Nghiên cứu quy luật phân bố độ chính xác gia công trên máy tiện CNC

Đề tài “ Nghiên cứu quy luật phân bố của độ chính xác gia công trên máy tiện CNC” được lựa chọn để nghiên cứu nhằm mục đích xác định quy luật phân bố của độ chính xác gia công cho quá t

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

MÃ SỐ :

1 TS TRẦN ĐỨC QUÝ

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY TIỆN CNC 4

1.2.3.1 Điểm chuẩn M của máy (điểm gốc O của máy) 6

1.2.3.4 Điểm chuẩn của giá dao T và điểm gá dao N 7

1.4.2.1 Tổ chức lập trình gia công trên máy tiện CNC 181.4.2.2 Một số vấn đề cần chú ý khi lập trình để đảm bảo

1.4.3 Hiệu quả kinh tế khi sử dụng máy gia công CNC và việc

1.4.3.1 Hiệu quả kinh tế khi sử dụng máy gia công CNC 231.4.3.2 Tình hình khai thác, sử dụng máy gia công CNC ở

Chương 2: ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG VÀ CÁC PHƯƠNG

PHÁP XÁC ĐỊNH QUI LUẬT PHÂN BỐ ĐỘ CHÍNH XÁC

GIA CÔNG

26

2.1.2.Các phương pháp đạt độ chính xác gia công trên máy 27 2.1.2.1 Phương pháp cắt thử từng kích thước riêng biệt 27

2.1.3.1 Các nguyên nhân sinh ra sai số hệ thống không

2.1.3.2 Các nguyên nhân sinh ra sai số hệ thống thay đổi: 29 2.1.3.3 Các nguyên nhân sinh ra sai số ngẫu nhiên: 29

2.2.2 Phương pháp xác suất thống kê

30

Chương 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ HỆ

3.2.4.1 Thành phần và cơ tính hóa học của thép 40X 57 3.2.4.2 Thành phần và cơ tính hóa học của thép C45 58

4.2.1.1 Xác dịnh đặc tính của phân bố và xây dựng đường

64

4.2.1.3 Kiểm tra giả thuyết về quy luật phân bố 71

4.2.2.1 Xác dịnh đặc tính của phân bố và xây dựng đường

4.2 2.2 Đánh giá các thông số của quy luật phân bố nhờ

4.2.2.3 Kiểm tra giả thuyết về quy luật phân bố 81

KÍ HIỆU Ý NGHĨA ĐƠN VỊ

(x)

 Sai số bình phương trung bình của đại lượng ngẫu nhiên

(của x từ X);

e

F(x) Hàm tích phân

n Số lượng của đại lượng ngẫu nhiên (số chi tiết trong loạt

Bảng 3.1 Chế độ cắt cho cả 2 loại vật liệu 56

Bảng 4.1 Kết quả đo đường kính ngoài của trục đối với thép 40X 63

Bảng 4.3 Bảng xác định đặc tính của phân bố đối với thép 40X 66

Bảng 4.4 Tính tần số lý thuyết của quy luật chuẩn đối với thép 40X 67

Bảng 4.6 Tính tần số lý thuyết của quy luật chuẩn bằng hàm Φ(t)

Bảng 4.10 Kết quả đo đường kính ngoài của trục đối với thép C45 74

Bảng 4.12 bảng xác dịnh đặc tính của phân bố đối với thép C45 77

Bảng 4.13 Tính tần số lý thuyết của quy luật chuẩn đối với thép C45 78

Bảng 4.14 Tính tần số lý thuyết của quy luật chuẩn bằng hàm Φ(t)

Hình 1.2- Điểm M của máy khoan cần (a), của máy phay đứng (b) 6

Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy tiện CNC

Hình 2.8 Đường cong phân bố thực kích thước gia công 35

Hình 2.11 Ảnh hưởng của Xtới vị trí của đường cong phân bố chuẩn 38 Hình 2.12 Ảnh hưởng của σ tới hình dáng của đường cong phân bố chuẩn 38

Hình 2.14 Các đường cong phân bố bị lệch so với đường cong chuẩn 42

Hình 4.2Xây dựng đường cong phân bố lý thuyết của quy luật chuẩn theo

Hình 4.4 Sơ đồ lí thuyết đặc trưng cho trường hợp khi gia công không có

Hình 4.5 Đường cong phân bố thực nghiệm của quy luật chuẩn của

chưa từng được ai công bố tong bất kỳ một công trình nào khác Trừ những phần

mà tôi tham khảo đã được tôi ghi rõ trong luận văn

Tác giả

Nguyễn Nhật Minh

PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài

Trong giai đoạn đất nước đang trên con đường đổi mới, để thực hiện được mục tiêu “Công nghiệp hoá, hiện đại hoá Đất nước”, đưa nước ta trở thành nước công nghiệp vào năm 2020 thì việc phát triển khoa học công nghệ nói chung và khoa học công nghệ trong cơ khí nói riêng càng trở nên quan trọng và cấp thiết hơn bao giờ hết tuy nhiên bên cạnh đó còn có những khó khăn về hiệu quả kinh tế khi sử dụng các máy và thiết bị này bởi vì các nguyên nhân sau:

- Việc chuyển giao công nghệ chưa đầy đủ

- Đầu tư thiếu đồng bộ, nhập nhiều chủng loại và thế hệ máy khác nhau

- Chưa chủ động được về bảo dưỡng, bảo trì máy

- Sử dụng chế độ công nghệ chưa hợp lý

Do đó hiệu quả khai thác, sử dụng máy còn hạn chế

Đề tài “ Nghiên cứu quy luật phân bố của độ chính xác gia công trên máy tiện CNC” được lựa chọn để nghiên cứu nhằm mục đích xác định quy luật phân bố

của độ chính xác gia công cho quá trình tiện CNC là một việc cần thiết, góp phần vào việc nâng cao hiệu quả khai thác, sử dụng máy tiện CNC trong sản xuất cơ khí nói riêng và là cơ sở để nghiên cứu cho các máy khác

Nội dung nghiên cứu

Xuất phát từ đề tài nghiên cứu, luận văn này có nội dung như sau:

- Nghiên cứu tổng quan về kỹ thuật CNC, quy luật phân bố của độ chính xác gia công, về cơ sở lý thuyết của các phương pháp xác định độ chính xác gia công khi gia công trên máy tiện CNC

- Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về quy luật phân bố của độ chính xác gia công khi tiện mặt trụ ngoài với phôi thép 40X và thép C45 trên máy tiện CNC

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Việc nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành với các điều kiện sau:

- Máy thực nghiệm: máy tiện DOOSAN-LYNX 22OL– HÀN QUỐC

- Vật liệu gia công là thép 40X do LIÊN XÔ sản xuất, thép C45 do VIỆT NAM sản xuất

- Vật liệu làm dao của hãng Sandvik -THỤY ĐIỂN

- Đối tượng gia công là mặt trụ ngoài

- Thiết bị đo là panme điện tử có độ chính xác 1/1000 hãng Mitutoyo – NHẬT BẢN chế tạo

Phương pháp nghiên cứu

Dùng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm

- Nghiên cứu lý thuyết để tìm hiểu mối quan hệ giữa các yếu tố chế độ cắt với độ chính xác về kích thước gia công

- Thực nghiệm cắt thử để kiểm chứng cơ sở lý thuyết về quy luật phân bố của độ chính xác gia công

Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận văn

Ý nghĩa khoa học:

- Bằng cách nghiên cứu cơ sở lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, luận văn đã đưa ra được quy luật phân bố của độ chính xác của kích thước gia công

- Kết quả nghiên cứu làm sáng tỏ các nghiên cứu lý thuyết về quy luật phân

bố của độ chính xác gia công

Ý nghĩa thực tiễn :

- Kết quả nghiên cứu nhằm xác định quy luật phân bố của độ chính xác gia công khi gia công trên máy tiện CNC có ý nghĩa thực tiễn trong nghiên cứu khoa học cũng như trong sản xuất

- Làm cơ sở cho việc nghiên cứu các khía cạnh khác của quá trình cắt

- Kết quả nghiên cứu là cơ sở để xác định xác suất xuất hiện trong khoảng kích thước, phạm vi mở rộng kích thước, tỷ lệ phế phẩm…để ứng dụng điều chỉnh máy trong sản xuất hàng loạt khi gia công trong điều kiện tương tự

Để hoàn thành được luận văn, tôi đã được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy

hướng dẫn TS Trần Đức Quý cùng toàn thể các thầy trong Viện cơ khí Trường

Đại học Bách Khoa Hà Nội; Các đồng nghiệp trong Trung tâm cơ khí, Khoa cơ khí Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Tôi xin đặc biệt cảm ơn đến các thầy, và các đồng nghiệp trên !

Do những hạn chế về thời gian và tài liệu nghiên cứu nên bản luận văn của tôi không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong các Thầy và các bạn đồng nghiệp đóng góp ý kiến giúp đỡ để luận văn được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn !

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY TIỆN CNC 1.1- Khái niệm cơ bản về điều khiển số

1.1.1- Bản chất của điều khiển số

Điều khiển số là hệ thống điều khiển mà mỗi hành trình được điều khiển theo

số Mỗi thông tin đơn vị ứng với một dịch chuyển gián đoạn của cơ cấu chấp hành Đại lượng này có tên gọi là “ khả năng giải quyết” của hệ thống hay là giá trị xung

Cơ cấu chấp hành có thể dịch chuyển với một đại lượng bất kỳ nào ứng với giá trị xung Như vậy khi biết giá trị xung q và đại lượng dịch chuyển L của cơ cấu chấp hành, ta có thể xác định số lượng xung N cần thiết tác động để có lượng dịch chuyển L : L = q.N

Số lượng xung N được ghi trên kênh thông tin được gọi là một chương trình xác định đại lượng thông tin kích thước Các thông tin cần thiết được ghi trên băng đục

lỗ hoặc băng từ Số lượng thông tin được ghi trong một hệ thống mã hóa nhất định

1.1.2 Hệ điều khiển NC và CNC

1.1.2.1 Hệ điều khiển NC ( Numerical Control)

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 Hệ điều khiển NC làm việc theo nguyên tắc sau đây : sau khi mở máy, các lệnh thứ nhất và thứ hai được đọc Chỉ sau khi quá trình đọc kết thúc, máy mới bắt đầu 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 thiện 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 của hệ điều khiển NC là khi gia công chi tiết tiếp theo trong loạt,

hệ điều khiển phải đọc lại tất cả các lệnh từ đầu và như vậy sẽ 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 khác nữa là do cần rất nhiều lệnh chứa trong băng đục

lỗ hoặc băng từ nên khả năng mà chương trình bị dừng lại (không chạy) thường xuyên có thể xảy ra Ngoài ra với chế độ làm việc như vậy băng đục lỗ và băng từ

sẽ nhanh chóng bị bẩn và mòn, gây lỗi cho chương trình

1.1.2.2 Hệ điều khiển CNC

Đặc điểm chính của hệ điều khiển CNC là sự tham gia của máy vi tính Các nhà chế tạo máy CNC cài đặt vào máy tính một chương trình điều khiển cho từng loại máy 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 điều khiển 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 bằng tay

từ bàn điều khiển Các lệnh điều khiển không chỉ được viết cho từng chuyển động riêng lẻ mà còn cho nhiều chuyển động cùng một lúc Điều này cho phép giảm số câu lệnh của chương trình và như vậy có thể nâng cao độ tin cậy làm việc của máy

Hệ điều khiển CNC có kích thước nhỏ hơn và giá thành thấp hơn so với hệ điều khiển NC nhưng lại có những đặc tính mới mà các hệ điều khiển trước đó không có

1.2 Máy công cụ CNC

1.2.1 Máy công cụ CNC

Máy công cụ CNC là bước phát triển cao từ các máy NC Các máy CNC có một máy tính dùng để điều khiển các chức năng dịch chuyển của máy Các chương trình gia công được đọc cùng một lúc và được lưu trữ vào bộ nhớ Khi gia công, máy tính đưa ra các lệnh điều khiển máy Máy công cụ CNC có khả năng thực hiện các chức năng như : nội suy đường thẳng, nội suy cung tròn, mặt xoắn, mặt parabol và bất kỳ mặt bậc ba nào Máy CNC cũng có khả năng bù chiều dài và đường kính dụng cụ Tất cả các chức năng trên đều được thực hiện nhờ một phần mềm của máy tính Máy công cụ CNC bao gồm nhiều loại máy khác nhau như : Máy tiện, máy phay, máy bào, máy khoan, máy mài…hoặc các trung tâm gia công có số trục điều khiển

là 2,3,4,5

+B

+A

+X -X

+Y

+Z

Hình 1.1 Hệ trục tọa độ

1.2.2 Hệ trục tọa độ của máy công cụ CNC

Các trục tọa độ của máy CNC cho phép

xác định chiều chuyển động của các cơ cấu

máy dụng cụ cắt (Hình 1.1)

Các trục tọa độ đó là X, Y, Z Chiều dương

của trục X, Y, Z được xác định theo quy tắc

bàn tay phải.Theo quy tắc này thì ngón tay

cái chỉ chiều dương của trục X, ngón tay giữa

chỉ chiều dương của trục Z, còn ngón tay trỏ

chỉ chiều dương của trục Y Các trục quay

tương ứng với trục X, Y, Z được ký hiệu

bằng chữ A, B, C Chiều quay dương là chiều quay theo chiều của kim đồng hồ nếu nhìn theo chiều dương của các trục X, Y, Z

Trên các máy CNC ngoài các trục X, Y, Z còn có các trục khác, các trục này được ký hiệu là U, V, W, trong đó U//X, V//Y, W// Z …

1.2.3 Các điểm chuẩn

Các điểm chuẩn cần được xác định trong vùng làm việc của máy

1.2.3.1 Điểm chuẩn M của máy (điểm gốc O của máy)

Hình 1.2- Điểm M của máy khoan cần (a), máy phay đứng (b)

Điểm gốc O của máy (điểm chuẩn M của máy) là điểm gốc của hệ toạ độ của máy Điểm M được các nhà chế tạo quy định theo kết cấu của từng loại máy Điểm M là điểm giới hạn của vùng làm việc của máy Điều đó có nghĩa là trong phạm vi vùng làm việc của máy các dịch chuyển của các cơ cấu máy có thể thực hiện theo chiều dương của các tọa độ Ở các máy phay điểm M thường nằm ở điểm giới hạn dịch chuyển của bàn máy

1.2.3.2 Điểm O của chi tiết (điểm W)

Điểm W của chi tiết là gốc tọa độ của chi tiết Vị trí điểm W phụ thuộc vào sự lựa chọn của người lập trình

Đối với các chi tiết tiện thì điểm W của chi tiết nằm trên đường tâm của chi tiết hoặc ở mặt đầu bên trái hoặc mặt đầu bên phải Thông thường điểm W nằm ở mặt đầu bên trái chi tiết

1.2.3.3 Điểm chuẩn của dao (P)

Các dao tiện, dao khoan có điểm chuẩn là đỉnh dao (Hình 1.3a,b) Các dao khoét, dao doa hoặc dao phay thì điểm P là tâm của mặt đầu của dao (Hình 1.3 c, d, đ) Điểm P được dùng khi tính các quỹ đạo chuyển động của dao

1.2.3.4 Điểm chuẩn của giá dao T và điểm gá dao N

Điểm T được dùng để xác định hệ trục tọa độ của dao Điểm T phụ thuộc vào việc gá dao trên máy Thông thường khi gá dao trên máy thỡ điểm T trùng với điểm

gá dao N (Hình 1.4)

Hình 1.3 Điểm chuẩn của dao

1.2.3.5 Điểm điều chỉnh dao E

Khi gia công ta phải sử dụng nhiều dao, như vậy các kích thước của chúng phải

được xác định bằng cơ cấu điều chỉnh dao

Mục đích của việc điều chỉnh dao là để có thông tin chính xác cho hệ thống điều

khiển về kích thước dao (Hình 1.5)

Khi dao được lắp vào giá dao thì điểm E và điểm N trùng nhau 1.2.3.6 Điểm gá đặt (hay điểm tỳ) A

Điểm A là điểm tỳ của bề mặt chi tiết lên đồ định vị của đồ gá Điểm A có thể

trùng với điểm W của chi tiết (Hình 1.6) hoặc có thể lựa chọn tuỳ ý trên mặt định vị

của chi tiết gia công

Hình 1.5- Điểm gá đặt A

Hình 1.4- Điểm của giá dao T và điểm gá dao N

1.2.3.7 Điểm O của chương trình

Điểm O của chương trình (chính xác hơn là điểm P của dụng cụ cắt) là điểm trước khi gia công dụng cụ cắt nằm ở đó Điểm O của chương trình phải xác định sao cho khi thay dao không bị ảnh hưởng của chi tiết hoặc đồ gá

1.2.3.8 Các điểm chuẩn khác F, K

Khi nghiên cứu các hệ trục tọa độ người ta còn dùng các điểm chuẩn khác như

điểm F, điểm K để xác định các kích thước liên quan (Hình 1.6)

1.3 Các bộ phận chính của máy tiện CNC

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 1.7)

Ụ đứng Ổ tích dao Giá đỡ ổ tích dao Bảng điều khiển

Cửa Mâm cặp Ụ động Thân máy

Hình 1.7 Cấu tạo bên ngoài của máy tiện CNC

HIC-JICA SL-253

MOR

1.3.1 Ụ đứng

Là bộ phận làm việc chủ yếu của máy tạo ra vận tốc cắt gọt Bên trong lắp trục chính, động cơ bước (điều chỉnh được các tốc độ và thay đổi được chiều quay) Trên đầu 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 thủy lực hoặc khí nén để đóng, mở, kẹp chặt chi tiết

1.3.3 Truyền động chạy dao

1 2

3 4

5

6

CPU

Bảng điều khiển

Vít me đai ốc thực hiện chuyển động

chạy dao theo trục X

Vít me đai ốc thực hiện chuyển động chạy dao theo trục Z

Hệ thống động cơ chạy dao

Hình 1.8 Hệ thống truyền động chạy dao của máy tiện CNC

1.3.4 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 CNC thường được gia công với tốc độ rất cao Số vòng quay của trục chính lớn (có thể lên tới 8000 v/ph - khi gia công kim loại màu ) Do đó lực ly tâm là rất lớn nên các mâm cặp thường được kẹp chặt bằng hệ thống thuỷ lực (hoặc khí nén) tự động

1.3.5 ụ động

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

1.3.6 Hệ thống bàn xe dao

Bao gồm hai bộ phận chính sau:

+ 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, vào song song, vuông góc với trục chính nhờ các động cơ bước (các chuyển động này đã được lập trình sẵn)

+ 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 dụng cụ)

+ 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 chạm trong vùng làm việc của máy tiện

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

Các kết cấu của đầu Rơvonve tùy thuộc vào công dụng và yêu cầu công nghệ của từng loại máy Bao gồm các đầu Rơvônve (kiểu chữ thập, các đầu Rơvônve kiểu chữ thập kiểu đĩa kiểu hình trống)

Phổ biến đầu Rơvonve của các loại máy tiện CNC có kết cấu như (hình1.9.)

Các loại dụng cụ cắt Các khối mang dao Đầu rơ-vôn-ve

kiểu đĩa

Hình 1.9 Hệ thống gá đặt dụng cụ 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 thay đổi 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

1.3.7 Bảng điều khiển

Bảng điều khiển là nơi thực hiện giao diện giữa người với máy Người điều khiển máy ở một vị trí làm việc nhất định như hình (1.10).Kết cấu của bảng có thể khác nhau tùy thuộc vào nơi sản xuất Thông thường bảng điều khiển của máy tiện CNC có cấu tạo như sau:

* Vùng điều khiển màn hình bao gồm :

- Màn hình CRT (CRT DISPLAY) màn hình máy tính, để biểu diễn tín hiệu điều khiển số

- Nút điều khiển RESET, nút khởi động START, nút chọn chức năng phần được hiển thị ở phần cuối của màn hình CRT-SOFT KEY Nút địa chỉ nút ADDRESS dùng để khai báo các thực đơn Nút số dùng để nhập dấu và các giá trị số

NUMERIC Nút huỷ bỏ những địa chỉ và giá trị số CANCEL, ngoài ra còn các nút:

di chuyển con trỏ, nút thay đổi trang màn hình, nút thay đổi NC/PC, nút tính toán CALCULATION, nút dùng để nhập khoảng trống AUX (AUXILIARY)

* Vùng điều khiển các chức năng làm việc của máy bao gồm các nút:

- 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, chọn lọc);

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

INS RES

+X

-X

+Z -Z

MODE

OVERRIDE

100 0

50 150

%

SPINDLE

OVERRIDE SPINDLE

SING BLOC M01

ERROR

X Z

LOCK

MACHINE

TAIL STOCK

M00/M01 M02/M30 CHACK

1.4.1 Khái niệm và đặc trưng cơ bản của các máy tiện CNC

Việc thực hiện gia công trên máy CNC khác hẳn với cách thức mà người công nhân phải hành động trên máy vạn năng Ở đây, tất cả các bước gia công cần phải được thiết lập từ trước bằng các lệnh rõ ràng cùng với mọi điều kiện khác như lượng chạy dao, tốc độ trục chính và các chi tiết này phải được ghi lại trong chương trình

Gia công chi tiết cơ khí trên các máy điều khiển theo chương trình số CNC có những đặc điểm sau:

- Mức độ tự động hoá cao, toàn bộ quá trình hoạt động của máy để gia công chi tiết do máy tính điều khiển

- Tốc độ dịch chuyển của bàn máy cao

- Tốc độ quay của trục chính cao và có thể điều chỉnh vô cấp

- Độ chính xác gia công cao

- Năng suất gia công cao ( có thể gấp nhiều lần máy thông thường)

- Tính linh hoạt cao, thích nghi nhanh với sự thay đổi về kết cấu sản phẩm

- Mức độ tập trung nguyên công cao ( gia công nhiều bề mặt trong một lần gá đặt)

- Có thể gia công được những bề mặt phức tạp mà các máy khác khó hoặc không thực hiện được ( các bề mặt dạng 3D)

- Khả năng thực hiện lặp lại các công việc gia công (chương trình được sử dụng nhiều lần)

- Mức độ tự động hoá cao nên vận hành đơn giản nhưng bảo dưỡng và sửa chữa phức tạp

Một máy gia công CNC (hay còn gọi là một hệ thống gia công) theo nguyên

lý điều khiển số có sáu thành phần cơ bản sau:

1/ Chương trình gia công NC ( NC program) :

Được viết theo ngôn ngữ lập trình của máy thể hiện dưới dạng các số và chữ cái qui ước Hệ CNC có chức năng tạo lập các tín hiệu điều khiển cần thiết cho

quá trình gia công Ngoài ra hệ CNC còn phải tạo lập các lệnh NC để thực hiện các chức năng khác như thay dụng cụ cắt, đóng mở chất làm mát

2/ Thiết bị nạp chương trình (Program Input Device)

Thiết bị nạp chương trình vào máy thông thường là bàn phím gắn theo máy Các máy gia công hiện đại có thể cho phép nạp chương trình có sẵn vào máy theo đường cáp truyền dữ liệu hoặc đĩa mềm

3/ Hệ điều khiển máy (MCU = Machine Control Unit)

Hệ điều khiển máy hoạt động trên cơ sở phần cứng (hardware) và phần mềm (software) Phần cứng ở đây là hệ điều khiển và lập trình gia công CNC do các hãng cung cấp như hệ FANUC, MITSUBISHI, HEIDENHAIN Phần mềm điều khiển

và lập trình CNC gồm có ba khối chính, đó là : Phần mềm vận hành, phần mềm giao diện, phần mềm ứng dụng

Phần mềm vận hành bao gồm 4 chương trình sau:

+ Chương trình giám sát (còn gọi là chương trình vận hành hoặc dẫn dắt) để quản trị khâu vận hành, khởi động các phần mềm khác và tạo điều kiện truyền thông (communication) tới các thiết bị nhập – xuất

+ Chương trình logic (logic program) thường được coi là chương trình điều khiển, để giải mã(decods) và nội suy (interpolates) các chỉ dẫn NC nhằm tạo lập các tín hiệu điều khiển dịch chuyển cho từng trục điều khiển

+ Chương trình biên tập (editor program), còn gọi là chương trình dịch vụ hoặc vận hành Nó cho phép người vận hành nhập, xuất, sửa đổi hay xoá chương trình gia công chi tiết và hiển thị trên màn hình

+ Chương trình chuẩn đoán (diagnostic program), bao gồm nhiều chương trình con chuẩn đoán khác nhau để phát hiện các lỗi có trong hệ CNC, số hiệu của lỗi và thông báo lỗi được hiển thị trên màn hình

4/ Hệ khởi động ( Drive System)

5/ Máy gia công (Machine Tool), còn gọi là máy công tác như máy tiện, máy phay, máy khoan Đây là các máy gia công thực hiện điều khiển theo chương

trình số Ở máy CNC, phần lớn các nội dung chuẩn bị công nghệ có thể thực hiện tách rời máy gia công

ví dụ: chuẩn bị công nghệ và lập trình NC ở văn phòng với sự trợ giúp của máy tính, sau đó truyền tải chương trình NC đã lập và kiểm định tới máy CNC tại xưởng

để thực hiện

6/ Hệ phản hồi (Feedback System) Việc dịch chuyển theo trục X, trục Z của

dao hay chuyển động quay của trục chính liên tục được xác định Các thông tin đó được hệ phản hồi phản ánh cho hệ điều khiển trung tâm để bộ xử lý trung tâm

Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy tiện CNC

DOOSAN-LYNX 22OL với các trục NC là X và Z

1 Động cơ trục chính 6 Đầu dao

2 Cụm trục chính máy 7 Động cơ chạy dao theo trục X

3 Mâm cặp 8 Trục vít me bi

4 Phôi tiện 9 Động cơ chạy dao theo trục Z

5 Băng dẫn hướng dọc trục Z 10 Mũi tâm ( ụ động)

xử lý số liệu và tiếp tục điều khiển đến khi nào đạt giá trị cần thiết theo chương trình thì kết thúc tín hiệu điều khiển đó

1.4.2 Tổ chức lập trình và những vấn đề cần chú ý khi lập trình để đảm bảo

độ chính xác gia công

1.4.2.1 Tổ chức lập trình gia công trên máy tiện CNC

Trong quá trình sử dụng các máy gia công CNC, việc tổ chức lập trình đóng vai trò quan trọng trong việc khai thác máy có hiệu quả Tuỳ theo qui mô sản xuất, theo phương tiện sử dụng khi lập trình mà có các hình thức lập trình sau:

Hình 1.12 Tổ chức lập trình gia công trên máy tiện CNC

* Lập trình trong chuẩn bị sản xuất:

Với hình thức lập trình này, các chương trình gia công được lập ngay khi chuẩn bị sản xuất sau đó khi sử dụng thì đưa chương trình đó vào máy gia công Hình thức lập trình này có một số đặc điểm sau:

- Người lập trình phải am hiểu về công nghệ gia công và kiến thức, kỹ năng lập trình

- Chương trình gia công chính xác và hợp lý về chế độ công nghệ

- Chương trình được chuẩn bị trước nên không mất thời gian dừng máy

- Đòi hỏi qui mô sản xuất với nhiều máy gia công, số sản phẩm sản xuất tương đối nhiều mới hiệu quả vì cơ cấu và bộ máy cồng kềnh

Lập trình có trợ giúp của máy tính

Lập trình bằng tay

Vì vậy, hình thức lập trình này chỉ thích ứng với các doanh nghiệp sử dụng nhiều máy gia công CNC

Lập trình trong phân xưởng: Hình thức lập trình này còn gọi là lập trình thủ

công (tại máy) Khi lập trình phân xưởng, người vận hành máy gia công sẽ lập trình trực tiếp trên máy bằng cách nạp trực tiếp dữ liệu Hình thức này có đặc điểm:

- Người sử dụng máy phải có kiến thức, kỹ năng về lập trình

- Dễ lỗi vì thường vội hoặc thiếu công cụ, chức năng kiểm tra chương trình

- Mất thời gian vì phải ngừng máy

Hình thức lập trình này rất phù hợp với sản xuất đơn chiếc nên nó được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam hiện nay

* Lập trình có trợ giúp của máy tính(Còn gọi là lập trình bằng máy):

- Chi tiết gia công được vẽ trên phần mềm CAD/CAM sau đó chuyển sang thành chương trình gia công một cách tự động

Việc lập trình tự động hiện nay đã phát triển ở mức độ cao Hệ thống lập trình tự động với ngôn ngữ bậc cao cho phép tạo lập tự động một chương trình gia công NC

theo các giá trị toạ độ cần thiết và quỹ đạo dao (tool paths) một cách tự động

Chuyển đổi và tính toán toạ

độ các điểm

Tạo lập chương trình gia công

NC

Bộ hậu xử lý:

Chuyển đổi

về quy cách băng lỗ NC

Chươ

ng trình gia công

- Chương trình tiện ích (Utility) có chức năng đọc và xuất các băng lỗ NC, các chương trình gia công, mô phỏng quỹ đạo dao , soạn thảo chương trình (editing program)

- Chương trình xử lý kích thước 2 chiều,

2

1

2 chiều, 3 chiều là phần mềm để tạo lập chương trình kiểm nghiệm hình học của mô hình bề mặt, mô hình khối

- Chương trình quản lý tệp ( File managing program) là chương trình để quản

trị các tệp như chương trình NC, chương trình máy

Lập trình bằng tay:

Với hình thức lập trình này, chương trình gia công được lập bằng cách đánh từng câu lệnh từ bàn phím của máy tính hay bảng điều khiển theo ngôn ngữ lập trình sử dụng trên máy Với hình thức lập trình này có đặc điểm sau:

- Đòi hỏi người lập trình có kiến thức, kỹ năng về lập trình và am hiểu về công nghệ

- Những chi tiết phức tạp sẽ gây khó khăn cho người lập trình vì phải tính toán tìm các điểm đích trên từng biên dạng chi tiết ( các điểm giao nhau của các contour) Mặt khác chương trình thường dài do đó dễ mắc lỗi

- Thời gian lập trình lâu

Tuy nhiên hình thức lập trình này phù hợp với sản xuất nhỏ nên đang được sử dụng nhiều ở nước ta

1.4.2.2 Một số vấn đề cần chú ý khi lập trình để đảm bảo độ chính xác khi gia công tiện

Độ chính xác của chi tiết gia công trên máy tiện phụ thuộc vào:

- Độ chính xác của máy tiện CNC

- Khả năng xử lý của hệ điều khiển

- Dụng cụ gia công và độ chính xác khi cài đặt thông số vị trí dụng cụ

- Độ chính xác của chương trình gia công

- Chế độ công nghệ

Trong đó việc lập trình gia công đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc đảm bảo độ chính xác khi gia công Thông thường khi lập trình, ta sử dụng ngôn ngữ lập trình tương thích với hệ điều khiển máy để lập ra một chương trình bao gồm các câu lệnh điều khiển về máy, dịch chuyển dao theo một quĩ đạo nào đó phù hợp với biên dạng của chi tiết gia công Tuy nhiên, khi lập trình gia công trên máy tiện CNC, trong một số trường hợp nếu không chú ý sẽ dẫn đến gây ra sai số cho chi tiết gia công sau:

* Bù bán kính dao

Một số máy tiện CNC thông thường không có bù bán kính dao, vì vậy khi lập trình, hầu hết người lập trình coi bán kính mũi dao rd = 0, nhưng thực tế mũi dao không bao giờ là một điểm mà có bán kính nhất định Bán kính này có được là do yêu cầu mà người ta phải mài tạo ra, nhưng ngay cả khi không mài tạo ra thì kết quả của việc mài dao trên thiết bị và đá mài khác nhau cũng tạo ra bán kính mũi dao Nếu ta mài dao trên đá thông thường thì rd= 40m, còn khi mài trên đá kim cương thì rd = 10m

Vì ta coi mũi dao là một điểm nên khi lập trình gia công, trong một số trường hợp sẽ gây ra sai số gia công nếu không tính toán bù bán kính mũi dao Để thấy rõ điều đó, ta hãy xét một số trường hợp gia công sau:

+/ Khi gia công mặt côn hay cạnh vát

Khi lập trình gia công, vì coi mũi dao là một điểm nên muốn gia công cạnh vát với góc nghiêng  (hình1.14), ta thường lập trình dịch chuyển dao từ điểm A đến điểm B Kết quả thực tế do có bán kính mũi dao rd nên dao cắt từ điểm A2 đến điểm B 2, gây ra sai số về kích thước chiều dài cạnh vát (cũng đồng nghĩa với kích thước đường kính nhỏ và chiều dài côn thay đổi)

Sai số theo phương trục Z là: z = )

21

Để hạn chế sai số đó, khi lập trình gia công các mặt côn hay cạnh vát cần phải căn cứ vào giá trị bán kính mũi dao để xác định điểm xuất phát( A1) và điểm đích đến( B1) Vị trí toạ độ điểm A1 và

B1 được xác định như sau:

- Đối với điểm A1 : ZA1 = ZA

XA1 = XA - 2x

- Đối với điểm B1 : XB1 = XB

Z B1 = ZB - z

Hình 1.14: Bù bán kính dao khi cắt mặt côn và mặt vát

+/ Khi gia công cắt cung tròn

Hình 1.15: Bù bán kính dao khi cắt cung tròn

Khi muốn cắt cung tròn với bán kính R, ta thường lập trình dịch chuyển dao

từ điểm C đến D ( điểm đầu và cuối cung tròn) Kết quả sau khi gia công, do có bán kính mũi dao nên bán kính cung gia công thực tế là Rt (hình 1.15) Gây ra sai số gia công về bán kính là R

- Khi gia công cung tròn lồi thì R = R - Rt = rd Vì vậy để đảm bảo độ chính xác gia công thì bán kính cung khi lập trình Rlt phải là:

1.4.3 Hiệu quả kinh tế khi sử dụng máy gia công CNC và việc khai thác, sử dụng hiện nay

1.4.3.1 Hiệu quả kinh tế khi sử dụng máy gia công CNC

Quyết định đầu tư mua sắm và sử dụng máy NC, CNC trong sản xuất dựa trên giá trị hiệu quả kinh tế do loại máy này mang lại so với máy thường như sau:

Q = [(C1 + EK1) – ( C2 + EK2)] N [đ/năm]

Trong đó:

Q – Hiệu quả kinh tế (lãi, lợi nhuận, giá trị tiết kiệm được trong sản xuất)

C1 – Giá thành công nghệ gia công chi tiết cơ khí trên máy thường (đ/chi tiết) C2 – Giá thành công nghệ gia công chi tiết cơ khí trên máy NC, CNC(đ/chi tiết)

E - Đại lượng nghịch đảo của thời hạn hoàn thành vốn mua máy ( ví dụ nếu thời hạn hoàn vốn là 5 năm thì E = 1/5)

K2 – Chi phí đầu tư cho máy NC, CNC (đ/chi tiết)

N – sản lượng của chi tiết cần gia công (chi tiết/năm)

Chi phí về công nghệ (C1, C2) để gia công chi tiết cơ khí thường được xác định theo các chi phí thành phần như sau:

- Lương cho thợ vận hành máy

- Chi phí về điện năng

- Chi phí bảo dưỡng, sửa chữa

- Chi phí khấu hao nhà xưởng

- Chi phí dụng cụ cắt, dụng cụ kiểm tra

- Chi phí về lập trình và chuẩn bị công nghệ

Như vậy, phương án đầu tư sử dụng máy gia công NC, CNC trong sản xuất chỉ thật sự có ý nghĩa khi giá trị Q lớn hơn 0

1.4.3.2 Tình hình khai thác, sử dụng máy gia công CNC ở một số doanh nghiệp tại Việt Nam hiện nay

Ở Việt Nam chúng ta, trước đây hệ thống sản xuất cơ khí quá lạc hậu, năng suất thấp, chất lượng kém nhưng giá thành lại cao Rất nhiều doanh nghiệp trong nước và liên doanh với nước ngoài đã đưa máy gia công có mức độ tự động hoá cao vào sản xuất Ngành cơ khí nước ta nói riêng và tất cả các ngành khác nói chung đã có bước phát triển mới Sản phẩm chế tạo ra đã có chất lượng cao hơn, thời gian chế tạo nhanh hơn Tuy nhiên, tìm hiểu một số doanh nghiệp sử dụng kỹ thuật CNC thì thấy có một số hạn chế sau:

- Chủng loại máy, nguồn gốc máy đa dạng nhưng chủ yếu là các máy của: Đức, Nhật, Mỹ, Trung Quốc, Đài Loan

- Hệ điều khiển của máy chủ yếu là FANUC, HEIDENHAIN, MITSUBISHI

- Việc chuyển giao kỹ thuật từ các chuyên gia nước ngoài cho đối tác tại Việt Nam không đầy đủ Chủ yếu chỉ hướng dẫn lập trình cơ bản và thao tác vận hành máy

- Ngoại trừ một số doanh nghiệp liên doanh, doanh nghiệp 100% vốn nước ngoài trong sản xuất có mặt hàng truyền thống thì chương trình gia công CNC

được chuẩn bị trước từ nước ngoài đưa vào còn lại chủ yếu do người vận hành máy lập trình trực tiếp trên máy

- Một số doanh nghiệp chưa thực sự chú ý đến khai thác máy một cách hiệu quả, thời gian máy hoạt động không nhiều

- Việc sử dụng chế độ cắt thường theo khuyến cáo của nhà cung cấp máy, cung cấp dụng cụ một phần, còn chủ yếu là theo kinh nghiệm như khi thực hiện gia công trên máy vạn năng nên chưa thể nói là đã hợp lý hay chưa?

- Các máy gia công sử dụng kỹ thuật CNC thường được nhập ngoại với giá thành rất cao, chính vì lẽ đó, hiệu quả khai thác sử dụng máy còn hạn chế, giá thành sản phẩm cao vì mức khấu hao lớn

1.5 Kết luận chương 1

- Nghiên cứu tổng quan ở trên cho thấy quá trình quy luật phân bố của độ chính xác gia công, về cơ sở lý thuyết của các phương pháp xác định độ chính xác gia công khi gia công trên máy tiện CNC là một vấn đề phức tạp, tốn nhiều thời gian và công sức Các công trình nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước được công bố chưa nhiều Ở Việt Nam cho đến nay kết quả nghiên cứu về quy luật phân bố của độ chính xác gia công, về cơ sở lý thuyết của các phương pháp xác định độ chính xác gia công khi gia công trên máy tiện CNC còn rất hạn chế Vì vậy việc nghiên cứu quy luật phân bố của độ chính xác gia công trên máy tiện CNC để xác định chế độ cắt hợp lý khi gia công trên máy tiện CNC nhằm giảm thời gian cắt gọt (thời gian cơ bản) để có năng suất cắt cao, phù hợp với điều kiện sản xuất ở Việt Nam, góp phần đảm bảo hiệu quả sử dụng loại máy tiện CNC là việc cần thiết

Nói chung, độ chính xác của chi tiết máy được gia công là chỉ tiêu khó đạt và gây tốn kém nhất kể cả trong quá trình xác lập ra nó cũng như trong quá trình chế tạo

Trong thực tế, không thể chế tạo được chi tiết máy tuyệt đối chính xác, nghĩa

là hoàn toàn phù hợp về mặt hình học, kích thước cũng như tính chất cơ lý với các giá trị ghi trong bản vẽ thiết kế Giá trị sai lệch giữa chi tiết gia công và chi tiết thiết

kế được dùng để đánh giá độ chính xác gia công

2.1.1 Các chỉ tiêu đánh giá độ chính xác gia công:

- Độ chính xác kích thước: được đánh giá bằng sai số kích thước thật so với kích thước lý tưởng cần có và được thể hiện bằng dung sai của kích thước đó

- Độ chính xác hình dáng hình học: là mức độ phù hợp lớn nhất của chúng

với hình dạng hình học lý tưởng của nó và được đánh giá bằng độ côn, độ ôvan, độ không trụ, độ không tròn (bề mặt trụ), độ phẳng, độ thẳng (bề mặt phẳng)

- Độ chính xác vị trí tương quan: được đánh giá theo sai số về góc xoay

hoặc sự dịch chuyển giữa vị trí bề mặt này với bề mặt kia (dùng làm mặt chuẩn) trong hai mặt phẳng tọa độ vuông góc với nhau và được ghi thành điều kiện kỹ thuật riêng trên bản vẽ thiết kế như độ song song, độ vuông góc, độ đồng tâm, độ đối xứng

- Độ chính xác hình dáng hình học tế vi và tính chất cơ lý lớp bề mặt: độ nhám bề mặt, độ sóng, độ cứng bề mặt