BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI *** NGUYỄN VĂN THĂNG NGHIÊN CỨU VỀ HỆ CUNG ỨNG DỤNG CỤ GIA CÔNG CNC TÌM HIỂU CHỨC NĂNG BÙ DAO VÀ ỨNG DỤNG TRONG LẬP TRÌNH GIA CƠNG CNC CHO PHAY/KHOAN VÀ TIỆN VỚI ĐỐI TƯỢNG GIA CÔNG CỤ THỂ CHUYÊN NGÀNH: LUẬN VĂN THẠC SỸ: CƠ KHÍ NGÀNH CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS- TRẦN XUÂN VIỆT HÀ NI - 2004 Nguyễn Văn Thăng Luận văn Cao học Mục lục Trang Mở đầu Ch-ơng Tổng quan công nghệ máy gia công điều khiển theo ph-ơng trình số (NC, CNC) 1.1 Khái niệm chung gia công CNC 1.2 Các loại máy hệ dụng cụ gia công CNC 19 Ch-ơng Hệ dụng cụ dùng cho máy gia công cnc 28 2.1 Tổng quát 28 2.2 Hệ dụng cụ hệ cung ứng dụng cụ máy khoan/phay liên hợp CNC 30 2.3 Hệ dụng cụ hệ cung ứng dụng cụ m¸y tiƯn CNC 32 2.4 Chän dơng 39 2.5 §iỊu chØnh dơng tr-íc gia c«ng 40 2.6 Ka-ta-lô dụng cụ CNC 43 2.7 Nhận dạng dụng cụ 44 2.8 Quản trị dụng cụ hệ CNC 47 Ch-ơng Chức hiệu chỉnh bù dao 53 3.1 HiƯu chØnh vµ bï dao phay 53 3.1.1 Hiệu chỉnh đ-ờng kính (bán kính) dao 54 3.1.2 Bù dao 68 3.2 HiƯu chØnh vµ bï dao tiƯn CNC 71 3.2.1 Bï dao 71 3.2.2 HiƯu chØnh b¸n kÝnh mịi dao 75 3.2.3 H-íng cđa mịi dao t-ëng t-ợng 79 3.2.4 Các lệnh hiệu chỉnh bán kính mũi dao G40, G41, G42 79 3.2.5 Bï dao theo tµi liÖu FANUC SERIES 0, FANUC SERIES 00, 87 FANUC SERIES - MATE FOR LATHE OPERATOR,S MANUAL Ch-¬ng øng dụng chức bù dao gia công cnc cho chi tiết khí Kết luận Tài liệu tham khảo 116 Nguyễn Văn Thăng Luận văn Cao học Lời nói đầu Ngày ngay, việc đ-a máy gia công CNC vào trình chế tạo sản phẩm khí giải pháp mang lại hiệu kinh tế kỹ thuật cao Các loại máy CNC có đặc tính -u việt bật mà loại máy công cụ truyền thống đ-ợc nh-: - Các loại máy CNC đạt độ xác cao, 0,001mm loại máy truyền thống đạt 0,01mm - Năng suất gia công máy CNC gấp lần loại máy th-ờng - Có thể gia công bề mặt không gian phức tạp nh- gia công hốc, biên dạng phức tạp mà máy th-ờng không thực đ-ợc - Có thể tự động hoá trình sản xuất Bên cạnh tính -u việt đó, loại máy gia công CNC đắt tiền Giá máy hàng vạn hàng triệu USD Vì hàng năm ngân sách Nhà n-ớc phải bỏ nhiều tỷ đồng để mua sắm thiết bị Vấn đề cấp thiết n-ớc ta phải sử dụng khai thác loại máy CNC đà đ-ợc đầu t- với hiệu cao nhất; đồng thời phải tổng kết kinh nghiệm khai thác sử dụng loại máy đại sản xuất khí để tìm giải pháp có hiệu cao Muốn vậy, khai thác loại máy CNC cần l-u ý vấn đề sau: Thứ nhất: Phải quan tâm chuẩn bị nguồn nhân lực kỹ thuật để tiếp nhận chuyển giao công nghệ vận hành máy dịch vụ bảo trì kỹ thuật trình sử dụng máy, lập trình NC thành thạo Thứ hai: Khi trang bị loại máy phải đồng bộ: máy với hệ dao cụ; phần cứng phần mềm cài đặt theo Thứ ba: Phải khai thác hiệu chức máy nh-: bù dao; chu trình gia công Nguyễn Văn Thăng Luận văn Cao học Nếu trình sử dụng máy CNC mà không khai thác hết chức dẫn đến lÃng phí vô lớn, làm cho giá thành sản phẩm cao mà thị tr-ờng khó chấp nhận, sản phẩm cạnh tranh đ-ợc thị tr-ờng Với luận văn Nghiên cứu hệ cung ứng dụng cụ gia công CNC, tìm hiểu chức bù dao ứng dụng lập trình gia công CNC cho Phay/Khoan Tiện với đối t-ợng gia công cụ thể góp phần làm rõ thêm tính hiệu khai thác khả dao cụ CNC giải pháp đồng gia công CNC Luận văn gồm nội dung nh- sau: - Ch-ơng Tổng quan công nghệ máy gia công CNC - Ch-ơng Hệ dụng cụ gia công CNC - Ch-ơng Chức bù dao gia công CNC - Ch-ơng ứng dụng chức bù dao gia công CNC cho chi tiết khí Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo h-ớng dẫn PGS.TS Trần Xuân Việt Thầy Cô Bộ môn Công nghệ Chế tạo máy Tr-ờng Đại học Bách khoa Hà Nội đà tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện để Em hoàn thành Luận văn Ng-ời thực đề tài Nguyễn Văn Thăng Nguyễn Văn Thăng Luận văn Cao học Ch-ơng Tổng quan công nghệ máy gia công điều khiển theo ch-ơng trình số (NC, CNC) 1.1 Khái niệm chung gia công CNC Điều khiển số (NC = Numerical Control) 30 năm qua đà tác động tới ngành chế tạo máy, đà tao máy công cụ tự động hoá khí Ngày nay, máy điều khiển số (CNC-Machine) thành phần hệ thống gia công linh hoạt Để đáp ứng yêu cầu cao, kiểu máy phải có khả đảm nhận chức điều khiển định Trong thời kỳ đầu ch-a có máy điều khiển số phù hợp Ng-ời ta ch-a nhận biết đ-ợc yêu cầu phụ phát sinh lắp đặt hệ thống điều khiển số (NC) vào máy th-ờng phải thay đổi kết cấu máy Do ng-ời ta máy phay tiện, máy đà đ-ợc chế tạo phù hợp với ph-ơng thức điều khiển theo ch-ơng trình đ-ợc trang bị cấu chép hình sở trang bị cho chúng hệ thống đo hƯ khëi ®éng dïng cho chÕ ®é ®iỊu khiĨn sè (NC) Nhờ đó, sau số năm hệ máy đời, máy điều khiển sè (NCM = Numerical Control Maschine) ý t-ëng vỊ ®iỊu khiển máy lệnh đ-ợc nhớ, nh- ngày đà đ-ợc thực máy CNC có từ kỷ 14 Kỹ thuật bắt đầu với trò chơi đánh chuông đ-ợc điều khiển trục quay có cắm tăm điều khiển chạm vào chuông Sau mốc quan trọng đáng ghi nhớ trình phát triển kỹ thuật điều khiển số: * Năm 1808: Joseph M Jacquard đà dùng bìa tôn đục lỗ để điều khiển máy dệt Vật mang tin thay đ-ợc dùng để điều khiển máy đà phát minh bìa tôn có đục lỗ Nguyễn Văn Thăng Luận văn Cao học * Năm 1863: M Fourneaux đà sáng chế đàn d-ơng cầm tự động, có tên gọi tiếng giới Pianola, có dùng băng giấy khổ rộng 30 cm, với lỗ t-ơng ứng để điều tiết khí nén, tác động lên hệ phím ấn khí tạo nhạc điệu Ph-ơng pháp đà đ-ợc tiếp tục phát triển để sau điều khiển âm l-ợng, áp lực ấn phím tốc độ cuộn băng giấy Băng giấy đà trở thành vật mang tin kỹ thuật điều khiển chức phụ đà đ-ợc phát minh * Năm 1938: Claude E Shannon đà đạt đ-ợc thành công với luận ¸n tiÕn sÜ ë viƯn c«ng nghƯ M.I.T (Massachusetts Institute of Technology) tính toán chuyển giao nhanh giữ liệu dạng nhị phân (binary date) có vận dụng lý thuyết đại số BOOL (Bool Algebra) xác nhận công tắc điện tử thành phần thực cho giải pháp Những tảng sở máy tính ngày nay, kể kỹ thuật điều khiển số đà đ-ợc chuẩn bị * Năm 1946: Tiến sĩ John W Mauchly tiến sĩ J Presper Eckert đà cung cấp máy tính số điện tử có tên ANIAC cho quân đội Mỹ Cơ sở kỹ thuật xử lý số liệu điện tử đà đ-ợc tạo lập * Năm 1949-1952: John Parsons Viện công nghệ MIT đà nghiên cứu theo hợp đồng không qu©n Mü (US Air Force) mét hƯ thèng dïng cho máy công cụ để điều khiển trực tiếp vị trí trục vít me đầu máy tính chứng minh chức thông qua gia công chi tiết Parsons đà công bố bốn luận điểm ý t-ởng nh- sau: L-u trữ (nhớ) vị trí đà tính toán bìa đục lỗ (Punched cards) Các bìa đục lỗ đ-ợc đọc máy Các vị trí đà đ-ợc đọc phải đ-ợc thông báo liên tục giá trị trung gian bổ sung phải đ-ợc tính toán, cho Các động SERVO (Servomotor) điều khiển chuyển động Nguyễn Văn Thăng Luận văn Cao học trục Các chi tiết tích hợp ngày phức tạp dùng công nghiệp máy bay cần đ-ợc chế taọ với máy Những chi tiết phần đà đ-ợc mô tả xác với liệu toán học, nh-ng khó gia công thủ công Mối liên kết máy tính (Computer) kỹ thuật NC đà tiền đề khởi đầu trình phát triển * Năm 1952: Trong viện công nghệ MIT đà vận hành máy công cụ điều khiển số Đó máy CINCINNATI HYDROTEL có trục vit me thẳng đứng Hệ điều khiển có cấu tạo gồm nhiều đèn điện tử (electronic Tubes), tạo khả chuyển động đồng thời ba trục, tức nội suy đ-ờng thẳng đồng thời theo ba trục (3D Linearinterpolation) nhận liệu qua băng đục lỗ mà nhị phân (Binary Code Punched band) * Năm 1954: Bendix đà mua quyền phát minh Parsons chế tạo hệ điều khiển NC hoàn chỉnh có dùng đèn điện tử * Năm 1957: Không quân Mỹ (US Air Force) đà lắp đặt máy phay NC x-ởng * Năm 1958: Ngôn ngữ lập trình biểu t-ợng hoá (symbolish) APT (Automatically programmed Tool = Công cụ lập trình tự động) đà đ-ợc giới thiệu quan hệ liên kết với máy tính IBM 704 * Năm 1960: Các hệ điều khiển NC kỹ thuật đèn bán dẫn (transitor) đà thay hệ điều khiển cũ (dùng đèn relais đèn điện tử ) * Năm 1965: Giải pháp thay dụng cụ tự động ATC (Automatic Tool Change) đà nâng cao trình độ tự động hoá khâu gia công * Năm 1968: Kỹ thuật mạch tích hợp IC (Integrated Circuits) đà làm cho hệ điều khiển nhỏ gọn tin cậy Nguyễn Văn Thăng Luận văn Cao học * Năm 1969: Những giải pháp điều khiển liên kết chung từ máy tính trung tâm DNC (Direct Numerical Control Distributed Numerical Control) đà đ-ợc thiết lập Mỹ hệ điều khiển Sundstrand Omnicontrol máy tính IBM * Năm 1970: Giải pháp thay bệ/ phiến gá phôi tự động (Automatic Palete Change) * Năm 1972: Những hệ điều khiển NC có lắp đặt máy tính nhỏ (Minicomputer) chế tạo hàng loạt đà tạo hệ có tiềm lực mạnh hơn, hệ điều khiển số dùng máy tính nhỏ CNC (Computerised Numerical Control), nh-ng hệ lại bị thay nhanh hệ mạnh hơn, ®ã lµ hƯ ®iỊu khiĨn sè dïng vi tÝnh cã hệ vi xử lý (Microprocessors -CNC) sau * Năm 1976: Các hệ vi xử lý (Microprocessors) tạo cách mạng kỹ thuật CNC * Năm 1978: Các hệ thống gia công linh hoạt ( Flexible Manufacturing Systems) đ-ợc tạo lập thực * Năm 1979: Những khớp nối liên hoàn CAC/CAM (Computer Aided Design/ Computer Aided Manufacturing = thiết kế chế tạo có trợ giúp máy tính) xuất * Năm 1980: Những công cụ trợ giúp lập trình tích hợp hệ điều khiển CNC đà tạo tranh cÃi quan điểm, xoay quanh vấn đề cần hay không cần giải pháp điều khiển có dùng cách nạp liệu trực tiếp tay * Năm 1984: Những hệ điều khiển CNC mạnh, có công cụ trợ giúp lập trình đồ hoạ (Graphic), đà đạt chuẩn mực cao việc lập trình x-ởng sản xuất Nguyễn Văn Thăng Luận văn Cao học * Năm 1985-1986: Những hệ điều khiển CNC với cách lập trình t-ơng tác đồ hoạ (graphic interactive programming) đà làm cho việc lập trình x-ởng sản xuất hấp dẫn * Năm 1986-1987: Những giao diện tiêu chuẩn hoá (Standard Interfaces) mở đ-ờng tiến tới công x-ởng tự động hoá sở trao đổi thông tin liên thông, nghĩa tiến tới tạo tập giải pháp Tích hợp hoá tự động sản xuất CIM (Computer Integrated Manufacturing) * Năm 1990: Các giao diện số (Digital interfaces), hệ điều khiển NC hệ khởi động, cải thiện độ xác đáp ứng điều khiển trục NC (NC axsis) trục máy * Năm 1992: Các hệ thống CNC hở (Open- ended Control) tạo khả điều kiện biến đổi thích ứng theo yêu cầu sử dụng * Năm 1993: Sử dụng theo tiêu chuẩn hệ khởi động (động cơ) tuyến tính (Linear) trung tâm gia công MC (Manufacturing Centres) Năm 1994: Khép kín chuỗi trình CAD/CAM/CNC (CAD/CAM/CNC process chain) b»ng c¸ch sư dơng hƯ NURBS (Not Uniforme Rationale B-Splines) làm ph-ơng pháp nội suy (interpolation method) hệ CNC NURBS ph-ơng pháp dùng để diễn tả toán học bề mặt thông th-ờng bề mặt đặc biệt (ví dụ: Mặt trụ, mặt cầu, mặt xuyến ) điểm (points) thông số (parameters) tạo thành mô hình l-ới gồm nhiều nút để diễn tả bề mặt đạt độ mịn độ sắc nÐt cao Nh÷ng hƯ thèng CAD/CAM míi xư lý trùc tiếp NURBS, đ-ợc truy cập từ hệ CAD hệ CNC Giải pháp giảm đ-ợc khối l-ợng liệu, nâng cao xác tốc độ xử lý, tạo chuyển động đặn máy, làm tăng tuổi thọ máy dụng cụ * Năm 1996: Điều khiển khởi động số (Digital Motor Control) nội suy xác (Fine interpolation) với độ phân giải nhỏ 0.001m Nguyễn Văn Thăng Luận văn Cao học l-ợng tiến đạt tới giá trị 100 m/ phút Nói chung, gia công chi tiết khí máy công cụ điều khiển CNC có nét khác biệt so với máy công cụ thông th-ờng (không điều khiển CNC), sau nét tóm tắt cần đ-ợc l-u ý * Đặc tr-ng máy gia công CNC: - Tự động hoá cao - Tốc độ dịch chuyển, tốc độ quay lớn (lớn 1000 vòng/phút) - Độ xác cao (Sai lệch kích th-ớc < 1/1000 mm) - Năng suất gia công cao (gấp lần máy th-ờng) - Tính linh hoạt cao, nghĩa thích nghi nhanh với đối t-ợng gia công thay đổi, thich nghi với sản xuất loạt nhỏ - Tập trung nguyên công cao (Gia công nhiều bề mặt chi tiết lần gá phôi) - Khả lặp lại công việc gia công (lập trình gia công lần, sử dụng lặp lại nhiều lần) - Chuẩn bị công nghệ để gia công chi tiết có khác so với máy th-ờng phải lập ch-ơng trình NC để điều khiển máy theo ngôn ngữ mà hÃng chế tạo máy đà cài đặt cho hệ điều khiển NC, CNC - Máy gia công CNC có giá trị kinh tế lớn (máy đắt tiền, ví dụ: Máy đại n-ớc công nghiệp phát triển th-ờng bán với giá lớn vạn USD t-ơng đ-ơng hàng trăn triệu đến vài tỷ đồng Việt Nam) Vận hành đơn giản nh-ng bảo d-ỡng sửa chữa phức tạp, tốn kém, phải có môi tr-ờng điều hoà tốt (nhiệt độ không 450C ,độ ẩm không 75%), Không thích hợp với trình độ sản xuất thấp, không nên dùng máy CNC để gia công chi tiết đơn giản, chi phí máy lớn ... nh- sau: - Ch-ơng Tổng quan công nghệ máy gia công CNC - Ch-ơng Hệ dụng cụ gia công CNC - Ch-ơng Chức bù dao gia công CNC - Ch-ơng ứng dụng chức bù dao gia công CNC cho chi tiết khí Em xin chân... tìm hiểu chức bù dao ứng dụng lập trình gia công CNC cho Phay /Khoan Tiện với đối t-ợng gia công cụ thể góp phần làm rõ thêm tính hiệu khai thác khả dao cụ CNC giải pháp đồng gia công CNC Luận... quan công nghệ máy gia công điều khiển theo ph-ơng trình số (NC, CNC) 1.1 Khái niệm chung gia công CNC 1.2 Các loại máy hệ dụng cụ gia công CNC 19 Ch-ơng Hệ dụng cụ dùng cho máy gia công cnc 28