Nghiên cứu máy phay CNC và xây dựng hệ thống các bài thực hành, thí nghiệm gia công cắt gọt trên máy DMU 60t với hệ điều khiển heidenhein phục vụ chương trình đào tạo tại các trườn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐOÀN THỊ HƯƠNG NGHIÊN CỨU MÁY PHAY CNC VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG CÁC BÀI THỰC HÀNH, THÍ NGHIỆM GIA CÔNG CẮT GỌT TRÊN MÁY DMU 60T VỚI H

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐOÀN THỊ HƯƠNG

NGHIÊN CỨU MÁY PHAY CNC VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG CÁC BÀI THỰC HÀNH, THÍ NGHIỆM GIA CÔNG CẮT GỌT TRÊN MÁY DMU 60T VỚI HỆ ĐIỀU KHIỂN HEIDENHEIN PHỤC VỤ CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO TẠI CÁC TRƯỜNG

ĐẠI HỌC VÀ CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

HÀ NỘI - 2011

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐOÀN THỊ HƯƠNG

NGHIÊN CỨU MÁY PHAY CNC VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG CÁC BÀI THỰC HÀNH, THÍ NGHIỆM GIA CÔNG CẮT GỌT TRÊN MÁY DMU 60T VỚI HỆ ĐIỀU KHIỂN HEIDENHEIN PHỤC VỤ CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO TẠI CÁC TRƯỜNG

ĐẠI HỌC VÀ CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

Mã số:

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học:

1 PGS.TS Tăng Huy

HÀ NỘI - 2011

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác Trừ các phần tham khảo đã được nêu rõ trong Luận văn

Tác giả

Đoàn Thị Hương

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Tăng Huy, người đã hướng dẫn và giúp

đỡ tận tình từ định hướng đề tài đến quá trình viết và hoàn chỉnh Luận văn

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo và Viện đào tạo Sau đại học, Viện Cơ khí của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành bản Luận văn này

Tác giả cũng chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trung tâm đào tạo và thực hành công nghệ Cơ khí, Trường ĐHSP Kỹ thuật Hưng Yên đã giúp đỡ tác giả thực hiện thí nghiệm tại trung tâm công nghệ cao của trường

Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp

Tác giả

Đoàn Thị Hương

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 3

CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 7

PHẦN MỞ ĐẦU 10

1 Lý do chọn đề tài……….10

2 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu ……… 10

2.1 Mục đích nghiên cứu 11

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 11

3 Nội dung nghiên cứu và đóng góp mới của tác giả 12

4 Phương pháp nghiên cứu 12

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐIÈU KHIỂN SỐ 13

1.1 Khái quát về điều khiển số và lịch sử phát triển của máy CNC 13

1.2 Máy công cụ điều khiển số 15

1.2.1 Các hệ thống dữ liệu cần nạp cho máy công cụ điều khiển số .15

1.2.2 Chuyển động của các trục và khái niệm về hệ tọa độ 16

1.2.2.1 Chuyển động các trục 16

1.2.2.2 Hệ tọa độ 17

1.3 Khái quát về hệ thống điều khiển CNC 19

1.3.1 Khái niệm về hệ thống điều khiển số 19

1.3.2 Các dạng điều khiển số 19

1.3.3 Hệ điều khiển CNC 19

1.3.3.1 Phân biệt hệ điều khiển NC và CNC 19

1.3.3.2 Đặc trưng cơ bản của hệ điều khiển CNC 20

1.4 Nguyên lý vận hành máy công cụ điều khiển số 21

1.4.1 Chương trình chi tiết gia công 21

1.4.2 Bộ đều khiển logic 22

1.4.3.Chương trình tương thích chuyên dụng và dữ liệu điều chỉnh máy 22

1.5 Khái quát về máy CNC 23

1.5.1.Sơ lược về máy CNC 23

1.5.2 Phân loại máy CNC 23

1.5.3 Khả nămg công nghệ của máy phay CNC 23

1.5.4.Các thành phần cơ bản của máy phay CNC 24

1.6 Các chỉ tiêu gia công của máy CNC 28

1.6.1 Thông số hình học 28

1.6.2 Thông số gia công 29

1.6.3 Độ chính xác của máy CNC 30

1.6.4 Hướng phát triển của máy CNC trên thế giới và Việt Nam 31

Chương 2: NGHIÊN CỨU MÁY PHAY CNC-DMU 60T, LẬP TRÌNH GIA CÔNG TRÊN MÁY VỚI HỆ ĐIỀU KHIỂN HAIDENHAIN TNC 426 34

2.1 Giới thiệu khái quát về máy phay CNCDMU – 60T 34

2.1.1 Đặc tính kỹ thuật 34

2.1.2 Thông số kỹ thuật của máy 34

2.2 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của máy phay CNC- DMU60T 37

2.2.1 Các bộ phận chính của máy 37

2.2.2 Các phần tử điều khiển 38

2.2.3 Bảng vận hành máy .38

2.2.4 Tay quay điện tử .40

2.3 Thao tác sử dụng bảng điều khiển và vận hành máy 41

2.3.1 Màn hình và bàn phím 41

2.3.1.1 Màn hình của TNC 426 41

2.3.1.2 Bàn phím 43

2.3.2 Các chế độ vận hành máy 43

2.3.2.1 Chế độ vận hành bằng tay quay điện tử 43

2.3.2.2 Lập trình và sửa đổi chương trình 44

2.3.2.3 Chạy thử chương trình (Programm test) 44

2.3.2.4 Chạy chương trình 45

2.3.3 Phụ tùng kèm theo 45

2.3.3.1 Hệ thống dò 3D 45

2.3.3.2 Hệ thống đo dao tự động 46

2.3.3.3 Tay quay điện tử 46

2.3.4 Khởi động máy và tắt máy 46

2.4 Phương pháp lập trình trên máy phay CNC với hệ điều khiển Heidenhein 47 2.4.1 Giới thiệu chung về hệ điều khiển Heidenhain 47

2.4.2 Tạo và viết một chương trình 49

2.4.2.1 Cấu trúc một chương trình theo ngôn ngữ lập trình Heidenhein 49

2.4.2.2 Khai báo phôi BLK FORM 50

2.4.2.3 Tạo và viết một chương trình mới 50

2.4.2.4 Lập trình chuyển động của dụng cụ cắt ở ngôn ngữ hội thoại Heidenhain 52

2.4.2.5 Sửa đổi chương trình 53

2.4.3 Lập trình dụng cụ cắt 54

2.4.3.1 Nhập các dữ liệu liên quan đến dụng cụ cắt 54

2.4.3.2 Dữ liệu dụng cụ cắt 55

2.4.3.3 Hiệu chỉnh dụng cụ 59

2.4.4 Lập trình CONTOUR 63

2.4.4.1 Khái quát về các chuyển động của dao cắt 63

2.4.4.2 Cơ sở của chức năng đường dịch chuyển 64

2.4.4.3 Tiếp cận và rời khỏi CONTOUR gia công 66

2.4.4.4 Các đường chuyển động trong hệ tọa độ vuông góc 67

2.4.4.5 Các đường chuyển động trong hệ tọa độ cực 70

2.4.5 Lập trình Contour tự do – Free Contour FK 73

2.4.5.1 Cơ sở 73

2.4.5.2 Mở hội thoại lập trình FK 74

2.4.5.3 Lập trình tự do đoạn thẳng 74

2.4.5.4 Lập trình tự do đối với cung tròn 75

2.4.6 Các chu trình gia công phay trong Heidenhain TNC 426 77

2.4.6.1 Khái quát về chu trình 77

2.4.6.2 Các chu trình khoan 77

2.4.6.3 Các chu trình cho phay hố, phay ngõng và phay rãnh 83

2.4.6.4 Các chu trình cho gia công các kiểu hàng lỗ 89

2.4.6.5 Chương trình con và việc lặp lại một bộ phận chương trình 91

2.4.6.6 Dịch chuyển điểm 0- DATUM SHIFT (Cycle 7) 92

2.4.6.7 Chu trình đối xứng - MIRROR IMAGE (Cycle 8) 93

2.4.6.8 Chu trình xoay- ROTATION (Cycle 10) 93

2.4.6.9 Hệ số tỷ lệ - SCALING FACTOR (Cycle 11) 94

Chương 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG CÁC BÀI THỰC HÀNH VÀ THÍ NGHIỆM GIA CÔNG CẮT GỌT TRÊN MÁY DMU 60T VỚI HỆ ĐIỀU KHIỂN HEIDENHEIN 96

3.1 Cơ sở khoa học của việc xây dựng hệ thống các bài thực hành thí nghiệm 96 3.2 Xác định chuẩn kỹ năng thực hành CNC đối với sinh viên chuyên ngành chế tạo máy trong các trường Đại học và Cao đẳng công nghệ……… 97

3.3 Xây dựng hệ thống các bài thực hành và thí nghiệm gia công cắt gọt trên máy DMU 60T với hệ điều khiển Heidenhein ……….98

3.3.1 Hệ thống các bài thực hành thí nghiệm .98

3.3.2.Lập trình gia công cho một số bài tập điển hình 101

3.3.2.1 Bài tập lập trình khoan lỗ 101

3.3.2.2 Bài tập lập trình nội suy đường thẳng 103

3.3.2.3 Bài tập lập trình Bo cung/vạt góc . 105

3.3.2.4 Bài tập lập trình với các lệnh nội suy đường cong 107

3.3.2.5 Bài tập lập trình gia công nội suy rãnh thẳng và rãnh cong 109

3.3.2.6 Bài tập lập trình chương trình gia công sử dụng các chức năng Datumshift, Rotation, Scale……… 112

3.3.2.7 Bài tập lập trình chương trình gia công sử dụng các chức năng Datumshift, Subprogram 114

3.3.2.8 Bài tập lập trình các chu trình gia công. 116

3.3.2.9 Bài tập lập trình các chu trình gia công sử dụng các chu trình hố tròn rãnh, khoan 119

3.3.2.10 Lập trình Contour tự do FK 122

3.3.2.11 Bài tập tổng hợp. 123

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 130

TÓM TẮT LUẬN VĂN 131

CÁC TỪ KHÓA 132

TÀI LIỆU THAM KHẢO 133

CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

NC (Number Control) – Điều khiển số

CNC (Computer Numerical Control) – Điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính CAD (Computer Aided Design) – Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính

CAM (Computer Aided Manufacturing) – Sản xuất có sự trợ giúp của máy tính

LAN (Local Area Netword) - Mạng cục bộ

WAN (Wide Area Netword) - Mạng diện rộng

CW (Counter clockwise) - Chiều quay thuận chiều kim đồng hồ

DNC (Direct Numerical Control) - Hệ điều khiển DNC

FMS (Flexible Manufacturing System ) - Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS

FK (Free Contour Programing) - Lập trình Contour tự do

Q Parameters - Lập trình tham số Q

CHF (Chamfer) - Vát cạnh

RND (Rounding) - Bo cung

1D, 2D, 3D - Điều khiển 1, 2, 3 chiều

CC (Circle center) - Tâm cung

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

TT Bảng

1 2.1 Thông số kỹ thuật của máy phay CNC DMU-60T 37

2 2.2 Các chức năng đường với tọa độ cực 71

3 3.1 Các dạng bài tập trong hệ thống các bài thực hành thí nghiệm 99

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Kí hiệu các trục toạ độ trên máy CNC……… 17

Hình 1.2 Các trục toạ độ trên máy CNC……… 18

Hình 1.3 Nguyên lý vận hành máy công cụ điều khiển số……… 21

Hình 1.4 Cấu tạo máy phay CNC ……… 23

Hình 1.5 Khả năng công nghệ của máy phay CNC……… 24

Hình 1.6 Cụm trục chính ……… 26

Hình 1.7 Các dạng diều khiển trục chính……… 26

Hình 1.8 Các dạng ổ tích dụng cụ….……… 27

Hình 1.9 Cơ cấu thay dao tự động……… ……… 27

Hình 1.10 Băng dẫn hướng ……… … 27

Hình 1.11 Cụm vít me bi đai ốc……… … … 28

Hình 2.1 Máy phay CNC DECKEL MAHO DMU 60T………… …… … 34

Hình 2.2 Đồ thị - tốc độ mô men quay……… 35

Hình 2.3 Đồ thi – mô men quay ở trục chính……… 36

Hình 2.4 Hướng chuyển động các trục của máy phay CNC ……… 36

Hình 2.5 Các bộ phận của máy DMU 60T……… 37

Hình 2.6 Các phần tử điều khiển……….……… ……… 38

Hình 2.7 Bảng điều khiển TNC 426……… 38

Hình 2.8 Bảng vận hành máy……… …….……… 39

Hình 2.9 Bảng vận hành máy bổ xung……… 40

Hình 2.10 Tay quay điện tử……… 40

Hình 2.11 Màn hình của TNC 426……….… ………42

Hình 2.12 Bàn phím……… .…… 43

Hình 2.13 Màn hình ở chế độ vận hành bằng tay……… …43

Hình 2.14 Màn hình ở chế độ lập trình và sửa đổi chương trình………… ….44

Hình 2.15 Màn hình ở chế độ chạy thử chương trình……… 44

Hình 2.16 Màn hình ở chế độ chạy chương trình……… 45

Hình 2.17 Đầu dò 3D……… 45

Hình 2.18 Hệ thống đo dao tự động……… 46

Hình 2.19 Tay quay điện tử……… 46

Hình 2.20 Khai báo phôi……… 50

Hình 2.21 Dữ liệu dụng cụ cắt……… ………….…….54

Hình 2.22 Đo chiều dài dụng cụ cắt………56

Hình 2.23 Giá trị Delta cho chiều dài và bán kính dao……… 57

Hình 2.24 Bảng thay đổi dữ liệu dụng cụ cắt……… 58

Hình 2.25 Hiệu chỉnh dụng cụ cắt……….… 59

Hình 2.26 Hiệu chỉnh bán kính dụng cụ cắt……….… 60

Hình 2.27 Không hiệu chỉnh bán kính dụng cụ cắt……….…60

Hình 2.28 Dụng cụ cắt chuyển động bên trái contour……… ….61

Hình 2.29 Dụng cụ cắt chuyển động bên phải contour ………… …… 61

Hình 2.30 Hiệu chỉnh bán kính góc ngoài……….……….… 62

Hình 2.31 Hiệu chỉnh bán kính góc trong……… 63

Hình 2.32 Chức năng về đường chuyển động……… 63

Hình 2.33 Chuyển động song song với trục máy……… 64

Hình 2.34 Chuyển động trong mặt phẳng chính……… 65

Hình 2.35 Chuyển động theo ba kích thước……… 65

Hình 2.36 Nhập quá ba tọa độ……… 65

Hình 2.37 Chuyển động tròn……… 65

Hình 2.38 Chiều quay cho chuyển động tròn……… 66

Hình 2.39 Chuyển động thẳng……… 67

Hình 2.40 Vát góc giữa hai đoạn thẳng……… 67

Hình 2.41 Tọa độ tâm cung……… 68

Hình 2.42 Đường tròn quay quanh tâm cung tròn…… ……… …… 68

Hình 2.43 Cung tròn CR với bán kính cung……… 69

Hình 2.44 Cung tròn nối tiếp tiếp tuyến……… 70

Hình 2.45 Bo cung RND……… 70

Hình 2.46 Gốc tọa độ cực……… 71

Hình 2.47 Nội suy đường xoắn ốc……… 72

Hình 2.48 Lập trình contour tự do……… 73

Hình 2.49 Chu trình khoan sâu……… 78

Hình 2.50 Chu trình khoan 200……… 80

Hình 2.51 Chu trình doa 201……… 81

Hình 2.52 Chu trình khoét 202……… 82

Hình 2.53 Chu trình Taro ren……… 83

Hình 2.54 Chu trình phay hố vuông 4.0……… 84

Hình 2.55 Chu trình phay hố vuông 212……… … 84

Hình 2.56 Chu trình phay ngõng 213……… …….86

Hình 2.57 Chu trình phay hố tròn 5.0……… 86

Hình 2.58 Chu trình phay rãnh 3.0……… 87

Hình 2.59 Chu trình phay rãnh cong 211……… 88

Hình 2.60 Chu trình khoan kiểu vòng tròn 220……… 90

Hình 2.61 Chu trình khoan kiểu thẳng hàng 221……… 91

Hình 2.62 Chương trình con… ………… ……… …… 91

Hình 2.63 Lặp lại chương trình….……… 92

Hình 2.64 Dịch chuyển điểm 0……… 92

Hình 2.65 Đối xứng……….……… 93

Hình 2.66 Chu trình xoay……….……… 93

Hình 2.67 Hệ số tỷ lệ……… 94

Hình 3.1 Khoan lỗ Φ8……… ……….….101

Hình 3.2 Nội suy đường thẳng……… 103

Hình 3.3 Bo cung vạt góc……….……….….105

Hình 3.4 Chi tiết cam.……….………107

Hình 3.5 Tấm dẫn……….……… 109

Hình 3.6 Búa….……… 112

Hình 3.7 Chi tiết hình cầu……… 114

Hình 3.8 Mặt bích……….……… 116

Hình 3.9 Flag……….……… ……… 119

Hình 3.10 Contour tự do FK….……… ………… 122

Hình 3.11 Bài tập tổng hợp……… ……… 124

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Chương trình quốc gia phát triển công nghệ cao (CNC) năm 2010 có mục tiêu đến năm 2020 hình thành và phát triển khoảng 500 doanh nghiệp (DN) sản xuất sản phẩm, khoảng 200 DN nông nghiệp ứng dụng CNC tại các vùng kinh tế trọng điểm, đồng thời cung ứng dịch vụ CNC thuộc danh mục sản phẩm CNC được khuyến khích phát triển

Chương trình này đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Chương trình còn đặt mục tiêu ứng dụng CNC nhằm tăng giá trị sản xuất công nghiệp CNC đạt khoảng 30% tổng giá trị sản xuất công nghiệp (đến năm 2015) Mục tiêu này đến

2020 là 40% và tỷ trọng giá trị sản xuất nông nghiệp ứng dụng CNC cũng tăng gấp đôi so với năm 2015, tạo ra các dịnh vụ mới có giá trị gia tăng cao, giải quyết các nhiệm vụ chủ chốt trong các lĩnh vực kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng

Cũng theo Chương trình, trong xây dựng và phát triển công nghiệp CNC, cần nâng cao năng lực, hiệu quả, đổi mới công nghệ và đẩy mạnh sản xuất sản phẩm CNC để đến năm 2020 đáp ứng khoảng 45% nhu cầu sản phẩm CNC thiết yếu của nước ta Công nghiệp phụ trợ đáp ứng mục tiêu nội địa hóa khoảng 50% về giá trị trong các sản phẩm công nghiệp CNC sản xuất trong nước

Để thực hiện các nhiệm vụ của Chương trình, sẽ bồi dưỡng nghiệp vụ và nâng cao trình độ chuyên môn cho 500 lãnh đạo chủ chốt của các dự án sản xuất sản phẩm CNC, 10.000 kỹ sư và những người làm công tác nghiên cứu để đáp ứng yêu cầu của các dự án sản xuất sản phẩm CNC

Nhằm hiện thực hóa mục tiêu trên, các doanh nghiệp cơ khí và các cơ sở đào tạo trong nước đã và đang đầu tư ngày càng nhiều các máy công cụ hiện đại Tuy nhiên việc khai thác và sử dụng sao cho có hiệu quả về cả về khía cạnh kinh tế cũng như kỹ thuật đang gặp nhiều khó khăn do thiếu đội ngũ kỹ sư, kỹ thuật viên có trình

độ cao về công nghệ, có khả năng tiếp cận, làm chủ và khai thác có hiệu quả các máy CNC trong gia công cơ khí

Trước tình trạng như vậy các trường Đại học trong đó có Đại học Sư phạm

Kỹ thuật Hưng Yên đã đầu tư một số máy CNC và xây dựng một chương trình đào tạo để phục vụ cho việc đào tạo đội ngũ kỹ sư, kỹ thuật viên có kiến thức và kỹ năng đáp ứng nhu cầu xã hội Với phương châm gắn đào tạo với thực tế sản xuất trong các doanh nghiệp, việc xây dựng hệ thống các bài thực hành, thí nghiệm gia công trên các máy cắt gọt CNC sát với thực tế, sát với điều kiện sản xuất công nghiệp và phù hợp với điều kiện giảng dạy trong nhà trường Đây là một vấn đề rất khó khăn nhưng vô cùng cấp thiết, nếu giải quyết tốt vấn đề này thì sinh viên sau khi tốt nghiệp ra trường có thể thích nghi và đảm nhiệm tốt công việc tại các nhà máy, xí nghiệp

Xuất phát từ những lý do trên tác giả đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu máy

phay CNC và xây dựng hệ thống các bài thực hành, thí nghiệm gia công cắt gọt trên máy DMU 60T với hệ điều khiển HAIDENHAIN phục vụ chương trình đào tạo tại các trường Đại học và Cao đẳng công nghệ” làm đề tài luận văn tốt

nghiệp cao học của mình

2 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2.1 Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu về máy và kỹ thuật lập trình trên máy phay CNC DMU 60T, xây dựng các bài thực hành, thí nghiệm lập trình và gia công trên máy DMU 60T với hệ điều khiển Heidenhain TNC 426 nhằm nâng cao chất lượng đào tạo tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Khả năng công nghệ của máy CNC-DMU 60T

- Cơ sở lập trình phay CNC với hệ điều khiển Heidenhain TNC 426PF

- Hệ thống bài tập thực hành, thí nghiệm về lập trình và gia công một số chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy phay CNC-DMU 60T với hệ điều khiển Heidenhain TNC 426PF

3 Nội dung nghiên cứu và đóng góp mới của tác giả

• Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu khái quát về công nghệ CNC

- Nghiên cứu về khả năng công nghệ của máy phay CNC-DMU 60T với hệ điều khiển Heidenhain TNC 426PF

- Lập trình và gia công một chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy phay CNC - DMU 60T với hệ điều khiển Heidenhain

- Xây dựng các dạng bài tập thực hành và thí nghiệm gia công cắt gọt trên máy DMU 60T với hệ điều khiển Heidenhain

Với ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tế của luận văn sau khi hoàn thành sẽ

có những đóng góp đáng kể cho việc xây dựng chương trình đào tạo CNC tại các trường Đại học và Cao đẳng công nghệ

• Ý nghĩa khoa học

Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần bổ sung cho cơ sở lý thuyết về nghiên cứu máy CNC và lập trình gia công trên máy, ứng dụng vào giảng dạy, học tập và sản xuất một cách có hiệu quả

• Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở để cải tiến chương trình đào tạo theo hướng sát với thực tiễn sản xuất, đáp ứng nhu cầu xã hội Đáp ứng đòi hỏi về nhu cầu nhân lực trình độ cao cho sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước

4 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm:

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết

- Tiến hành thí nghiệm

- Phân tích và đánh giá kết quả

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY CÔNG CỤ CNC 1.1.Khái quát về điều khiển số và lịch sử phát triển của máy CNC

Điều khiển số ( Numerical Control) ra đời với mục đích điều khiển các quá

trình công nghệ gia công cắt gọt trên các máy công cụ Về thực chất đây là một quá trình tự động điều khiển các hoạt động của máy (như các máy cắt kim loại, robot, băng tải vận chuyển phôi liệu hoặc chi tiết gia công, các kho quản lý phôi và sản phẩm…) trên cơ sở các dữ liệu được cung cấp là ở dạng mã số nhị nguyên bao gồm các chữ số, số thập phân các chữ cái và một số ký tự đặc biệt tạo nên một chương trình làm việc của thiết bị hay hệ thống

Trước đây cũng có các quá trình gia công cắt gọt được điều khiển theo chương trình bằng kỹ thuật chép hình theo mẫu, chép hình bằng hệ thống máy thuỷ lực, cam hoặc điều khiển bằng mạch logic… Ngày nay, với việc áp dụng thành quả tiến bộ của Khoa học - Công nghệ, nhất là lĩnh vực điều khiển số và tin học đã cho phép các nhà máy chế tạo máy nghiên cứu đưa vào máy công cụ các hệ thống điều khiển cho phép thực hiện các quá trình gia công một cách linh hoạt hơn, thích ứng với nền sản xuất hiện đại và mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn

Lịch sử phát triển của NC bắt nguồn từ mục đích về quân sự và hàng không vũ trụ khi mà cá yêu cầu các chi tiết về chất lượng của các máy bay, tên lửa, xe tăng là cao nhất ( có độ chính xác và độ tin cậy cao nhất, có độ bền và tính hiệu quả khi sử dụng cao…)

Vào cuối những năm 40 học viện công nghệ MIT Hoa Kỳ bắt đầu thực hiện đề

án nghiên cứu về kỹ thuật điều khiển số Năm 1953 công bố sáng chế máy phay điều chỉnh theo chương trình số NC Vào năm 1959 triển lãm máy công cụ tại Paris trưng bày những chiếc máy phay NCs đầu tiên của châu Âu

Năm 1960 các hệ điều khiển số được chế tạo tương ứng với trình độ kỹ thuật của các công nghệ bóng đèn điện tử và rơle (cơ/điện/thuỷ lực), máy kích thước lớn, rất nhạy cảm với các điều kiện môi trường khác nhau và giá cả thì rất đắt đỏ Vì vậy máy không được sử dụng rộng rãi

Từ sau những năm 1960, bóng đèn điện tử được thay dần bằng các phần tử bán dẫn rời rạc, đi ốt, và tranzito ( đèn 3 cực), thế nhưng những linh kiện đơn lẻ vẫn đòi hỏi có thể tích chiếm chỗ đủ lớn, còn rất nhiều mối hàn và các ổ cắm, các ghép nối vừa tốn kém khi chế tạo vừa hạn chế độ tin cậy khi vận hành điều khiển Những thông tin điều khiển được ghi trên băng đục lỗ nên dung lượng thấp và phải đọc từng bước trong quá trình gia công, khi gia công nhiều chi tiết giống nhau vẫn phải đọc băng đục lỗ cho từng lần gia công Khi thay đổi chương trình điều khiển chẳng hạn như muốn thay đổi chế độ cắt cho phù hợp đòi hỏi phải làm lại băng đục lỗ Vào những năm 70, kỹ thuật điều khiển số nhanh chóng ứng dụng các tiến bộ của kỹ thuật vi điện tử, vi mạch tích hợp: những hệ NC sử dụng những bản mạch logic được thay thế bởi các bộ nhớ có dung lượng đủ lớn, do nối ghép các cụm vi tính vào hệ điều khiển số mà những phần cứng trước đây được thay thế bằng những phần mềm linh hoạt hơn Dung lượng bộ nhớ ngày càng được mở rộng tạo điều kiện lưu giữ trong hệ điều khiển số trước hết là từng chương trình đơn lẻ, sau đó là cả một thư viện chương trình lại có thể sửa đổi chương trình đã lập một cách dễ dàng thông qua việc cấp lệnh bằng tay, thao tác trực tiếp trên máy

Cho đến ngày nay các chức năng tính toán trong hệ thống CNC ngày càng được hoàn thiện và đã đạt được tốc độ sử lý rất cao do tiếp tục ứng dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật phát triển của các bộ vi xử lý µP Các hệ thống CNC được chế tạo hàng loạt theo các công thức xử lý đa chức năng dùng cho nhiều mục đích điều khiển khác nhau Từ chỗ những vật mang tin là những băng đục lỗ, băng

từ, đĩa từ tiến tới đĩa compact (đĩa CD) có dung lượng nhớ ngày càng mở rộng độ tin cậy và tuổi thọ ngày càng cao

Việc cài đặt các cụm vi tính trực tiếp vào hệ NC để trở thành CNC (Computer Numerical Control) đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc ứng dụng, cho chúng ta có thể ứng dụng được máy công cụ điều khiển số CNC ngay cả trong các xí nghiệp vừa

và nhỏ không có phòng lập trình riêng, điều đó có nghĩa là người điều khiển máy có thể lập trình trực tiếp trên máy Những dữ liệu được nhập vào, nội dung lưu trữ trên máy, thông báo về tình trạng hoạt động của máy cùng các chỉ dẫn cần thiết khác cho

người điều khiển máy đều được hiển thị trên màn hình Lúc đầu màn hình của các

hệ điều khiển số chỉ là màn hình đen trắng với các ký tự chữ cái và con số nay đã sử dụng các màn hình mầu đồ hoạ với độ phân giải cao, biên dạng của chi tiết gia công, chuyển động của dao cụ đều được hiển thị, có thể mô phỏng chi tiết gia công theo 3 chiều kích thước (3D)

Trong những năm gần đây sự bùng nổ của ngành công nghệ thông tin, sự phát triển của công nghệ High-Tech ngày càng tạo ra được những thế hệ máy công cụ điều khiển số ngày càng ưu việt hơn, đáp ứng được những yêu cầu cao của thị trường

Ngoài những ưu điểm cơ bản của máy và công nghệ CNC như độ chính xác cao của sản phẩm, đáp ứng nhanh về số lượng và thích ứng nhanh với thị trường về mẫu mã sản phẩm thì những ưu điểm nổi bật chỉ có ở máy CNC nữa là phương thức làm việc với hệ thống xử lý thông tin “điện tử-số hoá”, cho phép nối ghép với hệ thống xử lý trong phạm vi toàn xí nghiệp tạo điều kiện mở rộng việc tự động hoá toàn bộ quá trình sản xuất, ứng dụng các kỹ thuật quản lý hiện đại thông qua mạng liên thông cục bộ (LAN) hay mạng liên thông toàn cầu (WAN)

Xét về bản chất của các máy điều khiển theo chương trình số, từ các máy NC đầu tiên với bộ xử lý là được áp dụng công nghệ đèn điện tử, rơle đến các phần tử bán dẫn rời rạc, điốt, và tranzito (đèn 3 cực) và sau đó là đã áp dụng các tiến bộ của

kỹ thuật vi điện tử, vi mạch tích hợp và siêu vi mạch cũng chỉ là để xử lý các hệ thống dữ liệu đầu vào cho hệ thống điều khiển số

1.2 Máy công cụ điều khiển số

1.2.1 Các hệ thông dữ liệu cần nạp cho máy công cụ điều khiển số

Một máy công cụ điều khiển số muốn hoạt động được thì nó yêu cầu phải được cung cấp các hệ thống dữ liệu, nó được coi như một thứ ngôn ngữ chung để giao tiếp giữa người với máy Khi ta soạn thảo chương trình cho một hệ thống điều khiển số thì có nghĩa là ta đưa toàn bộ các thông tin cần thiết để chế tạo một chi tiết xác định trên máy công cụ trở thành dạng có thể hiểu được cho hệ điều khiển của máy và thông báo cho nó theo một hình thức thích hợp

Thực chất của việc lập trình là thu thập, xử lý và soạn thảo những dữ liệu thông tin yêu cầu Các dữ liệu đó bao gồm:

1.2.1.1 Các thông tin hình học ( Geometrical Information)

Là hệ thống thông tin điều khiển các chuyển động tương đối giữa dụng cụ và chi tiết, liên quan trực tiếp đến quá trình tạo hình bề mặt còn gọi là thông tin về đường dịch chuyển (hình thành đường sinh và đường chuẩn của bề mặt hình học muốn tạo ra)

1.2.1.2 Thông tin công nghệ (Technological Information)

Là hệ thống thông tin cho phép máy thực hiện gia công với những gia trị công nghệ yêu cầu: Chuẩn hoá các gốc toạ độ, chọn chiều sâu cắt, tốc độ chạy dao, số vòng quay trục chính, chiều qua trục chính, vị trí xuát phat của dao, đóng hay ngắt mạch tưới dung dịch trơn nguôi, mạch đo lường kiểm tra…

1.2.2 Chuyển động của các trục và khái niệm về hệ tọa độ

là 1/1000mm, tức 0.001mm, còn trong hệ đo inch, bước dịch chuyển tối thiểu là 0.0001inch Với chuyển động quay, bước dịch chuyển của góc quay cho cả hai hệ

đo thường được lấy là 0.001°

Giống như hệ tọa độ toán học, mỗi trục trong hệ tọa độ của máy CNC đều có

điểm gốc Ứng với các bài toán kỹ thuật, chúng được gọi là điểm gốc (hay chuẩn, hay điểm 0) của chương trình, của phôi hay của chi tiết Thuật ngữ tiếng Anh tương ứng là program zero (hay program origin), work zero, part zero

1.2.2.2 Hệ toạ độ

Để xác định các tương quan hình học trong vùng làm việc của máy, trong phạm vi chi tiết gia công một cách rõ ràng, người ta đưa vào các hệ toạ độ và các điểm gốc chuẩn Để thống nhất hoá mối tương quan cho các máy công cụ điều khiển số khác nhau, người ta tiêu chuẩn hoá các trục của hệ toạ độ và chiều chuyển động của chúng

Ví dụ theo tiêu chuẩn ISO 841 hay tiêu chuẩn DIN 66127thì hệ thống trục toạ

độ cho các máy điều khiển số được xác định như sau:

Các chiều chuyển động của máy công cụ điều khiển số được xác định bởi hệ toạ độ vuông góc của bàn tay phải (hình 1.1) Hệ toạ độ này luôn luôn được gán lên chi tiết gia công

Khi lập trình, chi tiết luôn được coi là đứng yên Các chuyển động luôn thuộc

về dao cụ Trong thực tế trên từng loại máy cụ thể thì việc qui định này không hoàn toàn đúng bởi vì có những chiếc máy trong quá trình gia công thì chi tiết có thể tham gia thực hiện một vài chuyển động, điều này dễ làm cho người vận hành nhìn nhận không chính xác về hướng chuyển động của các trục

Các trục quay

tương ứng với trục

X,Y, Z được kí hiệu

là A, B, C Chiều

quay dương (positiv)

tương ứng với chiều

quay thuận chiều kim

đồng hồ (CW=Counter clockwise) khi ta nhìn theo chiều dương của trục tịnh tiến

Để bố trí thứ tự của các trục toạ độ phù hợp với các chiều chuyển động của máy, tiêu chuẩn ISO 841 hay DIN 66127 qui định:

Hình 1.2 Các trục toạ độ trên máy

Nếu trục chính của máy xoay nghiêng được và chỉ có một vị trí xoay nghiêng song song với một trục toạ độ nào đó thì chính trục toạ độ là trục Z

Nếu trục chính xoay nghiêng được song song với nhiều trục toạ độ khác nhau thì trục Z chính là trục vuông góc với bàn kẹp chi tiết chính của máy

Nếu trục chính xoay nghiêng được theo một hướng nghiêng với chính nó thì trục này ký hiệu là W

Nếu máy có nhiều trục chính công tác thì ta sẽ chọn một trong số trục đó làm trục chính theo cách ưu tiên trục nào

có đường tâm vuông góc với bàn kẹp

chi tiết Còn nếu máy không có trục

chính công tác thì trục Z cũng là trục

vuông góc với bàn kẹp chi tiết

Trục toạ độ X

Trục X là trục toạ độ nằm trên

mặt định vị hay song song với bề mặt

kẹp chi tiết, thường được ưu tiên theo

phương nằm ngang Chiều của trục X

được xác định như sau:

Thứ nhất: Trên các máy có

dao quay tròn

+ Nếu trục Z đã nằm ngang thì

chiều dương của trục X hướng về bên

phải khi ta nhìn từ trục chính hướng

vào chi tiết

+ Nếu trục Z thẳng đứng và máy có một thân máy thì chiều dương của trục X hướng về bên phải khi ta nhìn từ trục chính hướng vào chi tiết

+ Nếu máy có hai thân máy thì chiều dương của trục X hướng về bên phải nếu ta nhìn từ trục chính hướng vào thân máy bên phải

Thứ hai: Trên các máy có chi tiết quay tròn

Trên các máy có chi tiết gia công quay tròn thì trục X nằm theo phương hướng kính của chi tiết và chiều dương của trục đi từ trục tâm chi tiết đến bàn kẹp dao chính

Thứ ba: Trên các máy không có trục chính công tác thì trục X được qui định là

trục song song theo hướng gia công chính

Trục toạ độ Y

Vị trí của trục toạ độ Y sẽ được xác định sau khi đã xác định được hai trục toạ độ Z và X

Các trục phụ

Nếu ngoài các trục X,Y,Z mà máy còn có các trục điều khiển độc lập khác thì

ta cũng ký hiệu các trục như sau: Trục U(là trục // với trục X), V(là trục // với trục Y) và trục W (là trục // với trục Z) Các trục song song khác so với trục toạ độ chính

sẽ nhận các ký hiệu tiếp theo là P, Q, R

1.3 Khái quát về hệ thống điều khiển CNC

1.3.1 Khái niệm hệ điều khiển số

Là hệ thống điều khiển đặc trưng bởi các đại lượng đầu vào là những tín hiệu số nhị phân, chúng được đưa vào hệ điều khiển dưới dạng một chương trình điều khiển có hệ thống Trong hệ điều khiển số ứng dụng cho máy công cụ, các đại lượng đầu vào là những thông tin, dữ liệu hay số liệu nạp vào

1.3.2 Các dạng điều khiển số

Khi gia công các chi tiết khác nhau thì các bề mặt tạo hình khác nhau đòi hỏi sự chuyển động khác nhau giữa dao và chi tiết Qũy đạo của các chuyển động này được xác định chính xác thông qua các chỉ dẫn điều khiển Tuỳ dạng chuyển động của điểm đầu, điểm cuối và quãng đường dịch chuyển mà ta có các dạng điều khiển khác nhau Các dạng điều khiển đó được phân ra thành: điều khiển điểm, điều khiển đoạn hay đường thẳng và điểu khiển biên dạng phi tuyến

1.3.3 Hệ điều khiển CNC( Computer Numerical Control)

1.3.3.1 Phân biệt hệ điều khiển NC và CNC

- Điều khiển NC (Numberical Control)

Đặc tính của hệ điều khiển này là “chương trình hoá các mối quan liên hệ” trong đó mỗi mảng linh kiện điện tử riêng lẻ được xác định một nhiệm vụ nhất định, liên hệ giữa chúng phải thông qua dây nối hàn cứng trên các mạch logic điều khiển Chức năng điều khiển được xác định chủ yếu bởi phần cứng

- Điều khiển CNC(Computerized Numerical Control)

Điều khiển CNC là một hệ điều khiển có thể lập trình và ghi nhớ Nó bao gồm một máy tính cấu thành từ các bộ vi xử lý (microprocessor) kèm theo các

bộ nhớ ngoại vi

Đa số các chức năng điều khiển đều được giải quyết thông qua phần mềm nghĩa là các chương trình làm việc có thể được thiết lập trước

Nhờ các chương trình hệ thống CNC mà các máy tính có thể sử dụng để thực hiện những chức năng điều khiển theo yêu cầu

Do các hệ điều khiển hiện đại có nguyên lý cấu trúc và xử lý dữ liệu theo dạng điều khiển CNC

1.3.3.2 Đặc trưng cơ bản của điều khiển CNC

Nâng cao tính tự động

Các máy công cụ được trang bị bộ điều khiển CNC có tốc độ dịch chuyển lớn Do đó tăng được năng suất cắt gọt, giảm tối đa thời gian phụ Khi so sánh một máy công cụ không được trang bị bộ điều khiển CNC với máy được trang bị người ta nhận thấy năng suất tăng gấp 3 lần

Nâng cao tính linh hoạt

Máy CNC có khả năng thích nghi nhanh với chương trình gia công với các chi tiết khác nhau Do nguyên lý hoạt động và cấu trúc của nó đã tạo điều kiện giảm thời gian gia công và hiệu chỉnh công nghệ kỹ thuật

Nâng cao tính tập trung nguyên công

Các máy công cụ CNC có khả năng thực hiện nhiều bước công nghệ hoặc nhiều bước nguyên công khác nhau trong một lần gá đặt phôi

Nâng cao tính chính xác và đảm bảo chất lượng gia công

Trong quá trình gia công độ chính xác luôn được đảm bảo ổn định Ngoài ra

Hình 1.3 Nguyên lý vận hành máy công cụ điều khiển số

máy CNC còn có khả năng mô phỏng quá trình cắt gọt nên người vận hành có thể quan sát tổng thể trực tiếp các giai đoạn gia công, phát hiện kịp thời sai sót

Nâng cao hiệu quả kinh tế

Máy CNC vừa có khả năng điều khiển trực tiếp trên máy vừa có khả năng lập trình trên phần mềm nên máy CNC hữu dụng kinh tế ngay cả với xí nghiệp có quy mô trung bình và nhỏ Ngoài ra CNC có khả năng thay đổi một cách nhanh chóng công nghệ sản xuất nên nó đáp ứng kịp thởi với nhu cầu của thị trường

Hiện nay trên thế giới đang sử dụng chủ yếu một số hệ điều hành sau cho các máy CNC Đó là: Fanuc, Fagor,

Heidenhain, Siemens,…Trong đó một

số nước đứng đầu phải kể đến Đức,

Đài Loan và Trung Quốc…

1.4 Nguyên lý vận hành máy công

cụ điều khiển số

1.4.1 Chương trình chi tiết gia

công

Những thông tin cần thiết để

gia công một chi tiết nào đó, được tập

hợp một cách hệ thống gọi là chương

trình gia công chi tiết Chương trình

này có thể:

- Được soạn thảo và lưu trữ

trong vật mang tin (băng tờ, đĩa từ,

hoặc đĩa compact CD và đưa vào hệ điều khiển số qua cửa nạp tương thích

- Được đưa vào hệ điều khiển số thông qua các nút bấm bằng tay trên bảng điều khiển số thông qua các nút bấm bằng tay trên bảng điều khiển Nhờ bảng điều khiển cũng có thể đưa vào hệ điều khiển số các thông tin đặc biệt (số liệu về dao cụ, các giá trị hiệu chỉnh biên dạng các dữ liệu điều chỉnh máy)

1.4.2 Bộ điều khiển logic

Bộ điều khiển logic xử lý các dữ liệu chương trình nhừ các phần mềm hệ thống (Systematical software) nhằm:

- Cung cấp các giá trị cần về vị trí cho từng trục riêng lẻ của máy công cụ theo một tần số phụ thuộc vào tốc độ xử lý dữ liệu chương trình

- So sánh giá trị cần (GTC) và giá trị thật (GTT) về vị trí, xác định giá trị chênh lệch:

∆c/l = GTC -GTT (1.1)

- Cấp lệnh điều khiển tương ứng cho rơ le tốc độ của từng trục thay dao riêng lẻ Như vậy từng trục máy chuyển động độc lập nhưng vẫn phối hợp được với nhau, sao cho biên dạng gia công được sinh ra với tốc độ gia công đã được lập trình

1.4.3 chương trình tương thích chuyên dụng và những dữ liệu điều chỉnh máy

Nhờ các chương trình này, hệ điều khiển số đảm báo được sự tương thích với các thông số kỹ thuật chuyên môn của máy công cụ mà nó điều khiển

Những dữ liệu điều chỉnh máy xác định : tốc độ chạy nhanh (không cắt) tối

đa, bố trí xắp đặt các trục máy, các trạng thái đóng mạch của hệ điều hành và giới hạn vùng làm việc của hệ thống công nghệ (bàn máy, gá lắp, dao cụ)

Chương trình gia công chi tiết còn bao hàm những thông tin liên quan trực tiếp đến máy:

+ Lệnh đóng/ngắt mạch bơm dung dịch trơn nguội

+ Lệnh tạo số vòng quay và chiều quay cho trục chính

+ Lệnh thay dụng cụ

Bộ điều khiển logic chuyển tiếp những lệnh này qua một cụm điều khiển tương thích cài đặt trong hệ điều khiển số đến các khâu điều khiển máy như: van, rơle, các cầu giao tiếp mạch… Ngược lại, cụm điều khiển tương thích cũng tiếp nhận các thông tin phản hồi từ các công tắc ngắt cuối (cữ chặn), các bộ phận cảnh báo áp suất và những bộ phận khác lắp đặt trên máy (có kèm theo dụng cụ phát tín hiệu để chuyển thành các thông báo về tình trạng sẵn sàng hoạt động hoặc trạng thái dừng … cho hệ điều khiển số

Hình 1.4 Cấu tạo máy phay CNC

1.5.Khái quát về máy phay CNC

1.5.1 Sơ lược về máy phay CNC

Ngày nay, với kích thước máy tới cỡ vừa, không thể phân định rõ giữa máy phay và trung tâm gia công Nhiều hãng chế tạo máy trang bị cho các máy phay những bộ phận tự động hoá như: ổ tích dụng cụ với tay tóm dụng cụ, cơ cấu thay đổi phôi, chi tiết gia công, trục chính nằm ngang và trục chính thẳng đứng…

Các máy phay ngày nay

được trang bị hệ thống điều khiển

theo biên dạng (quỹ đạo) với ít nhất

là 3 đến 5 trục điều khiển, với phép

nội suy (interpolation) không gian

(đồng thời) cho mọi trục điều

khiển Khâu chương trình gia công

(programming), do vậy được thực

hiện nhờ hệ thống lập trình có máy

tính trợ giúp và các hệ xử lý thích

nghi (hậu xử lý) phù hợp với máy

1.5.2 Phân loại máy phay CNC

Việc phân loại máy phay CNC chỉ mang tính tương đối Tuỳ thuộc vào tính

vạn năng, số dao có thể tích trong ổ dao (Tool magazine) ta chia máy phay CNC

thành các loại cơ bản sau:

- Máy phay CNC (CNC Milling Machine)

Máy phay CNC thường được dùng để chỉ các máy phay có một hoặc một vài dao trong ổ tích dao, thông thường ổ tích dao không chứa quá 12 dao và có dạng

mâm xoay (turret)

- Trung tâm phay CNC (Milling Center)

Là loại máy phay có tính vạn năng cao hơn, thông thường số dao có thể tích

trong ổ tích dao từ 12 đến hàng trăm dao Ổ tích dao (Tool magazine) thường có

dạng xích quay, dao được thay tự động hoặc dùng Robot cấp dao

- Trung tâm phay - tiện CNC (Milling – Turning Center)

Là trung tâm phay CNC có tích hợp và có khả năng làm việc như máy tiện CNC Loại máy này có tính vạn năng rất cao Tuy nhiên kết cấu phức tạp và đắt tiền

1.5.3 Khả nămg công nghệ của máy phay CNC

Máy phay dùng để gia công các mặt phẳng, các mặt trụ tròn xoay, các mặt định hình và các bề mặt đặc biệt… Dưới đây là một số hình ảnh về công nghệ của máy phay CNC

1.5.4 Các thành phần cơ bản của máy phay CNC

Máy phay CNC bao gồm các thành phần cơ bản như sau: Cụm trục chính, hệ thống thay dao, bàn máy của máy phay và bộ điều khiển CNC

Cụm trục chính là nơi gá lắp dụng cụ cắt và tạo ra tốc độ cắt gọt Trục chính được dẫn động bởi động cơ servo, trục chính được điều khiển, điều chỉnh bởi bộ

Hình 1.5 Khả năng công nghệ của máy phay CNC

e) Điều khiển đường viền 5D

điều khiển CNC, có khả năng cung cấp số vòng quay bất kỳ cho trục chính trong phạm vị cho phép của máy Hệ thống truyền động của cụm trục chính được tích hợp

hệ thống phanh khí nén, nhằm phục vụ việc thay đổi tốc độ quay trong thời gian ngắn nhất Tốc độ quay của trục chính luôn được cảm biến đo phản hồi về bộ đièu khiển CNC Trên trục chính có lắp đặt hệ thống kẹp dụng cụ tự động bằng khí nén hoặc thuỷ lực nhằm tự động hoá hoàn toàn quá trình thay dao Chuyển động theo trục Z của máy do cụm trục chính thực hiện, dẫn động từ động cơ servo trục Z thông qua bộ truyền động trục vít me đai ốc bi, được điều chỉnh, điều khiển bởi bộ điều khiển CNC kín có phản hồi

Hệ thống thay dao của máy phay CNC được tự động hoá hoàn toàn, thông thường nó có các ổ chứa dao với tay kẹp dụng cụ Vị trí thay dao của cụm trục chính là vị trí được xác định bởi các nhà sản xuất nhằm tránh khả năng va đập với chi tiết và các bộ phận khác của máy khi thay dao Ngoài hệ thống thay dao tự động nói trên một số nhà sản xuất trung tâm CNC còn đưa ra hệ thống thay dao đơn giản hơn đó là ổ chứa dao tự hành, vừa có chức năng chứa dao, vừa có chức năng thay dao tự động

Bàn máy của máy phay CNC thông thường có hai khả năng chuyển động theo trục X và trục Y, dẫn động nhờ các động cơ servo trục X, trục Y và thông qua bộ truyền động trục vít me đai ốc bi, và được điều khiển và điều chỉnh bởi bộ điều khiển CNC kín có phản hồi

Bộ điều khiển CNC của máy phay có nhiệm vụ biên dịch chương trình NC được nạp vào bộ điều khiển, tiến hành xử lý thông qua phát lệnh điều khiển các cơ cấu chấp hành Các lệnh điều khiển được phân thành nhánh thành hai hệ lệnh: Hệ lệnh đường đi và hệ lệnh đóng, ngắt nhằm điều khiển quá trình hình thành hình dáng hình học của chi tiết

1.5.4.1 Cụm trục chính

Cụm trục chính trên các máy phay CNC là nơi lắp dụng cụ, có nhiệm vụ tạo

ra chuyển động quay của trục chính sẽ sinh ra lực cắt để cắt gọt phôi trong quá trình gia công Trục chính có thể quay với tốc độ 200 vg/phút đến 6000 vg/phút đặc biệt

có thể lên tới 20000 vg/phút (phay cao tốc) Trục

chính là bộ phận tiêu tốn năng lượng lớn nhất, vì

vậy công suất trục chính thường làm chỉ tiêu

đánh giá công suất gia công của máy Cụm trục

chính được gắn với trục Z của máy và chiếm

phần lớn công suất sử dụng của máy Trên trục

chính có thể tích hợp hệ thống bôi trơn làm mát

trực tiếp hoặc sử dụng hệ thống bôi trơn ngoài

Trục chính được điều khiển bởi các động

cơ.Thường sử dụng động cơ Servo theo chế độ

vòng lặp kín, bằng công nghệ số để tạo ra tốc độ điều khiển chính xác và hiệu quả cao dưới chế độ tải nặng

Trong các máy phay CNC hiện nay thường sử dụng một số dạng điều khiển như: điều khiển đai (a), điều khiển trực tiếp (b) và điều khiển bánh răng (c)

1.5.4.2 Ổ tích dụng cụ cắt

Dùng để tích chứa nhiều dao phục vụ cho quá trình gia công Nhờ có ổ tích dao mà máy CNC có thể thực hiện được nhiều nguyên công cắt gọt khác nhau liên tiếp với nhiều loại dao cắt khác nhau, do đó quá trình gia công nhanh hơn và mang tính tự động hóa cao

Hình 1.6 Cụm trục chính

Hình 1.7 Các dạng điều khiển trục chính

Hình 1.8 Các dạng ổ tích dụng cụ

Ổ tích dụng cụ có 3 dạng chính là ổ tích dạng xích, ổ tích dạng đĩa và ổ tích Revolver dạng sao (hình 1.8)

1.5.4.3 Cơ cấu thay dao tự động (hình 1.9)

Cùng với ổ tích dao cơ cấu thay dao tự động

giúp cho việc thay dao được chính xác và

nhanh gọn, nâng cao tính tự động hóa Trong

quá trình gia công khi cần chuyển sang nguyên

công cắt gọt khác cần phải thay dao thì ta không

phải dừng máy để thay dao bằng tay mà hệ

thống sẽ tự động thay dao theo chương

trình đã lập sẵn

1.5.4.4 Băng dẫn hướng (hình 1.10)

Hệ thống thanh trượt dẫn hướng có

nhiệm vụ dẫn hướng cho các chuyển động

của bàn theo X,Y và chuyển động lên

xuống theo trục Z của trục chính Yêu cầu

của hệ thống thanh trượt trượt phải thẳng, có khả năng tải cao độ cứng vững tốt, không có hiện tượng dính, trơn khi trượt

1.5.4.5 Trục vít me đai ốc bi

Trong máy công cụ điều khiển số người ta sử dụng hai dạng vít me cơ bản

đó là: vít me đai ốc thường và vít me đai ốc bi

Hình 1.9 Cơ cấu thay dao tự động

Hình 1.10 Băng dẫn hướng

Ưu điểm của Vít me đai ốc bi:

- Mất mát do ma sát nhỏ, hiệu suất của bộ truyền lớn gần bằng 0.9

- Đảm bảo chuyển động ổn định vì lực ma sát hầu như không phụ thuộc vào tốc độ

- Có thể loại trừ khe hở và tạo sức căng ban đầu đảm bảo độ cứng vững dọc trục cao

- Đảm bảo độ chính xác làm việc lâu dài

1.5.4.6 Một số hệ điều hành

Hiện nay trên thế giới đang sử dụng chủ yếu một số hệ điều hành sau cho các máy CNC Đó là: Fanuc, Fagor, Heidenhain, Siemens,…Trong đó một số nước đứng đầu phải kể đến Đức, Đài Loan và Trung Quốc…

1.6 Các chỉ tiêu gia công của máy CNC

Hình 1.11 Cụm vít me đai ốc bi

thuận tiện và dễ nhớ, người ta đánh thứ tự các số theo quy tắc sau: số thứ nhất của các chữ số ký hiệu các điểm theo trục thẳng đứng (trục Z), số thứ hai của các chữ số

ký hiệu các điểm theo trục dọc (trục X), còn số thứ ba của các số ký hiệu các điểm theo trục nằm ngang (trục Y)

1.6.2 Thông số gia công

Thông số gia công của máy CNC là tốc độ chuyển động của các cơ cấu chấp hành và công suất động cơ Người ta dựa vào các thông số hình học (vùng gia công) như kích thước bàn máy phay hay chiều cao của tâm máy tiện để chọn công suất động cơ, tốc độ quay của trục chính và lượng chạy dao Năng suất gia công được xác định là số lượng chi tiết được gia công trong một đơn vị thời gian Năng suất gia công đã được nghiên cứu tổng hợp trong: “giáo trình công nghệ CNC” của tác giả Trần Văn Địch viết dưới dạng công thức (1.1):

1 1

t t

n

m T

Trong đó:

Ttc- Thời gian từng chiếc trung bình (phút);

m- Số loạt chi tiết được sản xuất trong một năm;

n- Số lượng chi tiết được sản xuất trong một năm;

i- Số lượng nguyên công cần thiết để gia công một chi tiết;

k- Số lượng các nguyên công kiểm tra;

tct- Thời gian thay đổi chi tiết gia công;

ttd- Thời gian thay dao;

t0- Thời gian cơ bản;

tkt- Thời gian kiểm tra;

tcbkt-Thời gian chuẩn bị- kết thúc;

Để tăng năng suất phải giảm thời gian tcbkt Muốn giảm thời gian tcbkt phải dùng đồ gá vệ tinh và giảm số lượng các loạt chi tiết gia công trên máy (trên một máy CNC không nên gia công quá 30÷50 loạt chi tiết trong một năm)

Để tăng năng suất phải giảm ttd Phương pháp làm giảm ttd là dùng hệ thống thay dao tự động Trên các máy thay dao bằng tay, nên dụng các hệ thống kẹp nhanh

Để tăng năng suất còn phải giảm thời gian thay đổi các chi tiết gia công Việc này có thể đạt được nhờ các cơ cấu nhiều vị trí (để thay chi tiết tự động) và đồ gá vệ tinh, đồng thời, để tăng năng suất còn phải giảm thời gian t0: tăng tốc độ cắt, sử dụng dao có khả năng cắt với tốc độ cao, đồng thời gia công bằng nhiều dao

Một phương pháp nữa để tăng năng suất là phải giảm thời gian phụ Thời gian phụ được giảm bằng cách tăng tốc độ chạy nhanh của các cơ cấu chấp hành hoặc của dao

1.6.3 Độ chính xác của máy CNC

Sai số gia công tổng cộng trên các máy CNC xuất hiện trên các hệ thống truyền động của máy, trong các hệ thống điều khiển, kiểm tra và trong bản thân chi tiết gia công Kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm của nhiều tác giả đã được tổng hợp trong “Giáo trình công nghệ CNC” của tác giả Trần Văn Địch Các sai số gia công được ký hiệu và giải thích như sau:

δ1, δ2, δ3, δ4: Các sai số lập trình, nội suy, hiệu chỉnh nội suy, và sai số “lệch trở về điểm 0”;

δ5, δ6: Sai số của bước bên trong và sai số tích lũy của datric;

δ7: Sai số của các cơ cấu chuyển đổi tín hiệu;

δ8 : Sai số của dreipha đặc tính truyền động (sai số thời gian phát xung);

δ9, δ10, δ11 : Các sai số truyền động (lực, mômen, tốc độ);

δ12 : Sai số trục vit-bi;

δ13 : Sai số hình học của máy;

δ14, δ15: Biến dạng đàn hồi của máy và đồ gá;

δ16 : Sai số kích thước gá đặt dao;

δ17 : Sai số do mòn dao;

δ18 : Biến dạng đàn hồi của dao;

δ19 : Sai số gá đặt chi tiết gia công;

δ20 : Biến dạng đàn hồi của chi tiết gia công;

δ21 : Biến dạng nhiệt của chi tiết gia công;

Sai số gia công tổng cộng ∆Σ cho thấy tỷ lệ các thành phần của sai số nói trên Sai số gia công tổng cộng được xác định theo công thức:

∆Σ = ∆1 + ∆2 + ∆3 + ∆4 + ∆5 + ∆6 (1.2) Các thành phần của công thức được xác định như các công thức từ (1.3) đến (1.8):

1.6.4 Hướng phát triển của máy CNC trên thế giới và Việt Nam

So với các máy điều khiển tự động theo chương trình cứng (dùng cam, dưỡng,

cữ chặn, trục già bi, công tắc hành trình ) Máy CNC có tính linh hoạt cao trong công việc lập trình, đặc biệt có trợ giúp của máy tính, tiết kiệm được thời gian điều chỉnh máy, tính kinh tế cao ngay cả với loạt sản phẩm nhỏ

Ưu điểm chỉ có trong máy CNC là phương thức làm việc với hệ thống xử lý thông tin “điện tử-số hóa” cho phép nối hệ thống xử lý số trong phạm vi quản lý toàn doanh nghiệp, tạo điều kiện tự đông hóa toàn bộ quá trình sản xuất, ứng dụng các kỹ thuật quản lý hiện đại thông qua mạng liên thông toàn cầu WAN (World Area Network)

Cùng với sự phát triển của điện tử, công nghệ thông tin, các chức năng tính toán trong hệ thống CNC là phương thức làm việc và đạt tốc độ xử lý cao nhờ ứng dụng những thành tựu phát triển của vi xử lý µP Các hệ thống CNC được chế tạo

hàng loạt theo phương thức xử lý đa chức năng dùng cho nhiều mục đích điều khiển khác nhau

Sự đa dạng của sản phẩm dẫn đến giảm số lượng chi tiết gia công trong một loạt và làm tăng giá thành Một số ngành công nghiệp chế tạo do số lượng kiểu sản phẩm và các phương án mẫu mã ngày càng tăng Dây chuyền sản xuất truyền thống không mang lại hiệu quả kinh tế đối với khối lượng lớn chủng loại chi tiết

Các hệ thống gia công linh hoạt có khả năng gia công các chi tiết khác nhau trong cùng một họ chi tiết với số lượng chi tiết và thứ tự gia công tùy ý Giá thành chế tạo chi tiết kể cả trong điều kiện gia công loạt nhỏ vẫn đạt hiệu quả kinh tế cao Tùy theo tính linh hoạt và năng suất, người ta phân loại các hệ thống gia công linh hoạt thành:

- Các tế bào gia công linh hoạt

- Các cụm gia công linh hoạt

- Các dây truyền gia công linh hoạt

- Một hay nhiều cụm gia công

- Các hệ thống vận chuyển chi tiết và dụng cụ

- Máy tính của hệ thống DNC đóng vai trò là thiết bị chủ đạo

Hạt nhân của tế bào gia công là máy CNC Một trung tâm gia công có trang bị

ổ chứa dụng cụ cắt, các trang bị thay đổi gá lắp, hệ thống thay đổi dụng cụ và chi tiết tạo thành một tế bào gia công linh hoạt Một hệ thống gia công linh hoạt làm việc tự động đòi hỏi các thiết bị giám sát và đo lường tự động như: Đo kích thước dụng cụ ở trên máy, theo dõi tự động tuổi bền của dao, đo chi tiết

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU MÁY PHAY DMU 60T, LẬP TRÌNH GIA CÔNG TRÊN

MÁY VỚI HỆ ĐIỀU KHIỂN HEIDENHEIN TNC 426

2.1 Giới thiệu khái quát về máy phay CNCDMU – 60T (hình 2.1)

Hình 2.1 Máy phay CNC DECKEL MAHO DMU60T

2.1.1 Đặc tính kỹ thuật của máy

- Hệ điều khiển Heidenhein

- Máy có thể thực hiện phay 3D ngoài ra máy có thể thực hiện các công việc như tiện, khoan, doa, ta rô.v.v

- Độ chính xác lặp lại là 0.01, điều khiển 3 trục x, y, z hiệu quả và có thể phay theo chiều thẳng đứng, tiện, doa theo các mặt tọa độ XY, XZ, YZ

- Khung máy được thiết kế vững chắc đảm bảo trong quá trình gia công cắt gọt không bị rung và gây sai số Chất lượng bề mặt gia công cao

2.1.2.Thông số kỹ thuật của máy

2.1.2.1 Truyền động chính

Động cơ chính 30000 vòng/phút

- Động cơ AC vô cấp điều khiển bằng kỹ thuật số hai vùng tốc độ, tự động sang số

- Truyền động chính 20 - 6300 vòng/phút và 20 – 8000 vòng/phút

Tốc độ nhập chuẩn: 20 – 6300 vòng/phút

Tốc độ tùy chọn: 20 – 8000 vòng/phút

Đồ thị- tốc độ mô men quay:

Mô men quay ở trục chính: (xem hình 2.3)

Công suất: ở 100% ED (Xem hình 2.3)

ở 40% ED (Xem hình 2.3)

Hình 2.2 Đồ thị - tốc độ mô men quay

2.1.2.2 Động cơ bước tiến

Động cơ AC vô cấp điều khiển số cho các trục X, Y, Z

Hình 2.4 Hướng chuyển động các trục của máy phay CNC

Hình 2.3 Đồ thị - Mô men quay ở trục

2.1.2.4 Hệ thống đo hành trình:

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của máy phay CNC DMU-60T

TT Đặc tính kỹ thuật Đơn vị Giá trị

1 Độ phân giải các trục X, Y, Z mm 0,001

2 Số gia nhập nhỏ nhất: cho các trục X, Y, Z mm 0,001

3 Dung sai định vị trí: các trục X, Y, Z mm 0,01

4 Kích thước bàn máy(Size of Worktable Surface) mm 800 x 650

6 Khoảng cách dịch chuyển cho trục X mm 600

7 Khoảng cách dịch chuyển cho trục Y mm 525

8 Khoảng cách dịch chuyển cho trục Z mm 500

2.2 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của máy phay CNC- DMU60T

2.2.2 Các phần tử điều khiển

1- Công tắc chính

2- Đồng hồ công tơ đo thời gian mở máy

3- Đồng hồ công tơ đo thời

gian máy chạy gia công

Bảng điều khiển TNC 426 của hãng

Heidenhain được thiết kế thích hợp với máy

phay của hãng DECKEL MAHO Dưới đây mô