của máy phải chạy bằng 6 tất cả các trục của máy. Trong nhiều trường hợp không thực hiện được điều này vì vướng vào các chi tiết đã kẹp trên máy hay đồ gá. Do vậy cần thiết xác lập một điểm chuẩn thứ hai trên các trục, đó là điểm chuẩn của máy R b. Điểm tỳ A Điểm tú A là giao điểm của các đường trục và mặt phẳng tỳ. Trên các máy tiện, mặt phẳng tỳ nằm ngay tại mâm cặp hoặc chấu cặp. c. Điểm thay dao Ww Để tránh va đập vào chi tiết gia công khi thay dao tự động dao phải chạy đến điểm thay dao. d. Điểm điều chỉnh dao E Khi sử dụng nhiều dao, các kích thước của dao phải được xác định trước trên thiết bị điều chỉnh dao để có thông tin đưa vào trong hệ thống điều khiển nhằm hiệu chỉnh tự động kích thước dao. e. Điểm gá dao N Khi dụng cụ được lắp vào giá dao điểm giá dao N và điểm điều chỉnh dao E sẽ phải trùng nhau. Trên các máy phay điểm gá dao N nằm trên vành trục chính. Trên các máy tiện, điểm gá dao N nằm tại các mặt phẳng của đầu rơvonve. f. Điểm cắt của dao P Điểm này là điểm đỉnh dao thực hoặc lý thuyết. g. Điểm chuẩn của bàn trượt F Tất cả các điểm trên bàn trượt đều liên quan đến điểm này. h. Điểm chuẩn gá dao Vị trí của dao(đầu dao rơvonve) được xác định nhờ điểm này. Nó được dùng nh một điểm xuất phát của tất cả các kích thước trên đầu rơvonve. 7 1.4.Các dạng điều khiển Do máy CNC có khả năng gia công được các bề mặt khác nhau nh các lỗ, mặt phẳng, các mặt định hình Vì vậy có các dạng điều khiển máy nh : điều khiển điểm - điểm, điều khiển theo đường thẳng và theo đường biên dạng (đường contour). 1.4.1.Dạng điều khiển điểm - điểm - Điều khiển điểm - điểm (theo vị trí ) được dùng để gia công các lỗ bằng các phương pháp khoan, khoét, doa, và cắt ren lỗ. Chi tiết gia công dược gá cố định trên bàn máy, dung cụ cắt thực hiện chạy dao nhanh tới các vị trí đã lập trình (hoặc chạy bàn máy). Khi đạt tới điểm đích thì dao băt đầu cắt. - Vị trí các lỗ có thể được điều khiển đồng thời hoặc kế tiếp theo 2 trục toạ độ. 1.4.2. Dạng điều khiển theo đường thẳng Là điều khiển mà khi gia công dụng cụ Vị trí các điểm chuẩn và điểm 0 trên máy tiện M Điểm 0 của máy W Điểm 0 của chi tiết PO Điểm 0 của chương trình R Điểm chuẩn của máy A Điểm tú W w Điểm thay dụng cụ E Điểm điều chỉnh dụng cụ N Điểm đón dụng cụ P Điểm cắt dụng cụ F Điểm chuẩn của bàn trượt T Điểm chuẩn của giá dao 8 cắt thực hiện lượng chạy dao theo mét đường thẳng nào đó. Trên máy tiện dụng cụ cắt chuyển động song song hoặc vuông góc với trục của chi tiết (trục Z). Trên máy phay dụng cụ cắt chuyển động song song với trục Y hoặc trục X (dụng cụ cắt chuyển động độc lập theo từng trục). 1.4.3. Dạng điều khiển theo biên dạng (contour) Điều khiển theo biên dạng cho phép thực hiện chạy dao trên nhiều trục cùng lúc. Các chuyển động theo các trục có sự quan hệ hàm số ràng buộc với nhau. Dạng điêu khiển này được áp dụng trên máy tiện máy phay và các trung tâm gia công (Machining Center). Có 3 dạng điều khiển: điều khiển contour 2D, 2 2 1 D và điều khiển 3D (D là kích thước). - Điều khiển contour 2D: cho phép thực hiện chạy dao theo 2 trục đồng thời trong một mặt phẳng gia công (ví dụ mặt phẳng XZ, YZ). Trục thứ 3 được điều khiển hoàn toàn độc lập với các trục kia. - Điều khiển contour 2 2 1 D: Cho phép ăn dao đồng thời theo 2 trục nào đó để gia công bề mặt trong một mặt phẳng nhất định. Trên máy CNC có 3 trục X, Y, Z ta sẽ điều khiển được đồng thời X và Y, X và Z, hoặc Y và Z. Trên các máy phay thì điều này có nghĩa là chiều sâu cắt có thể được thực hiện bất kỳ 1 trục nào đó trong 3 trục còn 3 trục kia để phay contour. - Điều khiển contour 3 D: Cho phép đồng thời chạy dao theo cả 3 trục X,Y, Z. Điều khiển contour 3 D được áp dụng để gia công các khuôn mẫu, gia công các chi tiết có bề mặt không gian phức tạp . 1.5. Các chỉ tiêu gia công của máy CNC 9 X Z a. Thông số hình học Thông số hình học của máy CNC hay của vùng gia công là thông số của không gian mà trong đó dụng cụ cắt mà chi tiết gia công có thể tác động qua lại ở bất kì vị trí nào. Như vậy trên các máy gia công chi tiết quay thì vùng gia công là một khối lăng trụ được xác định bằng bán kính và chiều dài dịch chuyển của các toạ độ Trên các máy gia công chi tiết hình hộp chữ nhật thì vùng gia công là khối hộp được xác định bằng các chiều dài dịch chuyển của các toạ độ (hình vẽ) các điểm giới hạn của vùng làm việc được đánh số tương tự ký hiệu số của ma trận. Để thuận tiện và dễ nhớ người ta đánh thứ tự các số theo quy tắc sau: số thứ nhất của các chữ số ký hiệu các điểm theo trục thẳng đứng, số thứ 2 của các chữ số ký hiệu các điểm thưo trục dọc (trục Z), còn số thứ 3 của các chữ số ký hiệu các điểm theo trục nằm ngang (trục X) b. Thông sè gia công Là tốc độ chuyển động của các cơ cấu chấp hành và công suất động cơ. Người ta dựa vào thông số hình học như kích thước bàn máy phay hay chiều cao của tâm máy tiện để chọn công suất động cơ, tốc độ quay của các trục chính và lượng chạy dao để gia công các chi tiết hình hộp chữ nhật người ta chọn các thông số gia công như sau: - Bề rộng của bàn máy(mm) - Công suất động cơ (KW) - Tốc độ chạy dao (m/ph) - Tốc độ chạy dao nhanh (m/ph) - Thời gian thay dao tự động (s) 400 – 630 5 – 11 3150 – 4000 1- 10 6 – 10 3 - 7 630 – 1000 9 -15 3150 – 4000 2.4 – 8 5 – 10 3 - 10 10 [...]... lượng các nguyên công kiểm tra t ct _thời gian thay đổi chi tiết gia công t td _thời gian thay dao t o _thời gian cơ bản t kt _thời gian kiểm tra t cbkt _thời gian chuẩn bị kết thúc Để tăng năng suất ta phải giảm t ct , t td , t o , t cbkt , thời gian phụ Muốn giảm t cbkt ta phải dùng đồ gá vệ tinh và giảm số lượng các loại chi tiết gia công trên máy (trên một máy CNC không nên gia công quá 30 – 50 loại... có hỏng hóc nào khi làm việc Trong quá trình làm việc các máy CNC phải đảm bảo độ chính xác gia công và nếu có bị hỏng hóc thì máy phải có khả năng được sửa chữa hoặc thay thế một số cơ cấu dễ dàng thuận tiện Vậy độ tin cậy của máy CNC là tính chất thực hiện chức năng gia công giữ được các chỉ tiêu công nghệ cũng nh sửa chữa theo một thời gian quy định Độ tin cậy của máy được đặc trưng bởi tính chất...c Năng suất gia công Là sè chi tiết gia công trong một đơn vị thời gian Công thức tính công suất gia công tính nh sau: −1 i −1 k 1  m   Q = T =  tcbkt + tct + ∑ t + ∑ ttd + ∑ tkt  o 1 1  n   T o _thời gian cơ bản trung bình (ph) m_số loạt chi tiết được sản xuất trong một năm n_số lượng chi tiết được sản xuất trong một năm i_số lượng nguyên công cần thiết để gia công một chi tiết k_số... tăng tốc độ chạy dao nhanh tới 10 – 15 m/ph) 11 d Độ chính xác của máy CNC Sai sè gia công tổng cộng trên các máy CNC xuất hiện trong các hêh thống chyển động của máy, trong các hệ thống điều khiển và kiểm tra trong bản thân chi tiết gia công (hình vẽ) Các sai sè gia công được ký hiệu và giải thích nh sau: δ1 , δ 2 , δ 3 , δ 4 _ sai số lập trình, nội suy, hiệu chỉnh nội suy, và sai số “lệnh trở về điểm... một năm) Muốn giảm t td dùng hệ thống thay dao tự động Trên các máy thay dao bằng tay nên sử dụng cơ cấu kẹp nhanh Muốn giảm t o thì tăng tốc độ cắt (tăng công suất động cơ) , sử dụng dao có khả năng cắt với tốc độ cao, gia công với chế độ cắt tối ưu và gia công đồng thời bằng nhiều dao Muốn giảm thời gian phụ thì thì tăng tốc độ chạy nhanh của các cơ cấu chấp hành hoặc của dao (cố gắng tăng tốc độ chạy... gian máy được sử dụng, kể cả thời gian để sửa chữa 13 - Khả năng sửa chữa: tính chất này có nghĩa là người ta có khả năng phát hiện các khuyết tật hỏng hóc của máy và có khả năng sửa chữa những khuyết tật và hỏng hóc đó Đối với máy CNC thì hai tính chất 1 và 3 là quan trọng nhất bởi vì các máy CNC có cấu trúc rất phức tạp và có nhiều cơ cấu có tác động qua lại lẫn nhau II Chương II Lập trình gia công trên. .. trục X Chuyển động theo hướng trục Y Chuyển động theo hướng trục Z Chạy dao nhanh tới toạ độ lập trình Nội suy đường thẳng Nội suy cung tròn theo chiều kim đồng hồ Nội suy cung tròn theo chiều ngược chiều kim đồng hồ Thời gian gia công Chọn mặt phẳng gia công XY Chọn mặt phẳng gia công XZ Chọn mặt phẳng gia công YZ Cắt ren có bước không đổi Cắt ren có bước tăng dần 15 G35 G40 G41 G42 G43 G44 G53 G54 G59... một bước gia công tạo thành một câu chương trình và một chương trình gia công bao gồm một dấu hiệu bắt đầu chương trình( %) và dãy các câu lệnh Người lập trình có thể lập các chu trình riêng theo yêu cầu đặc biệt của mình và cài đặt chúng vào bộ nhớ của hệ điều khiển Để giảm chi phí cho việc lập trình và tăng sự thuận tiện khi lập trình nhiều điều kiện dịch chuyển được nhóm lại thành một chu trình 2.3.Các... đặt của chi tiết gia công δ 20 _sai số biến dạng đàn hồi của chi tiết gia công δ 21 _sai số biến dạng nhiệt của chi tiết gia công Sai số tổng cộng được xác định theo công thức ∆ ∑ = ∆1 + ∆ 2 + ∆ 3 + ∆ 4 + ∆ 5 12 Trong đó: ∆1 = δ1 + δ 2 + δ 3 + δ 4 ∆2 = δ 5 + δ 6 +δ 7 ∆ 3 = δ 8 + δ 9 +, δ 10 + δ 11 + δ 12 ∆ 4 = δ 16 + δ 17 + δ 18 ∆ 5 = δ 19 + δ 20 + δ 21 e Độ tin cậy của máy CNC Các máy CNC có giá thành... chuẩn lập trình các giá trị phải cho biết rõ khi lập trình Khác với xê dịch điểm chuẩn điều chỉnh các giá trị xê dịch N10 G54 N40 G59 X52 Y120 N70 G59 X124 Y40 điểm chuẩn lập trình không được cài đặt trong bé nhớ hiệu chỉnh Việc sử dụng nhiều làn xê dịch điểm chuẩn lập trình cho phép ta lập lại chương trình gia công ở vị trí bất kỳ trên chi tiết gia công Hình 3 : Xê dịch điểm chuẩn lập trình III . bộn môn CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY đã giúp đỡ em trong quá trình em làm đồ án môn học. 2 I. Chương I Giới thiệu về Máy công cụ CNC 1.1.Khái niệm cơ bản về điều khiển số Khi gia công trên các máy công. nghiên cứu về máy công cụ NC và CNC. Đề tài " Mô phỏng quá trình gia công CNC trên máy DENFORD " có nhiệm vụ nghiên cứu xây dựng, khai thác cơ sở dữ liệu được chương trình gắn thêm. lượng gia công phụ thuộc quá nhiều vào trình độ tay nghề của người thợ gia công. Ngược lại trên các máy công cụ điều khiển số quá trình gia công được thực hiện tự động. Trước khi gia công người