Nghiên cứu ứng dụng phần mềm catia trong lập trình thiết kế và gia công chi tiết cơ khí trên máy CNC

Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, CAD/CAM đã được ứng dụng nhanh chóng trong công nghiệp, vì nó là công cụ giúp các nhà thiết kế và chế tạo sản phẩm có hiệu quả để tăng năn

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa; Lời cam đoan 01

Mục lục 02

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 07

Danh mục các hình 07

Danh mục các bảng 11

LỜI NÓI ĐẦU 12

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM 15

1.1 Tổng quan về công nghệ CAD/CAM 15

1.1.1 Giới thiệu về CAD/CAM 15

1.1.2 Đối tượng phục vụ của CAD/CAM 17

1.1.3 Vai trò của CAD/CAM trong chu kỳ sản xuất 18

1.1.4 Chức năng của CAD 19

1.2 Tình hình ứng dụng và phát triển công nghệ CAD/CAM tại Việt Nam 20

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ CÔNG NGHỆ CNC 24

2.1 Giới thiệu điều khiển số thế hệ cũ 24

2.1.1 Khái niệm điều khiển số 24

2.1.2 Lịch sử phát triển điều khiển số 24

2.2 Các thành phần cơ bản của một hệ NC 25

2.2.1 Chương trình 26

2.2.2 Bộ điều khiển CU 26

2.2.3 Máy công cụ hoặc quá trình khác được điều khiển 27

2.3 Trình tự NC 28

2.3.1 Lập trình công nghệ 28

2.3.2 Lập trình gia công 29

a Lập trình theo lối thủ công 29

b Lập trình dưới dự trợ giúp của máy tính 29

2.3.3 Chuẩn bị băng 29

2.3.4 Thẩm tra băng 30

2.3.5 Sản xuất 30

2.4 Lập trình gia công cho máy NC 30

2.4.1 Băng đục lỗ cho máy NC 30

2.4.2 Khuôn dạng băng và mã hóa chương trình trên băng máy NC 31

2.4.2.1 Khuôn dạng băng và mã hóa chương trình trên băng 31

2.4.2.2 Cách mà các lệnh được tạo ra 31

2.4.2.3 Các từ của NC 32

2.5 Các phương pháp lập trình gia công chi tiết 33

2.5.1 Lập trình vật làm theo lối thủ công 33

2.5.2 Lập trình chi tiết gia công dưới sự trợ giúp của máy tính 34

2.5.2.1 Nhiệm vụ của người lập trình 34

2.5.2.2 Nhiệm vụ của máy tính 34

2.5.2.3 Các ngôn ngữ lập trình gia công điều khiển số 36

2.6 Điều khiển số hiện đại bằng máy tính 38

2.6.1 Giới thiệu về công nghệ CNC 42

2.6.2.Các chức năng của CNC 43

a Điều khiển máy công cụ 44

b Bù sai số khi đang gia công 44

c Các tính năng lập trình và vận hành tiên tiến 44

d Chức năng chẩn sai 45

2.6.3 Các ưu điểm của CNC 45

2.6.4 Hệ thống tọa độ, các điểm gốc và điểm chuẩn 46

a Hệ thống tọa độ máy CNC 46

b Hệ tọa độ đối với một số máy 47

2.6.5 Các điểm gốc, điểm chuẩn 49

a Điểm gốc của máy M 49

b Điểm chuẩn của máy R 49

c Điểm zero của phôi và điểm gốc của chương trình P 50

d Điểm gốc của dụng cụ 51

2.7 Các phương pháp nhập dữ liệu 53

2.7.1 Nhập dữ liệu theo lối thủ công (MDI) 53

2.7.2 DNC - Điều khiển số trực tiếp 54

2.7.2.1 Định nghĩa 54

2.7.2.2 Phân loại DNC 55

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM CATIA 57

3.1 Giới thiệu phần mềm tích hợp CAD/CAM/CAE CATIA 57

3.1.1 Lịch sử ra đời và phát triển phần mềm CATIA 57

3.1.2 Tình hình sử dụng CATIA trên thế giới 59

3.2 Tình hình sử dụng CATIA tại Việt Nam 60

CHƯƠNG 4:ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CATIA TRONG THIẾT KẾ BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG THẲNG 63

4.1 Tổng quan về bánh răng 63

4.1.1 Tổng quan: 63

a Định nghĩa: 63

b Phân loại và công dụng của truyền động bánh răng: 63

4.1.2 Các dạng ăn khớp chính trong bộ truyền bánh răng 66

4.1.2.1 Ăn khớp thân khai 66

a Đường thân khai và tính chất của nó 66

b Tính chất của đường thân khai 68

c Phương trình đường thân khai 69

d Ưu điểm của đường thân khai 70

4.1.2.2 Ăn khớp của bánh răng trụ thân khai 71

4.2 Ứng dụng phần mềm CATIA phiên bản V5R20

thiết kế bánh răng thân khai 71

4.2.1 Cơ sở thiết kế bánh răng thân khai trên phần mềm CATIA V5R20 71

4.2.2 Thiết kế bánh răng thân khai 74

CHƯƠNG 5:ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CATIA TRONG LẬP TRÌNH GIA CÔNG BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG THẲNG TRÊN MÁY PHAY CNC 103

5.1 Tổng quan về máy gia công bánh răng - Máy phay DMU60 mono BLOCK và về một số chức năng gia công phay trong CATIA 103

5.1.1 Tổng quan về máy phay DMU60 monoBLOCK 103

5.1.2 Tổng quan về một số chức năng gia công phay trong CATIA 104

5.2 Ứng dụng phần mềm CATIA lập trình gia công bánh răng trụ răng thẳng 104

5.2.1 Tạo phôi cho chi tiết gia công 104

5.2.2 Tạo một phần chu trình gia công trong tiến trình sản xuất 106

5.2.3 Ứng dụng phần mềm CATIA lập trình gia công bánh răng trụ răng thẳng 109

5.2.3.1 Chọn đồ gá cho chi tiết trên bàn máy 109

5.2.3.2 Thứ tự các nguyên công gia công bánh răng 110

5.2.3.3 Dụng cụ sử dụng gia công 111

5.2.3.4 Lập trình gia công bánh răng 112

a Phay mặt đầu sử dụng dao phay T1 112

b Phay tạo phôi D=150 mm, chiều dày 25mm 114

c Phá thô và phay tinh mặt cone trên cùng 117

d Phay thô và tinh phần răng 121

e Phay lỗ lắp trục và phay 4 lỗ công nghệ 127

f Vát mép chân răng 132

g Phay một pocket đường kính D120 nằm đúng ở

mặt đầu của bánh răng 134

h Phay mặt cone 136

i Phay mặt đầu còn lại của bánh răng 140

k Phay rãnh then hoa 142

m Vát mép đỉnh răng 145

5.3 Xuất chương trình NC 147

5.4 Chương trình gia công một số nguyên công điển hình 151

5.4.1 Bước 2: Tạo phôi tròn D=150, chiều dày 25mm 151

5.4.2 Bước 4: Phay thô và tinh phần răng 151

5.4.3 Bước 10: Phay rãnh then hoa 152

5.4.3 Bước 11: Vát mép đỉnh răng 153

KẾT LUẬN 155

TÀI LIỆU THAM KHẢO 158

PHỤ LỤC 159

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CAD Computer Aided Design CLU Control Loop Unit

CAM Computer Aided Manufacturing DPU Data Processing Unit

CAE Computer Aided Engineering MDI Manual Data Input

CIM Computer Integrated

CNC Computer Numerical Control IGES Initial Graphics Exchange

Specification MCU Machine Control Unit PPR Process Product Resources

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 1.1 Sơ đồ chu kỳ sản xuất 18

Hình 1.2 Sơ đồ chu kỳ sản xuất khi dùng CAD/CAM 19

Hình 2.1 Hệ tọa độ trên các máy CNC và chuyển động các trục 47

Hình 2.2 Hệ tọa độ trên máy tiện với bàn dao sau và có bố trí trục C (3D) 48

Hình 2.3 Hệ tọa độ trên máy phay đứng 48

Hình 2.4 Hệ tọa độ trên máy phay nằm ngang 49

Hình 2.5 Các điểm gốc và điểm chuẩn trên máy thẳng đứng 49

Hình 2.6 Chọn điểm gốc của chi tiết và điểm gốc của chương trình khi khoan các lỗ phân bố trên đường tròn 51

Hình 2.7 Các điểm chuẩn P của dao 51

Hình 4.2.1 Vòng tròn cơ sở 66

Hình 4.2.2 Hình dáng đường thân khai 67

Hình 4.2.3 Nhiều đường thân khai 68

Hình 4.2.4 Tính chất đường thân khai 68

Hình 4.2.5 Phương trình đường thân khai 69

Hình 4.3.1 Dạng ăn khớp của bánh răng trụ 71

Hình 4.6 Mô hình bánh răng trong HGT của máy thu hoạch lạc 72

Hình 4.7 Thể hiện ra, rp, rb, rf, a của bánh răng 72

Hình 4.8 Khởi động CATIA 75

Hình 4.9 Giao diện CATIA 75

Hình 4.10 Truy cập vào Workbench 76

Hình 4.11(1-2) Thao tác quản lý các tham số trong CATIA 76

Hình 4.12 Tạo file mới có tên GEAR 78

Hình 4.13(1-6) Tạo các tham số cần thiết cho bánh răng 78

Hình 4.14 Các tham số thể hiện trên thanh quản lý 81

Hình 4.15 Tạo trục hệ thống 82

Hình 4.16 Tạo nhóm đối tượng hình học 82

Hình 4.17 Thanh công cụ Knowledge 83

Hình 4.18 Hộp thoại Law Editor 83

Hình 4.19 Tạo tham số yd với biến số t 83

Hình 4.20 Tạo tham số zd với biến số t 84

Hình 4.21(1) Tạo các điểm nằm trên đường thân khai 84

Hình 4.21(2-3) Tạo các điểm nằm trên đường thân khai (point 1, t = 0) 85

Hình 4.22 Tọa độ của 5 điểm nằm trên đường thân khai 86

Hình 4.23 Tạo biên dạng thân khai 87

Hình 4.24 Kéo dài biên dạng thân khai 88

Hình 4.25 Tạo hai tham số phi (deg) và c (deg) 88

Hình 4.26 Quay đường biên dạng thân khai quanh trục X một góc phi 89

Hình 4.27 Tạo đường tròn với bán kính ra (C1) 89

Hình 4.28 Tạo đường tròn với bán kính rf (C2) 90

Hình 4.29 C1, C2 hoàn chỉnh 90

Hình 4.30(1) Tạo góc bo giữa C2 và biên dạng thân khai 91

Hình 4.30(2) Tạo góc bo giữa C2 và biên dạng thân khai 91

Hình 4.31 Tạo plane (P1) quay quanh trục X 92

Hình 4.32 Tạo góc bo đối xứng 92

Hình 4.33(1) Cắt bỏ phần thừa để tạo biên dạng răng 93

Hình 4.33(2) Lấy đối xứng qua ZX plane tạo biên dạng răng 93

Hình 4.33(3-4) Tạo biên dạng răng 94

Hình 4.34(1-2) Tạo biên dạng bánh răng hoàn chỉnh 95

Hình 4.35 Đùn chiều dày của bánh răng 96

Hình 4.36(1-2) Vát mép mặt bằng chân răng 96

Hình 4.37(1-3) Tạo các lỗ công nghệ trên đĩa 97

Hình 4.38(1-3) Tạo hốc công nghệ trên đĩa 99

Hình 4.39 Tạo thân moayơ 100

Hình 4.40 Tạo rãnh then hoa 101

Hình 4.41 Mô hình bánh răng trụ răng thẳng hoàn chỉnh 102

Hình 5.1 Mô hình máy phay DMU 60 monoBLOCK 103

Hình 5.2(1-4) Tạo chu trình gia công phay trong CATIA PL Hình 5.3(1-2) Tạo chu trình gia công phẳng trong CATIA PL Hình 5.4(1-7) Gia công thô chi tiết theo mặt phẳng nằm ngang trong CATIA PL Hình 5.5(1-3) Gia công tinh hoặc bán tinh trên MP nằm ngang trong CATIA PL Hình 5.6(1-12) Chu trình phay Pocket PL Hình 5.7(1-3) Tạo phôi cho chi tiết gia công 104

Hình 5.8 Môi trường gia công phay chi tiết 106

Hình 5.9 Hộp thoại Machine Editor 106

Hình 5.10(1-2) Hộp thoại cài đặt gốc phôi 107

Hình 5.11 Hộp thoại cài đặt chi tiết gia công 108

Hình 5.12 Hộp thoại cài đặt phôi gia công chi tiết 108

Hình 5.13 Hộp thoại cài đặt mặt phẳng an toàn 109

Hình 5.13(1) Đồ gá Eron MBV150 và phụ kiện 109

Hình 5.13(2) Đồ gá Eron MBV150 110

Hình 5.14 Chọn dạng hình học của chi tiết phay mặt đầu 112

Hình 5.15 Lựa chọn các thông số công nghệ khi gia công phay mặt đầu 112

Hình 5.16 Thiết lập thông số của dụng cụ cắt khi phay mặt đầu 113

Hình 5.17 Thiết lập TS tốc độ cắt, tốc độ ăn sâu của chu trình phay mặt đầu 113

Hình 5.18 Hoàn thành quá trình thiết lập gia công phay mặt đầu 114

Hình 5.19 Xác định các thông số hình học cho chu trình tạo phôi tròn 114

Hình 5.20(1-3) Lựa chọn các thông số về công nghệ khi phay tạo phôi tròn 115

Hình 5.21 Thiết lập các thông số HH của dụng cụ cắt khi phay tạo phôi tròn 116

Hình 5.22 Thiết lập tốc độ cắt và tốc độ ăn sâu khi phay tạo phôi tròn 116

Hình 5.23 Hoàn thành quá trình thiết lập gia công phay tạo phôi tròn 117

Hình 5.24(1-3) Kết quả quá trình thiết lập chu trình phay thô mặt cone 114

Hình 5.25(1-2) Kết quả quá trình thiết lập chu trình phay tinh mặt cone 120

Hình 5.26(1-3) Kết quả quá trình thiết lập chu trình phay thô phần răng 121

Hình 5.27(1-4) Kết quả quá trình thiết lập chu trình phay thô phần răng 123

Hình 5.28(1-4) Kết quả quá trình thiết lập chu trình phay tinh phần răng 125

Hình 5.29(1-4) Kết quả quá trình thiết lập chu trình phay lỗ lắp trục 127

Hình 5.29(5-9) Kết quả quá trình thiết lập chu trình phay 04 lỗ công nghệ 127

Hình 5.30(1-4) Kết quả quá trình thiết lập chu trình phay vát mép chân răng 132

Hình 5.31(1-4) Kết quả quá trình thiết lập chu trình phay pocket D120mm 134

Hình 5.32(1-4) Kết quả quá trình thiết lập chu trình phay thô mặt cone 136

Hình 5.32(5-8) Kết quả quá trình thiết lập chu trình phay tinh mặt cone 138

Hình 5.33(1-4) Kết quả quá trình thiết lập chu trình phay mặt đầu còn lại 140

Hình 5.34(1-4) Kết quả quá trình thiết lập chu trình phay rãnh then hoa 143

Hình 5.35(1-4) Kết quả quá trình thiết lập chu trình phay rãnh then hoa 145

Hình 5.36 Lựa chọn biểu tượng Generate NC Code Interactively 147

Hình 5.37 Hộp thoại Generative NC Output Interactively 147

Hình 5.38(1-2) Xuất CT NC 148

Hình 5.39 Thư mục chứa dữ liệu CAD mô hình bánh răng 149

Hình 5.40 Thông tin quá trình xử lý 149

Hình 5.41 Thông tin File đầu vào dưới dạng APT Code 149 Hình 5.42 Thông tin dữ liệu đầu ra dưới dạng Gcode và Mcode 150 Hình 5.43 Thông tin về tiến trình, dụng cụ, thời gian thực hiện gia công 150

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 4 Bảng thông số và công thức thiết kế cho bánh răng tiêu chuẩn 74 Bảng 5.1 Thành phần vật liệu nhôm mác AK5M7 104 Bảng 5.2 Thông tin về dụng cụ sử dụng gia công 111

LỜI NÓI ĐẦU

Những năm gần đây việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM trong thiết kế, chế tạo các sản phẩm công nghiệp ngày càng phổ biến ở Việt Nam cũng như trên trường Quốc tế CAD (Computer aided design) là máy tính trợ giúp thiết kế, CAM (Computer aided Manufacturing) là máy tính trợ giúp chế tạo Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, CAD/CAM đã được ứng dụng nhanh chóng trong công nghiệp, vì nó là công cụ giúp các nhà thiết kế và chế tạo sản phẩm có hiệu quả

để tăng năng suất lao động, giảm cường độ lao động, tự động hóa quá trình sản xuất, nâng cao chất lượng và hạ giá thành sản phẩm.

Hiện nay dưới sự hỗ trợ của công nghệ thông tin, hệ thống CAD/CAM tích hợp được phát triển rất nhanh chóng Nó đã tạo nên sự liên thông từ quá trình thiết

kế cho đến chế tạo trong lĩnh vực cơ khí Xu thế hiện nay các nhà kỹ thuật phát triển chủ yếu là hệ thống CAD/CAM tích hợp Những phần mềm CAD/CAM tích hợp được sử dụng phổ biến hiện nay như: CATIA/AutoNC, Matercam, Edgecam, Solidcam, Delcam, Surfcam, Vercut, Topmold, Cimatron, Pro/Engenieer, Hypercam, NXcam….

CATIA là phần mềm thương mại đa ứng dụng, tích hợp CAD/CAM/CAE

rất nổi tiếng, nó được xây dựng và phát triển bởi Dassault Systemes - một công ty

của Pháp và được độc quyền phân phối, khai thác thị truờng bởi tập đoàn máy tính lớn nhất thế giới IBM Trải qua gần 30 năm xây dựng, nâng cấp và phát triển, nhờ

sự tiện dụng và những ưu thế vượt trội, CATIA dần dần trở thành phần mềm CAD/CAM được ưa chuộng nhất trên toàn thế giới và được sử dụng trong rất nhiều tập đoàn hàng đầu như: Các hãng máy bay Boeing, Airbus… Các hãng sản xuất ô tô Toyota, Honda, Ford….

Là một học viên cao học ngành Công nghệ chế tạo máy niên khoá 2011-2012

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Học viên hiểu rằng để gia công bánh răng

theo phương pháp truyền thống (Xọc răng, lăn răng, phay định hình) là phương pháp cắt gọt kim loại phức tạp nhất, nó đòi hỏi ở người thực hiện không chỉ hiểu

biết về các thiết bị máy móc và các phương pháp gia công mà nó còn đòi hỏi phải

có kiến thức sâu rộng, khả năng sáng tạo Người thợ gia công bánh răng cần có hiểu biết về sự hình thành biên dạng, lý thuyết ăn khớp bánh răng, tính toán các thông số của bánh răng Trong Luận văn tốt nghiệp của mình Học viên mạnh dạn lựa chọn đề

tài luận với nội dung “Nghiên cứu ứng dụng phần mềm CATIA trong thiết kế và lập trình gia công chi tiết cơ khí trên máy CNC” không nằm ngoài mục đích tiếp

cận, tìm hiểu cũng như ứng dụng công nghệ CAD/CAM trong gia công chế tạo các chi tiết cơ khí có bề mặt phức tạp thông qua việc ứng dụng phần mềm CATIA Từ đây cung cấp một cái nhìn khái quát nhưng cũng chi tiết và cụ thể về công nghệ CAD/CAM Có thể nói trong hàng chục năm qua, công nghệ CAD/CAM đã thay đổi nhanh chóng và phát triển vượt bậc mà với kiến thức và khả năng hạn hẹp của một cá nhân không thể nắm bắt được hết Ở đây Học viên lựa chọn chi tiết cơ khí để lập trình gia công đó là bánh răng trụ răng thẳng Vì vậy song song với đề tài

“Nghiên cứu ứng dụng phần mềm CATIA trong thiết kế và lập trình gia công chi tiết cơ khí trên máy CNC” là đề tài “Nghiên cứu ứng dụng phần mềm CATIA trong thiết kế và lập trình gia công bánh răng trụ răng thẳng trên máy CNC”

Luận văn được chia thành 5 chương, với nội dung các chương như sau:

- Chương 1: Tổng quan về công nghệ CAD/CAM

- Chương 2: Tổng quan về điều khiển số và công nghệ CNC

- Chương 3: Giới thiệu phần mềm CATIA

- Chương 4: Ứng dụng phần mềm CATIA trong thiết kế bánh răng trụ răng thẳng

- Chương 5: Ứng dụng phần mềm CATIA trong lập trình gia công bánh răng trụ răng thẳng trên máy CNC.

Để có thể thực hiện được đề tài và hoàn thành trong thời gian cho phép, học viên xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, chỉ bảo và đóng góp nhiệt tình từ người

thầy hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Viết Tiếp cũng như đội ngũ cán bộ, công nhân viên Trung Tâm Khoa Học Công Nghệ Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải đã

hết sức tạo điều kiện để học viên có thể thực tập, thiết lập chương trình cũng như sử

dụng các trang thiết bị để thực hiện việc chạy thử chương trình tại Trung Tâm Khoa Học Công Nghệ của trường.

Mặc dù đã hết sức cố gắng song luận văn đã có phần nào toát nên một điều rằng kiến thức thể hiện nội dung chi tiết chưa được sâu rộng, lý luận cơ sở khoa học chưa được sắc bén và cũng không thể tránh khỏi những thiếu xót trong ngôn từ thể hiện Do vậy học viên mong nhận được sự đóng góp chân thành và quý báu từ quý thầy cô, các nhà chuyên môn cùng các đồng nghiệp.

Xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày 21 tháng 9 năm 2012

Học viên

Bùi Thị Dưỡng

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM

1.1 Tổng quan về công nghệ CAD/CAM

1.1.1 Giới thiệu về CAD/CAM

Thiết kế và chế tạo có sự tham gia của máy vi tính (CAD/CAM hay CAO/FAO) thường được trình bày gắn liền với nhau Thật vậy, hai lĩnh vực ứng dụng tin học trong ngành cơ khí chế tạo này có nhiều điểm giống nhau bởi chúng đều dựa trên cùng các chi tiết cơ khí và sử dụng dữ liệu tin học chung: Đó là các nguồn đồ thị hiển thị và dữ liệu quản lý.

Thực tế, CAD và CAM tương ứng với các hoạt động của hai quá trình hỗ trợ cho phép biến một ý tưởng trừu tượng thành một vật thể thật Hai quá trình này thể hiện rõ trong công việc nghiên cứu và triển khai chế tạo.

Xuất phát từ nhu cầu cho trước, việc nghiên cứu đảm nhận thiết kế một mô hình mẫu cho đến khi thể hiện trên bản vẽ biễu diễn chi tiết Từ bản vẽ chi tiết, việc triển khai chế tạo đảm nhận lập ra quá trình chế tạo các chi tiết cùng các vấn đề liên quan đến dụng cụ và phương pháp thực hiện.

Hai lĩnh vực hoạt động lớn này trong ngành chế tạo máy được thực hiện liên tiếp nhau và được phân biệt bởi kết quả của nó.

Kết quả của CAD là một bản vẽ xác định, một sự biểu diễn nhiều hình chiếu khác nhau của một chi tiết cơ khí với các đặc trưng hình học và chức năng Các phần mềm CAD là các dụng cụ tin học đặc thù cho việc nghiên cứu và được chia thành hai loại: Các phần mềm thiết kế và các phần mềm vẽ.

Kết quả của CAM là cụ thể, đó là chi tiết cơ khí Trong CAM không truyền đạt một sự biểu diễn của thực thể mà thực hiện một cách cụ thể công việc Việc chế tạo bao gồm các vấn đề liên quan đến vật thể, cắt gọt vật liệu, công suất của trang thiết bị, các điều kiện sản xuất khác nhau có giá thành nhỏ nhất, với việc tối ưu hoá

đồ gá và dụng cụ cắt nhằm đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết cơ khí.

Nhằm khai thác các công cụ hữu ích, những ứng dụng tin học trong chế tạo không chỉ hạn chế trong các phần mềm đồ họa hiển thị và quản lý mà còn sử dụng việc lập trình và điều khiển các máy công cụ điều khiển số, do vậy đòi hỏi khi thực hiện phải nắm vững các kiến thức về kỹ thuật gia công.

Trong chế tạo, việc sử dụng các dữ liệu tin học phải lưu ý đến nhiều mối quan

hệ ràng buộc Các ràng buộc này nhiều hơn trong thiết kế Việc cắt gọt vật liệu trên một máy công cụ điều khiển số hay một máy công cụ vạn năng thông thường là như nhau, trong hai trường hợp vật liệu không thay đổi về tính chất.

Trong khi đó các dữ liệu tin học có trong môi trường công nghiệp cũng có trong các xưởng gia công Các nguồn dữ liệu này cải thiện kỹ thuật chế tạo, chuyển đổi phương pháp và dẫn đến thay đổi quan trọng trong các công việc hoàn thành khi lập quy trình công nghệ cũng như trên vị trí làm việc Ngoài công việc cho phép điều khiển số các nguyên công gia công, việc thiết lập các dữ liệu tin học mang lại nhiều sự cải thiện về kết cấu liên quan đến cấu trúc máy và đồ gá, các phương pháp chế tạo và kiểm tra sản phẩm, thiết kế dụng cụ cắt và các cơ cấu tự động khác Mặt khác, các ứng dụng tin học này cũng cho phép khai thác tốt hơn các khả năng mới của máy và dụng cụ.

Ta phân biệt hai loại dụng cụ tin học trong nghiên cứu thiết kế:

- Các phần mềm vẽ có sự tham gia của máy tính điện tử (Dessin Assisté par Ordinateur - DAO hay Computer Aided Drawing - CAD).

- Các phần mềm thiết kế có sự tham gia của máy tính điện tử (Conception Assistée par Ordinateur - CAO hay Computer Aided Design - CAD).

Trong tiếng Anh ta sử dụng từ CAD chung cho cả hai phần mềm này.

Trong triển khai chế tạo ra sản phẩm từ bản vẽ thiết kế, ngày nay có các phần mềm ứng dụng đó là các phần mềm chế tạo có sự tham gia của máy tính điện tử (Fabrication Assistée par Ordinateur - FAO hay Computer Aided Manufacturing - CAM)

Khi sự tích hợp trên máy tính điện tử cho các hoạt động thiết kế và chế tạo được thực hiện, tức là khi việc thực hiện có thể trực tiếp dựa vào các dữ liệu số

được tạo ra bởi việc thiết kế, tập hợp các hoạt động đặc trưng của CAD/CAM được

mô tả dưới khái niệm chế tạo được tích hợp bởi máy tính điện tử (Fabrication Integrée par Ordinateur - FIO hay Computer integrated Manufacturing - CIM).

Do vậy CIM biểu diễn các hoạt động tương ứng với thiết kế, vẽ, chế tạo và kiểm tra chất lượng của một sản phẩm cơ khí.

1.1.2 Đối tượng phục vụ của CAD/CAM

Xu thế phát triển chung của các ngành công nghiệp chế tạo theo công nghệ tiên tiến là liên kết các thành phần của quy trình sản xuất trong một hệ thống tích hợp điều khiển bởi máy tính điện tử (Computer Integrated Manufacturing - CIM).

Cơ sở dữ liệu của CIM phải toàn diện và đồng bộ, nghĩa là phải có toàn bộ dữ liệu liên quan đến quá trình sản xuất, từ khi chuẩn bị, bắt đầu, đến khi kết thúc sản xuất.

Các thành phần của hệ thống CIM được quản lý và điều hành dựa trên cơ sở

dữ liệu trung tâm với thành phần quan trọng là các dữ liệu từ quá trình CAD Kết quả của quá trình CAD không chỉ là cơ sở dữ liệu để thực hiện phân tích kỹ thuật, lập quy trình chế tạo, gia công điều khiển số mà chính là dữ liệu điều khiển thiết bị sản xuất điều khiển số như các loại máy công cụ, người máy, tay máy công nghiệp

và các thiết bị phụ trợ khác.

Công việc chuẩn bị sản xuất có vai trò quan trọng trong việc hình thành bất kỳ một sản phẩm cơ khí nào.

Công việc này bao gồm:

- Chuẩn bị thiết kế (Thiết kế kết cấu sản phẩm, các bản vẽ lắp chung của sản phẩm, các cụm máy );

- Chuẩn bị công nghệ (Đảm bảo tính năng công nghệ của kết cấu, thiết lập quy trình công nghệ);

- Thiết kế và chế tạo các trang bị công nghệ và dụng cụ phụ ;

- Kế hoạch hoá quá trình sản xuất và chế tạo sản phẩm trong thời gian yêu cầu Hiện nay, qua phân tích tình hình thiết kế ta thấy rằng 90% thời lượng thiết kế

là để tra cứu số liệu cần thiết mà chỉ có 10% thời gian dành cho lao động sáng tạo

và quyết định phương án, do vậy các công việc trên có thể thực hiện bằng máy tính điện tử để vừa tiết kiệm thời gian vừa đảm bảo độ chính xác và chất lượng.

CAD/CAM là lĩnh vực nghiên cứu nhằm tạo ra các hệ thống tự động thiết kế

và chế tạo trong đó máy tính điện tử được sử dụng để thực hiện một số chức năng nhất định.

CAD/CAM tạo ra mối quan hệ mật thiết giữa hai dạng hoạt động: Thiết kế và Chế tạo.

Tự động hoá thiết kế là dùng các hệ thống và phương tiện tính toán giúp người

kỹ sư thiết kế, mô phỏng, phân tích và tối ưu hoá các giải pháp thiết kế.

Tự động hoá chế tạo là dùng máy tính điện tử để kế hoạch hoá, điều khiển và kiểm tra các nguyên công gia công.

1.1.3 Vai trò của CAD/CAM trong chu kỳ sản xuất

Sơ đồ chu kỳ sản xuất thông thường và chu kỳ sản xuất với công nghệ CAD/CAM được minh hoạ theo hình 1.1 và 1.2:

Hình 1.1 Sơ đồ chu kỳ sản xuất

Rõ ràng rằng CAD/CAM chi phối hầu hết các dạng hoạt động và chức năng của chu kỳ sản xuất Ở các nhà máy hiện đại, trong công đoạn thiết kế và chế tạo,

kỹ thuật tính toán ngày càng phát huy tác dụng và là nhu cầu không thể thiếu được.

Hình 1.2 Sơ đồ chu kỳ sản xuất khi dùng CAD/CAM

1.1.4 Chức năng của CAD

Khác biệt cơ bản với quy trình thiết kế theo công nghệ truyền thống, CAD cho phép quản lý đối tượng thiết kế dưới dạng mô hình hình học số trong cơ sở dữ liệu trung tâm, do vậy CAD có khả năng hỗ trợ các chức năng kỹ thuật ngay từ giai đoạn phát triển sản phẩm cho đến giai đoạn cuối của quá trình sản xuất, tức là hỗ trợ điều khiển các thiết bị sản xuất bằng điều khiển số.

Hệ thống CAD được đánh giá có đủ khả năng để thực hiện chức năng yêu cầu hay không, phụ thuộc chủ yếu vào chức năng xử lý của các phần mềm thiết kế Ngày nay những bộ phần mềm CAD/CAM chuyên nghiệp phục vụ thiết kế và gia công khuôn mẫu có khả năng thực hiện được các chức năng cơ bản sau:

- Thiết kế mô phỏng hình học 3 chiều (3D) những hình dạng phức tạp.

- Giao tiếp với các thiết bị đo, quét toạ độ 3D thực hiện nhanh chóng các chức năng mô phỏng hình học từ dữ liệu số.

- Phân tích và liên kết dữ liệu: Tạo mặt phân khuôn, tách khuôn, quản lý kết cấu lắp ghép

- Tạo bản vẽ và ghi kích thước tự động: Có khả năng liên kết các bản vẽ 2D với mô hình 3D và ngược lại.

- Liên kết với các chương trình tính toán thực hiện các chức năng phân tích kỹ thuật: Tính biến dạng khuôn, mô phỏng dòng chảy vật liệu, trường áp suất, trường nhiệt độ, độ co rút vật liệu

- Nội suy hình học, biên dịch các kiểu đường chạy dao chính xác cho công nghệ gia công điều khiển số.

- Giao tiếp dữ liệu theo các định dạng đồ hoạ chuẩn

- Xuất dữ liệu đồ hoạ 3D dưới dạng tập tin STL để giao tiếp với các thiết bị tạo mẫu nhanh theo công nghệ tạo hình lập thể.

Những ứng dụng của CAD trong ngành chế tạo máy:

- Tạo mẫu nhanh thông qua giao tiếp dữ liệu với thiết bị tạo mẫu nhanh theo công nghệ tạo hình lập thể (Đo quét toạ độ)

- Giảm đáng kể thời gian mô phỏng hình học bằng cách tạo mô hình hình học theo cấu trúc mặt cong từ dữ liệu số.

- Chức năng mô phỏng hình học mạnh, có khả năng mô tả những hình dáng phức tạp nhất.

- Khả năng mô hình hoá cao cho các phương pháp phân tích, cho phép lựa chọn giải pháp kỹ thuật tối ưu.

1.2 Tình hình ứng dụng và phát triển công nghệ CAD/CAM tại Việt Nam

Công nghệ CAD/CAM/CNC đã trở thành xu hướng phát triển tất yếu của nền sản xuất hiện đại Điều đó không những giúp cho con người có thể sản xuất ra các sản phẩm đạt được năng xuất cao, chất lượng tốt kéo theo giá thành hạ, đồng thời nó còn thỏa mãn được những yêu cầu khắt khe của con người về những sản phẩm chuyên dụng, phức tạp mà với công nghệ gia công cổ điển trên các máy công cụ cắt gọt trước đây không thể thực hiện được.

Một đất nước phát triển phải được dựa trên nền tảng của một nền công nghiệp phát triển, với vai trò tiên phong, chủ chốt và mũi nhọn của ngành cơ khí Nhận thức được xu hướng phát triển và tầm quan trọng của công nghệ hiện đại, mà cụ thể

là ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CNC trong sản xuất, Đảng và nhà nước ta từ những năm 90 của thế kỷ trước đã có những hành động cụ thể nhằm tiếp cận và dần đưa công nghệ CAD/CAM/CNC vào trong sản xuất Trải qua hơn một thập niên xây dựng và phát triển, có thể nói công nghệ CAD/CAM/CNC đã dần phát triển, đi vào thực tế sản xuất mang lại hiệu quả và những lợi ích vốn có của nó Góp phần nâng cao năng xuất, tạo ra những sản phẩm chất lượng, đạt độ chính xác cao, thỏa mãn yêu cầu người sử dụng Có tác động tích cực trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, thúc đẩy cho nền công nghiệp nói chung và sản xuất cơ khí nói riêng phát triển sau một thời gian dài khó khăn bởi các nguyên nhân chủ quan

và khách quan.

Các doanh nghiệp nhà nước và tư nhân cũng đã mạnh dạn đầu tư các trang thiết bị máy móc đắt tiền phục vụ sản xuất Cách đây chục năm, sở hữu một chiếc máy CNC là một điều hiếm có và khá xa xỉ đối với bất kỳ doanh nghiệp nào, bởi ngoài những khó khăn về vấn đề chi phí nhập khẩu, chi phí bảo dưỡng thiết bị, các doanh nghiệp còn gặp phải những vấn đề về trình độ vận hành, khai thác quản lý, sử dụng máy móc Và cũng đã có những thời điểm doanh nghiệp làm dự án, nhập một loạt các trang thiết bị, máy móc hiện đại nhưng lại không hợp lý trong quá trình khai thác sản xuất dẫn đến tình trạng lãng phí lớn Nhưng ngày nay, có thể thấy được các nhà máy, xí nghiệp đã có thể trang bị được những trung tâm CAD/CAM hiện đại với số lượng máy móc và thiết bị lên tới con số hàng chục Việc đầu tư hợp

lý có hệ thống với mục đích và chiến lược rõ ràng đã mang lại nhiều hiệu quả cho doanh nghiệp Giúp cho họ ngày càng tự tin hơn trong sản xuất, tiếp thị phân phối sản phẩm và cạnh tranh với hàng ngoại nhập vốn có ưu thế cao về chất lượng, giá cả cũng như tâm lý sử dụng của khách hàng.

Không tách rời với xu hướng phát triển đó, lĩnh vực CAD/CAM cũng đi vào công tác đào tào như là một nhu cầu tất yếu Các trung tâm đào tạo CAD/CAM/CNC được mở ra ngày càng nhiều nhằm đạo tạo ra đội ngũ nhân lực kỹ thuật chất lượng đáp ứng nhu cầu nghiên cứu, thiết kế và sản xuất các sản phẩm cơ khí Sự quan tâm của lớp trẻ đối với lĩnh vực mới, công nghệ cao ngày càng gia

tăng Hình thành nên các nhóm diễn đàn, trao đổi, tranh luận sôi nổi về lĩnh vực CAD/CAM/CNC trong các trường đại học, cao đẳng qua các diễn đàn trên mạng internet đã giúp cho những người chưa có kinh nghiệm như đối tượng học sinh, sinh viên có được cơ hội tìm hiểu và nắm bắt những kiến thức cơ bản, nền tảng giúp cho những nhà chuyên môn có cơ hội được tiếp xúc, trao đổi kinh nghiệm từ đó cùng nhau hợp tác và đưa ra những hướng đi chiến lược cho việc phát triển công nghệ CAD/CAM.

Các thành tựu đạt được sau hơn một thập niên xây dựng và phát triển là không thể phủ nhận Tuy nhiên cũng phải thừa nhận một điều là công nghệ CAD/CAM trong nước mới đang ở những bước đầu tiên, tiếp cận dần với trình độ phát triển mạnh mẽ của công nghệ CAD/CAM trên thế giới Trên thực tế thì lĩnh vực CAD/CAM/CNC cũng đang gặp phải những khó khăn đến từ cả những nguyên nhân chủ quan và khách quan.

Nguyên nhân khách quan thể hiện trước hết ở vấn đề chi phí Công nghệ càng hiện đại bao nhiêu thì cũng đồng nghĩa với việc phải bỏ ra một chi phí lớn để có thể

sở hữu được nó Đi kèm với nó là những chi phí về vận hành, bảo dưỡng thiết bị.

Và các cơ sỏ vật chất khác như phòng máy, nhà xưởng… cũng phải đạt tiêu chuẩn

đẻ có thể phục vụ tốt nhất cho quá trình khai thác trang thiết bị Đây là vấn đề mà đại đa số các doanh nghiệp nhà nước và tư nhân đang gặp phải.

Thực tế cho thấy, khi vấn đề vốn đã được giải quyết tức là các doanh nghiệp

đã được đầu tư kinh phí từ nhà nước hay các doanh nghiệp tư nhân chủ động bỏ vốn

để trang bị cơ sở vật chất và trang thiết bị máy móc Thì một câu hỏi lớn được đặt ra lại là vấn đề: Nên sản xuất cái gì? Đây là vấn đề mà rất nhiều doanh nghiệp đang gặp phải Việc tìm hướng đi cho một sản phẩm mới có khả năng cạnh tranh trên thị trường với hàng ngoại nhập trên phương diện chất lượng và giá cả không phải là vấn đề đơn giản Bởi lợi thế về vốn, chất xám, công nghệ cũng như kinh nghiệm trong sản xuất hay khai thác thị trường đang nằm trong tầm tay của các doanh nghiệp nước ngoài Sản xuất chính là quá trình tạo ra những sản phẩm tốt nhằm thỏa mãn yêu cầu của người sử dụng, của thị trường tiêu dùng Nhưng ở một mức độ nào

đó, có thể nói thị trường tiêu dùng trong nước nói chung, thị trường tiêu dùng các sản phẩm cơ khí nói riêng vẫn đang chỉ dừng lại ở mức sử dụng các sản phẩm, các chi tiết đơn giản với chất lượng và độ chính xác chưa cao, mẫu mã sản phẩm chưa

đa dạng Và những sản phẩm đó thì lại hoàn toàn có thể được sản xuất ra trên các máy móc thiết bị cổ điển, chứ không nhất thiết phải sử dụng trên một hệ CAD/CAM/CNC hiện đại nhưng lại tốn kém Khi điều kiện và tâm lý tiêu dùng chỉ dừng lại để thỏa mãn ở mức độ đó, điều này sẽ gây ra những hạn chế và khó khăn trong việc ứng dụng, phát triển công nghệ cao trong sản xuất Vậy bản chất vấn đề ở đây nằm ở tính đồng bộ trong nền sản xuất cơ khí Bởi để tạo ra một sản phẩm có chất lượng thì sản phẩm đó phải được tạo ra từ các chi tiết chất lượng Một công ty sản xuất sản phẩm hoàn chỉnh thì xung quanh nó là một tổ hợp các công ty vệ tinh

để sản xuất các chi tiết đơn lẻ Sự liên lạc gắn bó giữa các công ty giựa trên cơ sở trao đổi thông tin liên lạc, thống nhất và hợp lý hóa quá trình sản xuất theo thời gian

và theo tiến độ dựa trên chiến lược quản lý vòng đời của sản phẩm Quá trình chuyên môn hóa đảm bảo rằng mỗi một công ty sẽ chỉ sản xuất một chi tiết đảm bảo năng xuất và chất lượng Để thực hiện được điều đó thì các công ty phải không ngừng nâng cao năng lưc và kế hoạch tổ chức sản xuất cùng chất lượng của đội ngũ

kỹ thuật và trang thiết bị sản xuất Trên thực tế chúng ta vẫn chưa tạo ra được những điều kiện cần và đủ, đầu vào và đầu ra cho quá trình sản xuất Do vậy việc tập trung sáng tạo, nghiên cứu, đa dạng hóa sản phẩm theo hướng phát triển các sản phẩm mang tính công nghệ cao, có tính đồng bộ sẽ là một môi trường tốt để công nghệ CAD/CAM đi sâu vào lĩnh vực sản xuất.

CHƯƠNG 2:

TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ CÔNG NGHỆ CNC

2.1 Giới thiệu điều khiển số thế hệ cũ

2.1.1 Khái niệm điều khiển số

Nhiều thành tựu trong lĩnh vực thiết kế và chế tạo có sự trợ giúp của máy tính đều có nguồn gốc chung từ kỹ thuật điều khiển số (Numerical Control, viết tắt là NC).

Có thể định nghĩa điều khiển số (NC) là một dạng tự động có thể lập trình được, trong đó quá trình được điều khiển bằng số, ký tự và ký hiệu Trong NC, các

số tạo thành một chương trình gồm các lệnh dùng cho một vật làm hay một công việc gia công vật làm Khi việc đó thay đổi thì chương trình gồm các lệnh cũng sẽ thay đổi theo Tính mềm dẻo của NC là nhờ ở khả năng thay đổi của chương trình này Rõ ràng việc viết lại một chương trình thì dễ dàng hơn nhiều so với việc thay đổi trang thiết bị sản xuất.

Công nghệ NC đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều nguyên công, kể cả vẽ, lắp ráp, kiểm tra chất lượng, đột dập, hàn điểm Tuy nhiên ứng dụng chủ yếu của

NC là trong gia công cắt gọt kim loại Chi tiết cần được gia công có nhiều kích cỡ

và hình thù khác nhau, đồng thời đa số các chi tiết gia công trong công nghiệp hiện nay thường được sản xuất hàng loạt nhỏ và vừa Những chi tiết đó thường phải trải qua các nguyên công điển hình như tiện, phay và khoan… Việc NC thích hợp với các công việc cắt gọt này là lý do điêu fkhiển số phát triển cực kỳ nhanh chóng trong công nghiệp gia công kim loại nửa sau thế kỷ XX đến nay.

2.1.2 Lịch sử phát triển điều khiển số

NC thế hệ cũ gắn liền với một công trình có tính chất mở đường của John T.Parson Vào cuối những năm 40 của thế kỷ XX, Parson đã nghĩ đến phương pháp

sử dụng bìa có đục lỗ chứa thông tin về tọa độ để điều khiển một máy công cụ Cỗ máy này được điều khiển chuyển động tịnh tiến từng bước nhỏ, nhờ vậy tạo nên bề mặt mong muốn của chi tiết cần gia công Năm 1948, Parsons đã trình diễn ý tưởng

của mình trước cơ quan không lực Hoa Kỳ rồi sau đó ông đã được một loạt dự án tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đỡ đầu.

Công trình mở đầu tại MIT liên quan tới việc triển khai một máy phay NC ở giai đoạn chế thử, và năm 1952 mẫu thử này đã đuợc thực hiện thành công Điều này đã chứng tỏ tính hiệu quả cao của khái niệm điều khiển số NC.

Ngay sau đó, các nhà thiết kế chế tạo máy công cụ bắt đầu triển khai các dự án riêng của mình tập chung cho ra đời những cỗ máy NC trên thị trường Một số ngành công nghiệp khác cũng không bỏ lỡ cơ hội nghiên cứu các máy điều khiển số nhằm đáp ứng nhu cầu riêng của ngành mình Không lực Hoa Kỳ tiếp tục hưởng ứng cho việc phát triển NC bằng cách tài trợ cho việc nghiên cứu bổ xung tại MIT

để phát triển một dạng ngôn ngữ lập trình chi tiết gia công có thể dùng để điều khiển máy NC Kết quả chính là sự ra đời của ngôn ngữ lập trình APT (Automatically Programmed Tools) vào năm 1956 Mục tiêu nghiên cứu ban đầu của APT là cung cấp một phương tiện để người lập trình vật làm có thể thông báo các lệnh cắt gọt cho máy công cụ bằng những lệnh đơn giản gần giống như ngôn ngữ tiếng Anh Được đánh giá là công kềnh đối với nhiều loại máy tính, tuy nhiên APT cũng đã mang lại những khả năng và hiệu quả to lớn Cho đến bây giờ, APT vẫn được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, và hầu hết các ngôn ngữ lập trình vật làm được dựa trên các khái niệm của APT, đồng thời các nhược điểm của nó cũng được khắc phục với sự phát triển của ngành công nghiệp máy tính hiện đại.

Máy công cụ (Hoặc quá trình được điều khiển khác)

Chương trình làm nhiệm vụ đầu vào cho các bộ phận điều khiển để bộ phận này ra các mệnh lệnh cho máy công cụ hoặc một quá trình cần được điều khiển nào đó.

2.2.1 Chương trình

Chương trình là một tập hợp lệnh được chi tiết hóa bước nọ sang bước kía, ra lệnh cho máy biết các công việc cần thực hiện Chương trình được viết dưới dạng các mã số (Hoặc mã ký hiệu) trên vật mang tin để khi nhập vào bộ phận điều khiển thì bộ phận này có thể diễn dịch ra được Trước đây vật mang tin thông dụng nhất là băng đục lỗ có chiều rộng 1 inch Qua thời gian, còn ra đời một số loại vật mang tin khác, kể cả bìa có đục lỗ, thậm chí đó là phim ảnh 35 mm…

Có hai phương pháp nhập thông tin (Input) cho hệ NC Phương pháp nhập thứ nhất là vào dữ liệu cho CU bằng thủ công và được gọi là nhập dữ liệu thủ công (MDI - Manual Data Input) Phương pháp này chỉ thích hợp với những việc làm khá đơn giản, trong đó trình tự các thao tác không được lặp lại.

Phương pháp thứ hai là thông qua đường truyền trực tiếp với máy tính, gọi là điều khiển số trực tiếp, hay DNC (Direct Numerical).

Chương trình trong đó chứa tất cả các lệnh do người lập trình vật làm soạn thảo Công việc của người lập trình là đưa ra một bộ lệnh tỉ mỉ để dựa vào đó mà các bước gia công được thực hiện Đối với một nguyên công cắt gọt, các bước gia công này có liên quan tới chuyển động tương đối giữa dao và vật làm.

2.2.2 Bộ điều khiển CU

CU gồm các bộ phận điện tử và phi điện tử, có nhiệm vụ đọc và diễn giải các lệnh trong chương trình rồi chuyển đổi chúng thành các hoạt động cơ học của máy công cụ Các thành phần điển hình của một bộ phận điều khiên trong NC thế hệ cũ gồm có đầu đọc băng, bộ đệm dữ liệu (Buffer), các kênh xuất tín hiệu cho máy công

cụ, các kênh phản hồi từ máy công cụ và các cơ cấu (Mạch) điều khiển tuần tự để điều phối toàn bộ hoạt động của cá thành phần nói trên Cũng cần lưu ý rằng ngày nay hầu hết các hệ NC hiện đại đều dùng máy vi tính để làm bộ phận đièu khiển

CU Loại NC này được gọi là điều khiển số bằng máy tính (CNC).

Đầu đọc băng là một thiết bị cơ điện dùng để cuộn băng có đục lỗ và đọc thông tin (Chương trình) chứa trên đó Thông tin được đọc từ băng vào bộ đệm dữ liệu (Buffer) Mục đích của thiết bị này là lưu trữ các lệnh đầu vào dưới dạng các

khối (Block) logic về thông tin Thường thì một khối thông tin thể hiện trọn vẹn một bước trong dãy các bước trong nguyên công Ví dụ, một khối có thể là dữ liệu cần cho việc di chuyển bàn máy tới một vị trí mong muốn và khoan một lỗ tại vị trí đó.

Các kênh xuất tín hiệu được nối với các động cơ servo (Động cơ có trợ động)

và các cơ cấu mạch điều khiển khác trong máy công cụ Thông qua các kênh này, các lệnh được gửi từ CU cho máy công cụ Để đảm bảo chắc chắn rằng những lệnh

đó sẽ được gửi trở lại CU thông qua các kênh phản hồi Chức năng quan trọng nhất của vòng phản hồi là để đảm bảo rằng bàn máy và vật làm được định vị đúng đắn so với dụng cụ cắt.

Các cơ cấu (Mạch) điều khiển tuần tự có tác dụng điều phối toàn bộ hoạt động của các thành phần khác của CU Đầu đọc băng được kích hoạt để đọc dữ liệu từ băng từ vào buffer, các tín hiệu được gửi tới máy công cụ và từ máy công cụ gửi về… các loại hoạt động này cần được đồng bộ hóa và đây chính là chức năng của các mạch điều khiển.

Bàn điều khiển (Control panel) cũng là một thành phần của CU, mà về mặt vật

lý thì nó có thể là một bộ phận của CU hoặc của máy công cụ Bàn điều khiển chứa đĩa số hoặc núm vặn để người vận hành máy điều khiển hệ NC, đồng thời còn có thể có bộ phận hiển thị dữ liệu (Màn hình) để cung cấp thông tin cho nó Mặc dù

NC là một hệ tự động, nhưng các thao tác của con người vẫn cần thiết để đóng mở máy, thay dụng cụ (Một số hệ NC hiện đại có bộ thay dao tự động), gá lắp vật liệu trên máy để thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nữa Để có thể giải phóng khỏi những công việc đó, người vận hành phải có khả năng kiểm soát được hệ thống, và việc này được thực hiện thông qua bàn điều khiển.

2.2.3 Máy công cụ hoặc quá trình khác được điều khiển

Đây là thành phần thứ ba trong một hệ NC Trong hầu hết các ví dụ thông thường về hệ thống NC được thiết kế để thực hiện các nguyên công cắt gọt thì máy công cụ bao gồm bàn máy và trục chính, cùng các động cơ và các cơ cấu điều khiển

cần thiết để vận hành chúng Ngoài ra còn phải kể đến dụng cụ cắt, dụng cụ gá kẹp

và các thiết bị phụ trợ khác cần thiết cho nguyên công cắt gọt tương ứng.

Máy NC xét về mức độ phức tạp thì phải trải rộng từ những máy khoan bàn đơn giản được điều khiển bằng băng có đục lỗ cho đến những tổ hợp (Center) cắt gọt linh hoạt và rất tinh vi Tổ hợp (Center) cắt gọt điều khiển số lần đầu tiên được giới thiệu vào cuối những năm 50 của thế kỷ XX Đó là một cỗ máy đa chức năng kết hợp một số nét nổi bật về tiết kiệm thời gian vào trong cùng một thiết bị sản xuất tự động.

Trước hết, một tổ hợp cắt có khả năng thực hiện rất nhiều nguyên công khác nhau: Khoan, khoét, doa, phay và doa ngang.

Thứ hai, nó có khả năng tự động thay đổi dụng cụ cắt theo lệnh của băng từ (Hay băng đục lỗ) Các nguyên công cắt gọt mà càng phong phú thì cũng có nghĩa

là phải phong phú về các loại dụng cụ cắt Bộ dụng cụ cắt được lưu giữ trên một giá dao hình trống (Hoặc một thiết bị giữ dao khác) Khi băng gọi tới một dao cắt cụ thể, trống mang dao sẽ quay để đưa dao cắt tới vị trí thích hợp với việc đưa dao vào trục chính Thiết bị thay dao tự động sẽ bắt lấy dao và đưa vào ống kẹp chính của trục chính.

Thứ ba, một tổ hợp cắt gọt có khả năng định vị vật làm Bàn máy có thể định hướng vật làm sao cho có thể gia công một số mặt của nó như mong muốn.

Cuối cùng, đặc điểm thứ tư là một tổ hợp cắt gọt cần phải có hai bàn (Tấm đỡ)

để kẹp chặt vật làm lên trên đó Khi vật làm trên bàn thứ nhất đang được gia công thì trên bàn thứ hai vật làm được tháo ra (Nếu gia công xong rồi) hoặc được kẹp vào

để chuẩn bị đưa vào cắt gọt (Nếu chưa được gia công) Như vậy sẽ tiết kiệm được thời gian chờ đợi đồng thời nâng cao được năng xuất cho máy.

2.3 Trình tự NC

Để sử dụng NC trong lĩnh vực chế tạo, cần phải thực hiện các bước sau đây:

2.3.1 Lập trình công nghệ

Bản vẽ kỹ thuật (Còn gọi là bản vẽ chế tạo) của chi tiết gia công phải được diễn giải thành bản quy trình công nghệ Đây là một bản liệt kê trình tự các nguyên công phải được thực hiện trên chi tiết.

2.3.2 Lập trình gia công

Người lập trình gia công chi tiết có trách nhiệm vạch ra quy trình công nghệ cho nhứng phần chi tiết được gia công trên máy NC Người lập trình phải có kiến thức về gia công cắt gọt và phải được đào tạo để lập trình cho máy NC, có nhiệm vụ lập trình trình tự các bước giac công sẽ được thực hiện trên máy NC và lập thành tư liệu về các bước đó theo một quy cách đặc biệt Có hai phương pháp lập trình cho NC:

- Lập trình gia công chi tiết theo lối thủ công

- Lập trình gia công chi tiết dưới sự trợ giúp của máy tính.

a Lập trình theo lối thủ công

Theo cách này, các lệnh gia công trên máy được chuẩn bị dưới dạng bản thảo của chương trình gia công chi tiết Bản thảo này là một danh sách các vị trí tương đối của dao cắt hay vật làm cần tuân thủ để gia công máy cho chi tiết.

b Lập trình dưới sự trợ giúp của máy tính

Đa số phần việc tính toán tẻ nhạt và tốn công sức phải làm trong phương pháp lập trình theo lối thủ công thì ở đây được chuyển cho máy tính đảm nhiệm Điều này đặc biệt thích hợp với những chi tiết gia công có hình dạng phức tạp, những công việc cần nhiều bước gia công Trong những trường hợp như vậy, máy tính sẽ giúp tiết kiệm rất lớn thời gian lập trình.

2.3.3 Chuẩn bị băng

Một băng đục lỗ được tạo ra căn cứ vào bản quy trình công nghệ (Do người lập trình gia công chi tiết soạn thảo trước đó) Trong lập trình thủ công, căn cứ trực tiếp từ bản thảo chương trình vật làm, băng được đục lỗ trên bàn phím chuyên dụng

có bộ phận đục lỗ trên băng Còn trong lập trình do máy tính trợ giúp thì máy tính

tự diễn dịch danh sách sang các lệnh trong chương trình, thực hiện các phép tính toán cần thiết để chuyển đổi các lệnh đó thành các lệnh di chuyển máy công cụ rồi

điều khiển thiết bị đục lỗ tạo ra các lỗ đục trên băng Đó là công việc chuẩn bị băng

để đưa vào máy NC.

2.4 Lập trình gia công cho máy NC

Lập trình gia công cho máy điều khiển số là một thủ tục (Hay quy trình) mà qua đó trình tự các bước gia công trên máy NC sẽ được thiết kế ra và lập thành tư liệu theo một quy cách riêng Nó bao hàm cả việc chuẩn bị băng (Băng có đục lỗ hoặc băng từ hay môi trường chứa tin nào đó) dùng để truyền các lệnh gia công cho máy gia công Như đã nói ở trên, có hai phương pháp để để lập trình gia công, đó là lập trình bằng tay và lập trịnh dưới sự trợ giúp của máy tính Ta sẽ đi sâu vào vấn đề này để có thể hiểu rõ hơn.

2.4.1 Băng đục lỗ cho máy NC

Chương trình gia công chi tiết được biến đổi thành dãy các hoạt động của máy công cụ, nhờ vật lưu trữ thông tin đầu vào (Ở đây là băng đục lỗ chứa chương trình)

và nhờ bộ phận điều khiển (CU) diễn dịch các thông tin đó CU và vật chứa tin đầu vào phải tương thích với nhau, tức là những gì chứa trên vật trữ tin phải cho phép

CU đọc được Đối với máy NC thế hệ cũ, băng đục lỗ để trữ thông tin đầu vào là thông dụng nhất Băng được tiêu chuẩn hóa sao cho máy đục lỗ lên băng được chế tạo theo mọt tiêu chuẩn thống nhất, còn đầu đọc băng là một bộ phận của CU, cũng được cấu tạo thống nhất để có thể đọc được mọi thông tin trên băng Băng dùng cho máy NC có chiều rộng là 1 inch, theo tiêu chuẩn của EIA (Hiệp hội công nghiệp điện tử) là tổ chức đảm nhận nhiều tiêu chuẩn quan trọng trong công nghiệp NC

Có hai phương pháp chuẩn bị băng:

- Phương pháp thứ nhất: Gắn liền theo lối lập trình gia công chi tiết thủ công

và sử dụng thiết bị đục băng kiểu máy chữ giống như người vận hành nhập trực tiếp bản thảo chương trình viết tay vào thiết bị đục băng Nhờ vậy một bản sao chương trình được đánh máy ra, đồng thời các lỗ cũng được đục lên băng.

- Phương pháp thứ hai: Gắn liền với cách lập trình có máy tính trợ giúp: Với

cách tiếp cận này, máy tính sẽ trực tiếp điều khiển thiết bị đục để đục lỗ trên băng, không cần viết tay như ở phương pháp thư nhất.

Với một trong hai phương pháp nêu trên, băng được đục lỗ và sẵn sàng làm việc Trong quá trình làm việc trên máy NC thế hệ cũ, băng được đưa vào đầu đọc, một lượt phục vụ cho một vật làm Băng được kéo qua đầu đọc lần lươt từng lệnh Khi máy công cụ đang thực hiện một lệnh thì đầu đọc tiến hành đọc lệnh liền kề vào

bộ đếm dữ liệu CU Nhờ vậy tiết kiệm được thời gian Sau khi lệnh cuối cùng được đọc vào CU, băng sẽ được cuộn ngược trở về vị trí ban đầu của chương trình để sẵn sàng cho vật làm tiếp theo.

2.4.2 Khuôn dạng băng và mã hóa chương trình trên băng máy NC

2.4.2.1 Khuôn dạng băng và mã hóa chương trình trên băng

Có tám cột lỗ bình thường, chạy dọc theo chiều dài của băng Ngoài ra còn một cột lỗ đặc biệt nằm giữa cột thứ ba và thứ tư của tám cột lỗ kia Cột đặc biệt này có lỗ nhỏ hơn, răng bánh xích sẽ nhờ vào đó để kéo băng.

2.4.2.2 Cách mà các lệnh được tạo ra

Một số nhị phân được gọi là bit Mỗi bit có giá trị 1 hay 0, tùy thuộc vào việc

có hay không một lỗ ở một vị trí trên hàng và cột cụ thể nào đó của băng (Hàng theo chiều ngang, cột theo chiều dọc) cứ một hàng là một ký tự (Đó có thể là chữ cái, chữ số hoặc ký hiệu) được tạo ra Như vậy một ký tự là một tổ hợp các bit trên mỗi hàng Nhiều ký tự sẽ tạo thành một từ, nhiều từ sẽ tạo nên một lệnh Các từ điển hình của NC là vị trí của x, vị trí của y, tốc độ cắt, lệnh chạy dao Mỗi lệnh trọn vẹn là một block Lấy nguyên công khoan trên máy NC làm ví dụ, một block có thể chứa thông tin về tọa độ (x, y) của tâm lỗ, chiều sâu cắt, tốc độ cắt, lượng chạy dao

và thậm chí cả thông số kỹ thuật của dụng cụ cắt nữa Để phân tách các block với nhau, người ta thường dùng ký hiệu EOB (End of Block) có nghĩa là kết thúc block Theo tiêu chuẩn EIA, nó được đánh dấu bằng một lỗ tại cột 8.

2.4.2.3 Các từ của NC

Sau đây là danh sách các từ mà khi tạo thành một block cần đến Tuy nhiên không phải mọi máy đều dùng tất cả các từ này Mặt khác, cách diễn đạt của mỗi từ cũng khác nhau tùy theo từng máy Để thuận tiện, các từ trong một block được cho theo thư tự sau đây:

- Số thứ tự - Sequence number (Các từ N): Được dùng để nhận biết block.

- Từ chuẩn bị - Prepratory word (Các từ G): Được dùng để sự báo cho CU chuẩn

bị xử lý các lệnh sẽ đọc vào Chẳng hạn như G02 để sự báo cho CU chuẩn bị nội suy đường tròn cho một cung tròn, theo chiều kim đồng hồ Cần đến từ chuẩn bị để

CU diễn dịch một cách đúng đắn dữ liệu đứng sau từ đó.

- Các tọa độ - Cordinates (Các từ khóa X, Y, Z): Các từ này đưa ra tọa độ của dao cắt Trong hệ hai trục thì chỉ có hai trong ba từ trên.

- Lượng chạy dao - Feed rate (Từ khóa F): Được dùng để xác định lượng chạy dao trong nguyên công cắt gọt Đơn vị là in/phút hoặc mm/phút.

- Tốc độ cắt - cutting speed (Từ khóa S): Để xác định tốc độ cắt, hay tốc độ quay của trục chính, tính theo đơn vị vòng/phút.

- Chọn dao - Tool selection (Từ khóa T): Chỉ phải dùng đến từ này với máy có ụ

dao chứa nhiều dao hoặc có giá thay giao tự động Từ khóa T cho biết dao cắt nào

sẽ được dùng cho nguyên công cắt gọt.

- Chức năng phụ - Miscellaneous funtion (Từ khóa M): Để xác định các chức năng phụ mà máy công cụ có Đương nhiên máy công cụ phải có chức năng được gọi đến này Ví dụ từ M03 để khởi động quay trục chính Chức năng phụ là từ đặt ở cuối block Để đánh dấu kết thúc một câu lệnh, ký hiệu EOB được đục trên băng.

2.5 Các phương pháp lập trình gia công chi tiết

2.5.1 Lập trình vật làm theo phương pháp thủ công

Để chuẩn bị một chương trình gia công viết theo phương pháp thủ công, người lập trình viết các lệnh chạy máy (Cắt gọt) theo một dạng đặc biệt, gọi là bản thảo lập trình vật làm Các lệnh đó phải được chuẩn bị rất chính xác vì người gõ chương trình chỉ đơn giản đánh máy trực tiếp những gì có trong bản thảo vào máy đục lỗ mà thôi Bản thảo có nhiều dạng, tùy theo máy công cụ và khuôn mẫu dạng băng nào được dùng Chẳng hạn, mẫu bản thảo dùng cho một máy khoan hai trục P - T - P khác với mẫu bản thảo dùng cho máy ba trục cắt theo đường vòng Bản thảo là một danh sách các vị trí tương đối giữa dụng cụ cắt và vật làm Ngoài ra nó còn chứa các dữ liệu khác như lệnh chuẩn bị, các lệnh phụ trợ, các thông số kỹ thuật như tốc

độ cắt, lượng chạy dao - tất cả những dữ liệu đó là cần thiết để vận hành máy dưới

sự điều khiển của băng.

Có thể chia các công việc lập trình thủ công thành hai loại:

- Lập trình điểm tới điểm (P - T - P)

- Lập trình theo đường bao vòng.

Trừ trường hợp với những chi tiết gia công phức tạp có nhiều lỗ khoan là không thích hợp với lập trình thủ công, còn nói chung phương pháp này thích hợp nhất với những vật làm không phức tạp mà lại có nhiều lỗ cần gia công Ngược lại trừ những công việc đơn giản nhất ra, lập trình thủ công sẽ không hợp lý với công việc cắt gọt theo đường bao vòng vì rất tốn thời gian cho công việc lập trình và độ chính xác lại không cao Do vậy ta chỉ đề cập tới lập trình thủ công đối với nguyên

công cắt gọt P - T - P mà thôi Còn nguyên công cắt gọt theo đường bao vòng thì rất phù hợp với phương pháp lập trình có máy tính trợ giúp.

2.5.2 Lập trình chi tiết gia công dưới sự trợ giúp của máy tính

Ở những nguyên công P - T - P phức tạp hoặc cắt theo đường bao vòng, lập trình thủ công trở nên một công việc cực kỳ đơn điệu và dễ mắc lỗi, trong khi đó nếu sử dụng máy tính thì việc giải quyết bài toán sẽ nhẹ nhàng và hiệu quả hơn nhiều Để phục vụ cho mục đích đó, đã có nhiều hệ ngôn ngữ lập trình gia công chi tiết ra đời Khi có sự tham gia lập trình của máy tính, thì giữa lập trình viên và máy tính sẽ đảm nhận những nhiệm vụ riêng biệt.

2.5.2.1 Nhiệm vụ của người lập trình

Công việc của người lập trình gồm có:

- Xác định hình học của vật làm

- Xác định trình tự các nguyên công và đường đi của dụng cụ cắt

Dù hình dạng của vật làm có phức tạp đến đâu thì cũng có thể coi là do nhiều yếu tố đơn giản hợp thành Và như vậy hầu như tất cả những chi tiết mà con người

có thể nghĩ ra được cũng đều có thể diễn tả được bởi các phần tử hình học, như điểm, đường, mặt, khối cùng những mặt có thể mô tả được bằng các phương trình toán học Nhiệm vụ của lập trình là liệt kê ra những yếu tố hình học tạo nên hình dạng vật làm, ngoài ra còn phải xác định kích thước và vị trí tương đối của chúng Sau khi xác định các yếu tố hình học của vật làm, công việc tiếp theo của người lập trình là phải xây dựng quy trình công nghệ để có thể gia công chi tiết Việc xác định quy trình công nghệ thực chất là công việc xác định các trình tự nguyên công, chọn dụng cụ gia công, chọn chế độ cắt, và đường đi của dụng cụ cắt

so với chi tiết tương ứng với các dữ liệu hình học chi tiết, yêu cầu công nghệ bề mặt chi tiết đã được đặt ra Để thực hiện được công việc này, không những người lập trình cần phải nắm vững được các ngôn ngữ lập trình mà họ cần phải là một nhà công nghệ có chuyên môn cao.

2.5.2.2 Nhiệm vụ của máy tính

Máy tính có bốn nhiệm vụ, đồng thời cũng là bốn bước phải được thực hiện theo trình tự sau:

- Dịch thông tin đầu vào

Bộ phận tích toán số học của máy tính gồm có một bộ chương trình (Chương trình con) sẽ có nhiệm vụ giải những bài toán cần thiết nhằm tạo bề mặt mong muốn Bộ phận số học thực sự là thành phần quan trọng nhất Nó giúp người lập trình thoát khỏi những phép tính hình học và lượng giác tốn phí nhiều công sức để tập trung thời gian vào vấn để gia công chi tiết.

Xác định đường đi của dao cắt là nhiệm vụ thứ hai của người lập trình Tuy nhiên đường đi thực tế của dao khác với đường viền của vật làm một khoảng bán kính dao, vì đường đi đó được xác định bởi quỹ đạo của tâm dao còn đường viền chi tiết gia công được tạo ra bởi mặt ngoài của dao khi dao di chuyển Ta gọi khoảng cách giữa đường đi của dao so với đường viền của chi tiết gia công là lượng

bù dao Mục đích tính toán lượng bù dao là nhằm bù cho đường đi một lượng bằng bán kính dao để tạo ra đường viền của vật làm Điều đó có nghĩa là người lập trình

có thể xác định cũng như người làm có thể xác định chính xác đường viền gia công chi tiết trong các lệnh hình học việc tính toán lượng bù đã có chương trình trong máy tính đảm nhiệm, nhờ đó người lập trình không cần phải quan tâm.

Ta đã biết rằng, các hệ máy công cụ NC rất khác nhau về đặc điểm cũng như khả năng Khuôn dạng băng NC mà chúng sử dụng cũng rất khác nhau Hầu như mọi ngôn ngữ lập trình gia công chi tiết đều được thiết kế làm ngôn ngữ mục đích

chung và chúng không dành riêng cho một loại máy công cụ nào cả do vậy nhiệm

vụ cuối cùng của máy tính trong trợ giúp lập trình gia công chi tiết là nhận lấy các lệnh viết bằng ngôn ngữ chung đó rồi biến các lệnh ấy trở thành riêng cho một máy công cụ cụ thể Chịu trách nhiệm thực hiện nhiệm vụ này là bộ Postprocessor (Hậu

xử lý) có trong máy tính.

Hậu xử lý là một chương trình máy tính riêng biệt, được viết để chuẩn bị băng cho một máy công cụ riêng biệt Đầu vào (Input) của chương trình hậu xử lý là đầu

ra của dãy các vị trí dao cắt và các lệnh khác Đầu ra (Output) của chương trình hậu

xử lý là băng NC được viết theo một khuôn dạng băng đúng cho máy công cụ mà băng đó phục vụ.

2.5.2.3 Các ngôn ngữ lập trình gia công điều khiển số

Một số ngôn ngữ lập trình gia công NC gồm có một gói phần mềm (Chương trình máy tính) cộng với các quy tắc, các quy ước riêng dùng cho gói phần mềm đó Mục đích của chúng nhằm tạo thuận lợi cho người lập trình thông báo với máy tính những thông tin cần thiết về hình học của chi tiết gia công và các chuyển động của dao sao cho chương trình gia công được tạo ra Các từ vựng là những ký hiệu quy ước và giống với tiếng Anh để gói phần mềm dễ sử dụng.

Kể từ nghiên cứu đầu tiên của MIT về lập trình NC vào giữa những năm 50 đến nay đã có trên 100 ngôn ngữ lập trình gia công NC ra đời Đa số các ngôn ngữ

đó được thiết kế để đáp ứng những nhu cầu cụ thể nào đó và đã không vượt qua thử thách của thời gian Ngày nay chỉ còn lại vài chục ngôn ngữ NC còn được sử dụng trong thực tế, và chúng vẫn còn tiếp tục sàng lọc và mở rộng Dưới đây là danh sách

và đặc điểm một số ngôn ngữ thông dụng hiện nay:

- APT (Automatically Programmed Tools) là sản phẩm của công trình nghiên cứu triển khai của MIT về các hệ lập trình APT bắt đầu được triển khai vào tháng 6

- 1956, lần đầu tiên được ứng dụng vào trong sản xuất khoảng năm 1959 và là ngôn ngữ được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay Mặc dù với ý định ban đầu là một ngôn ngữ “đường bao vòng”, nhưng các phiên bản hiện đại của APT có thể dùng cả cho lập trình “định vị”, cho cả đường dao đi liên tục tối đa năm trục APT còn có các

biến thể dùng cho những mục đích cụ thể như APTURN (Cho công việc tiện), APTMIL (Cho công việc phay) và APTPOINT (Cho công việc P - T - P)

- ADAPT (Adaption of APT: Bản điều chỉnh của APT) là một số ngôn ngữ lập trình gia công NC dựa trên cơ sở ngôn ngữ APT, trong số đó có ADAPT do IBM triển khai theo hợp đồng ký với không lực Hoa Kỳ Mục đích của nó là thừa kế nhiều đặc điểm của APT nhưng dùng được trên các máy tính nhỏ hơn Vì chương trình APT đầy đủ đòi hỏi phải chạy trên các máy tính đủ mạnh mà vào những năm

1960 điều này được coi là vuợt quá khả năng của các hãng nhỏ và vừa Ngày nay thì khó khăn đó đã không còn là vấn đề nữa, và mặc dù không thể mạnh bằng APT song nó vẫn còn đựợc sử dụng nhờ tính linh hoạt.

- EXAPT (Extended subset of APT: Tập con mở rộng của APT) được thiết kế vào khoảng năm 1964 tại CHLB Đức, trên cở sở APT Có ba phiên bản: EXPTI, dùng cho lập trình định vị (Khoan lỗ và phay cắt thẳng), EXAPT II dùng cho công việc tiện, EXAPT III, dùng cho công việc cắt theo đường bao vòng ở mức độ hạn chế Một trong những đặc điểm của EXAPT là có thể tự động tính toán được chế độ cắt tối ưu.

- NELAPT (Nation Engineering labaratory of APT) ra đời tại Anh, là một tập đoàn của APT nhưng có những đặc điểm tiến bộ mà APT không có, đặc biệt thích hợp cho công việc chế tạo khuôn.

- UNIAPT (United Computing Corp of Carson, California) phiên bản ở mức

độ hạn chế của APT nhưng chạy được trên máy tính, phù hợp với khả năng của các

xí nghiệp vừa và nhỏ vào nửa sau thế kỷ 20.

- SPLIT (Sundstrand Processing Language Internally Translated) là hệ ngôn ngữ dành riêng cho các máy công cụ hiệu “Sundstrand” Nó có thể điều khiển tới 5 trục trong các thao tác định vị (Khoan lỗ và phay thẳng), kể cả khả năng điều khiển cắt bao vòng Một trong những đặc điểm khác biệt của SPLIT là trong nó có sẵn trình hậu xử lý Nhờ vậy mỗi máy công vụ sử dụng một gói SPLIT là đủ, không cần đến trình hậu xử lý riêng nữa.

- COMPACT II Với nhiều đặc điểm giống như SPLIT, hiện có ở MDSI (Manufacturing Data System, Inc), một hãng có trụ sở tại Ann Arbor, Michigan MDSI cho khách hàng thuê COMPACT II trên mạng theo chế độ chia sẻ thời gian Người lập trình vật làm (Khách hàng) truyền chương trình qua máy tính của mình tới một trong những máy MDSI để có được băng NC Đây là một trong những ngôn ngữ NC thông dụng nhất cuối thế kỷ XX đã có trên 3000 công ty là khách hàng của MDSI sử dụng để lập trình, cần phải có một lượng thời gian lớn và đó sẽ là một trở ngại ngăn cản cho việc sử dụng NC trong sản xuất đơn chiếc cùng ngôn ngữ này theo hình thức thuê qua mạng như vậy.

- PROM là ngôn ngữ lập trình vật làm theo lối tương tác, do Weber N/C System, Inc, một hãng thuộc Milwaukee, Winsconsin Nó được thiết kế để dùng cho nhiều loại máy công cụ khác nhau, trong đó có máy tiện, tổ hợp (Center) cắt gọt, máy cắt bằng ngọn lửa và máy đột dập.

- CINTURN II là ngôn ngữ bậc cao do Cicinati Milacron thiết kế để tạo thuận tiện cho lập trình các nguyên công tiện.

2.6 Điều khiển số hiện đại bằng máy tính

Trên đường phát triển của mình, công nghệ điều khiển số luôn quan hệ chặt chẽ và dựa trên nền tảng sự phát triển của công nghệ máy tính Sản xuất càng tiến

bộ, các chi tiết tạo ra càng đa dạng và phức tạp về kết cấu cũng như công nghệ Nếu như không có sự tham gia của máy tính trong quá trình điều khiển số thì chắc chắn con người không thể thiết kế và gia công ra các sản phẩm đó Không còn nghi ngờ

gì nữa, chính việc sử dụng máy tính số, máy tính đã cho phép kỹ thuật điều khiển số

có những cải thiện đột phá về chất lượng Hai trong số các chủ đề điều khiển số bằng máy tính được đưa ra tìm hiểu gồm có:

- Điều khiển số bằng máy tính (CNC)

- Điều khiển số trực tiếp (DNC)

Với CNC, bộ điều khiển CU kiểu kết nối cứng trong NC thế hệ cũ đã được thay thế bằng một máy tính nhỏ (Trước đây là máy tính vừa, hiện nay là máy vi tính) Máy tính thực hiện một số hoặc toàn bộ chức năng NC cơ bản nhờ các

chương trình lưu trữ trong bộ nhớ của nó Một trong các đặc điểm nổi bật của CNC

là mỗi máy tính được dùng để điều khiển một máy công cụ, trong khi DNC sử dụng một máy tính lớn để điều khiển nhiều máy công cụ khác nhau.

Quá trình phát triển và cải thiện công nghệ điều khiển số gắn liền với quá trình phát triển mạnh mẽ của công nghệ máy tính nhằm khắc phục những hạn chế mà công nghệ điều khiển số truyền thông đã gặp phải Các hạn chế này gồm có:

- Các lỗi lập trình gia công chi tiết là vấn đề thường gặp khi chuẩn bị băng đục

lỗ Những lỗi này thường là lỗi cú pháp hoặc lỗi về con số, và không hiếm khi phải

ba hay bốn lần sửa lỗi hay nhiều lần hơn nữa thì mới có thể khắc phục được hết sai xót Một vấn đề nữa là làm sao có được trình tự gia công là hợp lý nhất, một khó khăn chủ yếu phát sinh khi lập trình gia công theo lối thủ công Một số ngôn ngữ lập trình gia công chi tiết có máy tính trợ giúp mới có những công cụ phụ trợ để có thể đáp ứng được yêu cầu này.

- Chế độ cắt tối ưu: Trong NC thế hệ cũ, hệ điều khiển không có cơ cấu cho phép thay đổi tốc độ cắt và lượng chạy dao trong quá trình cắt gọt Do vậy vì lý do

an toàn, người lập trình buộc phải thiết lập chế độ cắt ở những điều kiện xấu nhất Kết quả là máy làm việc với chế độ cắt dưới mức tối ưu.

- Băng đục lỗ: Băng giấy tuy rẻ nhưng có nhược điểm quá mỏng, dễ mòn hay rách nên khó có thể dùng lại nhiều lần ở phân xưởng mà vẫn đảm bảo tin cậy Vì vậy nó dần được thay thế bằng các vật liệu bền hơn và đắt hơn.

- Đầu đọc băng là bộ phận ít tin cậy nhất trong máy và do vậy, khi có trục trặc máy NC, thợ sửa chữa thường đi tìm những nguyên nhân bắt nguồn từ bộ phận này.

- Bộ phận điều khiển CU: Trong NC thế hệ cũ, bộ phận điều khiển CU được nối cứng, do đó chức năng điều khiển của nó khó thay đổi, trong khi nếu thay thế bằng máy tính thì sẽ linh hoạt hơn nhiều, khi đó chỉ cần thay đổi chương trình là có thể thực hiện được điều đó.

- Thông tin để quản lý: NC thế hệ cũ không thể cung cấp thông tin kịp thời về hiệu quả vận hành để phục vụ cho công tác quản lý, đó là những thông tin đến quá trình gia công chi tiết, các sự cố máy, thay dụng cụ cắt

Các nhà thiết kế chế tạo máy công cụ và các kỹ sư điện tử đã không ngừng cải tiến công nghệ NC bằng cách thiết kế những hệ thống NC mới có khả năng giải quyết những vấn đề hạn chế công nghệ điều khiển số thế hệ cũ Mà trong đó, sự phát triển nhảy vọt của công nghệ phần cứng là một minh chứng rõ nét Trải qua nửa thế kỷ, các thế hệ phần cứng cho công nghệ điều khiển số đã lần lượt ra đời:

- Năm 1952: Ống chân không

- Năm 1957: Rơle cơ điện.

- Năm 1960: Linh kiện bán dẫn rời.

- Năm 1965: Mạch tích hợp vi mạch.

- Năm 1968: Điều khiển số trực tiếp.

- Năm 1970: Điều khiển số bằng máy tính.

Việc sử dụng đèn bán dẫn dựa trên công nghệ bán dẫn rời đã tạo nên các bộ điều khiển NC thế hệ thư ba Đèn bán dẫn đã giúp giảm thiểu số lượng rơ le cơ điện cần có, nhờ thế mà nâng cao được độ tin cậy vì đèn bán dẫn khó bị hỏng hơn Đồng thời nó cũng góp phần thu nhỏ kích thước tủ điều khiển và cho phép các nhà thiết

kế xây dựng các mạch phức tạp hơn để đưa vào bộ điều khiển máy NC Và nhờ đó

mà những bài toán phức tạp như nội suy đường tròn đã trở thành khả thi.

Năm 1965, các mạch tích hợp (Hay vi mạch) đã được đưa vào sử dụng trong các mạch điều khiển NC, nhờ vậy vấn đề kích thước và độ tin cậy đã được cải thiện rất nhiều Số lượng linh kiện rời có thể giảm khoảng 90%, kéo theo giá thành cũng

được giảm một cách tương ứng Sự phát triển các mạch LSI (Large - scale Intergrated) đã cho phép kết hợp nhiều tính năng điều khiển trong một tủ điều khiển

có kích thước nhỏ gọn hơn Một trong những tính năng đó là các thường trình (Subroutine) nội suy đường tròn và hypebolic, chuyển đổi giữa đơn vị inch với đơn

vị mét, các phép tính về lượng chạy dao

Sử dụng máy tính số vào công nghệ điều khiển NC đã đưa đến sự ra đời các thế hệ tiếp theo Nó đã tạo nên một sự thay đổi cơ bản trong tiến trình phát triển của

NC Tất cả các mạch điều khiển trước đó đều được tạo nên những phần kết nối cứng Các chức năng do các hệ điều khiển này không dễ dàng thay đổi do bản chất cứng nhắc đó Nguợc lại, máy tính số dựa trên một cách tiếp cận khác hẳn, các chức năng điều khiển được lập trình rồi nạp vào bộ nhớ của máy tính và khi muốn thay đổi chức năng thì chỉ cần thay đổi chương trình mà thôi.

Điều khiển số trực tiếp (DNC - Direct Numerical Control) là thế hệ đầu tiên được ứng dụng cách tiếp cận này, vào khoảng năm 1968 Vào thời gian đó, máy tính rất lớn và đắt tiền, và với máy tính như vậy chỉ có cách sử dụng một máy tính

để điều khiển nhiều máy công cụ trên nền tảng chia thời gian mới có tính khả thi.

Ưu điểm của DNC là ở chỗ nó đã thiết lập một đường chuyền điều khiển trực tiếp giữa máy tính và máy công cụ, do vậy loại bỏ được băng đục lỗ làm đầu vào Băng

và đầu đọc băng rõ ràng là những phần tử kém tin cậy nhất trong các hệ NC thế hệ cũ.

Công nghệ máy tính phát triển cho ra đời các máy vi tính kích thước nhỏ bé và tốc độ xử lý ngày càng cao Do vậy, chẳng bao lâu sau, ý tưởng sử dụng một máy tính cho một máy công cụ đã trở thành hiện thực Ý tưởng này sau đó được gọi là điều khiển số bằng máy tính hay CNC - Computer Numerical Control Những thế

hệ CNC đầu tiên được bán ở thị trường là vào khoảng năm 1970, với các ưu điểm nổi trội nhờ ứng dụng bộ điều khiển kết nối mềm một bộ điều khiển bằng máy tính tiêu chuẩn có thể được điều khiển thích nghi với các loại máy công cụ khác nhau bằng cách lập trình các chức năng điều khiển rồi đưa vào bộ nhớ máy tính của máy