Nghiên cứu ứng dụng phần mềm topsolid để lập trình gia công khuôn dập cụm tỳ vai súng 12,7mm

lượng sản xuất… Tiếp theo đó các thông số công nghệ lại được dùng vào việc lập trình điều khiển máy CNC, rôbôt và các thiết bị sản xuất khác.. Khái niệm về CNC CNC - Computer Numerical C

NGUYỄN NHƯ LƯƠNG

“Nghiên cứu ứng dụng phần mềm TopSolid để lập trình gia công khuôn

Chơng 1 KHÁI KHOÁT ĐẶC ĐIỂM TÍNH NĂNG KỸ CHIẾN THUẬT 10

CỦA SÚNG MÁY PHềNG KHễNG 12,7MM VÀ CỤM TỲ VAI 1.1 Đặc điểm tính năng kỹ chiến thuật của súng máy phòng không

1.1.1 Công dụng 101.1.2 Tính năng kỹ chiến thuật 11

1.2 Đặc điểm cấu tạo, tính năng của cọm tỳ vai súng máy

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM VÀ CƠ SỞ LẬP TRèNH 15

GIA CÔNG VỚI HỆ ĐIỀU KHIỂN CNC

2.1.2 Đối tượng phục vụ của CAD/CAM: 202.1.3 Vai trũ của CAD/CAM trong chu kỳ sản xuất: 21

PHẦN MỀM TOPSOLID TẠI VIỆT NAM 3.1 Tổng quan về phần mềm TOPSOLID 44

3.2 Tỡnh hỡnh ứng dụng phần mềm Topsolid tại Việt Nam 68

Chương 4 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TOPSOLID ĐỂ GIA CÔNG SẢN 71

PHẨM KHUễN DẬP TỲ VAI SÚNG 12,7MM

4.1 Giới thiệu sản phẩm cần thiết kế khuụn 714.2 Lập trỡnh gia cụng sản phẩm trờn TOPSOLID 734.3 Truyền dữ liệu và chạy chương trỡnh trờn mỏy gia cụng tự

KẾT LUẬN Tài liệu tham khảo Phụ lục

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả nghiên cứu của riêng tôi, không sao chép của ai Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng tài liệu, thông tin dược đăng trên các tạp chí, tác phẩm và trang web theo danh mục tài liệu tham khảo của luận văn

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CAD - Computer Aided Drawing hoặc Computer Aided Design

CAM - Computer Aided Manufacturing

CIM - Computer Integrated Manufacturing

CLD - Cutter Location Data

CNC - Computer Numerical Control

APT - Automatically Programmed Tools

DNC - Directe Numerical Control

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Súng máy phòng không 12,7 mm

Hình 1.2 Súng máy phòng không 12,7 mm được lắp trên xe tăng

Hình 1.3 Cụm tỳ vai súng máy phòng không 12,7 mm

Hỡnh 2.1 Mụ hỡnh điều khiển DNC

Hình 2.2 Mô hình điều khiển sản xuất tổ hợp CIM

Hỡnh 2.3: Sơ đồ chu kỡ sản xất thụng thường

Hỡnh 2.4: Sơ đồ chu kỡ sản xất với cụng nghệ CAD/CAM

Hình 2.5 Hệ toạ độ đề các

Hình 2.6 Hệ thống các trục tọa độ theo quy tắc bàn tay phải

Hình 2.7 Hệ toạ độ cực với góc α > 0 và α < 0

Hình 2.8 Toạ độ tuyệt đối và toạ độ tương đối

Hình 2.9 Điểm O của máy và O của phôi trên máy phay

Hình 2.10 Điểm O của phôi trên máy tiện

Hình 2.11 Chuyển O của phôi trong chương trình

Hình 2.12 Điểm chuẩn của dao

Hình 2.13 Điểm điều chỉnh dao E và điểm gá dao N

Hình 2.14 Điều khiển theo điểm

Hình 2.15 Điều khiển theo đường

Hình 2.16 Điều khiển theo contour

Hỡnh 2.17 Điều khiển contour 2D

Hình 2.18: Điều khiển contour 2

2

1

D

Hỡnh 2.19: Điều khiển contour 3D

Hình 2.20 Điều khiển contour 4D và 5D

Hình 2.21 Công cụ trợ giúp lập trình của TNC420 (Heidenhain)

Hình 2.22 Chu trình phay rãnh tròn của bộ điều khiển Sinumerik 840D

Hình 2.23 Lập trình NC nhờ CAD / CAM (TopSolid)

Hình 3.1: Sản phẩm thiết kế bằng TopSolid

Hình 3.2: Các sản phẩm thiết kế bằng TopSolid

Hình 3.3: Tạo bản vẽ kỹ thuật từ mô hình 3D

Hình 3.4: Lắp ghép chi tiết với môi trường Assembly

Hình 3.5: Thiết kế các bề mặt Surface bằng TopSolid

Hình 3.6: Thư viện chi tiết mẫu của TopSolid

Hình 3.7: Mô phỏng động học trong TopSolid

Hình 3.8: Mô phỏng động lực học trong TopSolid

Hình 3.9: Sản phẩm thiết kế khuôn mẫu bằng TopSolid

Hình 3.10: Tạo đường phân khuôn bằng TopSolid

Hình 3.11: Thư viện khuôn mẫu tiêu chuẩn trong TopSolid

Hình 3.12: Thư viện các chi tiết tiêu chuẩn trong TopSolid

Hình 3.13: Hệ thống rãnh dẫn được tạo bằng phần mềm TopSolid

Hình 3.14: Phân tích dòng chảy với Moldflow

Hình 3.15: Gia công sản phẩm bằng TopSolid

Hình 3.16: Thư viện máy CNC trong TopSolid phục vụ mô phỏng gia công Hình 3.16: Thư viện dụng cụ trong TopSolid

Hình 3.17: Phay contuor 2D

Hình 3.18: Phay Pocket 2D Hình 3.19: Phay contuor 3D Hình 3.20: Phay mặt trên máy 4 trục

Hình 3.21: Phay mặt trên máy5 trục

Hình 3.22: Phay tiện phức hợp

Hình 3.23: Lập trình khoan, tiện bằng TopSolid

Hình 3.24: Lập trình tiện dao nhiều đầu

Hình 3.25: Thiết kế khuôn dập bằng Topsolid’progress Hình 3.26: Xác định hình khai triển từ mô hình khối

Hình 3.27: Thiết kế sản phẩm dạng tấm bằng Topsolid’fold

Hình 3.28: Mô phỏng biến dạng bằng Topsolid

Hình 3.29: Sản phẩm lập trình cho máy xung

Hình 3.30: Tính toán khe hở phóng điện bằng Topsolid

Hình 3.31: Tạo bản vẽ kỹ thuật để gia công cực xung

Hình 3.32: Gia công bánh răng nghiêng trên máy cắt dây

Hình 3.33: Các sản phẩm có thể thiết kê, gia công bằng Topsolid wood Hình 3.34: Một số loại máy gia công gỗ có trong thư viện máy của TopSolid Hình 3.35: Mô phỏng gia công gỗ

Hình 3.36: Quản lý sản phẩm bằng Topsolid

Hình 4.1: Hình ảnh chi tiết cần thiết kế khuôn dập

Hình 4.2: Khuôn cắt hình

Hình 4.3: Khuôn dập vuốt tỳ vai súng 12,7mm

Hình 4.4: Khuôn dập vuốt tỳ vai súng 12,7mm

MỞ ĐẦU

Súng máy phòng không 12,7 mm là hoả lực phòng không quan trọng, được trang bị trong quân đội ta và quân đội của nhiều nước trên thế giới Súng máy phòng không 12,7mm có ưu điểm là khả năng cơ động, không chỉ hiệu quả trong việc tiêu diệt mục tiêu máy bay tầm thấp, mà còn được sử dụng để tiêu diệt các mục tiêu như: các loại ca nô, tàu thuyền; các loại xe quân sự… Thực tiễn cho thấy, trong chiến tranh công nghệ cao, súng máy phòng không 12,7 mm vẫn được khẳng định là loại hoả lực quan trọng, không thể thiếu trong việc hình thành hệ thống hoả lực phòng không nhiều tầng, nhiều lớp Súng máy phòng không 12,7mm trang bị trong quân đội ta hiện nay chủ yếu do Liên xô (Nga), Trung Quốc viện trợ Hiện nay, qua quá trình khai thác

và sử dụng, loại súng này ngày một xuống cấp Hơn nữa các nguồn viện trợ không còn nữa Do vậy việc sửa chữa, sản xuất bổ sung Súng máy phòng không 12,7 mm đang là một nhu cầu bức xúc đối với nền Công nghiệp Quốc phòng

Trong những năm vừa qua Súng máy phòng không 12,7 mm nói chung

và cụm tỳ vai nói riêng đã và đang được nghiên cứu, chế tạo tại các nhà máy trong Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng Cụm tỳ vai súng máy phòng

không 12,7 mm là một trong những chi tiết được chế tạo bằng phương pháp

dập nguội, đang được sản xuất tại các Nhà máy Z111, Z183 Khuôn dập Cụm

tỳ vai súng máy phòng không 12,7mm được gia công trên các máy vạn năng thông thường; nên độ chính xác gia công còn hạn chế, năng suất thấp, tỉ lệ hỏng phẩm còn cao, dẫn đến khả năng lắp lẫn của sản phẩm thấp Vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ CAD/ CAM/ CNC trong chế tạo cụm tỳ vai súng máy phòng không 12,7 mm tại các nhà máy quốc phòng là cần thiết

Cho nên mục đích của đề tài “Nghiên cứu ứng dụng phần mềm

nhằm ứng dụng công nghệ CAD/ CAM/ CNC gia công khuôn dập cụm tỳ vai súng 12,7mm khắc phục những hạn chế của phương pháp gia công vạn năng

Chương 1 KHÁI KHOÁT ĐẶC ĐIỂM TÍNH NĂNG KỸ CHIẾN THUẬT CỦA SÚNG MÁY PHềNG KHễNG 12,7MM VÀ CỤM TỲ VAI

1.1 Đặc điểm tính năng kỹ chiến thuật của súng máy phòng không 12,7mm

1.1.1 Công dụng

- Súng được trang bị cho khẩu đội ở các phân đội hoả lực của trung đoàn, sư đoàn bộ binh hoặc các phân đội phòng không trong các quân chủng, binh chủng khác

- Súng dùng để bắn các mục tiêu trên không

Hình 1.1 Súng máy phòng không 12,7 mm

- Tiêu diệt hoặc kiềm chế các hoả điểm, phá huỷ các công sự nhẹ, bắn chặn địch rút lui hoặc bắn iểm hộ cho bộ binh khi xung phong

- Ngoài ra súng máy phòng không 12,7 mm còn được lắp trên một số trang bị như xe tăng, tàu chiến…

Hình 1.2 Súng máy phòng không 12,7 mm được lắp trên xe tăng

1.1.2 Tính năng kỹ chiến thuật

- Khối lượng toàn bộ súng: 157 kg

- Khối lượng thân súng: 34 kg

- Khối lượng giá súng (không kể lá chắn, tỳ vai): 94,5 kg

- Khối lượng tỳ vai: 3 kg

- Khối lượng hộp băng có dây băng lắp đủ đạn: 11 kg

- Khối lượng một viên đạn: (0,125 ÷ 0,137) kg

- Khối lượng bộ phận ngắm phòng không: 3 kg

- Chiều cao súng kể cả lá chắn: 965 mm

- Chiều cao súng không kể lá chắn nhưng dựng khung ngắm: 755 mm

- Chiều dài nòng súng kể cả loa giảm dật: 1069 mm

- Chiều dài đường ngắm cơ bản: 1113 mm

- Hộp và dây băng chứa được: 50 viên

1.1.3 Đặc điểm cấu tạo

- Súng tự động bắn theo nguyên lý trích khí thuốc qua thành nòng

- Bộ phận khoá nòng theo kiểu hai phiến khoá

- Bộ phận cò chỉ bắn được liên thanh

- An toàn theo kiểu chẹn cần cò

- Súng dùng dây băng kiểu nửa mềm mắt hở

- Bộ phận ngắm mặt đất có thước ngắm theo kiểu khung, thân thước ngắm lệch sang trái với mặt phẳng bắn một góc 2033’ để tự điều chỉnh độ dạt đạn khi bắn

- Bộ phận ngắm phòng không theo kiểu giải quyết lượng bắn đón bởi ba

yếu tố: Cự ly, hình thu nhỏ và vận tốc mục tiêu

- Nòng súng có rãnh tản nhiệt

- Súng có bộ phận điều chỉnh khí thuốc theo kiểu thay đổi lỗ truyền khí

- Giá súng bắn được hai tư thế (mặt đất và phòng không)

- Súng có thể bắn liên thanh loạt ngắn từ (5 ÷ 10) phát, loạt dài 20 phát, khi cần có thể bắn liên tục đến hết băng 50 viên

1.2 Đặc điểm cấu tạo, tính năng của cọm tỳ vai súng máy phòng không 12,7mm

Hình 1.3 Cụm tỳ vai súng máy phòng không 12,7 mm

Cụm tỳ vai súng máy phòng không 12,7mm có tác dụng giúp người bắn giữ súng ổn định trong quá trình ngắm, bắn

Cấu tạo như hình 1.3 (bản vẽ thiết kế sản phẩm theo phụ lục) Trong đó Cụm tỳ vai được lắp với thân thân súng bằng bu lông có khả năng điều chỉnh

khoảng cách để phù hợp với người bắn

Mác vật liệu để chế tạo cụm tỳ vai là thép 20XΓCA

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của vật liệu

÷ 0,23

0,8 ÷ 1,1

0,8

÷ 1,1

0,9

÷ 1,2 <0,3 <0,025

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM VÀ CƠ SỞ LẬP TRÌNH GIA CÔNG VỚI

HỆ ĐIỀU KHIỂN CNC 2.1 Tổng quan về CAD/ CAM

2.1.1 Các khái niệm về CAD/CAM:

2.1.1.1 Khái niệm về CAD

CAD là viết tắt của: Computer Aided Drawing hoặc Computer Aided Design - Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính Là công nghệ liên quan đến

việc sử dụng hệ thống máy tính để trợ giúp việc tạo, sửa đổi thiết kế

- Vai trò cơ bản của CAD là xác định hình dáng hình học của thiết kế Ví dụ: hình dáng hình học của các chi tiết cơ khí, các mạch điện tử, kết cấu kiến trúc, xây dựng…

- Ứng dụng điển hình của CAD là tạo ra bản vẽ kỹ thuật với đầy đủ các thông số kỹ thuật của sản phẩm và mô hình 3D của sản phẩm

- Các phần mềm CAD: AutoCAD, Mechanical Desktop, SolidWorks, Inventor, Pro/Engineer, Unigraphics…

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

2.1.1.2 Khái niệm về CAM

CAM là viết tắt của: Computer Aided Manufacturing – Sản xuất gia công dưới sự trợ giúp của máy tính Là công nghệ liên quan đến việc sử

dụng hệ thống máy tính để lập kế hoạch, quản lý và điều khiển quá trình chế tạo sản phẩm

- Chức năng lập kế hoạch hóa sản xuất của CAM: các dữ liệu hình học của CAD được dùng vào lập kế hoạch, thiết kế quy trình công nghệ, tính khối

lượng sản xuất… Tiếp theo đó các thông số công nghệ lại được dùng vào việc lập trình điều khiển máy CNC, rôbôt và các thiết bị sản xuất khác

- Chức năng quản lý sản xuất của CAM: Quản lý sản xuất để đảm bảo cho mọi hoạt động sản xuất được thực hiện đúng kế hoạch, chất lượng và có hiệu quả; bao gồm: quản lý kỹ thuật, quản lý chất lượng, điều độ sản xuất…

- Các phần mềm CAM: MasterCAM, SolidCAM, EdgeCAM, Catia, Unigraphics, Cimatron…

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

2.1.1.3 Khái niệm về CNC

CNC - Computer Numerical Control là hệ thống dựa trên máy vi tính,

chứa một hoặc vài máy vi tính - bộ vi xử lý, trong đó phần mềm giữ chức năng thi hành các thuật toán của việc điều khiển máy công cụ

Đặc điểm của hệ điều khiển CNC là sự tham gia của máy tính Các nhà chế tạo máy CNC cài đặt vào máy tính một chương trình điều khiển cho từng loại máy Hệ điều khiển CNC cho phép thay đổi và hiệu chỉnh các chương trình gia công chi tiết và cả chương trình hoạt động của bản thân nó Trong hệ điều khiển CNC các chương trình gia công có thể được ghi nhớ lại và có thể được nạp vào bộ nhớ toàn bộ một lúc hoặc từng lệnh bằng tay từ bàn điều khiển Các lệnh điều khiển không chỉ được viết cho từng chuyển động riêng lẻ

mà còn cho nhiều chuyển động một lúc Điều này cho phép giảm số câu lệnh của chương trình và như vậy có thể nâng cao độ tin cậy làm việc của máy

Đối với các máy công cụ NC thì việc điều khiển các chức năng của máy được quyết định bằng các chương trình đã lập sẵn Các máy công cụ NC rất thích hợp với dạng sản xuất loạt nhỏ và trung bình

Hệ điều khiển NC là các mạch điện tử Thông tin vào chứa trên các băng

từ hoặc băng đục lỗ, thực hiện chức năng theo từng khối, khi khối trước kết thúc, máy đọc tiếp các khối lệnh tiếp theo để thực hiện các dịch chuyển cần thiết Các máy NC chỉ thực hiện các chức năng như: nội suy đường thẳng, nội suy cung tròn, chức năng đọc theo băng Các máy NC không có chức năng lưu trữ chương trình

Máy công cụ CNC là bước phát triển cao từ các máy NC Các máy CNC

có một máy tính để thiết lập phần mềm dùng để điều khiển các chức năng dịch chuyển của máy Các chương trình gia công được đọc cùng một lúc và được lưu trữ vào bộ nhớ Khi gia công, máy tính đưa các lệnh điều khiển máy Máy công cụ CNC có khả năng thực hiện các chức năng như: nội suy đường thẳng, nội suy cung tròn, mặt xoắn, mặt parabol và bất kỳ mặt bậc ba nào Máy CNC cũng có khả năng bù chiều dài và đường kính dụng cụ

Từ các máy CNC riêng lẻ (CNC Machines - Tools) cho đến sự phát triển cao hơn là các trung tâm CNC (CNC Engineering - Centre) có các ổ chứa dao lên tới hàng trăm và có thể thực hiện nhiều nguyên công đồng thời hoặc tuần

tự trên cùng một vị trí gá đặt Cùng với sự phát triển của công nghệ truyền số liệu, các mạng cục bộ và liên thông phát triển rất nhanh đã tạo điều kiện cho các nhà công nghiệp ứng dụng để kết nối sự hoạt động của nhiều máy CNC dưới sự quản lý của một máy tính trung tâm DNC (Directe Numerical Control) với mục đích khai thác một cách có hiệu quả nhất như bố trí và sắp xếp các công việc trên từng máy, tổ chức sản xuất và quản lý chất lượng sản phẩm…

Hình 2.1 Mô hình điều khiển DNC

2.1.1.4 Khái niệm về CIM

CIM - Computer Integrated Manufacturing là một giải pháp ứng dụng

các máy tính và các mạng liên kết để chuyển công nghệ riêng lẻ thành các hệ thống sản xuất tích hợp ở trình độ cao

Từ xa xưa, các thợ thủ công lành nghề cũng đã biết tích hợp các công việc bằng tay khi chế tạo sản phẩm Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ, tất cả các công việc dần dần được chuyên môn hóa và quá trình sản xuất cũng dần dần được tích hợp

Mục đích của CIM là tăng lợi nhuận của nhà sản xuất (hãng sản xuất)

Để tăng lợi nhuận, các nhà sản xuất phải không ngừng nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, đồng thời phải tăng tính linh hoạt của hệ thống sản xuất nhờ công nghệ tiên tiến của CIM Một hệ thống CIM hoàn thiện bao gồm sự tích hợp và ứng dụng của mỗi hệ thống phụ trợ (của CIM) theo một phương pháp sao cho sản phẩm đầu ra của một hệ thống phụ trợ này là sản phẩm đầu vào của một hệ thống phụ trợ khác

Như vậy, khái niệm CIM chia sản xuất thành hai hoạt động là:

+ Quá trình xử lý thông tin, được thực hiện bằng các hệ thống máy tính Quá trình này bao gồm các công việc sau:

Máy CNC 1

Thiết kế đối tượng sản xuất gọi là CAD, nghĩa là thiết kế kết cấu sản phẩm bằng máy tính

Hoạch định sản xuất chế tạo sản phẩm gọi là CAP (Computer Aided Plainning), nghĩa là chuẩn bị công nghệ bằng máy tính

Điều khiển các nguyên công trong quá trình sản xuất chế tạo và tiến hành các chức năng nghiệp vụ liên quan cần thiết khác nhau cho hoạt động sản xuất kinh doanh, gọi là CAM, nghĩa là tiến hành chế tạo sản phẩm có sự trợ giúp của máy tính

+ Các hoạt động vật lý, được thực hiện bằng các hệ thống tự động hóa Các hoạt động này được thực hiện bằng nhiều thiết bị, thường là các thiết bị điều khiển tự động như: máy công cụ, các trạm lắp ráp, rôbôt, các hệ thống vận chuyển vật liệu, các hệ thống cung ứng và bảo quản vật tư tự động

và các hệ thống kiểm tra để điều khiển chất lượng Các thiết bị này thay đổi vật liệu và vận chuyển vật liệu trong xưởng, thực hiện các phép đo kiểm và truyền thông tin phản hồi đến người vận hành Các thiết bị này tự động hóa các hoạt động vật lý

Theo phương thức giống như các thiết bị phân xưởng tự động hóa các hoạt động vật lý, các hệ thống máy tính tự động hóa các chức năng xử lý thông tin, tạo điều kiện cho mọi chức năng này được tích hợp với nhau chặt chẽ Để đạt được CIM, mọi luận cứ của dự án sản xuất phải được tích hợp sao cho chúng có thể phân chia thông tin và truyền tải tới các thành phần khác và cung cấp hình ảnh toàn cục về trạng thái của cơ sở sản xuất tại mọi thời điểm

Mô hình ðiều khiển sản xuất tổ hợp CIM nhý hình 2.2

Hình 2.2 Mô hình điều khiển sản xuất tổ hợp CIM Trong đó:

2.1.2 Đối tượng phục vụ của CAD/CAM:

Hiện nay các ngành công nghiệp chế tạo theo công nghệ tiên tiến có xu hướng liên kết các thành phần của qui trình sản xuất trong một hệ thống tích hợp điều khiển bởi máy tính điện tử (Computer Integrated Manufacturing-CIM) 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 Vì vậy kết quả của quá trình CAD không chỉ là cơ sở dữ liệu để thực hiện phân tích kỹ thuật, lập qui 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

Với bất cứ một sản phẩm nào thì công việc chuẩn bị sản xuất có vai trò quan trọng 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.v.v )

- Chuẩn bị công nghệ (đảm bảo tính năng công nghệ của kết cấu, thiết lập qui trình công nghệ)

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

- 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 thời gian chủ yếu của quá trình thiết kế là tra cứu số liệu cần thiết, còn thời gian dành cho lao động sáng tạo và quyết định phương án chiếm một phần rất nhỏ trong quá trình thiết kế, do vậy các công việc này có thể sử dụng 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

2.1.3 Vai trò của CAD/CAM trong chu kỳ sản xuất:

Chu kỳ sản xuất bao gồm nhiều khâu từ nhận yêu cầu, tính toán, thiết

kế lên bản vẽ rồi lập quy trình công nghệ gia công… Việc ứng dụng

CAD/CAM được thể hiện ở nhiều khâu của chu kỳ sản xuất như: Thiết kế, lập quy trình công nghệ, lên kế hoạch sản xuất, theo dõi và điều khiển các nguyên công công nghệ, kiểm tra và thử sản phẩm…

Hình 2.3: Sơ đồ chu kì sản xất thông thường

Hình 2.4: Sơ đồ chu kì sản xất với công nghệ CAD/CAM

Như minh họa (hình 2.3; hình 2.4) CAD/CAM bao trùm lên tất cả các hoạt động và chức năng của chu kỳ sản xuất Ưu điểm của chu kỳ sản xuất với công nghệ CAD/CAM:

- Thiết kế các sản phẩm có hình dạng phức tạp trong không gian 3D

- Liên kết các Modul khác để thực hiện quá trình tính toán phân tích kỹ thuật, mô phỏng gia công thử để kịp thời sửa chữa trước khi tiến hành quá trình sản xuất

- Biên dịch đường chạy dao chính xác dùng cho công nghệ gia công trên các máy CNC và truyền chương trình gia công cho các máy CNC qua mạng máy tính

nó gồm 2 trục toạ độ vuông góc với nhau X-Y, Y-Z, X-Z Trong không gian,

nó gồm 3 trục vuông góc X-Y-Z (H2.5) Hệ toạ độ đề các được dùng thường xuyên nhất trên máy CNC

Khi lập trình người ta quy ước dụng cụ chuyển động tương đối so với hệ thống tọa độ, còn chi tiết đứng yên Do vậy nguyên tắc mà người lập trình cần phải chú ý là chi tiết đứng yên và chỉ có dụng cụ chuyển động Trong thực tế điều này đôi khi là ngược lại, ví dụ như trên máy phay thì chính bàn máy mang phôi thực hiện chuyển động tạo hình, còn dụng cụ chỉ thực hiện chuyển động cắt gọt Vì vậy khi sử dụng máy theo chương trình điều khiển số cần phải luôn luôn tạo ra một thói quen để tránh những nhầm lẫn đáng tiếc có thể gây ra nguy hiểm cho máy, dụng cụ và con người

Theo quy ước chung, phương của trục chính của máy là phương của trục

Z, còn chiều dương của nó được quy ước khi dao tiến ra xa chi tiết

Khi trục Z nằm ngang Khi trục Z thẳng đứng

Hình 2.6 Hệ thống các trục tọa độ theo quy tắc bàn tay phải

+ Hệ toạ độ cực

Trong nhiều trường hợp, ví dụ lập trình khoan các lỗ theo vòng tròn, dùng hệ toạ độ cực có thể thuận tiện hơn và giảm được khối lượng tính toán cho máy

Trong hệ toạ độ cực, một điểm được biểu diễn bằng bán kính cực (khoảng cách từ điểm đến gốc cực) và góc cực (góc giữa trục toạ độ và tia nối giữa điểm và gốc cực) Góc là dương nếu đi ngược chiều kim đồng hồ (H2.7)

Hình 2.7 Hệ toạ độ cực với góc α > 0 và α < 0 2.2.1.2 Phương pháp nhập toạ độ

Toạ độ của một điểm có thể được tính bằng toạ độ tuyệt đối hoặc toạ độ tương đối (tính theo gia số)

+ Toạ độ tuyệt đối

Toạ độ tuyệt đối của một điểm được

tính theo khoảng cách từ điểm đó đến gốc

toạ độ Ví dụ, toạ độ tuyệt đối của điểm A

là (5, 5), của điểm B là (20, 15)

+ Toạ độ tương đối

Toạ độ tương đối của một điểm

được tính bằng khoảng cách theo các trục

từ điểm đó đến điểm trước nó Ví dụ, toạ

độ tương đối của điểm A so với điểm B là

(15, 10)

Hình 2.8 Toạ độ tuyệt đối

và toạ độ tương đối

2.2.1.3 Các điểm gốc, điểm chuẩn

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

Điểm gốc O của máy (điểm chuẩn M của máy) là điểm gốc của hệ tọa

độ máy và do các nhà chế tạo xác định theo kết cấu động lực học của máy Trên các máy phay điểm M thường nằm ở điểm giới hạn dịch chuyển của bàn máy

+ Điểm O của phôi (điểm W)

Điểm W của phôi là gốc tọa độ của phôi Vị trí của điểm W do người lập trình lựa chọn

Điểm W có ý nghĩa quan trọng trong lập trình và điều khiển

- Trong điều khiển, W đại diện cho vị trí của phôi trong hệ toạ độ chung của máy Vì vậy, sau khi phôi đã được gá trên máy, cần đăng ký điểm gốc O của phôi Với ý nghĩa đó, điểm W phải là điểm dễ xác định Thường trên máy phay, người ta dùng điểm góc phía ngoài của phôi (H2.9)

Hình 2.9 Điểm O của máy và O của phôi trên máy phay

Còn trên máy tiện, điểm W là tâm mặt đầu của phôi (H2.13)

Hình 2.10 Điểm O của phôi trên máy tiện Trong lập trình, điểm O của phôi là gốc kích thước Với ý nghĩa đó, người ta chọn điểm O của phôi sao cho dễ biểu diễn kích thước tương quan giữa các bề mặt Ví dụ, khi gia công chữ nhật nên chọn điểm O của phôi là điểm góc, khi gia công vòng tròn, nên chọn tâm Trong một chương trình có thể dùng nhiều điểm O của phôi khác nhau

Hình 2.11 Chuyển O của phôi trong chương trình Trên H2.11 là ví dụ về phương pháp gia công các chi tiết giống nhau Mặc dù chúng có vị trí khác nhau trên bàn máy, nhưng kích thước nội bộ của chúng giống nhau Vì vậy, chỉ cần chuyển điểm O của phôi là có thể dùng chung một chương trình

Các bộ điều khiển CNC đều cho phép đăng ký đồng thời nhiều điểm O

của phôi trong bảng dữ liệu phôi (Zero Offset) hoặc cho phép định nghĩa lại

điểm O của phôi với số lần không hạn chế trong chương trình Ví dụ, các bộ điều khiển họ SINUMERIK cho phép đăng ký 4 điểm O của phôi trong dữ

liệu zero offset (dùng G54 đến G57), đồng thời cho phép dùng G58 để định

nghĩa lại điểm O của phôi trong chương trình với số lần không hạn chế Các

bộ điều khiển họ HEIDENHAIN có chu trình chuyển gốc toạ độ CYCLE 7.0 DATUM SHIFT với số lần dùng tuỳ ý

+ Điểm O của chương trình

Điểm O của chương trình là điểm mà dụng cụ sẽ ở đó trước khi gia công Điểm O của chương trình phải xác định sao cho khi thay dao không bị ảnh hưởng của chi tiết hoặc đồ gá

+ Điểm chuẩn của dao (điểm P)

Điểm chuẩn của dao là điểm mà từ đó chúng ta lập chương trình chuyển động trong quá trình gia công Đối với dao tiện điểm P được chọn là điểm nhọn của mũi dao Đối với dao phay ngón; dao khoét, doa thì điểm P là tâm của mặt đầu của dao

Hình 2.12 Điểm chuẩn của dao + Điểm điều chỉnh dao E

Khi gia công có thể sử dụng nhiều dao, khi đó các kích thước của chúng phải được xác định bằng cơ cấu điều chỉnh dao Mục đích của việc điều chỉnh dao là để có thông tin chính xác cho hệ thống điều khiển về kích thước dao + Điểm gá dao N

Khi dụng cụ được lắp vào giá dao thì điểm gá dao N và điểm điều chỉnh dao E trùng nhau

Hình 2.13 Điểm điều chỉnh dao E và điểm gá dao N 2.2.2 Cơ sở công nghệ

Chế độ cắt (thông số công nghệ) có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng

và năng suất gia công Giá trị chế độ cắt cần được xác định hợp lý để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và kinh tế của nguyên công theo điều kiện gia công cụ thể của máy, trang bị công nghệ và phôi gia công

Chế độ cắt khi gia công cắt gọt bao gồm các đại lượng: Vận tốc cắt v (m/ phút), chiều sâu cắt t (mm), lượng tiến dao S (mm/ vòng hoặc mm/ phút), tốc

độ quay của trục chính n (vòng/ phút), số lần cắt hoặc số lần chạy dao i và công suất cắt (N hoặc kW)

Giá trị của các đại lượng trên phụ thuộc vào phương pháp gia công, kiểu loại thiết bị, độ cứng vững của hệ thống công nghệ, tính chất vật liệu phôi và vật liệu dụng cụ cắt…

Khi gia công chi tiết cơ khí trên các máy vạn năng thì chế độ cắt được tra cứu trong các loại sổ tay công nghệ cơ khí Còn đối với các thiết bị điều khiển

số, cơ sở công nghệ để tính toán chế độ cắt như sau:

2.2.2.1 Cơ sở cụng nghệ tiện

Đối với nguyên công tiện cũng có các thông số công nghệ cần nhập vào chương trình là tốc độ quay của trục chính n (vòng/ phút), vận tốc cắt v (vòng/ phút hay m/ phút), lượng chạy dao S (mm/ vòng hoặc mm/ phút) và chiều sâu cắt t (mm) Máy tiện CNC có chế độ tốc độ vòng không đổi; có cả chế độ cắt với vận tốc không đổi, nghĩa là tốc độ trục chính thay đổi theo đường kính phôi để duy trì vận tốc cắt không đổi Dùng vận tốc cắt không đổi cho phép đảm bảo chất lượng bề mặt đồng đều khi đường kính chi tiết thay đổi Khi dùng chế độ này, cần phải giới hạn tốc độ trục chính, đề phòng tốc

độ quá cao khi đường kính phôi quá nhỏ hoặc tiến dần tới 0 (ví dụ, khi cắt đứt)

2.2.2.2 Cơ sở công nghệ phay

Chọn chế độ cắt khi phay trên máy phay CNC cũng được tiến hành theo các bước như chọn chế độ cắt khi phay trên các máy vạn năng, nghĩa là phải chọn chiều sâu cắt t, lượng chạy dao Sz, Sphút và tốc độ cắt v Tuy nhiên đối với các máy phay CNC cần chú ý khi chọn lượng chạy dao răng Sz Lượng chạy dao Sz được chọn với giá trị Szmin từ các thông số sau:

Szmin = min (Sz1, Sz2, Sz3, Sz4) (2.1) Trong đó:

Sz1 - lượng chạy dao được xác định theo độ nhám bề mặt, phụ thuộc vào lượng dư với chiều sâu cắt t và chiều rộng phay B;

Sz2 - lượng chạy dao phụ thuộc vào biến dạng cho phép của dao [∆] (đường kính dao D và chiều dài phần cắt l);

Sz3 - lượng chạy dao phụ thuộc vào độ bền của dao;

Sz4 - lượng chạy dao cho phép của công suất động cơ máy

Các lượng chạy dao trên được xác định theo công thức:

2 4

∆

t

D B

l B l Z B

D l

(2.3)

Sz3 = C3 [ ] 1,35 1 , 16

2 2 2

3

4

l K Z B

D l

σ (2.4)

Sz4 = C4 0 , 19 1 , 16

35 , 1

. − −

Dl - đường kính quy đổi của tiết diện dao phay (Dl ≈ 1,2D);

[σ] - ứng suất cho phép tại điểm nguy hiểm của lõi dao do biến dạng uốn

và xoắn gây ra;

K = 0,6 khi gia công hợp kim màu, K = 0,8 khi gia công thép;

η - hiệu suất của máy;

Z - số răng dao tiếp xúc với bề mặt gia công;

No - số vòng quay của dao (vòng/ phút)

Bảng 2.1 Hệ số phụ thuộc vào vật liệu gia công

Kim loại màu 0,024 4,65.104 0,90.10-12 1,2.106Thép 0,008 0,70 104 0,14.10-12 0,2.106

2.2.3 Các dạng điều khiển của máy công cụ CNC

Trên các máy gia công điều khiển theo chương trình số, quãng đường chạy của các dụng cụ hoặc các chi tiết đã được cho một cách chính xác thông

qua các chỉ dẫn điều khiển trong chương trình NC Tùy theo dạng của các chuyển động giữa điểm đầu và điểm cuối của quãng đường này, người ta phân chia thành 3 dạng điều khiển: Điều khiển theo điểm, điều khiển theo đường và điều khiển theo contour (biên dạng)

2.2.3.1 Điều khiển theo điểm

Đó là kiểu điều khiển đơn giản nhất: dụng cụ được điều khiển chạy nhanh (với tốc độ quy định trước, không điều khiển được từ chương trình) theo đường thẳng từ điểm này tới điểm kia Quá trình công tác chỉ thực hiện tại các điểm dừng Kiểu điều khiển này dùng trên các máy khoan, đột lỗ, hàn điểm,

Hình 2.14 Điều khiển theo điểm

2.2.3.2 Điều khiển theo đường

Kiểu điều khiển này cho phép chạy dao có gia công (điều khiển được tốc

độ từ chương trình) theo từng trục

Hình 2.15 Điều khiển theo đường

2.2.3.3 Điều khiển theo contour

Bộ điều khiển kiểu này có khả năng điều khiển có gia công đồng thời theo nhiều trục khác nhau Nhờ vậy có thể gia công đường thẳng hoặc đường cong bất kỳ Điều khiển kiểu này đắt tiền nhất trong 3 kiểu nói trên

Phần lớn các bộ điều khiển trong công nghiệp hiện nay là điều khiển contour Bộ điều khiển contour có thể làm được các việc của 2 kiểu điều khiển trước

Hình 2.16 Điều khiển theo contour Các bộ điều khiển contour lại tiếp tục được phân loại theo số trục có thể điều khiển đồng thời Theo đặc điểm đó có các kiểu điều khiển 2D, 2

2

1

D và 3D hoặc nhiều hơn

+ Điều khiển contour 2D

Máy có khả năng điều khiển đồng thời 2 trục Vì vậy chỉ có thể gia công đường thẳng hoặc đường cong trong một mặt phẳng Trong ví dụ hình 2.17, máy có thể điều khiển đồng thời 2 trục X, Y Chạy dao theo trục Z phải thực hiện bằng tay hoặc sau khi dừng 2 trục kia

Hỡnh 2.17 Điều khiển contour 2D + Điều khiển contour 2

+ Điều khiển contour 3D

Bộ điều khiển 3D có thể điều khiển đồng thời 3 trục Nhờ vậy có thể gia công các đường, mặt không gian, ví dụ mặt cầu, mặt xoắn vít trụ Tuy nhiên, trên một số máy chỉ có thể gia công đường thẳng 3D, đường xoắn ốc (nội suy cung tròn theo 2 trục và đường thẳng theo trục thứ ba)

Số trục được điều khiển đồng thời không nhất thiết bằng số trục của máy

Hỡnh 2.19: Điều khiển contour 3D

+ Điều khiển contour 4D, 5D

Trên cơ sở của điều khiển 3D, người ta còn bố trí cho dụng cụ hoặc chi tiết có thêm một chuyển động quay (hoặc hai chuyển động quay) xung quanh một trục nào đó theo một quan hệ ràng buộc với các chuyển động trên trục khác của máy 3D Nhờ điều khiển 4D và 5D người ta có thể gia công các chi tiết có bề mặt phức tạp như khuôn rèn dập, khuôn đúc áp lực hoặc cánh tuabin

H×nh 2.20 §iÒu khiÓn contour 4D và 5D

2.2.4 Các chức năng G và các chức năng phụ M

2.2.4.1 Các chức năng G

G là ký hiệu chức năng dịch chuyển của dụng cụ cắt Ngoài chức năng dịch chuyển, G còn xác định chế độ làm việc của máy công cụ CNC Các chức năng G được mã hóa từ G00 đến G99 và có trong DIN 66025 (quy chuẩn hóa của CHLB Đức) Một số chức năng G như sau:

Bảng 2.2 Các chức năng G theo DIN 66025

(1) (2)

G00 Chạy dao nhanh đến tọa độ đã lập trình

G01 Nội suy đường thẳng

G02 Nội suy cung tròn theo chiều kim đồng hồ

G03 Nội suy cung tròn theo chiều ngược chiều kim đồng hồ

G04 Thời gian gia công

G17 Chọn mặt phẳng gia công XY

G18 Chọn mặt phẳng gia công XZ

G19 Chọn mặt phẳng gia công YZ

G33 Cắt ren có bước không đổi

G34 Cắt ren có bước tăng dần

G35 Cắt ren có bước giảm dần

G40 Hủy bỏ hiệu chỉnh kích thước dụng cụ

G41 Hiệu chỉnh bán kính dụng cụ cắt, bù dao phải

G42 Hiệu chỉnh bán kính dụng cụ cắt, bù dao trái

G43 Hiệu chỉnh kích thước dụng cụ cắt, dương

G44 Hiệu chỉnh kích thước dụng cụ cắt, âm

G53 Hủy bỏ xê dịch điểm chuẩn đã chọn

(1) (2)

G63 Sử dụng 100% lượng chạy dao

G64 Thay đổi số vòng quay và lượng chạy dao

G70 Chạy dụng cụ đến vị trí ra theo trục Z

G73 Chạy dao theo lập trình

G74 Chạy đến điểm mốc của các trục thứ nhất và thứ hai G75 Chạy đến điểm mốc của các trục thứ ba và thứ tư

G80 Hủy bỏ chu trình đã chọn

G90 Lập trình theo kích thước tương đối

G91 Lập trình theo kích thước tuyệt đối

G94 Chạy dao theo mm/ phút

G95 Chạy dao theo mm/ vòng

2.2.4.2 Các chức năng phụ M

Các chức năng phụ được ký hiệu bằng chữ cái M với hai chữ số từ 00 đến 99 được dùng để vận hành máy trong quá trình gia công Một số chức năng M như sau:

M07 Mở dung dịch trơn nguội

M09 Đóng dung dịch trơn nguội

M30 Kết thúc chương trình lặp lại

Các chức năng phụ được chia thành 4 nhóm:

- Các chức năng phụ tác động ngay khi bắt đầu câu lệnh (ví dụ M03)

- Các chức năng phụ chỉ tác động tại cuối câu lệnh (ví dụ M05)

- Các chức năng được lưu giữ trong bộ nhớ cho đến khi nó được hủy bỏ bằng một chức năng phụ khác cùng loại (ví dụ M07)

- Các chức năng phụ chỉ tác động trong một câu lệnh mà nó được lập trình (ví dụ M06)

Ngoài các chức năng G và M như trên, trong các hệ thống máy điều khiển số còn sử dụng một số ký hiệu khác đó là:

A, B, C - các chuyển động xung quanh trục OX, OY, OZ

X, Y, Z - chuyển động theo các trục tọa độ

D, E - chuyển động thứ hai hoặc thứ ba xung quanh trục khác

F - lượng chạy dao (Feedrat)

I, J, K - thông số tâm vòng tròn nội suy tương ứng với các trục X, Y, Z

P, Q, R - chuyển động tịnh tiến thứ 3 song song với các trục X, Y, Z hoặc các thông số hiệu chỉnh dao

S - tốc độ cắt (Speed)

T - số hiệu dao (Tool)

U, V, W - chuyển động tịnh tiến thứ hai song song với các trục X, Y, Z

2.3 Các phương pháp lập trình

Để lập được một chương trình gia công cần phải dựa trên các cơ sở sau: + Bản vẽ chi tiết gia công: thể hiện được hình dạng các bề mặt cần được gia công (như các mặt phẳng, mặt trụ, rãnh then, mặt định hình…) và kích thước của các bề mặt đó Các yếu tố này gọi là yếu tố hình học và khi lập trình chuyển nó thành thông tin hình học

+ Yêu cầu kỹ thuật của bề mặt gia công bao gồm độ chính xác kích thước được đặc trưng bằng dung sai; chiều cao nhấp nhô tế vi Rz và sai lệch chiều cao nhấp nhô trung bình Ra (độ nhám bề mặt), độ chính xác về vị trí tương quan như độ không đồng tâm, độ không vuông góc,…Các yếu tố này gọi là yếu tố công nghệ và khi lập trình chuyển nó thành thông tin công nghệ Như vậy các thông tin hình học sẽ giúp chúng ta xây dựng một chương trình dịch chuyển lưỡi cắt dụng cụ trong hệ trục tọa độ được chọn

Các thông tin công nghệ sẽ giúp chúng ta xác định các thông số công nghệ như: loại dụng cụ cắt được chọn và các thông số hình học của nó như góc trước, góc sau, bán kính lưỡi cắt…; các thông số chế độ cắt như v, s, t và các điều kiện khác như bôi trơn, làm mát, bẻ phoi ; các biện pháp công nghệ được chọn như dừng có thời gian để làm bóng bề mặt, bù dao do sự mài mòn trong quá trình gia công…