Bài Giảng CAD/CAM-CNC

MỞ ĐẦU 1- Vị trí vai trò của CAD/CAM-CNC Nằm trong lĩnh vực công nghệ chế tạo máy, nó thực hiện nhiệm vụ thiết kế mô hình hình học của sản phẩm, lập chương trình gia công, quy trình cô

BÀI GiẢNG

CAD/CAM-CNC

TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA HÀ NỘI

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

TS Nguyễn Huy Ninh Email: cam@mail.hut.edu.vn

MỞ ĐẦU

 1- Vị trí vai trò của CAD/CAM-CNC

Nằm trong lĩnh vực công nghệ chế tạo máy, nó thực hiện nhiệm vụ thiết kế mô hình hình học của sản phẩm, lập chương trình gia công, quy trình công nghệ nhờ sự trợ giúp của điều khiển số, kỹ thuật máy tính

 2- Đối tượng nghiên cứu của môn học:

Liên quan đến các dữ liệu hình học của quá trình thiết kế và các đặc trưng hình học của bề mặt gia công Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật số

và máy tính vào việc thực hiện quá trình công nghệ gia công cơ.

 3- Nội dung nghiên cứu của môn học:

 PHẦN I: Thiết kế sản phẩm với sự trợ giúp của máy tính-CAD_.

 1.3 Các hệ thống gia công linh hoạt

 Chương 2: Một số đặc trưng của máy CNC

 2.1 Các trục toạ độ và chiều các chuyển động

 2.2 Qui định các trục toạ độ trên máy

 2.3 Độ chính xác gia công trên máy CNC (đảm bảo thông qua các hệ thống

đo dịch chuyển và đo góc)

 Chương 3 Các dạng điều khiển số

 3.1 Điều khiển theo điểm

 3.2 Điều khiển theo đường thẳng

 3.3 Điều khiển theo công tua (2D, D, 3D, 4D, 5D)

 Chương 4 Những khái niệm cơ bản về lập trìmh gia công trên máy

MỞ ĐẦU

 41 Các khái niệm cơ bản

 4.2 Quỹ đạo gia công

 4.3 Cách ghi kích thước tuyệt đối và tương đối

 4.4 Các câu lệnh G _code

 Chương 5: Kỹ thuật lập trình CNC

 5.1 Cấu trúc chương trình.

 5.2 Lập chương trình NC trên hệ điều hành FANUC series 21:

 - EMCO win NC GE series Fanuc TB 21

 - EMCO win NC GE series Fanuc MB 21

 5.3 Ngôn ngữ lập trình tự động APT

 Chương 6: Ứng dụng các phần mềm thiết kế và gia công tiên

MỞ ĐẦU

 PHẦN III THỰC HÀNH:

 Cho bản vẽ thiết kế chi tiết, yêu cầu:

+Lập quy trình công nghệ để gia công chi tiết trên máy CNC + Ứng dụng một phần mềm điều khiển trên máy CNC để lập trình và mô phỏng quá trình gia công chi tiết.

 Bài tập lớn: Thiết kế sản phẩm nhựa, lòng, lõi khuôn và

lập chương trình gia công chúng.

 TÀI LIỆU THAM KHẢO:

 1 Các tài liệu về CAD/CAM-CNC

 2 Các tài liệu được cung cấp từ chương trình đào tạo trong

dự án EMCO:

 + EMCO win NC GE series Fanuc TB 21

PHẦN I: Thiết kế sản phẩm với sự trợ giúp của máy tính-CAD

I Giới thiệu phần mềm SolidWorks 2011

I Giới thiệu phần mềm MasterCam X14

Phần II : Công nghệ CNC

Chương 1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CÔNG NGHỆ CNC

1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY CÔNG CỤ CNC.

 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

 - 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 hệliên kết với máy tính IBM 704

 - 1960 Kỹ thuật bán dẫn thay thế cho hệ thống điều khiển xung

 - 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

2 KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ.

2 KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ

2.1 Điều khiển theo phương pháp truyền thống:

+ Điều khiển bằng cam

+ Điều khiển theo cữ hành trình

+ Điều khiển theo thời gian (tang trống quay theo t) + Điều khiển theo chu kỳ, kêt hợp cả theo quãng

2.1 Các hệ điều khiển số.

 Trên máy điều khiển số thì quá trình gia công thực hiện một

cách tự động Trước khi gia công người ta phải đưa vào hệ thống điều khiển một chương trình gia công dưới dạng một chuỗi các câu lệnh điều khiển Hệ thống điều khiển số có khả năng thực hiện các lệnh điều khiển này và kiểm tra chúng nhờ một hệ thống đo lượng dịch chuyển bàn máy.

 Hệ điều khiển số NC (Numerical Control)

 Hệ thống NC đầu tiên ra đời do sự cần thiết chế tạo các chi tiết

phức tạp của máy bay với số lượng ít Ngày nay các máy trang

bị hệ điều khiển NC vẫn còn sử dụng Đây là hệ điều khiển đơn giản với số lượng hạn chế các kênh thông tin Trong hệ điều khiển NC các thông số hình học của chi tiết gia công và các lệnh điều khiển được cho dưới dạng dãy các con số.

 * Nguyên tắc làm việc của hệ điều khiển NC.

 Sau khi mở máy các lệnh thứ nhất và thứ hai được đọc Chỉ

sau khi quá trình đọc kết thúc máy mới thực hiện lệnh thứ

nhất Trong thời gian này thông tin của lệnh thứ hai nằm trong

bộ nhớ của hệ thống điều khiển Sau khi hoàn thành việc thực hiện lệnh thứ nhất máy bắt đầu thực hiện lệnh thứ hai lấy từ bộ nhớ ra Trong khi thực hiện lệnh thứ hai, hệ điều khiển đọc

lệnh thứ ba và đưa vào chỗ của bộ nhớ mà lệnh thứ hai vừa

được giải phóng ra.

 Nhược điểm chính của hệ điều khiển NC là khi gia công chi tiết

tiếp theo trong loạt hệ điều khiển lại phải đọc tất cả các lệnh từ đầu và như vậy không tránh khỏi những sai sót của bộ tính

toán trong hệ điều khiển Do đó chi tiết gia công có thể bị phế phẩm Một nhược điểm nữa là do cần rất nhiều lệnh chứa

trong băng đục lỗ hoặc băng từ nên khả năng mà chương trình

bị dừng lại có thể xảy ra Ngoài ra với chế độ làm như vậy băng dục lỗ hoặc băng từ sẽ nhanh chóng bị bẩn và mòn gây lỗi cho chương trình

 Cấu trúc của hệ NC:

 1- Dữ liệu vào: Còn gọi là chương trình lệnh, được ghi lại và

lưu trữ bằng nhiều cách nhờ phần tử mang chương trình

(băng, thẻ, đĩa, bộ nhớ…)

 2- Bộ điều khiển (MCU): ….

 3- Máy công cụ( thiết bị được điều khiển)…

 MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CHÍNH MÁY CÔNG CỤ NC

 Hệ điều khiển Direct Numerical Control (DNC)

Vào cuối những năm 60, sự phát triển của kỹ thuật time-sharing trên các máy tính lớn đã mở ra hướng điều khiển một loạt máy NC bằng một máy tính lớn.

 Hệ điều khiển số CNC (Computer Numerical Control)

Đến 1970 máy PC trở thành phổ biến và rẻ, không cần phải sử dụng chung máy tính nữa Mỗi máy NC được trang bị một máy PC.

 Hệ điều khiển CNC cho phép thay đổi và hiệu chỉnh các

chương trình gia công chi tiết và cả chương trình hoạt động của bản thân nó Trong hệ CNC các chương trình gia công có thể

được ghi nhớ lại Trong hệ điều khiển CNC chương trình có thể được nạp vào bộ nhớ toàn bộ một lúc hoặc từng lệnh Các lệnh

 Hệ điều khiển Distributed Numerical control (DNC).

Ngày nay khái niệm ban đầu của DNC đã được thay đổi bởi

sự phát triển của hệ điều khiển CNC.

Việc bổ xung các máy tính thứ cấp giữa máy công cụ và máy chủ nhằm:

- Tăng tốc độ toàn hệ thống

- ….

* Ưu điểm của các hệ thống DNC:

 - Hệ điều khiển thích nghi(Adaptive control):

 Tế bào gia công.

 - Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS

 Hệ thống tích hợp CIM (Computer Integrated Manufacturing)

Ñònh nghóa veà CIM (tieáp)

Chương 2 MÁY CÔNG CỤ CNC

 - Máy Công cụ thông thường:

 Thao tác gia công bằng tay

· Thao tác máy phải có tay nghề phù hợp

· Lỗi của người vận hành và đọc sai số kích thước có thể xuất

 - Máy CNC.

· Các thao tác phải làm chỉ là quan sát quá trình gia công bởi vì quá trình gia công được thực hiện tự động bởi số liệu NC

· Không có sai số do đọc kích thước sai.

· Khi sản phẩm đầu tiên đã đạt yêu cầu, việc kiểm tra đối với những chi tiết kế tiếp nhiều khi không cần thiết.

· Độ chính xác gia công cao có ổn định, chất lượng của sản phẩm

có thể luôn được đảm bảo, ít phụ thuộc tay nghề của công nhân.

· Tự động hoá cao Một người có thể vận hành được nhiều máy vì

có hệ điều khiển máy tiên tiến.

· Chi phí cho trang bị công nghệ thấp hơn vì không cần nhiều đồ

gá nhất là khi bàn máy có thể quay được

 · Quá trình gia công cũng có thể lặp lại với các số liệu NC được

lưu giữ.

 · Tính linh hoạt cao (tính thích nghi nhanh với sự thay đổi đối

tượng gia công, thích hợp với sản xuất loạt nhỏ)

 · Khả năng tập trung nguyên công cao (gia công nhiều bề mặt

trên chi tiết trong một lần gá phôi)

 · Tốc độ chạy dao và tốc độ cắt lớn Năng suất gia công cao

 · Chuẩn bị công nghệ để gia công khác với máy thường là phải

lập trình NC để điều khiển máy theo ngôn ngữ mà hãng chế tạo máy đã đặt trong hệ điều hành của máy

 · Máy CNC đắt tiền Không thể loại trừ hoàn toàn các lỗi

Người vận hành có thể vẫn bấm nhầm nút điều khiển hoặc gá đặt chi tiết không hợp lý

 · Chi phí chọn lựa và đào tạo những ngư ời lập trình và bảo trì

 2.2 HỆ TRỤC TOẠ ĐỘ TRÊN MÁY CÔNG CỤ CNC

 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

 2.2.2 Quy định các tọa độ trên máy

 2.2.2.1 Máy phay.

 2.2.2.2 Máy tiện.

2.2.2.3 Trung tâm gia công

 2.3 CÁC ĐIỂM CHUẨN.

 2.3.1 Điểm chuẩn của máy (kí hiệu M).

Các điểm 0 của máy M là điểm gốc của các hệ trục tọa độ trên máy và

do nhà chế tạo ra các máy đó xác định theo kết cấu của máy

Trên các máy phay, điểm 0 của máy thường nằm trên điểm giới hạn dịch chuyển của bàn máy (hình 2.5)

Trên máy tiện điểm O của máy thường đặt tại tâm mặt đầu của trục chính (hình 2.6)

 2.3.2 Điểm 0 của chi tiết (kí hiệu W)

 2.3.3 Điểm tham chiếu của máy (R)

Trong các máy có hệ thống đo dịch chuyển, các 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 ta phải đưa máy về điểm 0 của máy Trong nhiều trường hợp, không thực hiện được điều này vì vướng vào các chi tiết đã kẹp chặt trên máy hoặc đồ gá Do vậy cần thiết xác lập một điểm chuẩn thứ hai trên các trục, đó là điểm chuẩn của máy R (hình 3.39) Điểm chuẩn này có một khoảng cách xác định so với điểm 0 của máy và đã được định vị trên các bàn

trượt của máy.

 2.3.5 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 chỉnh nhằm

hiệu chỉnh tự động kích

thước dao Các kích thước

hiệu chỉnh này (Q và L)

gắn với điểm điều chỉnh

dao E nằm trên đuôi dao

 2.3.6 Điểm gá dao N.

 2.4 CÁC DẠNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN MÁY CÔNG CỤ CNC.

- Điều khiển điểm - điểm - Điều khiển theo đường

- Điều khiển theo đường biên - Điều khiển 2D

- Điều khiển 2-1/2D

- Điều khiển 3D.

- Điều khiển 4D - Điều khiển 5D

 2.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP NỘI SUY TRONG CÁC MÁY

CÔNG CỤ NC, CNC

 2.5.2 Các phép nội suy cơ bản.

- Nội suy đường thẳng - Nội suy cung tròn

Chương 3 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CHƯƠNG

TRÌNH NC VÀ LẬP TRÌNH GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC

3.1 KHÁI NIỆM VÀ CÁC NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC

 Vị trí vai trò của lập trình gia công CNC:

Từ bản vẽ thiết kế- Chuẩn bị công nghệ(bản vẽ công nghệ, máy, dao,

gá, QTCN…)- Lập trình CNC- NC file- Máy CNC….

* Chương trình NC là tập hợp những chỉ dẫn cần thiết cho quá trình gia công một chi tiết cơ khí trên máy công cụ điều khiển NC, CNC mà không có sự trợ giúp của con người Và ngôn ngữ lập trình NC cho máy công cụ NC và CNC sử dụng gồm 2 cấp:

 + Cấp thấp: Lập trình cơ sở bằng ngôn ngữ điều khiển số (ISO -

code).

 3.2 CÁCH GHI KÍCH THƯỚC GIA CÔNG.

3.2.1 Kích thước tương đối

3.2.1 Kích thước tuyệt đối

 3.4 CẤU TRÚC CỦA MỘT CHƯƠNG TRÌNH NC.

Một chương trình NC bao gồm một tập hợp các câu lệnh cần thiết miêu tả tuần tự các bước hoạt động của máy để gia công một chi tiết trên máy CNC

Một chương trình theo tiêu chuẩn ISO 6983 gồm các phần sau: + Đầu chương trình Ví dụ: O1234, TP9899, …

+ Thân chương trình gồm một dãy các câu lệnh mang các thông tin

+ Kết thúc chương trình Ví dụ M30 hoặc M02.

 Các từ lệnh thường sử dụng:

 N….số khối 1 tới 9999

 G chức năng dẫn dao (lệnh di chuyển)

 X, Y, Z dữ liệu về vị trí (X còn là thời gian trễ)

 U, W vị trí gia tăng (U luôn hiện hành)

 R bán kính, giá trị độ côn, biến số

G00 Lệnh di chuyển vị trí, chạy dao nhanh

G01 Nội suy đường thẳng

G04 Lệnh dừng

G17 Gia công trong mặt phẳng XY

G18 Gia công trong mặt phẳng XZ

G19 Gia công trong mặt phẳng YZ

G94 Khai báo bước tiến theo mm /phút

G95 Khai báo bước tiến theo mm /vòng

G96 Lập trình với tốc độ trục chính không đổi (m/ph)

G97 Lập trình với tốc độ trục chính (v/ph)

F Lượng chạy dao

I Lệnh toạ độ tâm theo X (dùng khi nội suy cung tròn)

J Lệnh toạ độ tâm theo Y (dùng khi nội suy cung tròn)

K Lệnh toạ độ tâm theo Z (dùng khi nội suy cung tròn)

U Toạ độ tương đối – Theo phương X

V Toạ độ tương đối – Theo phương Y

W Toạ độ tương đối – Theo phương Z

X Toạ độ tuyệt đối - Theo phương X

Y Toạ độ tuyệt đối - Theo phương Y

Z Toạ độ tuyệt đối - Theo phương Z

M1 Lệnh dừng chương trình (có điều kiện)

M2 Kết thúc chương trình

M4 Quay trục chính ngược chiều kim đồng hồ

M5 Dừng trục chính

M6 Thay dụng cụ

M8 Mở dung dịch trơn nguội

M9 Tắt dung dịch trơn nguội

Chương 4 KỸ THUẬT LẬP TRÌNH ( Fanuc 21)

 N G00 X(U) Y(V) Z(W)… ;

Bàn máy sẽ dịch chuyển với tốc độ

lớn nhất tới điểm đích được lập trình

(để thay đổi dụng cụ, bắt đầu gia

công lần sau )

 G00 - Dịch chuyển nhanh.

 Với G90 (hệ toạ độ tuyệt đối)

 N50 G00 X40 Y56 ;

 Với hệ toạ độ tương đối (G91)

4.1 CÁC LỆNH LẬP TRÌNH TRÊN MÁY PHAY CNC.

 G01 - Nội suy đường thẳng

N G01 X(U) Y(V) Z(W) F ;

Chạy dao theo đường thẳng với

lượng chạy dao được lập trình.

 Hệ toạ độ tuyệt đối (G90)

 N20 G01 X40 Y20.1 F500 ;

 Hoặc theo tương đối (G91)

 N20 G01 X20 Y-25.9 F500;

 G02 -Nội suy cung tròn cùng chiều

G7.1 Q…: bắt đầu nội suy theo mặt trụ.

Giá trị Q thể hiện bán kính của phôi.

G7.1 Q0: Kết thúc nội suy

Khoảng dịch chuyển của trục Q điều khiển bởi

góc được bộ điều khiển chuyển thành

khoảng cách của một đường thẳng ảo theo

chu vi bề mặt ngoài của trụ.

Với máy phay, trục quay là Q vì nó song song

với trục Y Lượng chạy dao trong nội suy

theo mặt trụ được xem như tốc độ chuyển

động trên vùng trụ được trải rộng ra thành

mặt phẳng.

 Lệnh G10 - Cài đặt dữ liệu

Lệnh G10 cho phép xoá bỏ các dữ liệu điều khiển được cài đặt, các tham số chương trình, dữ liệu dụng cụ G10 thường sử dụng để lập trình cho điểm gốc phôi

 * Dịch điểm Zero

 N G10 l2 Pp… Ip ;

 Tham số p = 1 - Dịch điểm gốc phôi

 P =2-7 -Dịch điểm gốc phôi theo hệ toạ độ từ 1-6

 Ip - Dịch điểm gốc phôi theo trục tọa độ, khi lập trình Ip thay

bằng các trục toạ độ tương ứng.

 * Bù dao

N G10 L11 P R ;

P - Số hiệu bù dụng cụ

R - Giá trị bù dụng cụ theo hệ toạ độ tuyệt đối (G90)

 Lệnh G15 lệnh kết thúc nội suy theo toạ độ cực

 Lệnh G16 Bắt đầu nội suy hệ toạ độ cực.

N G15/G16 ;

Giữa các điểm G16 và G15, các toạ độ điểm được định nghĩa theo

hệ toạ độ cực

 Lệnh G20 Hệ thống đo theo đơn vị INCH

Bước tiến (mm/ph; inch/ph; mm/vg; inch/vg)

 G21 Hệ thống đo lường theo đơn vị mm

 Lệnh G28 -Về điểm tham chiếu