Nghiên cứu kỹ thuật lập trình trên máy phay CNC DMU 50 và xây dựng các bài thực hành phục vụ giảng dạy tại trường đại học sư phạm kỹ thuật nam định

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN ĐÌNH TÀI NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT LẬP TRÌNH TRÊN MÁY PHAY CNC DMU50 VÀ XÂY DỰNG CÁC BÀI THỰC HÀNH PHỤC VỤ GIẢNG DẠY TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT NAM ĐỊNH Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS TĂNG HUY Hà Nội – Năm 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận văn trung thực cơng trình nghiên cứu Hà Nội, ngày 26 tháng 06 năm 2015 Học viên Trần Đình Tài CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT CAD (Computer Aided Design) – Thiết kế có trợ giúp máy tính CAM (Computer Aided Manufacturing) - Chế tạo có trợ giúp máy tính NC (Number Control) – Điều khiển số CNC (Computer Numerical Control) – Điều khiển số có trợ giúp máy tính MIT (Masachusetts Institute of Tech nology) – Viện công nghệ Masachusetts ISO (Internationnal Organnisation for standardization) – Tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế APT – Autoumatically Programmed Medtool – Tự động hố lập trình cơng nghệ EXAPT: Extended Subject of APT – Tập mở rộng APT LAN (Local Area Netword) – Mạng cục WAN ( Wide Are Netword) – Mạng diện rộng 2D, 3D, 4D, 5D – Điều khiển 2, 3, 4, chiều PLC ( Programmable logic Controller) – Thiết bị điều khiển lập trình DIN ( German Institute for Standarzation) – Viện tiêu chuẩn hoá Đức MDSI ( Manufatuary – Data – Systems – Institute) – Viện nghiên cứu hệ thống liệu gia công MỤC LỤC Trang TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU 13 PHẦN MỞ ĐẦU .14 Lý chọn đề tài 14 Mục đích nghiên cứu: 15 Đối tượng phạm vi nghiên cứu: 15 Phương pháp nghiên cứu .15 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: .16 Chương TỔNG QUAN VỀ MÁY CÔNG CỤ CNC 17 1.1 Khái quát điều khiển số lịch sử phát triển máy CNC 17 1.2 Đặc trưng vai trò máy CNC tự động hố 19 1.2.1 Tính tự động cao 19 1.2.2 Tính linh hoạt cao 19 1.2.3 Tính tập trung ngun cơng 20 1.2.4 Tính xác, đảm bảo chất lượng cao 20 1.2.5 Gia công biên dạng phức tạp 20 1.2.6 Tính hiệu kinh tế kỹ thuật cao 20 1.3 Một số nét máy công cụ vạn máy CNC .21 1.4 Mơ hình khái quát máy CNC 22 1.4.1 Phần điều khiển: 22 1.4.2 Phần chấp hành: 23 1.5 Các phương pháp điều khiển máy CNC 23 1.6 Hệ toạ độ điểm gốc lập trình gia cơng CNC 25 1.6.1 Hệ toạ độ 25 1.6.2 Các điểm gốc lập trình gia cơng CNC .26 1.7 Kỹ thuật lập trình gia cơng CNC .27 1.7.1 Lập trình theo kích thước tuyệt đối 27 1.7.2 Lập trình theo kích thước tương đối .28 1.7.3 Các ngơn ngữ lập trình 28 1.7.4 Các phương pháp lập trình 28 1.7.4.1 Lập trình tay 28 1.7.4.2 Lập trình với trợ giúp máy tính .29 1.7.5 Cấu trúc chương trình CNC 33 1.8 Trình tự để thiết lập chương trình gia công 37 1.9 Hiệu kinh tế gia công máy CNC 37 1.10 Kết luận chương 38 Chương NGHIÊN CỨU VỀ MÁY PHAY CNC DMU 50 39 2.1 Giới thiệu máy phay CNC DMU 50 .39 2.1.1 Đặc điểm chung máy phay DMU50 39 2.1.2 Thông số kỹ thuật máy phay CNC DMU50 .40 2.1.3 Những tính 41 2.1.4 Các phận máy phay CNC DMU50 41 2.1.4.1 Các phận bên máy 41 2.1.4.2 Các phận bên máy 42 2.1.4.3 Các phận điều khiển máy 45 2.2 Hướng dẫn vận hành máy phay CNC DMU 50 47 2.2.1 Điều kiện kỹ thuật làm việc 47 2.2.2 Hướng dẫn vận hành bật máy (bảng 2.3) 47 2.2.3 Hướng dẫn vận hành tắt máy (bảng 2.4) 48 2.3 Màn hình bàn phím máy 49 2.3.1 Màn hình giao diện máy 49 2.3.2 Các phím chức bàn điều khiển máy phay CNC DMU50 50 2.4 Lập trình sửa đổi chương trình 54 2.4.1 Chạy thử chương trình (Simulation) .55 2.4.2 Chạy chương trình (Machining) 56 2.4.3 Kỹ thuật lập trình gia cơng máy phay CNC DMU50 56 2.4.3.1 Tạo chương trình NC chọn gốc cho chương trình NC máy 56 2.4.3.2 Khai báo thông số dao máy 56 2.4.3.3 Lập chương trình NC gia cơng chi tiết 57 2.4.3.4 Gia công chi tiết máy .58 2.5 Kết luận chương 59 Chương ỨNG DỤNG PHẦN MỀM SHOPMILL TRONG LẬP TRÌNH GIA CƠNG CƠ KHÍ .60 3.1 Giới thiệu chung vềphần mềm ShopMill hệ điều khiển Siemens 60 3.2 Cài đặt phần mềm ShopMill từ đĩa DVD vào máy tính 62 3.3 Giao diện phần mềm ShopMill 64 3.4 Những lợi lập trình ShopMill 66 3.5 Các chức lập trình phần mềm ShopMill 71 3.5.1 Chức Khoan Tarô (Drilling, Tapping): .71 3.5.1.1 Khoan tâm (Centering) 72 3.5.1.2 Khoan doa (Drilling reaming) 72 3.5.1.3 Khoan lỗ sâu (Deep hole driling) 73 3.5.1.4 Doa lỗ ( Boring) 73 3.5.1.5 Tarô ren (Tapping thread) 74 3.5.1.6.Vị trí lỗ (Positions) 74 3.5.2 Chức Phay 75 3.5.2.1 Phay mặt phẳng (Face milling ): 76 3.5.2.2 Phay hốc (Pocket ) .77 3.5.2.3 Phay đảo (Spigot ) 79 3.5.2.4 Phay rãnh (Groove): .81 3.5.2.5 Phay chữ (Engraving) 83 3.5.3 Phay contour (Phay theo biên dạng): 84 3.5.3.1 Phay theo biên dạng (Path milling) 85 3.5.3.2 Phay hốc (Milling pocket) 86 3.5.3.3 Phay phần vật liệu thừa hốc nguyên công trước để lại (Pocket.res.mat) .87 3.5.3.4 Phay đảo (Mill spigot) 87 3.5.3.5 Phay đảo có sẵn (Spigot resid material) 88 3.5.4 Các chức khác (Vari-ous) .88 3.5.4.1 Chức đánh dấu (Set mark) 89 3.5.4.2 Chức thực lặp lại (Repetition) .90 3.5.4.3 Chương trình (Subprogram) 90 3.5.4.4 Điểm gốc phôi (Workp zero) 90 3.5.4.5 Chức thiết lập (Setting) 90 3.5.4.6 Chức biến đổi (Transfor mations) 91 3.6 Gia công chi tiết 3D ShopMill máy phay CNC DMU50 92 3.7 Kết luận chương 93 Chương XÂY DỰNG HỆ THỐNG CÁC BÀI THỰC HÀNH VÀ THÍ NGHIỆM GIA CƠNG CẮT GỌT TRÊN MÁY PHAY CNC DMU 50 94 4.1 Cơ sở khoa học việc xây dựng hệ thống thực hành thí nghiệm 94 4.2 Xác định chuẩn kỹ thực hành CNC sinh viên chuyên ngành Chế tạo máy trường Đại học Cao đẳng công nghệ .95 4.3 Xây dựng hệ thống thực hành thí nghiệm gia công cắt gọt máy CNC DMU 50 với hệ điều khiển Siemens 96 4.3.1 Giới thiệu phần mềm máy bảng điều khiển máy DMU 50 96 4.3.2 Gia công chi tiết số .97 4.3.3 Gia công chi tiết số .104 4.3.4 Lập trình gia công chi tiết khuôn (Chi tiết số 03) 109 4.3.5 Gia công chi tiết khuôn (chi tiết số 04) 116 4.3.6 Gia công chi tiết nửa khuôn vỏ máy sấy tóc (Chi tiết số 05) .122 4.4 Kết luận chương 127 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .128 TÀI LIỆU THAM KHẢ0 129 DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Mơ hình khái qt máy CNC 22 Hình 1.2 Điều khiển theo điểm 24 Hình 1.3 Điều khiển theo đường thẳng 24 Hình 1.4 Điều khiển theo Contour 25 Hình 1.5 Hệ toạ độ máy CNC 25 Hình 1.6 Điểm gốc lập trình máy CNC 27 Hình 1.7 Chương trình chương trình 34 Hình 2.1 Máy phay CNC DMU50 39 Hình 2.2 Một số phận mặt trước máy phay CNC DMU 50 41 Hinh 2.3 Các phận máy CNC DMU 50 42 Hình 2.4 Bàn điều khiển máy 46 Hình 2.5 Điều khiển tay máy 46 Hình 2.6 Điều khiển bàn máy 47 Hình 2.7 Màn hình giao diện máy 50 Hình 2.8 Bảng điều khiển máy phay CNC DMU50 50 Hình 2.9 Màn hình chế độ lập trình sửa lỗi chương trình .55 Hình 2.10 Màn hình mô (Simulasiont) 55 Hình 2.11 Màn hình chế độ gia cơng 56 Hình 2.12 Màn hình chế độ thiết lập phơi 56 Hình 2.13 Màn hình chế độ thiết lập thơng số dao 57 Hình 2.14 Màn hình chế độ tạo chương trình NC 57 Hình 2.15 Màn hình chế độ mở chương trình NC 58 Hình 2.16 Màn hình chế độ gia công câu lệnh .58 Hình 2.17 Màn hình chế độ gia cơng tồn chương trình 59 Hình 3.1 Màn hình hiển thị bước gia cơng thơng số công nghệ thực phần mềm ShopMill 61 Hình 3.2 Màn hình mơ gia cơng phần mềm Shopmill 62 4.3.5 Gia cơng chi tiết khn (chi tiết số 04) Hình 4.41 Chi tiết gia công số Mục tiêu: Giúp cho sinh viên biết lập trình gia cơng phay hốc tròn, phay theo đường Contour, phay rãnh thẳng, rãnh cong, phay chữ theo dạng đường cong, đường thẳng, khoan lỗ Trình tự thực hiện: 116 a Bước1: Tạo tên chương trình NC Hình 4.42 Màn hình tạo Fine NC Khi vào thư mục kích chon New cửa sổ yêu cầu đặt tên cho chương trình NC Đặt tên “Baitap04” nhấp chọn ok b Bước 2: Khai báo phôi tham số cơng nghệ - Sau lập tên cho chương trình NC, phần mềm yêu cầu nhập tham số gốc không, phôi, chiều dài phôi, chiều dài kẹp, khoảng cách an toàn, điểm thay dao - Chọn gốc lập trình - Chọn kiểu phơi, nhập kích thước phơi - Khai báo vị trí phơi máy - Khai báo điểm thay dao, khoảng vào dao Hình 4.43 Màn hình thiết lập phơi 117 c Bước : Phay hốc trịn Ø30 Trên Menu ta vào nhãn Mill-ing, sau Menu phụ ta ấn Pocket chọn Cicularpocket nhập thông số cho bước phay thơ, phay tinh hốc trịn Ø30 Hình 4.44 Thơng số phay hốc tròn Ø30 d Bước 4: Lập đường contour phay cánh Trên Menu ta vào nhãn Cont.mill vào Contourtrên menu phụ, đặt tên cho đường contour ‘Phay4canh” nhập thông số cho contour Sau ta vào nhãn Path milling menu phụ nhập thông số cho bước phay thô, phay tinh cánh thứ Hình 4.45 Thơng số phay cánh thứ Lập trình phay cánh cịn lại Trên menu ta vào nhãnVari-ous sau vào nhãn Transfor-mation menu phụ vào Rotation nhập thông số phay cánh cịn lại, góc độ xoay 90o 118 Hình 4.46 Thơng số phay cánh cịn lại e Bước 5: Phay rãnh cong, có bán kính R= 60 Trên menu ta vào nhãn Miling, sau vào nhãn Groove Cicurlargroove menu phụ nhập thông số cho bước phay thô, phay tinh rãnh cong Hình 4.47 Thơng số phay rãnh cong f Bước 6: Phay hai rãnh thẳng, chiều dài L= 75 Trên menu ta vào nhãn Miling, sau vào nhãn Groove, Longit groove menu phụ nhập thông số cho bước phay thô, phay tinh rãnh thẳng 119 Hình 4.48 Thơng số phay rãnh thẳng g Bước 7: Lập trình phay chữ ‘‘ShopMill’’ Ta vào nhãn Miling menu chính, sau vào tiếp nhãn Egraving menu phụ nhập thông số cho bước phay thơ, phay tinh chữ ShopMill Hình 4.49 Thơng số phay chữ ShopMill h Bước 8: Lập trình phay chữ “NUTE” Ta vào nhãn Miling menu chính, sau vào tiếp nhãn Egraving menu phụ nhập thông số cho bước phay thơ, phay tinh chữ NUTE Hình 4.50 Thông số phay chữ NUTE 120 i Bước 9: Thiết lập đường Contour phay đường hoa văn Trên Menu ta vào nhãn Cont.mill vào Contour menu phụ, đặt tên cho đường contour ‘‘DUONGHOAVAN” nhập thơng số cho contour Hình 4.51 Thơng số thiết lập contour đường hoa văn Tiếp theo ta vào nhãn Pathmilling menu phụ nhập thông số cho bước phay thô, phay tinh đường hoa văn thứ Sau đó, ta vào nhãn Transfor – mation, Mirrorring menu phụ lập trình đối xứng qua trục X,Y phay đường hoa văn Hình 4.52 Thông số thiết lập phay đường hoa văn j Bước 10: Lập trình gia cơng lỗ Ø12 Ta vào nhãn Dril-ing menu chính, sau vào tiếp nhãn Drilling Reamming, Drilling menu phụ nhập thơng số cho bước khoan lỗ Ø12 121 Hình 4.53 Thơng số thiết lập khoan lỗ Ø12 Hình 4.54 Mô gia công chi tiết 4.3.6 Gia công chi tiết nửa khn vỏ máy sấy tóc (Chi tiết số 05) 122 3.2 3.2 Hình 4.55 Chi tiết vỏ máy sấy tóc Mục tiêu - Giúp cho người học biết cách gia công chi tiết 3D máy phay CNC DMU50 - Gia công bề mặt phức tạp chi tiết đạt yêu cầu chất lượng Trình tự thực a Bước 1: Lập trình mơ gia cơng chi tiết - Ta sử dụng phần mềm Pro/Engineer, Topsolid…để thiết kế khuôn chi tiết nắp vỏ máy sấy tóc cần gia cơng cho bề mặt khuôn Tác giả sử dụng phần mềm MasterCAM X5 để lập trình gia cơng nửa khn vỏ máy sấy tóc 123 - Ta xuất chương trình NC để gia cơng Chương trình NC cần đặt dạng đuôi SPF đặt thư mục chương trình Hình 4.56 Foder chứa chương trình gia cơng b Bước 2: Chuyển chương trình NC vào máy để gia công Máy phay CNC DMU 50 có khả nhận chương trình gia cơng từ số phần mềm Pro/Engineer, Mastercam… Tác giả chọn phần mềm Mastercam X5 để lập trình mơ đưa chương trình NC hồn chỉnh sang máy phay DMU 50 Ta cần tạo chương trình Part program ShopMill khởi tạo chương trình NC chương trình con, gia cơng chương trình gọi chương trình 3D để gia cơng thiết lập phôi, dao, chế độ cắt chương trình Chương trình NC sau: N130 G0G90G54X61.854Y-54.375A0.S1500M3 N140 G43 H1 Z27.017 N150 M8 N160 Z7.017 N170 G1Z0.F75 N180 X61.835Z-.183F120 ………………… N810 X61.835Z-.183 N820 Y-37.193 N830 X61.651Z-1.927 N840 X61.605Z-2.224 ……………… 124 N8801 X-80.117 N8802G80 N8803 M5 N8806 M30 - Phay thơ lịng khn + Dao phay ngón hợp kim Ø 10 + Mã dao 4VG10 Hình 4.57 Mơ gia cơng thơ - Phay bán tinh lịng khuôn + Dao phay chỏm cầu hợp kimØ6 + Mã dao 2VG6 Hình 4.58 Mơ gia cơng bán tinh - Phay tinh lịng khn 125 + Dao phay chỏm cầu hợp kim Ø + Mã dao 2VGR6 Hình 4.59 Mơ gia cơng tinh - Gia công lỗ Ø8 + Khoan định tâm lỗ với mũi khoan định tâm Ø4 + Khoan lỗ với mũi khoan Ø7 + Khoét lỗ với mũi khoét Ø 7.8 + Doa lỗ với mũi khoan Ø8 Hình 4.60 Mơ gia cơng lỗ Ø 126 Hình 4.61 Hình ảnh sản phẩm sau gia công 4.4 Kết luận chương Trong chương tác giả xây dựng hệ thống số thực hành thí nghiệm gia cơng cắt gọt máy với cơng nghệ phay Tính chất thực hànhtừ đơn giản đến phức tạp, sản phẩm thực tế Người học tiếp cận với công việc gia công thực tế máy phay DMU 50 (thay lắp dao, gá phôi, xét gốc phơi bù chiều dài dao, lập trình gia cơng trực tiếp, lập trình tay, lập trình gia cơng tự động 2D 3D cách truyền liệu từ máy tính sang máy phay CNC để gia cơng) Qua giúp cho người học tự tin, tự độc lập tìm hiểu rèn luyện thêm lý thuyết lẫn tay nghề tiếp xúc với máy phay CNC công nghệ cao 127 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Tác giả đề xuất thực đề tài: “Nghiên cứu kỹ thuật lập trình máy phay CNC DMU 50 xây dựng thực hành phục vụ giảng dạy trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Nam Định” Nội dung luận văn nêu nghiên cứu công nghệ CNC, nghiên cứu kỹ thuật lập trình máy phay CNC, phần mềm hỗ trợ lập trình gia cơng 3D xây dựng số thực hành thí nghiệm gia công cắt gọt thực tế máy nhằm đưa minh bạch rõ ràng trình giảng giải Kết đề tài nhằm nâng cao chất lượng đào tạo môn học gia công máy phay CNC cho trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Nam Định nói riêng trường Cao đẳng, Đại học nói chung, thúc đẩy q trình dạy nghề có hiệu Mặt khác, kết nghiên cứu đề tài sở để cải tiến chương trình đào tạo theo hướng sát với thực tế sản xuất, đáp ứng nhu cầu xã hội Đáp ứng đòi hỏi nhu cầu nhân lực trình độ cao cho nghiệp cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước Dựa nghiên cứu hiểu biết phần mềm SHOPMILL 07.02, tác giả trình bày ứng dụng để lập trình gia cơng tự động chạy chương trình gia cơng cho máy phay CNC, cụ thể chi tiết phay (2D 3D): chạy mơ phỏng, xuất chương trình chạy cắt gọt sản phẩm thực máy phay CNC DMU50 Do điều kiện thời gian yêu cầu phạm vi luận văn thạc sỹ nên tác giả giới thiệu sâu mô đun phần mềm, tác giả hy vọng kết luận văn tạo điều kiện cho người học làm quen tiếp cận với phần mềm làm tiền đề để nghiên cứu 128 TÀI LIỆU THAM KHẢ0 TS.Vũ Hoài Ân (2003), Nền sản xuất CNC, NXB Khoa học Kỹ thuật GS.TS.Trần Văn Địch, PGS.TS.Trần Xuân Việt, Lê Văn Nhang, Nguyễn Trọng Doanh (2001), Tự động hóa q trình sản xuất, NXB Khoa học Kỹ thuật GS.TS.Trần Văn Địch, Công nghệ CNC (2004), NXB Khoa học Kỹ thuật PGS.TS.Tạ Duy Liêm (2001), Hệ thống điều khiển số cho máy công cụ, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội PGS.TS.Tạ Duy Liêm (2005), Kỹ thuật điều khiển điều chỉnh lập trình khai thác máy cơng cụ CNC, Nhà xuất khoa học kỹ thuật PGS.TS.Tạ Duy Liêm (1999), Máy công cụ CNC, ĐH Bách khoa Hà Nội PGS.TS.Nguyễn Đắc Lộc, PGS.TS.Tăng Huy (2002), Điều khiển số công nghệ máy điều khiển số CNC, Nhà xuất khoa học kỹ thuật PGS.TS.Trần Xuân Việt, Hướng dẫn thực hành CAD/CAM/CNC, Đại học Bách khoa Hà Nội PGS.TS.Trần Xuân Việt (1999), Giáo trình cơng nghệ CNC, Đại học Bách khoa HN TS Bùi Ngọc Tuyên, Bài giảng “Kỹ thuật ngược tạo mẫu nhanh” cho học viên cao học Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, (2010) 10 PGS.TS Trần Vĩnh Hưng - Th.s Trần Ngọc Hiền, “ MASTERCAM - Phần mềm thiết kế công nghệ CAD/CAM điều khiển máy CNC” Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, (2007) 129 130 ... giả định chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu kỹ thuật lập trình máy phay CNC DMU 50 xây dựng thực hành phục vụ giảng dạy trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Nam Định? ?? làm đề tài luận văn tốt nghiệp cao học. .. thạo máy phay CNC công nghiệp Biết cách sử dụng số phần mềm CAM, phần mềm ShopMill lập trình gia cơng Việc nghiên cứu kỹ thuật lập trình máy phay CNC DMU5 0 xây dựng thực hành phục vụ giảng dạy trường. .. trơn Hình 2.1 Máy phay CNC DMU5 0 39 2.1.2 Thơng số kỹ thuật máy phay CNC DMU5 0 Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật máy phay CNC DMU 50 Đơn TT Thông số kỹ thuật (Specification) vị CNC DMU5 0 (Unit) Hệ điều