CONG NGHE CNC

Mỗi xung tương ứng với dịch động một khoảng là 1àm, 10àm 100àm - Vận hành điều chỉnh bằng chương trình Một chương trình được nhớ có thể được gọi ra nhờ các dữ liệu nhận biết nótên chi ti[r]

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Chương 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ LẬP TRÌNH GIA CÔNG TRÊN MÁY CÔNG CỤ CNC 1.1 Khái niệm lập trình NC cho máy công cụ CNC Trên các máy CNC quá trình gia công thực cách tự động Hệ thống điều khiển số điều khiển quá trình gia công theo chương trình đã lập sẵn Quá trình hình thành chương trình NC hiểu sau: Từ vẽ thiết kế người lập trình có thông tin hình học để tính toán xếp các lệnh điều khiển theo trình tự định Đồng thời người lập trình phải cung cấp các thông tin công nghệ để hình thành chương trình NC Như chương trình NC chứa toàn các thông tin hình học và thông tin công nghệ quá trình gia công Trên sở phân tích trên ta có thể định nghĩa lập trình NC sau: Quá trình thiết lập các lệnh cho dụng cụ cắt trên sở vẽ chi tiết và các thông tin công nghệ chuyển các thông tin này sang phận mang liệu mã hoá và xếp theo dạng mà máy có thể hiểu gọi là lập trình 1.2 Vị trí chương trình NC sản xuất Vị trí chương trình NC chuẩn bị sản xuất Trong quá trình chuẩn bị sản xuất, chương trình NC có vị trí quan thể sơ đồ sau: Thiết kế Chuẩn bị công nghệ Máy công cụ CNC Lập trình NC Chương trình NC Hình 5.1 – Vị trí chương trình NC chuẩn bị sản xuất Lý Ngọc Quyết TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN 1.2.1 ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Vị trí chương trình NC hệ thống CIM Hình 5.2 – Vị trí chương trình NC hệ thống CIM CIM = Computer integrated Manufacturing CIM = (Hệ thống sản xuất với tích hợp máy tính) Lý Ngọc Quyết TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC 1.2.2 Sơ đồ khối chương trình NC Các thông số hình học Các thông số công nghệ - Biên dạng chi tiết g/c - Các phần tử tạo dáng - Các lỗ và hệ lỗ - Các cung tròn, rãnh thoát Câu Các thông tin đường N G X Y Lưu chương trình vào băng đột lỗ - Các thông số dao - Vận tốc cắt - Lượng chạy dao - Số vòng quay trục chính Các thông tin công nghệ Z I J K Tạo tệp tin và tải chương trình qua máy F S Máy công cụ NC Máy công cụ CNC Hình 5.3 – Sơ đồ khối chương trình NC (Theo DIN 66025) M Nhập chương trình vào máy Điều khiển NC Điều khiển CNC Lý Ngọc Quyết T TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC 1.3 Quỹ đạo gia công Khi gia công dao và chi tiết chuyển động tương Tuy nhiên lập trình gia công người ta quy ước dụng cụ chuyển động tương đối so với hệ thống toạ độ còn chi tiết đứng im 1 2 Hình 5.4 – Sơ đồ quỹ đạo tâm dao 1- Đường viền (contour); – Quỹ đạo chuyển động tâm dao Lý Ngọc Quyết TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC 1.4 Cách ghi kích thước cho chi tiết gia công Để lập trình gia công trên máy CNC thì các kích thước chi tiết gia công ghi theo hệ toạ độ đề các Có hai cách ghi kích thước cho chi tiết gia công trên vẽ: - Ghi kích thước tuyệt đối - Ghi kích thước tương đối a Ghi kích thước tuyệt đối Theo cách ghi này tất các kích thước xuất phát từ gốc toạ độ chi tiết (W) Hình 5.5 – Ghi kích thước theo phương pháp tuyệt đối b Ghi kích thước tương đối Hình 5.6 – Ghi kích thước theo phương pháp tương đối Theo cách ghi này tất các kích thước xuất phát từ gốc toạ độ chi tiết tạm thời Gốc toạ độ chi tiết tạm thời lấy theo điểm vừa xác định liền trước điểm ta cần xác định Trong thực tiễn ta ghi kích thước theo phương pháp này thì nó ảnh hưởng đến kết gia công (sai số chuẩn) Trong thực tế lập trình vào cách ghi kích thước mà người ta có thể lập trình tuyệt đối lập trình tương đối Trong chương trình NC có thể sử dụng đồng thời hai cách lập trình tương đối và tuyệt đối 1.5 Một số chức lập trình NC 1.5.1 Chức Năng G Lý Ngọc Quyết TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Chức G là chức dịch chuyển dụng cụ cắt viết tắt từ Geometric Function Ngoài chức dịch chuyển G còn xác định chế độ làm việc máy CNC Chức G mã hoá từ G00 đến G99 (Theo DIN66025) Một số chức Năng G G00 – Chạy dao nhanh không cắt gọt G01 – Chạy dao cắt gọt theo đường thẳng có nội suy G02 – Chạy dao cắt gọt theo cung tròn cùng chiều KĐH có nội suy G03 – Chạy dao cắt gọt theo cung tròn ngược chiều KĐH có nội suy G10 – Chạy dao nhanh không cắt theo toạ độ cực G20 – Lệnh định nghĩa đơn vị lập trình là hệ anh G21 – Lệnh định nghĩa đơn vị lập trình là hệ mét G22 – Lệnh gọi chương trình G40 – Huỷ bỏ hiệu chỉnh bán kính dao G41 – Hiệu chỉnh bán kính dao sang trái Contour G42 – Hiệu chỉnh bán kính dao sang phải Contour G54 – G59: Dịch chuyển điểm không chi tiết G90 – Lập trình tuyệt đối G91 – Lập trình tương đối … 1.5.2 Một số chức Năng phụ - Chức M Chức M mã hoá từ M00 đến M99 dùng để vận hành máy quá trình gia công M00 – Dừng chương trình NC Sau đó muốn khởi động lại phải nhấn nút Start M02 – kết thúc chương trình M03 – Trục chính quay phải M04 – trục chính quay trái M05 – Dừng trục chính M06 – Kích hoạt hệ thống thay dao M07 – M08 – Mở bơm nước làm mát M09 – Tắt bơm nước làm mát M30 – Kết thúc chương trình … - Một số chức phụ khác % - Ký hiệu bắt đầu chương trình N – Số thứ tự câu lệnh Lý Ngọc Quyết TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC F – Lượng chạy dao (mm/ph – v/ph) S – Tốc độ cắt ( v/ph – m/ph) T – Dụng cụ cắt (T0101…) LF – Kết thúc câu lệnh D – Hiệu chỉnh dao I; J; K – Toạ độ tâm cung tròn trên các trục X; Y; Z 1.6 Chương trình NC 1.6.1 Khái niệm chương trình NC Chương trình NC là file chứa các lệnh điều khiển máy, lệnh điều khiển thao tác, chức nào đó máy Các lệnh viết các mã quy định và xếp theo thứ tự để máy có thể hiểu nó làm việc Các chương trình NC chúng phụ thuộc nhiều vào các nhà sản xuất máy CNC Nói chung các nhà sản xuất máy CNC sử dụng rộng rãi các hệ điều khiển theo tiêu chuẩn ISO theo DIN66025 Trong chương trình NC các lệnh viết dạng các câu lệnh Một câu lệnh bao gồm nhiều từ lệnh, các từ lệnh viết câu lệnh bao gồm có phần chữ cái và phần số Phần chữ cái thông thường diễn tả địa chỉ, phần số thông thường diễn tả mã lệnh giá trị Hình sau đây diễn tả cấu trúc câu lệnh và cấu trúc từ lệnh câu lệnh Số câu lệnh Từ lệnh Từ lệnh Từ lệnh Hình 5.7 – Cấu trúc câu lệnh NC 1.6.2 Cấu trúc chương trình NC (DIN66025) Một chương trình NC bao gồm có các phần chính sau: - Phần đầu chương trình - Phần này diễn tả các điều kiện công nghệ như: Hệ điều khiển, cấu kẹp, dụng cụ, số liệu hiệu chỉnh dụng cụ, đồ gá… Lý Ngọc Quyết TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN - ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Phần nội dung chương trình – Phần này diễn tả các quá trình công nghệ gia công và điều khiển máy Mở đầu chương trình là các lệnh xác định (khai báo) vị trí phôi so với gốc tạo độ máy, là lệnh điều khiển máy gia công chi tiết - Phần kết thúc chương trình – Bằng lệnh M30 M02 1.6.3 Chương trình chính và chương trình (DIN66025) - Chương trình chính (mainprogramm) thường ký hiệu dấu % và kèm theo các số địa chương trình nhớ máy CNC Số lượng các số sau ký hiệu % phụ thuộc vào hệ điều khiển và khả điều khiển Chương trình chính là chương trình gia công toàn chi tiết - Chương trình (subprogramm) ký hiệu chữ S (hoặc U) và các số Kết thúc chương trình lệnh M99 M17 tuỳ theo hệ điều khiển - Trong chương chính có thể có nhiều chương trình Chương trình thực gia công bề mặt tập hợp bề mặt chi tiết gia công Chương trình có thể sử dụng lần nhiều lần chương trình NC Hình 5.8 – Ví dụ chương trình chính và chương trình 1.6.4 Lặp lại đoạn chương trình (DIN66025) Ngoài chức chương trình con, các hệ điều khiển CNC còn có chức lặp lại đoạn chương trình Khi thực chức này đoạn chương trình lặp lại, số lần lặp lại phụ thuộc vào các tham số S lập trình Lý Ngọc Quyết TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC HHình 5.9 – Ví dụ lặp lại đoạn chương trình 1.6.5 Các phương pháp lập trình NC Căn vào mức độ tự động hoá các công việc lập trình mà người ta phân biệt hai phương pháp lập trình: - Lập trình tay Lập trình tự động a Lập trình tay Khi lập trình tay người lập trình vào vẽ để nhập các liệu theo các lệnh từ bàn phím vào nhớ máy Việc lập trình này tốn nhiều thời gian, dễ nhầm lẫn chi tiết có độ phức tạp cao Do nhược điểm trên mà phương pháp này áp dụng lập trình cho các chi tiết đơn giản để hiệu chỉnh các chương trình có sẵn Phương tiện hỗ trợ chủ yếu là các bảng tra cứu catalô máy, máy tính cá nhân để tính toán các thông số lập trình Lập trình tay đòi hỏi người lập trình ngoài việc làm chủ phương pháp lập trình còn phải có kiến thức toán học và kiến thức công nghệ b Lập trình máy Khi lập trình máy (có máy tính trợ giúp) người lập trình mô tả (khai báo) hình dáng hình học chi tiết gia công, các quỹ đạo chuyển động dụng cụ cắt và chức máy theo ngôn ngữ mà máy có thể hiểu Lập trình máy có ưu điểm là không cần thực các phép tính tay, cần truy nhập số liệu có thể sản sinh lượng lớn liệu cho tính toán cần thiết, đồng thời hạn chế các lỗi lập trình Khi lập trình máy, máy tính phải có các chương trình tính toán đặc biệt sau: - Chương trình xử lý (Processor) - Chương trình hậu xử lý (Postprocessor) Lý Ngọc Quyết TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Chương trình xử lý (processor) là chương trình phần mềm thực các tính toán hình học và công nghệ Người ta gọi các liệu chương trình xử lý là CLD ( Cutter Location Data), các liệu này đưa giải pháp chung mà không phụ thuộc vào máy công cụ CNC nào CLD có các liệu xác định vị trí dụng cụ cắt CLD chứa các lệnh ngắn gọn và các mã đó không hợp với hệ CNC nào Trong phần mô tả hình học chi tiết các điểm, đoạn thẳng, cung tròn… còn phần mô tả quá trình gia công khoan, phay, chế độ cắt, dụng cụ cắt, dung dich trơn nguội… hai việc mô tả trên đây tạo chương trình nguồn Từ chương trình nguồn này máy tính tạo chương trình NC phù hợp với máy CNC nhờ hậu xử lý Muốn dùng CLD cho hệ CNC nào cụ thể phải dùng chương trình đặc biệt gọi là chương trình hậu xử lý (Postprocessor), có nhiệm vụ dịch chương trình NC dạng CLD thành các mã lệnh hệ CNC có thể hiểu và thực quá trình điều khiển máy gia công 1.6.6 Các hình thức tổ chức lập trình NC Để thực việc lập trình nhà máy người ta thường sử dụng hai hình thức tổ chức lập trình sau đây: - Lập trình phân xưởng - Lập trình chuẩn bị sản xuất Lập trình phân xưởng Lập trình phân xưởng thực trực tiếp trên máy thông qua bảng điều khiển Màn hình hệ điều khiển giúp cho người lập trình quan sát các liệu đưa vào máy, tránh các lỗi chương trình Sau lập trình xong ngưòi ta có thể cho chạy chương trình mô đồ hoạ trên màn hình Như qua việc mô người ta có thể phát các lỗi chương trình lỗi cú pháp lệnh lỗi công nghệ Nếu xảy lỗi chương trình thì người lập trình phải sửa lại chương trình đó người lập trình phải có trình độ nghề nghiệp cao có thể kiểm soát và làm chủ chương trình Lập trình chuẩn bị sản xuất Khi nhà máy có quy mô sản xuất lớn, có sử dụng nhiều máy CNC khác nhau, gia công nhiều chủng loại chi tiết khác nhau, số lượng chi tiết cùng loại là lớn thì cần phải lập trình tập trung chuẩn bị sản xuất Công việc này thực phòng công nghệ các trung tâm lập trình Như nhà máy cần có đội ngũ lập trình viên đào tạo chuyên môn hoá và ứng dụng thành thạo các phương pháp lập trình Ưu điểm hình thức lập trình này là suất lập trình cao, Lý Ngọc Quyết 10 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC người lập trình có thể chưa vận hành thành thạo các máy có thể lập trình gia công cho nhiều loại chi tiết khác - Nếu các máy CNC nối mạng thì chương trình NC có thể truyền trực - tiếp từ phòng lập trình thông qua mạng Nếu các máy chưa nối mạng với trung tâm lập trình thì phải ghi chương trình nhớ ngoài và nạp trực tiếp vào máy CNC Tuy nhiên hình thức lập trình này còn có nhược điểm là đổ các chương trình vào máy CNC phát đựơc lỗi gia công thử chạy mô 1.6.7 Các phương pháp lập trình NC a Lập trình đối xứng qua các trục toạ độ Với hình thức lập trình này, quá trình lập trình người ta có thể thực các lập trình để gia công các bề mặt có tính chất đối xứng: - Đối xứng toạ độ X qua trục Y Ví dụ lập trình đối xứng Hình 5.10 – Lập trình đối xứng X qua trục Y - Đối xứng toạ độ Y qua trục X Ví dụ lập trình với chương trình Hình 5.11 – Lập trình đối xứng Y qua trục X - Đối xứng đồng thời toạ độ X,Y qua trục X,Y Lý Ngọc Quyết 11 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Ví dụ chương trình với lệnh lặp lại đoạn chương trình G23 Hình 5.12 – Lập trình đối xứng đồng thời qua trục X và Y Theo DIN 66025 lập trình phay CNC thì các lệnh lập trình đối xứng là: - M81: Đối xứng các toạ độ X qua Y M82: Đối xứng các toạ độ Y qua X M83: Đổi dấu toạ độ Z - M84: Đối xứng đồng thời các toạ độ X ,Y qua X ,Y M85: Đối xứng các toạ độ Y và đổi dấu toạ độ Z - M86: Đối xứng các toạ độ X và đổi dấu toạ độ Z - M80: Xoá bỏ chức lập trình đối xứng b Lập trình có xê dịch điểm chuẩn (W) Khi lập trình có xê dịch điểm chuẩn thì các giá trị cần xê dịch phải xác định cụ thể Việc xê dịch điểm chuẩn tạo cho ta có thể lặp lại chương trình gia công nhiều bề mặt giống các vị trí khác mà không cần phải có các tính toán phức tạp X160 Y90 Z55 Hình 5.13 – Ví dụ lập trình dịch chuyển gốc tạo độ tuyệt đối Lý Ngọc Quyết 12 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Theo DIN 66025 thì các lệnh xê dịch vị trí điểm chuẩn gồm các lệnh từ G54 đến G59 đó: Từ G54 – G56 là dịch chuyển điểm chuẩn tuyệt đối; từ G58 đến G59 là dịch chuyển điểm chuẩn tương đối Các lệnh dịch chuyển điểm chuẩn có cú pháp sau: G54 X… Y… Z… G57 X… Y… Z… G59 X… Y… Z… [I…] [J…] [A…] Toạ độ Chương trình ví dụ: N110 G59 X100 Y20 I-30 J20 A120 Toạ độ cũ Hình 5.14 – Ví dụ lập trình dịch chuyển và quay gốc tạo độ tương đối Với lệnh dịch chuyển gốc toạ độ trên hình 5.14; Trước tiên gốc toạ độ dịch chuyển khoảng theo phương X = 100, theo phương Y = 20 sau đó quay tương đối so với gốc vừa chuyển đến tâm quay có toạ độ tương đối theo phương X là I = -30; theo phương Y là J =20 với góc quay A = 1200 c Lập trình tham số và lập trình tham số có sử dụng các công thức toán học Lập trình tham số là gia công (trong chương trình chính và chương trình con) người ta thay các gia trị số các tham số đặc trưng Các tham số có thể thay cho giá trị toạ độ, chế độ cắt, các giá trị dụng cụ cắt, các giá trị góc… Lập trình tham số ứng dụng gia công các chi tiết tương tự mặt hình học lại có kích thước khác Tuỳ theo các hệ điều khiển CNC khác mà người ta định nghĩa các tham số là khác nhau; Ví dụ có thể dùng chữ E; Q; P R để định nghĩa các tham số Các tham số có thể là giá trị thực là biểu thức toán tử với các phép tính: Cộng; trừ; nhân ; chia khai căn… Khi lập trình các tham số phải định nghĩa trước và muốn thay đổi giá trị các tham số để gia công các chi tiết khác ta việc định nghĩa lại các tham số là mà không cần phải thay đổi chương trình gia công Lý Ngọc Quyết 13 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Lập trình tham số có ý nghĩa lớn sản xuất nhóm, nhờ lập trình tham số mà việc thay đổi chương trình để gia công các chi tiết khác nhóm nhanh, không phải hiệu chỉnh sửa chữa chương trình gia công d Lập trình với chương trình Macro Macro thực chất là các chương trình lưu trữ nhớ Các Macro có thể coi các chương trình Thông thường các Macro xây dựng để gia công bề mặt nhóm các bề mặt có tính chất đặc biệt và thường xuyên sử dụng đến Trong số hệ điều khiển CNC đại các Macro xây dựng sẵn trạng thái mở để người lập trình có thể khai báo các tham số sử dụng Trường hợp này thường gọi là các chu trình gia công hay còn gọi là các vĩ lệnh e Lập trình có tính đến tỷ lệ (phóng to, thu nhỏ) Các phần mềm lập trình cho phép người ta có thể lập trình theo các hệ số tỷ lệ khác thực việc lập trình với các chi tiết có hình dạng tương tự có kích thước to nhỏ khác theo tỷ lệ định cho trước Lý Ngọc Quyết 14 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN 2.1 ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Chương 2: MÁY CÔNG CỤ CNC Máy công cụ thông thường Khi gia công chi tiết trên máy công cụ thông thường người công nhân thường dùng tay để điều khiển máy Người công nhân vào phiếu nguyên công để cắt gọt chi tiết nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đặt Trong trường hợp suất và chất lướngản phẩm phụ thuộc nhiều vào tay nghề người công nhân Hình 2.1 – Máy tiện và máy phay thông thường 2.2 Máy công cụ NC Đối với máy công cụ NC thì việc điều khiển chức máy định các chương trình đã lập sẵn Hệ thống điều khiển NC là hệ thống điện tử Thông tin đưa vào thông qua băng đục lỗ băng từ Máy thực chức theo khối lệnh, khối trước kết thúc máy đọc tiếp khối lệnh để thực các lệnh dịch chuyển các cấu chấp hành Máy có khả nội suy đường thẳng, cung tròn, chức dọc theo băng Các máy NC không có chức lưu trữ chương trình 2.3 Máy công cụ CNC Các máy CNC có máy tính để thiết lập phần mềm để điều khiển các chức dịch chuyển máy Các chương trình gia công đọc cùng lúc và lưu trữ vào nhớ Khi gia công máy tính xuất các lệnh để điều khiển máy Máy công cụ CNC có khả thực các chức như: - Nội suy đường thẳng - Nội suy cung tròn - Nội suy mặt xoắn Lý Ngọc Quyết 15 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC - Nội suy mặt parabol và mặt bậc nào - Bù chiều dài và đường kính dụng cụ Hình 2.2 – Một số máy tiện CNC và máy phay CNC 2.4 Hệ trục toạ độ trên máy công cụ CNC Các trục toạ độ máy CNC cho phép xác định chiều chuyển động các cấu máy và dụng cụ Các trục tạo độ đó là: 2.4.1 Trục Z Thông thường trên tất các máy công cụ CNC trục Z thường song song với trục chính máy và có chiều dương xa dần chi tiết gia công gá trên mâm cặp (máy tiện) trên bàn máy (máy phay) 2.4.2 Trục X Lý Ngọc Quyết 16 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Trục X là trục nằm ngang trên mặt bàn R W máy và thông thường nó xác định theo phương nằm ngang 2.4.3 Trục Y Trục Y xác định sau đã xác định trực Z & X, chiều dương xác định theo quy tắc bàn tay phải (hình 2.4) Để xác định chiều quay dương các trục ta xác định sau: Choãi ngón tay cái theo chiều dương trục; cuộn các ngón tay lại vào lòng bàn tay, chiều cuộn các ngón tay đó là chiều quay dương trục quay tương ứng +Z +Y +C V Q +X ’ +A ’ +B +X +A +B ’ +C ’ +Y +Z ’ ’ Hình 2.3 - H• trục toạ độ U P máy CNC 2.4.4 Trục phụ Trên máy CNC ngoài các trục chính trên còn có các trục phụ trục U;V;W các trục này song song với các trục tương ứng là X;Y;Z các trục quay tương ứng xung quanh trục X;Y;Z là A;B;C… theo quy ước chung cho tất các máy CNC thì người ta coi dao chuyển động thay cho chi tiết gia công chuyển động Hình 2.4 – Quy tắc bàn tay phải a Trục Z thẳng đứng b Trục Z nằm ngang 2.5 Các điểm chuẩn trên máy công cụ CNC a Điểm chuẩn máy (M) Điểm chuẩn máy (M) hay còn gọi là điểm gốc máy Điểm này nhà chế tạo máy quy định theo kết cấu loại máy Thông thường điểm M là điểm giới hạn vùng làm việc máy; Điều đó có nghĩa là phạm vi vùng làm việc máy các dịch chuyển các cấu máy có thể thực theo chiều dương các tọa độ Ví dụ điểm chuẩn máy (M) trên máy phay đứng, máy tiện ngang máy khoan cần thể trên hình vẽ sau đây b Điểm chi tiết gia công (W) Điểm không (W) chi tiết là diểm chuẩn để xác định độ lớn và vị trí chi tiết trên máy Điểm W người lập trình định Điểm W trên máy tiện thông Lý Ngọc Quyết 17 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC thường các nhà lập trình đặt mặt đầu chi tiết Để chống tượng nhầm lẫn các nhà lập trình thường đặt chi tiết nằm vùng có giá trị âm (-) trục Z Điểm W trên máy phay thường áp dụng theo quy tắc: Trên - Trước - Trái; Có nghĩa là điểm W phải đặt mặt trên phôi mặt trước và nằm góc trái phôi (coi phôi là hình hộp chữ nhật có các cạnh song song với các trục tọa độ) c Điểm chuẩn dao (p) Các loại dao khác thì điểm chuẩn chúng khác nhau: Đối với dao tiện thì điểm chuẩn dao là mũi dao Đối với dao phay thì điểm chuẩn dao nằm trên mặt đầu dao d Điểm chuẩn giá dao (T) và điểm gá dao (N) Điểm T dùng để xác định hệ trục tọa độ dao và thông thường điểm T trùng với điểm N quá trình gá lắp dao trên máy e Điểm điều chỉnh dao (E) Khi gia công phải sử dụng nhiều dao kích thước chúng phải xác định cấu điều chỉnh dao Mục đích việc điều chỉnh dao là để có thông tin chính xác cho hệ thống điều khiển kích thước dao Khi dao gá đặt thì điểm E trùng với điểm N f Điểm gá đặt hay còn gọi là điểm tỳ (A) Điểm A là điểm tỳ chủ chi tiết lên đồ định vị đồ gá Điểm A có thể trùng với điểm W lựa chọn tuỳ ý g Điểm không chương trình (hay điểm P dụng cụ cắt) Đây là điểm trước gia công dụng cụ cắt nằm đó Điểm chương trình phải xác định cho thay dao không bị ảnh hưỏng chi tiết đồ gá 2.6 So sánh máy CNC và máy thông thường • Cấu trúc: Máy công cụ CNC thiết kế giống máy công cụ vạn năng.Sự khác thật là chỗ các phận liên quan đến tiến trình gia công máy công cụ CNC điều khiển máy tính Các hướng chuyển động các phận máy công cụ CNC xác định hệ trục tọa độ, hệ trục tọa độ này liên quan đến chi tiết gia công và các chuyển động tương đối dao Những chuyển động cần thiết cho tiến trình gia công các phận máy (bàn máy, đầu revolve và các phận khác) tính toán, điều khiển và kiểm tra máy tính Với mục đích này chuyển động các phận máy có hệ thống đo riêng để tính toán các vị trí tương ứng và phản hồi thông tin này hệ điều khiển Lý Ngọc Quyết 18 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC • Chức năng: Máy công cụ vạn Máy công cụ NC Máy công cụ CNC Nhập liệu: Nhập liệu: Nhập liệu: Người công nhân điều Chương trình NC Chương trình NC có thể chỉnh máy công cụ nhập vào hệ điều nhập vào hệ điều khiển CNC tay dựa theo vẽ chi khiển NC băng thông qua bàn phím, đĩa tiết gia công, gá phôi và đục lỗ dụng cụ cắt điều chỉnh độ song song dao và chi tiết cổng giao tiếp liệu (seriell, Bus) Nhiều chương trình NC lưu trữ lưu trữ Điều khiển tay: Người công nhân cài đặt các thông số công nghệ (số vòng quay, lượng Điều khiển NC: Điều khiển NC sử lí các thông tin từ chương trình NC Điều khiển CNC: Máy tính tích hợp hệ điều khiển CNC và phần mềm tương ứng kiểm soát toàn các chạy dao ) vá điều đường dịch chuyển và khiển thông qua các tay các chức máy và quay đưa các tín hiệu điều khiển tương ứng tới các phận hình thành máy NC chức điều khiển máy công cụ Nhờ đó lưu trữ lưu trữ các chương trình, liệu gia công, dụng cụ cắt và các giá trị hiệu chỉnh Thông thường phần mềm phân tích lỗi tích hợp hệ điều khiển CNC Lý Ngọc Quyết 19 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Kiểm tra: Kiểm tra: Kiểm tra: Người công nhân đo và Máy NC đã đảm nhận Trên máy công cụ CNC, kích kiểm tra kích thước gia công thước chi tiết gia công tay, cần thiết đảm bảo các kích đảm bảo suốt quá trình gia phải lập lại tiến trình gia thước chi tiết công với phản hồi liên tục công phản hòi thường hệ thống đo Nhờ có các xuyên hệ thông đo cảm biến đo tích hợp, máy và motor vị trí CNC có khả điều khiển kích thước suốt quá trình gia công song song với các hoạt động gia công, nó có khả liên tục làm việc hệ điều khiển CNC, ví dụ để kiểm tra và tối ưu hóa các chương trình NC • Tính kinh tế Ưu điểm máy công cụ CNC: Tốc độ gia công cao làm giảm thời gian gia công bản, thời gian phụ, thời gian chuẩn bị Các nhân tố sau làm tăng tính kinh tế máy công cụ CNC: - Chương trình gia công lập trực tiếp trên máy - Các công việc chuẩn bị chương trình, vật liệu, dụng cụ và nhập các liệu thực chỗ làm việc - Lưu trữ các trường hợp gia công lập lại chương trình gia công chi tiết đặc biệt dạng chương trình - Tối ưu hóa chương trình NC hệ điều khiển - Mô tả hình dạng chi tiết gia công theo sở hình học đơn giản - Chạy dao tự động đạt kích thước - Tự động vận hành các chức máy vá trực tiếp can thiệp xảy lỗi bị nhiễu - Tự động quản lý quá trình sản xuất thông qua hệ điều khiển CNC (tự động đo và kiểm tra) - Hệ thống ổ dao chứa nhiều dao - Có khả chuẩn bị dụng cụ cắt bên ngoài máy mà không ảnh hưởng đến quá trình gia công Chất lượng chi tiết gia công ổn định, ít phế phẩm Lý Ngọc Quyết 20 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Làm tăng độ chính xác gia công, cấp chính xác máy cao (1/1000mm độ chính xác đo) Thời gian gia công ngắn thông qua việc tổ chức sản xuất và nối kết các chương trình gia công riêng lẻ Thời gian vận hành máy cao Tính linh hoạt sản xuất tốt hệ thống gia công Do ưu điểm trên nên máy công cụ CNC chiếm ưu gia công cắt gọt Phạm vi ứng dụng rộng (xem hình 2) là đặc điểm tiêu biểu máy công cụ CNC Năng suất Độ phức tạp và độ chính xác gia công Máy công cụ CNC Máy công cụ thông thường Hình 2: Phạm vi ứng dụng máy công cụ CNC Những yêu cầu sử dụng máy công cụ CNC Để vận hành và lập trình trên máy công cụ CNC, thiết đòi hỏi người vận hành máy phải có trình độ cao Có thể không cần kinh nghiệm từ máy công cụ vạn tốc độ cắt cao nhiều 2.7 Các tiêu gia công máy CNC 2.7.1.Thông số hình học (không gian gia công) Thông số hình học máy CNC hay còn gọi là vùng gia công máy các thông số không gian mà đó dụng cụ cắt và chi tiết gia công có thể tác động qua lại vị trí nào Đối với chi tiết gia công quay tròn vùng gia công là khối lăng trụ xác định bán kính và chiều dài dịch chuyển các toạ độ Đối với các máy gia công chi tiết hình hộp chữ nhật thì vùng gia công là khối hộp xác định chiều dài các dịch chuyển các trục Lý Ngọc Quyết 21 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Hình 2.9 - Không gian gia công trên máy CNC 2.7.2 Thông số gia công Thông số gia công trên máy CNC là tốc độ chuyển động các cấu chấp hành và công suất động Căn vào thông số hình học máy để chọn công suất động cơ, tốc độ quay trục chính và lượng chạy dao… Ví dụ: Bề rộng bàn máy Công suất động (kw) 400 - 630 - 11 630 - 1000 - 15 Tốc độ quay trục chính (v/p) Tốc độ chạy dao (m/p) Tốc độ chạy dao nhanh (m/p) 3150 - 4000 - 10 - 10 3150 - 4000 2,4 - - 10 Thời gian thay dao tự động (s) 3-7 - 10 2.7.3 Năng suất gia công trên máy CNC Năng suất gia công là số lượng chi tiết gia công đơn vị thời gian Công thức tính suất gia công viết dạng: i −1 k  m   Q = =   tcbkt + tct + ∑ t0 + ∑ ttd + ∑ ttk  T0  n  1  −1 Trong đó: - T0: Thời gian trung bình (phút) - m: Số loạt chi tiết sản xuất năm n: Số lượng chi tiết sản xuất năm - i: Số lượng nguyên công cần thiết để gia công chi tiết k: Số lượng các nguyên công kiểm tra tct: Thời gian thay đổi chi tiết gia công - ttd: Thời gian thay đao Lý Ngọc Quyết 22 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN - t0: Thời gian - tkt: Thời gian kiểm tra tcbkt: Thời gian chuẩn bị kết thúc ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC - Để tăng suất ta phải giảm thời gian tcbkt Muốn giảm thời gian này ta phải sử dụng các đồ gá vệ tinh và giảm số lượng loạt chi tiết năm Trên máy CNC không nên gia công vựơt quá từ 30 – 50 loạt chi tiết năm - Để tăng suất ta phải giảm thời gian ttd Muốn giảm thời gian này ta nên sử dụng cấu thay dao tự động, máy thay dao tay nên sử dụng các cấu gá kẹp nhanh - Để tăng suất ta phải giảm thời gian t0 Muốn giảm thời gian này ta có thể: Tăng tốc độ cắt, gia công với chế độ cắt tối ưu, gia công đồng thời nhiều dao - Một vấn đề cần quan tâm muốn tăng suất là phải giảm thời gian phụ, thời gian phụ có thể giảm cách tăng tốc độ chạy dao nhanh, rút ngắn đường chạy dao không cắt gọt… 2.8.Độ chính xác máy CNC Sai số gia công tổng cộng trên các máy CNC xuất các hệ thống truyền động máy, các hệ thống điều khiển và kiểm tra, thân chi tiết gia công các sai số gia công ký hiệu và giải thích sau: δ1, δ2, δ3, δ4, => các sai số lập trình, nội suy, hiệu chỉnh nội suy và sai số lệnh trở điểm δ5, δ6, => sai số bước bên và sai số tích luỹ dartric δ7, => Sai số cấu chuyển đổi tín hiệu δ8, => Sai số thời gian phát xung δ9, δ10, δ11, => Các sai số truyền động (động lực, mô men, tốc độ) δ12, => Sai số trục vít me bi δ13, => Sai số hình học máy δ14, δ15, => Biến dạng đàn hồi máy, đồ gá δ16, => Sai số kích thước gá đặt dao δ17, => Sai số mòn dao δ18, => Biến dạng đàn hồi dao δ19, => Sai số gá đặt chi tiết gia công δ20, => Biến dạng đàn hồi chi tiết gia công δ21, => Biến dạng nhiệt chi tiết gia công Lý Ngọc Quyết 23 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Truyền tải Kiểm tra và đo lường Điều khiển ∆3 ∆2 ∆1 δ12 δ11 δ13 δ10 δ9 δ8 δ7 δ6 δ5 δ4 δ3 δ2 Máy ∆4 Sai số gia công ∆∑ Hệ điều khiển Kết cấu δ14 δ15 δ16 δ17 δ18 δ19 δ20 δ21 ∆5 Dụng cụ ∆6 Chi tiết Hình 2.10 - Sai số gia công tổng cộng trên máy CNC Kết nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm sai số gia công tổng cộng ∆∑ cho thấy tỉ lệ các thành phần nó trên hình vẽ 2.10 Sai số gia công tổng cộng tính theo công thức sau: ∆∑ = ∆1 + ∆2 + ∆3 + ∆4 + ∆5 + ∆6 Các thành phần ∆1 - ∆6 xác định là tổng các sai số thành phần δ1δ21 trên hình 2.10 Hình 2.11 Sơ đồ hình thành sai số gia công trên máy CNC Lý Ngọc Quyết 24 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC 2.9.Độ tin cậy máy CNC Độ tin cậy máy CNC là tính chất thực chức gia công, giữ các tiêu công nghệ sửa chữa theo thời gian quy định Độ tin cậy máy đặc trưng yếu tố sau: - Tính làm việc không bị hỏng Tính chất này đặc trưng làm việc liên tục máy thời gian định (thời gian chạy rà và làm việc máy) - Tuổi thọ máy Tính chất này là ổn định làm việc sửa chữa và sau đó máy lại tiếp tục hoạt động - Khả sửa chữa Tính chất này có nghĩa là người ta có khả phát khuyết tật, hỏng hóc máy và có khả sửa chữa khuyết tật và hỏng hóc đó Hình2.12 – Tỉ lệ sai số gia công trên máy CNC a Điều khiển theo điểm và theo đường thẳng b Điều khiển theo contour 2.10 Tính vạn máy CNC Tính vạn máy CNC xác định chi phí cần thiết để chuyển công nghệ gia công nhóm chi tiết này sang công nghệ gia công nhóm chi tiết khác Mỗi loại máy máy có tính vạn riêng, nghĩa là có điều kiện tối ưu để sử dụng máy Hình 2.13 biểu diễn quan hệ chi phí gia công và số chi tiết gia công sau phải điều chỉnh máy Các đường trên hình giải thích sau: - Đường 1: Giá thành gia công chi tiết Đường 2; 4: Chi phí cho việc điều chỉnh máy Lý Ngọc Quyết 25 Hình 2.13 – Số chi tiết gia công tối ưu trên máy CNC TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC để thay đổi công nghệ gia công số loạt chi tiết (số loạt chi tiết có chi phí theo đường - cong nhỏ số loạt chi tiết có chi phí theo đường cong 4) Đường 3; 5: Các chi phí tổng cộng (đường là tổng chi phí đường và 2; Đường là tổng chi phí đường và 4) Như N01 và N02 là các giá trị số loạt tối ưu gia công trên máy CNC Tính vạn và suất máy lại có ý nghĩa trái ngược Tính vạn giảm thì suất lại có thể tăng lên Vì sử dụng máy CNC người ta có thể xác định số lượng chi tiết loạt là bao nhiêu thì việc gia công trên máy CNC có hiệu kinh tế Số lượng chi tiết A loạt xác định theo công thức: A= C0 E1 − E (1) Trong đó: C0 = Chi phí cho lập trình để gia công chi tiết nào đó (C0 =40 –70 $) E1 = Tiết kiệm chi phí tiền lương cho gia công chi tiết E2 = Chi phí bổ sung cho việc sử dụng máy CNC và các trang bị công nghệ chi tiết (E2 = 0,5 – 1,5 $) Trị số E1 tính theo công thức sau: E1 = C1(1 - K) (2) Trong đó: C1 = Chi phí cho gia công chi tiết trên máy vạn K = hệ số giảm khối lượng gia công chi tiết gia công trên máy CNC Trị số E2 tính theo công thức sau: E2 = E3.t0 (3) Trong đó E3 là tỉ trọng chi phí bổ sung cho việc sử dụng máy CNC và các trang bị công nghệ (E3 = 0,58USD/giờ) Thời gian gia công chi tiết t0 tính theo công thức sau: t0 = C1 K Trong đó: C2 (4) C1 = Chi phí cho gia công chi tiết trên máy vạn C2 = Giá thành gia công trên máy CNC (C2 = 0,5 $/h) (Ghi chú: Các giá trị dấu ngoặc là lấy ví dụ theo điều kiện sản xuất giả định; thực tế phải theo các điều kiện cụ thể thời điểm xem xét) Ví dụ: Tính số lượng chi tiết loạt gia công trên máy CNC có hiệu kinh tế với các số liệu cho trước sau: - Chi phí cho lập trình gia công = 50 USD Lý Ngọc Quyết 26 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC - Chi phí cho gia công chi tiết trên máy vạn = 3USD - Hệ số giảm khối lượng gia công = 0,4 Tỷ trọng chi phí bổ sung cho việc sử dụng máy và các trang thiết bị công nghệ 01 chi tiết E3 = 0,58 USD/giờ Hướng dẫn: B1: Tính E2 theo công thức (3) - B2: Tính t0 theo công thức (4) B3 : Thay các giá trị vào công thức (1) ta có A = 122 chi tiết Kết luận: A≥ 122 chi tiết thì gia công trên máy CNC có hiệu kinh tế cao 2.11 Hệ thống dụng cụ trên máy CNC 2.11.1 Dụng cụ cắt Dụng cụ cắt trên máy CNC phải đảm bảo yêu cầu sau: - Có tính cắt gọt ổn định - Có khả tạo phoi và thoát phoi tốt Có tính vạn cao để có thể gia công bề mặt điển hình nhiều chi tiết khác trên các máy khác - Có khả thay dao nhanh cần gá lắp dao khác dao bị mòn Có khả điều chỉnh kích thước ngoài vùng gia công sử dụng dụng cụ phụ Như không thể sử dụng dụng cụ thông thường để gia công trên các máy CNC Hiện để gia công trên các máy CNC người ta chế tạo các loại dao đặc biệt và số dao tiêu chuẩn a Dụng cụ cắt trên máy tiện CNC Tất dao tiện trên máy CNC có phần cắt làm hợp kim cứng lắp ghép Ngoài dao tiện trên máy CNC còn phải đáp ứng cầu sau: yêu Hình 4.1- Sơ đồ gia công số bề mặt điển hình trên máy tiện CNC Lý Ngọc Quyết 27 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Các dụng cụ cắt (tiện) CNC chia thành các góc phần tư cắt khác để tiện cho việc tính toán hiệu chỉnh dụng cụ sử dụng VD: VD: Hình 4.2 – Vị trí góc phần tư dao tiện các tình gia công - Phải đảm bảo với thời gian sử dụng lâu các mảnh hợp kim không mài lại để đảm bảo cho các thông số hình học dao cố định quá trình gia công Hình dạng các mảnh hợp kim phải hợp lý để nâng cao tính vạn năng, có nghĩa - là cho phép dao có thể gia công nhiều bề mặt khác Các có các góc cắt khác phải có cùng toạ độ để tạo điều kiện thuận lợi lập trình - Có khả làm việc bình thường gá các vị trí khác Đảm bảo độ chính xác cao Có khả tạo phoi và thoát phoi tốt b Dụng cụ cắt trên máy phay CNC (khoan) Trên máy phay có nhiều loại dụng cụ dược sử dụng Thông thường chúng làm thép gió hợp kim cứng Những dao có kích thước nhỏ thì làm toàn thép gió, dao lớn thì có phần cắt làm thép Lý Ngọc Quyết 28 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Hình 4.3 – Một số loại dụng cụ cắt trên máy phay, khoan CNC 2.11.2 Dụng cụ phụ trên máy CNC Kết cấu dụng cụ phụ dùng trên máy CNC xác định hình dáng và kích thước để gá dụng cụ cắt trên đó và để gá nó trên máy Dụng cụ phụ trên máy CNC phải đáp ứng các yêu cầu sau: - Phải đảm bảo gá dao với độ chính xác cao Phải đủ độ cứng vững và khả chống rung động Cho phép điều chỉnh vị trí lưỡi cắt - Có kết cấu đơn giản và sử dụng thuận tiện a Dụng cụ phụ trên máy tiện Hình 4.4 – Sơ đồ gá dao trên máy tiện CNC a Dao với chi tiết hiệu chỉnh; b Sơ đồ gá dao trên đài gá dao; c,d Vị trí điểm P dao so với điểm chuẩn F Lý Ngọc Quyết 29 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC b Dụng cụ phụ trên máy phay Lý Ngọc Quyết 30 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC 2.11.3 Thiết bị gá và thay dao: Máy công cụ CNC trang bị với thiết bị có thể điều khiển để thay dao tự động Phụ thuộc vào loại và phạm vi ứng dụng, thiết bị thay dao này có thể đồng thời chứa nhiều dao khác và lắp đặt dao vào vị trí công tác theo chương trình NC Thường có các loai sau: • Đầu rơvolve chứa dao • ổ chứa dao Đầu rơvolve chứa dao thường dùng cho máy tiện (xem hình 11) và ổ chứa dao thường dùng cho máy phay (xem hình 12) Khi chương trình NC gọi dao đầu rơvolve quay dao yêu cầu vào đúng vị trí công tác, công việc thay dao diễn vài giây Hình 11 : Đầu rơvolve chứa dao Phụ thuộc vào loại và kích thước, đầu rơvolve máy CNC có thể mang đến 16 dao Trong trung tâm gia công lớn có đến đầu rơvolve có thể sử dụng đồng thời Nếu các trung tâm gia công cần nhiều 48 dao, thì ổ chứa dao với các dạng khác có thể chứa đến 100 dao Có các loại ổ chứa dao dài, ổ chứa dao vòng, ổ chứa dao dạng dĩa, và ổ chứa dao dạng xích Hình12: ổ chứa dao Lý Ngọc Quyết 31 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Trong ổ chứa dao, thay đổi dao diễn hệ thống cần gạt gọi là cần thay dao (xem hình 13) Quá trình thay đổi dao sau có dao gọi từ chương trình NC diễn sau: • Xác định vị trí dao yêu cầu trên ổ chứa dao vào vị trí thay dao • Trục công tác vị trí thay dao • Quay thiết bị kẹp dao vào vị trí dao cũ trên trục công tác và vào vị trí dao trên ổ chứa dao • Lấy các dao trên trục công tác và ổ chứa dao, sau đó quay thiết bị kẹp dao • Đặt dao vào trục công tác và dao cũ vào ổ chứa dao • Quay thiết bị kẹp dao vị trí ban đầu Nhờ thiết bị thay dao tự động này nên tiến trình thay dao diễn khoảng đến 15 giây Dao phay Cần thay dao Trục công tác (trục chính) ổ chứa dao Hình 13: Thiết bị thay dao tự động • An toàn lao động bên các máy công cụ CNC Mục đích an toàn lao động là loại trừ các tai nạn cho người sử dụng, các hư hỏng có thể xảy cho máy và các thiết bị Về an toàn lao động bên máy công cụ CNC tương tự máy công cụ vạn năng, chúng có thể xếp vào dạng sau: • Loại trừ nguy hiểm Các thiếu sót trên máy và trên các thiết bị cần thiết cho công việc phải - thông báo Lối thoát hiểm phải luôn để trống Không nên mang vật bén nhọn người • Xác định và ghi nhớ vùng nguy hiểm Lý Ngọc Quyết 32 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC - Các thông báo an toàn lao động và các vấn đề có liên quan không - phép dịch chuyển Các phận chuyển động và giao phải khảo sát, xem xét • Phòng ngừa các nguy hiểm Phải mang đồ bảo hộ lao động để tránh các tia lửa và tiếng ồn - Phải đeo kính bảo vệ mặt nạ để bảo vệ mắt - Các dây điện hở không phép sử dụng • Khi điều chỉnh và vận hành máy CNC cần quan tâm đến các vấn đề sau: - - - Thông thường, cho phép điều chỉnh máy đã tắt Ngoại trừ các trường hợp điều chỉnh cần phải mở máy, trường hợp rà chi tiết gia công Người vận hành không nên vào vùng có chuyển động quay vùng làm việc máy, vì vùng này máy có thể thực các chuyển động quay hay các chuyển động tịnh tiến bàn máy Phải tuân theo các dẫn an toàn nhà sản xuất máy 2.11.4 Hệ thống kẹp chi tiết ɀ Thiết bị kẹp chi tiết Các thiết bị kẹp dùng để định vị chính xác và kẹp chặt chi tiết gia công trên trục công tác (đối với tiện) trên bàn máy (đối với phay) Chi tiết gia công phải kẹp, tuyệt đối không còn khe hở, vị trí phải xác định cách chính xác và hoàn toàn chống lại lực cắt Có nhiều thiết bị kẹp chế tạo sẵn Hiện và tương lai việc cấp và lấy chi tiết gia công gia công tiện thực tay máy robot Trong tiện các dạng chấu kẹp khác có thể điều khiển sử dụng Những mâm cặp này thiết kế cho phép điều khiển việc đóng, mở các chấu kẹp tự động khí nén thủy lực Lực kẹp có thể điều chỉnh phụ thuộc vào trọng lượng, vật liệu, chiều dài/đường kính chi tiết, chiều sâu kẹp và các đặc điểm khác Những chấu kẹp làm việc với số vòng quay cao có hiệu chỉnh lực ly tâm, đó lực kẹp không bị giảm lực ly tâm Cân đối lực ly tâm là dùng đối trọng với lực ly tâm các chấu kẹp, lực kẹp giữ ổn định với hiệu chỉnh này Trong gia công phay CNC chức chính thiết bị kẹp là xác định vị trí chính xác chi tiết gia công, các êtô kẹp thủy lực sử dụng các quá trình gia công đơn giản, cho phép kẹp và thay đổi chi tiết gia công cách dễ dàng và nhanh chóng Để gia công tất các cạnh (trong gia công hoàn chỉnh) đòi hỏi càng ít lần kẹp càng tốt, gia công chi tiết phức tạp, hệ thống đồ gá modul cho phép tiến hành gia công hoàn chỉnh không cần kẹp lại Người vận hành máy gá đặt chi tiết gia Lý Ngọc Quyết 33 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC công bên ngoài không gian làm việc, sau đó tự động mang vào đúng vị trí gia công, hình thức này sử dụng nhiều • Các dạng hệ thống kẹp Hệ thống kẹp dùng để gắn chi tiết gia công lên máy công cụ Nó phải đáp ứng chức cần thiết sau: Xác định rõ ràng vị trí chi tiết gia công (định vị) Ngăn cản tất các lực sinh quá trình gia công (kẹp chặt) Các phần tử kẹp chế ngự chi tiết gia công và lực cần thiết để thực điều này gọi là lực kẹp Để giữ chi phí cho hệ thống kẹp để hạ giá thành sản phẩm, hệ thống kẹp phải thỏa mãn các yêu cầu sau: • Thao tác đơn giản và nhanh chóng • Sử dụng linh hoạt • Các phần tử kẹp dễ dàng thay đổi • Kẹp lại với độ chính xác cao Tạo lực kẹp Thiết bị kẹp tay thường sử dụng trên máy công cụ vạn Điều này đòi hỏi người công nhân sử dụng tối đa sức lực Những hệ thống kẹp đặt biệt (chuyên dùng) đã phát triển nhằm giảm thời gian phụ và giảm nặng nhọc cho người công nhân Có nhiều phương pháp sử dụng để tạo lực kẹp: • Cơ cấu kẹp khí • Cơ cấu kẹp thuỷ lực • Cơ cấu kẹp khí nén • Cơ cấu kẹp điện Cơ cấu kẹp khí thường sử dụng cấu chêm (xem hình 14) hay cấu đòn bẩy (xem hình 15) Những cấu kẹp này thường sử dụng trên máy tiện Hình 14 Cơ cấu kẹp chêm Lý Ngọc Quyết Hình 15 Cơ cấu kẹp đòn bẩy 34 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Mâm cặp Mâm cặp Thanh kéo Thanh kéo Thanh chêm Đòn bẩy Chấu kẹp Chấu kẹp Cơ cấu kẹp thủy lực tạo các chuyển động và lực kẹp cần thiết các piston thủy lực Những loại này thường điều khiển tay các van điều chỉnh Lực kẹp có thể tạo cách chính xác và điều khiển thông qua màn hình Mặc dù hệ thống kẹp thủy lực đòi hỏi kỹ thuật phức tạp chúng hoàn toàn tin cậy Hình 16 Cơ cấu kẹp thủy lực Cơ cấu kẹp khí nén vận hành sức ép không khí (khí nén) và có các chức tương tự hệ thống kẹp thủy lực Máy nén khí sử dụng để tạo khí nén Hình 17 Cơ cấu kẹp khí nén Lý Ngọc Quyết 35 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Cơ cấu kẹp điện tạo lực kẹp hệ thống ăn khớp bánh răng, có khả điều chỉnh nhanh để kẹp nhiều chi tiết có đường kính khác Một ly hợp điện từ hệ thống kẹp dùng để ngăn chặn trục chính suốt quá trình kẹp và tháo lỏng, vì toàn momen kẹp truyền đến mâm cặp Đai ốc ren Trục ren Thanh nối Ly hợp Bánh hành tinh Hình 18 Cơ cấu kẹp điện • Các dạng và đặc điểm các thiết bị kẹp cho tiện Trong phần này nhiều thiết bị kẹp khác cho tiện giới thiệu Có thể phân biệt khác các thiết bị kẹp sau: • Mâm cặp • Kẹp rút • Mũi chống tâm • Mâm tốc • Mâm hoa • U động • Luy-nét Mâm cặp Mâm cặp phân biệt dựa váo số chấu cặp, có nghĩa là mâm cặp chấu, mâm cặp chấu và mâm cặp chấu Mâm cặp chấu tự định tâm thường sử dụng nhiều Chúng bảo đảm gá phôi tiện tròn đồng tâm cách chắn và nhanh chóng Mâm cặp chấu dùng để kẹp phôi tiện có 4, hay 12 cạnh và phôi tiện tròn Lý Ngọc Quyết 36 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Hình 19 Mâm cặp chấu tự định tâm Hình 20 Mâm cặp chấu tự định tâm Các chấu kẹp thường tôi và gia cố Các chấu kẹp có thể điều chỉnh vì có thể kẹp các chi tiết có đường kính khác Bằng cách thay đổi các chấu kẹp, chi tiết gia công tiện có thể kẹp từ bên bên ngoài Sự truyền lực kẹp thường dựa trên nguyên lý đĩa xoắn ốc nêm Tạo lực kẹp đĩa xoắn ốc Mâm cặp sử dụng đĩa xoắn ốc có lực kẹp nhỏ, vì diện tích đĩa xoắn ốc và chấu kẹp quá nhỏ Hình 21 Hình 22 Mâm cặp dùng đĩa xoắn ốc Cơ chế hoạt động chấu kẹp Nhược điểm mâm cặp sử dụng đĩa xoắc ốc là thay đổi các chấu kẹp phải tháo toàn mâm cặp Hoạt động: Quay bánh nhỏ (4) làm cho đĩa xoắn ốc (5) quay Do đó chấu kẹp chạy phía tâm trục chính và kẹp chi tiết gia công Lý Ngọc Quyết 37 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Tạo lực kẹp nêm Mâm cặp sử dụng nêm có khả thay đổi các chấu kẹp cách nhanh chóng và tạo lực kẹp cao so với mâm cặp sử dụng đĩa xoắn ốc Hình 24 Các phận mâm cặp dùng nêm Hoạt động: Lắp vít điều khiển (27) vào ren nêm (56) để dịch chuyển trượt (28), làm quay đĩa dẫn (23) Ngoài hai cạnh đĩa dẫn (23) còn truyền lực tác động đến các nêm khác Các nêm này và phần đế chấu cặp (24GB) có ăn ren với vì chi tiết kẹp chắn và đồng tâm Kẹp rút Kẹp rút có khả kẹp chi tiết có dạng hình trụ cách chính xác và nhanh chóng Kẹp rút kẹp chi tiết từ bên ngoài Kẹp rút thường ứng dụng cho chi tiết gia công có cùng đường kính có kích thước tương đương vì nó có phạm vi điều chỉnh hướng kính nhỏ Chi tiết gia công Đầu kẹp Trục ống kẹp Hình 25 : Kẹp rút Lý Ngọc Quyết 38 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Mũi chống tâm Kẹp mũi chống tâm ứng dụng cho chi tiết dài Chi tiết gia công phải khoả mặt và khoan tâm hai mặt Hình 26: Kẹp mũi chống tâm Kẹp mũi chống tâm có thể phân biệt theo các khả sau, vào đặc điểm kỹ thuật gia công: • Tốc mặt đầu cùng với mũi chống tâm quay hay mũi chống tâm cố định • Tốc kẹp có vòng bảo vệ cùng với mũi chống tâm quay hay mũi chống tâm cố định Tốc mặt đầu thường gắn trên trục chính Tốc mặt đầu sử dụng toàn bề mặt cần phải gia công Chi tiết kẹp tốc mặt dầu và ụ động Nhược điểm tốc mặt đầu là truyền momen quay nhỏ Hình 27 Tốc mặt đầu Mũi chống tâm xoay cài vào trục chính ụ động Vì mũi chống tâm quay quanh tâm nó nên có thể sử dụng vận tốc cắt cao suốt quá trình gia công Hình 28 Mũi chống tâm xoay Lý Ngọc Quyết 39 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Phạm vi ứng dụng mũi chống tâm cố định có giới hạn Chúng dùng gia công với chiều sâu cắt nhỏ, vì chúng làm phát sinh nhiệt và mòn nhanh Hình 29 Mũi chống tâm cố định Hình 30 Mũi chống tâm cố định dùng để xén mặt đầu Tốc kẹp có vòng bảo vệ (xem hình 31) dùng để định tâm và kẹp hướng kính chi tiết gia công bu-lông kẹp Do đó có thể truyền momen lớn và hoạt động tốt Mâm tốc Tốc kẹp Chi tiết gia công Hình 31 Tốc kẹp có vòng bảo vệ Kẹp bung Kẹp bung dùng để kẹp chi tiết từ bên trong, có hai loại: kẹp bung cố định và kẹp bung đàn hồi Kẹp bung cố định có độ côn nhỏ (1:2000) và kẹp hai tâm Kẹp bung cố định cố định dùng để gia công tinh vì có khả chịu đựng chiều sâu cắt nhỏ Độ chính xác tâm quay phải kiểm tra trước sử dụng Lý Ngọc Quyết 40 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Hình 32 Kẹp bung cố định Kẹp bung đàn hồi gắn vào độ côn trục chính Quá trình kẹp thực phận kẹp có xẻ rãnh Kẹp bung đàn hồi kẹp hai tâm và có phạm vi kẹp nhỏ Chúng hoạt động nở các thành mỏng, vòng kẹp ngoài không xẻ rãnh làm từ chất dẻo để biến dạng đàn hồi Vòng kẹp ống kẹp Hình 33 Kẹp bung đàn hồi Mâm hoa Mâm hoa có khả kẹp chi tiết có hình dạng Bốn pis-tông có thể điều chỉnh riêng lẻ Bề mặt kẹp tạo vì có khả kẹp ngoài lẫn kẹp Các rãnh kẹp có sẵn dùng để gắn đối trọng Lý Ngọc Quyết 41 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Hình 34 Mâm hoa Modul gá Một đĩa đục lỗ có ren dùng để kẹp nhiều dạng chi tiết khác Tuy nhiên phương pháp kẹp này đòi hỏi phải có hiệu chỉnh đối trọng cách cẩn thận, vì trục chính quay không cân bằng, dẫn đến kết gia công không chính xác và trường hợp nghiêm trọng có thể phá hỏng máy Chi tiết gia công Thân gá Vấu kẹp Đối trọng Hình 35 Modul gá Luy-nét Luy-nét dùng để kẹp chi tiết dài, mảnh, chống lại bẻ cong chi tiết lực cắt và trọng lượng chi tiết Lý Ngọc Quyết 42 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Hình 36:Luy-nét tự định tâm Hình 37:Luy-nét cố định 2.12.Hệ thống đo hnh trình trên máy CNC Tùy thuộc vào dạng thiết bị đo sử dụng thang đo để phân biệt đo vị trí trực tiếp và gián tiếp đo vị trí tuyệt đối và tương đối Thước đo đo trực tiếp mang lại giá trị đo chính xác • Khi đo vị trí trực tiếp Thước đo gắn trên bàn xa dao hay trên bàn máy, vì độ không chính xác trục chính và khớp nối truyền động không ảnh hưởng đến giá trị đo Các giá trị đo nhận biết cảm biến quang học trên có chia vạch thang đo, Cảm biến đo biến đổi các giá trị đo đã xác định sang tín hiệu điện và chuyển chúng cho hệ điều khiển Lý Ngọc Quyết 43 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC X Đầu đọc Y Thước quang Hình Đo vị trí trực tiếp • Khi đo vị trí gián tiếp Chuyển động dịch chuyển đạt từ chuyển động quay vít me bi, chuyển động quay này thi hành với đĩa xung là thước đo Chuyển động quay đĩa xung ghi nhận từ xung quay và chuyển tiếp hệ điều khiển là tín hiệu Sau đó hệ điều khiển tính toán chính xác chuyển động bàn máy hay vị trí chúng dựa trên số các xung quay Bàn máy Đĩa xung thang đo X Vít me bi Cảm biến (cảm biến vòng quay) Hình Đo vị trí gián tiếp • Khi đo vị trí tuyệt đối Một thang đo đã mã hóa hiển thị trực tiếp vị trí bàn máy liên quan tới điểm định hướng cố định trên máy Điểm này là điểm không “0“ máy, nó xác định nhà chế tạo máy Điều kiện là phạm vi đọc thang đo lớn phạm vi làm việc và mã hóa nhị phân thực trên thang đo, hệ điều khiển có thể hiểu trật tự giá trị số cho vị trí đọc Lý Ngọc Quyết 44 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC 012345678 Thang đo mã hóa nhịp phân Vị trí tức thời bàn máy M Hình 10 Đo vị trí tuyệt đối Khi đo vị trí tương đối thang đo ứng dụng với lưới vạch đơn giản, chúng hình thành từ các vạch sáng tối xen kẻ Khi chuyển động bước tiến vượt qua cảm biến đo, cảm biến đếm số các vệt sáng và vệt tối và tính toán vị trí tức thời bàn máy dựa vào khác biệt tới vị trí bàn máy trước đó Hệ điều khiển phải nhận biết lần vị trí tuyệt đối, từ đó nó có thể tính toán vị trí bàn máy tức thời với hổ trợ việc đo vị trí tương đối, điểm này sử dụng là điểm chuẩn Do đó cần thiết phải nhận biết điểm tuyệt đối này hệ điều khiển khởi động Điểm tuyệt đối này gọi là “điểm tham chiếu“ Mỗi chuyển động các trục, chí dịch chuyển tay qua sử dụng các tay quay hay nút bấm cần phải nhận biết điểm này cho hệ điều khiển Lưới vạch Vị trí trước bàn máy Vị trí bàn máy Bàn máy điểm tham chiếu Hình 11 Đo vị trí tương đối Vì hệ điều khiển đánh kiểm soát các chuyển động khí điện khởi động lại phải cho máy chạy điểm tham chiếu 2.13 Hệ thống truyền dẫn máy công cụ CNC Lý Ngọc Quyết 45 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Truyền động chính máy CNC phải truyền công suất cắt cần thiết các động truyền động tương ứng qua trục công tác để gia công chi tiết thích hợp Ngoài còn có tổn thất ma sát thường gặp phận khí mà độ tác động mặt kích thước nó phải xác định cho máy CNC Độ ổn định cao mặt truyền động đặt ra, mặc dù lực gia công cao mômen quay vị trí phải ổn định Đồng thời phải có đủ động lực để làm chủ thay đổi nhanh chóng tốc độ cắt và không bị rung động Trước các trục công tác và trục đối xứng trên các máy công cụ CNC truyền động động điện chiều Để giữ cho tốc độ cắt ổn định cần có yêu cầu số vòng quay các môtơ, ví dụ để tiện các đường kính khác nhau, tốc độ các động này điều chỉnh vô cấp phạm vi rộng Nhược điểm động điện chiều này là các chổi than bị mài mòn, đó cần phải kiểm tra thường xuyên chổi than và thay kịp thời Với phát triển tiến các linh kiện vi điện tử, ngày hầu hết sử dụng động điện ba pha Bất lợi điều khiển số vòng quay phức tạp đã bỏ qua thay vào đó là giá thành cao điều khiển điện tử Có hai loại động ba pha: động không đồng và động đồng Chúng có ưu điểm so với động điện chiều Khi cùng kích thước momen quay đạt cao Ngoài số vòng quay cao tới ba lần và công suất cao Các động này làm việc không cần chổi than, không có cổ góp không đòi hỏi cao việc bảo trì Trục công tác tiêu chuẩn hóa để đảm bảo khả thay đổi tối đa các thiết bi kẹp Trong máy CNC trục công tác các phận khác chế tạo chắn so với máy công cụ thông thường vì gia tốc nhanh (10 đến 40m/s²) và công suất cắt cao • Hệ thống truyền dẫn - Trong máy công cụ CNC, NC sử dụng động bước, động Servo để điều khiển các trục chuyển động (X,Y,Z) Mỗi trục có gắn động riêng để hoạt động tách biệt Thông thường các hộp tốc độ có từ 1-2 cấp.Truyền dẫn cho trục chính trước đây thường sử dụng động chiều để có thể điều khiển vô cấp tốc độ động Ngày người ta có thể sử dụng động ba pha với điều khiển điện tử có nhiều lợi so với động chiều • Đặc điểm các động truyền dẫn - Truyền động chính: Sử dụng động chiều, xoay chiều để có thể điều khiển vô cấp tốc độ động Các loại động này có đặc điểm là thay đổi số vòng Lý Ngọc Quyết 46 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC quay đơn giản, mô men truyền tải cao, thay đổi lực tác dụng số vòng quay giữ không đổi - Truyền động chạy dao: Dùng động chiều hay xoay chiều kết hợp với với truyền động vít me đai ốc bi cho trục chạy dao độc lập (X,Y,Z) Ngày người ta có thể sử dụng “động phẳng” (linear motor) để thay các động thông thường truyền Vít me đai ốc bi • Động bước: - Cung cấp điều khiển số không phản hồi vị trí bàn máy gia công trên máy CNC Bộ điều khiển nhận tín hiệu chiều quay và tính hiệu xung điện Bộ điều khiển đưa tín hiệu cường độ hay điện áp để làm cho động quay góc định nào đó Trục vít me đai ốc bi biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến các trục - Điều khiển động bước có thể điều khiển đầy bước không đầy bước - Điều khiển đầy bước là việc điều khiển trọn bước động cỏ cách cung cấp dòng điện cho các cuộn dây Stato ta thu vị trí chính xác roto tương ứng Góc quay roto là chẵn bước (1.8 độ) - Điều khiển không đầy bước có thể là 1/10; 1/16; 1/32; 1/125 - ưu nhược điểm động bước: - Giá thành rẻ - Có thể điều khiển mạch hở - Duy trì mô men tốt Mô men xoắn cao tốc độ thấp Chi phí bảo dưỡng thấp - Định vị chính xác Không phải điều chỉnh các thông số điều khiển - Động làm việc không Tiêu thụ dòng điện không phụ thuộc vào tải Kích cỡ hạn chế - Làm việc ồn Mô men giảm theo tốc độ Không có phản hồi nên có thể xảy sai số • Động Servo: - Sự khác động Servo và động bước là chỗ động Servo có mạch diều khiển kín Trong động Servo có mạch phản hồi để nhận biết các thông tin vị trí, tốc độ mong muốn - ưu nhược điểm động Servo: (So với động bước) Lý Ngọc Quyết 47 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC - Mô men trên trục - Tốc độ cao Mạch điều khiển tốc độ chính xác và - Có nhiều kích cỡ Làm việc êm Độ chính xác cao - Đắt tiền Không làm việc chế độ mạch điều khiển hở Yêu cầu phải có hệ thống phản hồi Phải điều chỉnh các thông số vòng điều khiển - Bảo dưỡng tốn kém • Hệ thống đo đường dịch chuyển - Trên máy CNC vị trí dao luôn đo liên tục Dựa vào thay đổi thời gian theo đường chạy dao vị trí trí thời tốc độ gia công tính toán và so sánh với đường chạy dao lập trình.- Gần mili giây điều khiển lại cung cấp thông tin vị trí cần phải đạt cho vòng lặp phản hồi vị trí Do tốc độ cao nên điều khiển nhận giá trị trước giá trị cũ tới (phản hồi) Hiện tượng này gọi là sai số trễ vòng phản hồi vị trí tốc độ gia công quá cao Để xác định vị trí thời dao cần phải có hệ thống đo đường dịch chuyển trục điều khiển máy CNC Tuỳ theo vào các trường hợp cụ thể ngời ta có thể sử dụng phương pháp đo trực tiếp hay gián tiếp 2.14 Các chế độ vận hành máy công cụ CNC • Bảng điều khiển Thông thường nó lắp tách với thiết bị và vị trí thuận lợi cho người vận hành Bảng điều khiển bao gồm: Hiển thị thông tin - Đèn hiển thị số - Hệ thống nút bấm - Các phím điều khiển Các phím dùng các ký hiệu biểu trưng và tiếng Anh • Chỉ thị trên màn hình Có các thị: -Vị trí các trục -Số chương trình -Nội dung các nhớ:Bộ nhớ chương trình,bộ nhớ dao,các liệu hiệu chỉnhvà csc chương trình PC Lý Ngọc Quyết 48 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC -Các liệu cấp tay -Thông báo nhiều lỗi sai lệch, các màn hình đồ hoạ lắp ngày càng nhiều • Nạp liệu vào hệ điều khiển -khai thác liệu Cho phép nạp và lấy các dữliệu đầu sau dây : - Chương trình ứng dụng: chương trình tổng quát , chương trình - Các liệu ứng dụng: sử lí dao, chỉnh lí dao, dịch chuyển điểm O - Các liệu chỉnh máy: liệu làm cho tương thích hệ d/k nó, liệu bù sai lệch - Các chương trình ứng dụng PC • Các dạng truy nhập liệu: +Cấp liệu băng tay +Truy nhập dụng cụ đọc +Truy nhập thông tin qua "teach in" +Truy nhập thông qua vận hành "play back” +Cấp liệu quá trình điều khiển thích ứng PC • Các liệu đàu gồm: +Các liệu cho máy đục lỗ trên băng giấy +Cho các máy ghi +Cho cacs máy conset dùng băng từ +Cho các máy tính điều khiển gia công • Các liệu hiệu chỉnh máy (machina setup data)_MSD Nhờ các liệu hiệu chỉnh máy mà các nhà chế tạo máy có thể làm cho hệ điều khiển tương thích với máy Khả tương thích này cho phép hệ điều khiển vạn trang bị với các kiểu và kích cỡ khác các liệu hiệ chỉnh xác định các thông số : Tốc độ chạy không tối đa, vị tri gốc chuẩn so với điểm O tốc độ chạy tới điiểm tiếp cận điểm chuẩn, số vòng quay cao trục chính và các trạng thái đóng mạch, các liệu hiệu chỉnh máy đảm bảo không bị thay đổi hay bị xoá bất ngờ là soạn thảo liệu thực với hệ thống tiếp điểm nằm bên vỏ thiết bị điều khiển • Các phần bù sai lệch Trên máy công cụ thường xuất các sai lệch hệ thống có thể ảnh hưởng đến độ chính xác gia công phần dung sai chế tạo và phần ảnh hưởng lực, nhiệt độ gia công Thiết bị điều khiển CNC có thể làm cân hay bù các sai lệch sau: -Sai lệch bước vitme -Sai lệch khe hở đảo chiều vít me Lý Ngọc Quyết 49 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC -Sai lệch giãn chiều dài -Sai lệch độ võng • Các dạng vận hành hệ điều khiển CNC - Vận hành tay Nhờ các phím bấm đổi chiều các tay quay điện tử, các chuyển động công tác có thể điều khiển tay theo hướng các trục Ta có các khả sau: Dạng vận hành JOGGING: Chuyển động công tác thực và kéo dài nhấn phím bấm đảo chiều Dạng vận hành gia số(incremeltalfeed) chuyển động công tác hạn chế theo bước dịch động điều chỉnh có các phạm vi ,001mm-0.01mm-0.1mm-1mm-10mm) Vận hành tay quay điện tử: Với tay quay này phát xung kích hoạt, cấp xung dịch chuyển vào vòng mạch điều chỉnh vị trí Mỗi xung tương ứng với dịch động khoảng là 1àm, 10àm 100àm - Vận hành điều chỉnh chương trình Một chương trình nhớ có thể gọi nhờ các liệu nhận biết nó(tên chi tiết)sau đó các chương trình xử lý dạng vận hành khác Vận hành câu lệnh (cyclestar): Mỗi câu lệnh gọi và thực Vận hành tự động Toàn các câu lệnh chương trình xuất và thực - Các chế độ dừng chương trình Dừng khẩn cấp EMEGENCYSTOP Tín hiệu này làm dừng chuyển động chạy dao và các số liệu trên trục bị • Xử lý các thông tin công nghệ- Điều khiển chương trình đã nhớ Trong chương trình CNC các lẹnh công nghệ số vòng quay trục chính, chiều quay hệ điều khiển chuyển giao cho các cụm điều khiển tương thích.Tại đó chúng ghép với thông báo các mối liên hệ ngược đến từ các máy công cụ và biến đổi thành lệnh điều khiển cho các cụm máy khác Trong hệ điều khiển CNC điều khiển chương trình đã thiết lập và ghi nhớ PC (=Programmablecoltrol) Cụm điều khiển PC này thường nối ghép với cụm CNC theo nguyên tắc mô đun Nhờ ghép nối PC với CNC các tiêu hao điện tử hạn chế đáng kể Cụm PC có thể chế tạo mở rộng các vùng thông tin để làm nhiệm vụ sử lý như: - Điều khiển hoá các Palate đã mô đun hoá: Điều chỉnh dòng lưu thông chi tiết và dao theo chương trình yêu cầu Lý Ngọc Quyết 50 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC - Quản lý dao: Chuẩn bị sẵn sàng cho giám sát tuổi thọ - Dự báo từ xa cho hệ điều khiển thông qua mạng Telephon - Trao đổi liệu với các hệ thống điều hành gia công lớp trên và các máy CNC khác - Biến đổi ngôn ngữ các thị trên màn hình 2.15 Bảng điều khiển máy công cụ CNC (TNC) Để nhập văn bản, tên tệp và sử dụng lập trình theo ngôn ngữ ISO Quản lý các tệp a Máy tính cá nhân b Chức MOD c Chức HELP Chế độ lập trình Chế độ hoạt động máy Mô tả hội thoại lập trình Các phím mũi tên và phím GOTO thực lệnh nhảy Phím nhập và chọn các trục Lý Ngọc Quyết 51 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Bàn điều khiển – Màn hình hiển thị (EMCO) Lý Ngọc Quyết 52 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Bàn phím chữ và số Phím Shift: - lần Shift: Phím nhấn sau đó thực chức thứ hai Tất các phím sau đó thực chức thứ - lần Shift: Tất các phím sau đó thực chức thứ hai (Khoá shift) - lần Shift: Phím nhấn sau đó thực chức thứ Tất các phím sau đó thực chức thứ hai - lần Shift: Loại bỏ tác dụng chức nhấn lần shift Chức các phím Lý Ngọc Quyết 53 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN Lý Ngọc Quyết ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC 54 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Các vùng trên màn hình Hiển thị vùng làm việc kích hoạt Hiển thị kênh kích hoạt Hiển thị chế độ làm việc Hiển thị đường dẫn và tên chương trình Hiển thị trạng thái kênh Dòng cảnh báo và thông báo 10 Các cửa sổ làm việc hiển thị NC 11 Cửa sổ chọn 12 Phím mềm trên cột đứng (Shift + F1…F8) Hiển thị thông báo kênh Hiển thị trạng thái chương trình 13 Khi có phím này thì phím kích hoạt 14 Dòng hội thoại vận hành 15 Khi ký hiệu này xuất thì phím Hiển thị trạng thái kênh kích hoạt 16 Các phím mềm hàng ngang (F1…F8) 17 Ký hiệu này xuất phím kích hoạt Lý Ngọc Quyết 55 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Chương 3: CÁC DẠNG ĐIỀU KHIỂN SỐ 3.1 Khái niệm Điều khiển số Theo hiệp hội công nghiệp điện tử định nghĩa: “Là hệ thống đó các hoạt động điều khiển liệu số đưa trực tiếp vào từ điểm nào đó Hệ thống đó phải tự động biên dịch tối thiểu phần nào đó liệu này” Dữ liệu cần thiết để gia công chế tạo chi tiết gọi là chương trình chi tiết (Part program) Theo GS.TS Trần Văn Địch: Điều khiển số là hệ thống điều khiển mà hành trình điều khiển theo số Mỗi thông tin đơn vị ứng với dịch chuyển gián đoạn cấu chấp hành Đại lợng này có tên gọi là “khả giải quyết” hệ thống hay là “giá trị xung” Cơ cấu chấp hành có thể dịch chuyển với đại lượng nào ứng với các giá trị xung Khi biết giá trị xung q và đại lượng dịch chuyển L cấu chấp hành, ta có thể xác định số lượng xung N cần thiết tác động để có lượng dịch chuyển L L = q.N Số lượng xung N ghi trên kênh thông tin và gọi là “chương trình xác định đại lượng thông tin kích thước” Các thông tin cần thiết đợc ghi trên các băng đục lỗ các băng từ Số lượng thông tin ghi hệ thống mã hoá định 3.1.1 Điều khiển số Điều khiển số là hệ thống điều khiển mà hành trình điều khiển theo số Mỗi thông tin đơn vị ứng với dịch chuyển gián đoạn cấu chấp hành Đại lượng này có tên gọi là “khả giải quyết” hệ thống hay là “giá trị xung” Cơ cấu chấp hành có thể dịch chuyển với đại lượng nào ứng với các giá trị xung Khi biết giá trị xung q và đại lượng dịch chuyển L cấu chấp hành ta xác định số lượng xung N cần thiết tác động để cấu chấp hành dịch chuyển khoảng là L L = q.N Số lượng xung N ghi trên kênh thông tin và gọi là “chương trình xác định đại lượng thông tin kích thước” Các thông tin ghi các thiết bị ghi nhớ và ghi hệ thống mã hoá định 3.1.2 Điều khiển không theo số Lý Ngọc Quyết 56 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Điều khiển không theo số còn gọi là điều khiển liên tục Nó bao gồm: Hệ thống điều khiển theo cam Theo hệ thống này thì quãng đường l xác định Trong đó: L = S0K S0 = Khoảng nâng cam K = tỷ số truyền trung gian Hệ thống điều khiển theo quãng đường Theo hệ thống này, đại lượng hành trình cấu chấp hành giới hạn hai chuyển hành trình KBH và KBK - Trong đó: KBB giới hạn di chuyển cấu chấp hành bên trái hay phía trước - KBH giới hạn di chuyển cấu chấp hành bên phải hay phía sau Hệ thống điều khiển theo thời gian Theo hệ thống này, đại lượng hành trình cấu chấp hành điều khiển điều khiển Bộ điều khiển đây là cái trống quay mà trên đó có số đường rãnh định Trên rãnh này người ta lắp các cữ hành trình điều khiển chu kỳ gia công theo các lệnh dịch chuyển Chiều dài hành trình xác định theo công thức: L = (α.V.T)/360 Trong đó: T = Thời gian quay vòng BĐK tính phút V = Tốc độ trung bình cấu chấp hành α = Góc gá cam (độ) Hệ thống điều khiển theo chu kỳ Đây là tổng hợp hai hệ thống điều khiển theo quãng đường và thời gian Các đại lượng hành trình xác định các cữ và các rơle Lý Ngọc Quyết 57 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Hình 1.1 - Hệ thống điều khiển không số a – Hệ thống điều khiển theo cam; b – Hệ thống điều khiển theo quãng đường; c – Hệ thống điều khiển theo thời gian; d – Hệ thống điều khiển theo chu kỳ 3.2 Các hệ điều khiển số 3.2.1 Hệ điều khiển NC Đây là hệ điều khiển đơn giản với số lượng hạn chế các kênh thông tin Trong hệ điều khiển NC các thông số hình học chi tiết gia công và các lệnh điều khiển cho dạng dãy các số Hệ điều khiển NC làm việc theo nguyên tắc sau: Sau mở máy câu lệnh thứ và thứ hai đọc Chỉ sau quá trình đọc kết thúc, máy bắt đầu thực lệnh thứ thời gian này thông tin lện thứ hai nằm nhớ hệ điều khiển Sau hoàn thành lệnh thứ máy thực lệnh thứ hai lấy từ nhớ Trong thực lệnh thứ hai hệ điều khiển đọc lệnh thứ ba và đưa vào nhớ mà lệnh thứ hai vừa giải phóng Hệ điều khiển NC không có chức ghi nhớ chương trình thay đổi chương trình, việc này thực máy đột lỗ trên các máy in chương trình trên băng từ Nhược điểm hệ điều khiển NC là: - Khi gia công chi tiết loạt hệ điều khiển lại phải đọc tất các lệnh từ đầu không thể tránh khỏi các sai sót tính toán hệ điều khiển Do đó chi tiết gia công có thể bị phế phẩm Lý Ngọc Quyết 58 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC - Do cần nhiều lệnh chứa băng đục lỗ băng từ nên khả chương - trình bị dừng lại thường xuyên có thể xảy Do chế độ làm việc nhiều băng đục lỗ băng từ nhanh bị bẩn bị mòn gây lỗi chương trình 3.2.2 Hệ điều khiển CNC Đặc điểm bật hệ điều khiển CNC là tham gia máy vi tính Các nhà chế tạo máy CNC cài đặt vào máy tính chương trình điều khiển cho loại máy Hệ điều khiển CNC cho phép thay đổi và hiệu chỉnh các chương trình gia công chi tiết và chương trình hoạt động thân nó Trong hệ điều khiển CNC các chương trình gia công có thể ghi nhớ lại Chương trình có thể nạp vào nhớ toàn lúc lệnh tay từ bàn điều khiển Các lệnh điều khiển không viết cho chuyển động riêng lẻ mà còn cho nhiều chuyển động cùng lúc Điều này cho phép giảm số câu lệnh chương trìnhvà có thể nâng cao độ tin cậy làm việc máy Hệ điều khiển CNC có kích thước nhỏ gọn hệ điều khiển NC lại có đặc điểm mà các hệ điều khiển trước đó không có có khả hiệu chỉnh sai số cố định máy nguyên nhân gây sai số gia công 3.2.3 Hệ điều khiển DNC (Direct Numerical Control) Đặc điểm hệ điều khiển này là nhiều máy công cụ CNC nối với máy tính trung tâm qua đường dẫn liệu Mỗi máy công cụ có hệ điều khiển CNC mà tính toán nó có nhiệm vụ chọn lọc và phân phối các thông tin hay nói cách khác thì tính toán là cầu nối máy công cụ và máy tính trung tâm - Máy tính trung tâm có thể nhận thông tin từ các điều khiển CNC để hiệu chỉnh chương trình để đọc các liệu từ máy công cụ CNc cung cấp - Trong số trường hợp máy tính trung tâm đóng vai trò chủ đạo việc lựa chọn chi tiết gia công theo thứ tự ưu tiên để phân chia đia các máy khác - Hệ DNC có ngân hàng liệu trung tâm cho biết các thông tin chương trình gia công chi tiết trên tất các máy công cụ Có khả truyền liệu nhanh và có khả ghép nối vào hệ thống sản xuất - linh hoạt FMS CNC Máy tính Trung tâm Máy công cụ CNC CNC CNC Lý Ngọc Quyết 59 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Hình 1.3 – Nguyên lý hoạt động hệ điều khiển DNC 3.2.4 Điều khiển thích nghi Sử dụng hệ điều khiển thích nghi là phương pháp hoàn thiện máy công cụ CNC Các máy CNC thông thường chu kỳ gia công là cố định đã xác định phần tử mang chương trình, lần gia công chi tiết khác chu kỳ gia công lại lặp lại cũ không có thay đổi nào Chương trình điều khiển không có hiệu chỉnh các yếu tố công nghệ thay đổi dẫn đến sai số gia công vượt khỏi phạm vi cho phép ví dụ như: Lượng dư thay đổi làm thay đổi biến dạng đàn hồi hệ thống công nghệ, dao cùn làm tăng lực cắt, công suất cắt…; Với trường hợp ta phải tiến hành điều chỉnh tham số công nghệ giảm bước tiến, thêm số lát cắt… nghĩa là đã giảm suất gia công Hệ thống điều khiển thích nghi là hệ thống đã tính đến tác động bên ngoài hệ thống công nghệ để hiệu chỉnh chu kỳ gia công nhằm loại bỏ ảnh hưởng các yếu tố đó tới độ chính xác gia công Trong hệ thống điều khiển thích nghi có thể ổn định công suất cắt, mô men cắt hay nhiệt cắt… nhiên hệ thống điều khiển thích nghi hay dùng để ổn định kích thước gia công đây cấu kiểm tra tích cực luôn luôn xác định kích thước gia công và tác động đến cấu điều khiển để ổn định kích thước gia công Dao gia công chi tiết 1, các yếu tố công nghệ không ổn định có thể gây thay đổi lực cắt Py, thay đổi này Datric ghi lại, tín hiệu Datric qua biến đổi tác động đến cấu chạy dao 5-7 và làm ổn định lực cắt Py Nếu lực cắt tăng thì bước tiến giảm và ngược lại lực cắt giảm thì tăng bước tiến ổn định lực cắt có nghĩa là giảm dao động kích thước gia công Hình 1.4- Sơ đồ điều khiển thích nghi Chi tiết; Dartric; Bộ biến đổi; 5,6,7 Cơ cấu chạy dao 3.3 Các dạng Điều khiển số Lý Ngọc Quyết 60 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC a Điều khiển điểm - điểm Điều khiển điểm - điểm hay còn gọi là điều khiển theo vị trí dùng để gia công các lỗ các phương pháp khoan, khoét, doa tarô ren trường hợp này thông thường chi tiết gá trên bàn máy, dụng cụ cắt thực chuyển động chạy dao nhanh đến các vị trí đã lập trình và tiến hành gia công Vị trí các lỗ có thể điều khiển đồng thời theo hai trục có Hình 2.5 Điều khiển điểm - điểm thể điều khiển Trong trường hợp điều khiển đồng thời trục thì quỹ đạo chuyển động dụng cụ tạo thành góc α so với trục nào đó Trong trường hợp điều khiển thì trước hết doa chuyển động song song với trục trước sau đó chạy nốt theo trục còn lại để đến đích Như chuyển động này hoàn toàn độc lập Hình 2.6- Các dạng chạy dao điều khiển Điểm - Điểm a Điều khiển đồng thời; b điều khiển b Điều khiển đường thẳng Điều khiển đường thẳng là dạng điều khiển mà gia công dụng cụ cắt chuyển động song song vuông góc với trục nào đó Trên máy tiện thường là song song vuông góc với trục Z Trên máy phay thường là trục Y trục X Trong quá trình chuyển động theo các trục chúng thực độc lập không bị ràng buộc với các trục khác Dạng điều khiển này thường dùng cho các máy phay và tiện đơn giản Hình 2.7 Điều khiển đường thẳng Lý Ngọc Quyết 61 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC c Điều khiển biên dạng Điều khiển theo biên dạng cho phép thực chạy dao trên nhiều trục cùng lúc Tuỳ theo số trục điều khiển đồng thời gia công mà người ta phân biệt: - Điều khiển contour 2D Với điều khiển 2D hai trục có thể điều khiển đồng thời Do các dịch chuyển dụng cụ có thể thực theo đường thẳng và dạng tròn trên cùng mặt phẳng Ví dụ máy phay CNC có trục, điều khiển 2D có nghĩa là, Hình 2.8 - Điều khiển theo contour a trên máy tiện b trên các biên dạng có thể phay với hai trục, còn trục thứ ba phải tiến dao đặc biệt độc lập với hai trục - Điều khiển contour 2,5D - Điều khiển contour 3D - Điều khiển contour 4D,5D - Ví dụ điều khiển 4D, 5D - Nội suy Parabol Một đường cong không P4 gian tạo điểm Điểm P2 là trung điểm P4 và P5; P5 là trung điểm P1 và P3 Điểm P1 biết từ khối liệu trước Điểm P2 và P3 đưa vào cùng với hai khối liệu Việc chuyển tiếp hai parabol liên L1 tục phối hợp tốt biết rõ tiếp tuyến chúng P3 Nội suy Parabol thực để gia công trên máy có khả nội suy đồng thời từ trục trở lên P1 Ngoài có thể sử dụng dạng nội suy ghép nối Việc ghép nối các đường cong theo định nghĩa toán học có thể lắp ghép với để nội suy đường cong phức tạp Lý Ngọc Quyết 62 P2 L2 P3 P5 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Chương 4: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ, CHỦNG LOẠI VÀ ĐẶC TÍNH CÔNG NGHỆ CỦA CHI TIẾT GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC 4.1 Đặc điểm quy trình công nghệ gia công trên máy CNC Quy trình công nghệ gia công trên máy CNC khác với quy trình công nghệ truyền thống mức cụ thể hoá cao và đặc điểm việc cung cấp thông tin Về mặt cấu trúc công nghệ thì quy trình công nghệ chia thành các bước, các nguyên công Nhưng các bước đây phải chia các lớp cắt và lớp cắt thực sau quỹ đạo dịch chuyển dụng cụ cắt Thành phần đơn giản quy trình công nghệ này là các dịch chuyển đơn giản và các điều khiển công nghệ điều khiển máy cung cấp, các dịch chuyển đơn giản đó là các cung tròn, đoạn thẳng Các lệnh điều khiển công nghệ thực các cấu chấp hành máy để đảm bảo các điều kiện cần thiết cho các dịch chuyển đơn giản Như các dịch chuyển đơn giản và các lệnh điều khiển công nghệ tạo thành chương trình điều khiển 4.2 Các giai đoạn thiết kế QTCN gia công trên máy CNC 4.2.1 Lập tiến trình công nghệ Giai đoạn này thì tài liệu ban đầu là vẽ thiết kế chi tiết và vẽ phôi Những nhiệm vụ giai đoạn này là: - Xác định khả gia công chi tiết trên máy CNC theo kết cấu công nghệ và - - điều kiện sản xuất Nghiên cứu phôi, tiến trình công nghệ, làm quen với các dụng cụ cắt, đồ gá và cấu trúc các nguyên công Nghiên cứu tính công nghệ chi tiết và tiêu chuẩn hoá các thông số chuẩn kích thước, bán kính Nếu cần thì có thể hiệu chỉnh lại vẽ phôi, vẽ chi tiết Xác định trạng thái công nghệ chi tiết yêu cầu các mặt chuẩn, lượng dư và các kích thước chính Lập tiến trình gia công chi tiết (phân các bề mặt theo loại để chọn máy gia công - Xác định phương pháp gá đặt và chọn đồ gá cần thiết - Xác định dụng cụ cắt và chọn dụng cụ cắt theo đúng loại theo yêu cầu 4.2.2 Thiết kế nguyên công Những nhiệm vụ giai đoạn này là: - Xác định nội dung nguyên công, chia nguyên công các bước và các vị trí, cụ thể hoá phương pháp kẹp chặt chi tiết Lý Ngọc Quyết 63 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN - ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Chia các lớp cắt, chọn dụng cụ cắt, chuẩn bị phương pháp điều chỉnh máy và điều chỉnh dao 4.2.3 Lập trình gia công Những nhiệm vụ giai đoạn này là: - Tính toán các quỹ đạo chuyển động dao sau xác định toạ độ các điểm - Lập trình và ghi vào nhớ điều khiển máy Kiểm tra chương trình, sửa lỗi chương trình, chạy thử (dryrun), mô đồ hoạ và gia công thử 4.3 Chọn chủng loại chi tiết gia công trên máy CNC Khi nghiên cứu chủng loại chi tiết người ta muốn đề cập tới tính không đổi chúng Các chi tiết máy có thể chia làm các loại sau: - Chi tiết tròn xoay - - Chi tiết hình lăng trụ Chi tiết phẳng Chi tiết định hình phức tạp Các chi tiết trên chiếm khoảng 92% tổng số các chi tiết sản xuất Mỗi chi tiết đặc trưng hai yếu tố Nhóm yếu tố kỹ thuật vật liệu và các kích thước hình học Nhóm yếu tố kinh tế – tổ chức sản lượng hàng năm, số lượng chi tiết loạt, giá thành chế tạo Các chi tiết gia công trên máy CNC có hiệu kinh tế xác định trên sở nghiên cứu yêu cầu kỹ thuật và giới hạn phụ thuộc vào điều kiện sản xuất cụ thể chi tiết Tiêu chuẩn để đánh giá lựa chọn chủng loại chi tiết gia công trên máy CNC dùng nhiều là tiêu kinh tế, các chi phí chế tạo chi tiết Thực tiễn cho thấy rằng, chi tiết gia công trên máy CNC mang lại hiệu cao là chi tiết phức tạp có nhiều bề mặt cong, nhiều đường thẳng và nhiều mặt phẳng không song song với các trục máy Như cần nhớ trên máy CNC nên gia công loại chi tiết có nguồn gốc và yếu tố kinh tế cho bảng sau N0 Nguồn gốc Không phải lấy dấu, giảm công việc sửa nguội, khả đứng nhiều máy Lý Ngọc Quyết Yếu tố kinh tế Chỉ tiêu Tăng suất và Giảm thời gian giảm giá thành sản phẩm 64 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Giảm chiều dài quỹ đạo Tăng suất và chuyển động dao, tối Giảm thời gian máy ưu hoá chế độ cắt, tập trung nguyên công giảm giá thành sản phẩm Giảm thời gian kiểm tra Giảm thời gian phụ Tăng suất và giảm giá thành sản phẩm Nâng cao đọ chính xác và độ bóng bề mặt trên mặt cong chi tiết Giảm khối lượng lắp ráp Tăng suất, giảm giá thành và nâng cao chất lượng sản phẩm Giảm số lượng máy sử dụng Giảm chi phí chờ sửa chữa và sử dụng máy, giảm diện tích sử dụng, giảm giá thành sản phẩm giảm chi phí điện nước Giảm bậc thợ công nhân Giảm chi phí tiền lương trên đơn vị sản phẩm Giảm giá thành sản phẩm 4.4 Yêu cầu tính công nghệ chi tiết Các chi tiết gia công trên máy CNC phải đảm bảo các yêu cầu tính công nghệ như: Tiêu chuẩn hoá các kích thước mặt trong, mặt ngoài các kích thước khác chi tiết Đồng thời hình dáng chi tiết phải đảm bảo cho việc ăn dao và thoát dao dễ dàng, ngoài chi tiết còn phải đảm bảo cho việc định vị an toàn và thuận lợi Những yêu cầu trên đây nhằm mục đích giảm chủng loại dụng cụ cắt, tăng khả sử dụng các dụng cụ có suất cao và tạo khả có thể thay các dụng cụ chuyên dùng các dụng cụ tiêu chuẩn, giảm số lần gá đặt chi tiết, giảm số lượng và giảm giá thành đồ gá, tăng độ chính xác gá đặt, nâng cao độ chính xác gia công và suất lao động, giảm mức độ cong vênh chi tiết gia công giảm chi phí cho tính toán lập trình gia công Các chi tiết gia công trên máy phay CNC phải đảm bảo vị trí chính xác so với các trục toạ độ máy Vì phân tích tính công nghệ chi tiết phải chú ý đến bề mặt chuẩn nó Nếu trên chi tiết không có các bề mặt lỗ để làm chuẩn thì ta phải tạo các lỗ phụ để làm chuẩn và khoảng cách hai lỗ phụ phải xa có thể Đường kính các lỗ chuẩn phụ thuộc vào khoảng cách các lỗ và xác định sau: Kích thước chi tiết (mm): Đường kính lỗ (mm): Lý Ngọc Quyết <100 <200 <1000 <2000 >2000 10 16 20 65 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Trong trường hợp không thể gia công lỗ phụ trên chi tiết ta có thể phải tạo thêm các kết cấu phụ để tạo các lỗ chuẩn trên đó quá trình gia công sau kết thúc quá trình gia công ta cắt bỏ phần kết cấu phụ Khi phân tích độ nhám bề mặt bề mặt đưpợc gia công dao phay ngón còn để lại dấu vết phay có chiều cao nhỏ 0,05mm Thực tế cho thấy bề mặt phay có tính chất sử dụng tốt bề mặt mài vì bề mặt sau phay để tạo các hố tập trung ứng suất ít nguy hiểm sau mài Vì lập quy trình công nghệ trên máy phay không cần có thêm nguyên công mài sau phay Đối với các vẽ chi tiết gia công trên máy CNC ngoài yêu cầu chung còn phải tuân thủ theo các nguyên tắc sau đây để thuận lợi cho việc lập trình - Tất các kích thước phải thể hệ toạ độ đề các và phải xuất phát - từ các mặt chuẩn thiết kế Nên ghi các kích thước xuất phát từ đường tâm chi tiết tới tâm các vòng tròn không ảnh hưởng tới khối lượng tính toán - Cố gắng ghi kích thước chi tiết theo hình chiếu (trên trục), còn chuỗi kích thước nên có dung sai cân (±) để tạo điều kiện thuận lợi cho lập - trình Tất các hình biểu diễn phải thể cùng tỷ lệ (kể phần cắt trích) - Trên vẽ chi tiết nên ghi rõ dòng chữ gia công chi tiết trên máy CNC Lý Ngọc Quyết 66 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Chương 5: PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN NGUYÊN CÔNG TRÊN MÁY CNC 5.1 Phân loại nguyên công trên máy công cụ CNC Các nguyên công cắt gọt trên máy CNC có thể phân dạng sau đây: - Dạng A: Gia công các loạt chi tiết nhỏ không lặp lại Loạt nhỏ chi tiết là loạt có tổng thời gian cắt và thời gian ăn dao, thoát dao tất dụng cụ ti nhân với hệ số thời gian cắt λ nhỏ tổng tuổi bền kinh tế tất các dụng cụ Ti Định nghĩa trên mô tả công thức sau đây: ∑ t λ.q ≤ ∑ T q i i Trong đó: λ = Hệ số thời gian cắt (phút) ti = Thời gian cắt dao thứ i q = Số lượng dụng cụ cắt Ti = Tuổi bền dụng cụ cắt thứ i - Dạng B: Gia công các loạt chi tiết nhỏ có lặp lại Định nghĩa và cách thức tính toán tương tự trên Nhưng năm sản xuất có tính đến lặp lại loạt sản phẩm số lần lặp lại - Dạng C: Gia công các loạt vừa và lớn chi tiết không lặp lại Loạt vừa là loạt có tổng thời gian gia công ∑ t λ.q ≥ ∑ T q i i Loạt lớn là loạt có tổng thời gian gia công ∑ t λ.q f ∑ T (q + q ) i i Trong công thức trên q0 là số lượng dụng cụ lắp thêm - Dạng D: Gia công các loạt vừa và lớn chi tiết có lặp lại Việc phân chia các dạng loạt chi tiết trên đây cho phép xác định thứ tự và nội dung công việc các nguyên công Thực tế cho thấy gia công loạt lớn có lặp lại trên máy CNC thì hiệu kinh tế mang lại cao so với trường hợp gia công loạt nhỏ không lặp lại 3.2 Gia công lỗ trên máy CNC Khối lượng gia công lỗ chiếm tỷ trọng tương đối lớn, khoảng trên 40% khối lượng gia công chi tiết vì chọn phương pháp gia công lỗ hợp lý có ý nghĩa quan trọng sản xuất a Phân loại lỗ Lý Ngọc Quyết 67 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Ta có thể chia lỗ làm hai loại chính: Lỗ thông suốt và lỗ tịt (kín) Các loại lỗ trên còn có thể phân theo hình dạng lỗ lỗ trụ, lỗ côn, lỗ có ren, lỗ bậc, lỗ định hình b Các bước điển hình gia công lỗ - Khoan định tâm: Thường sử dụng các mũi khoan chuyên dùng; Bước gia công này thường sử dụng trên máy phay trên máy tiện - Gia công thô lỗ: Có thể gia công nhiều bước mũi khoan, khoét, dao ba hay dao phay Gia công mặt đầu lỗ: Dùng dao khoét mặt đầu, dao phay, dao ba - Gia công ren lỗ: Dùng ta rô ren dao phay ren Gia công bán tinh lỗ: Dùng dao khoét dao ba - Gia công tinh lỗ: Dùng dao doa các loại c Thứ tự gia công lỗ Thứ tự gia công lỗ trên máy CNC thực theo hai phương pháp sau đây: - Phương án gia công song song: Theo phương pháp này thì dao gia công tất các lỗ sau đó thay dao khác và quá trình gia công lại lặp lại - Phương án gia công nối tiếp: Theo phương án này thì tất các dao gia công xong lỗ thứ sau đó đổi vị trí gia công lỗ thứ hai Việc chọn phương án gia công nào phụ thuộc nhiều vào thời gian dịch chuyển không cắt dụng cụ Tuy nhiên có trường hợp ngoại lệ cần đảm bảo dung sai khoảng cách tâm < 0,2mm thì các bước gia công thô nên thực theo phương án gia công song song còn các bước gia công tinh nên thực theo phương án nối tiếp Thời gian dịch chuyển không cắt dụng cụ Tkc xác định theo công thức sau: Tkc = tΣ + θ Σ Trong đó: tΣ = Thời gian thay các dao θΣ = Thời gian dịch chuyển xác định các vị trí khác dao - Với phương án gia công song song: Mỗi dao thay lần vì thời gian để thay dao tính theo công thức: tΣ = m.t và thời gian dịch chuyển các dao θΣ = m.θ (t = thời gian thay dao; θ = thời gian dịch chuyển dao qua tất các lỗ; m = số lượng dao) Tổng thời gian dịch chuyển không cắt dụng cụ theo phương án song song tính theo công thức sau: Tkcss = m(t + θ) (phút) - Với phương án gia công nối tiếp: Với phương án này dao phải thay đổi số lỗ (n), nghĩa là: Lý Ngọc Quyết 68 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC tΣ = n.m.t còn thời gian dịch chuyển các dao qua các lỗ θΣ = θ vì quá trình dịch chuyển thực lần Tổng thời gian dịch chuyển không cắt dụng cụ theo phương án nối tiếp tính theo công thức sau: Tkcnt = n.m.t + θ (phút) Để chọn phương án gia công song song hay nối tiếp ta dùng hệ số K T 1+ f θ K = kcss = đây: f = Tkcnt n+ f m t Nếu: K >

PP gia công nối tiếp có lợi K < 1

PP gia công song song có lợi 3.3 Nguyên công tiện Đối với nguyên công tiện thì chi tiết quay tròn cho nên các tính toán hình học thực mặt phẳng qua tâm chi tiết Trong hệ tọa độ chi tiết thì trục Z là trục chi tiết, trục X nằm mặt đầu nào đó chi tiết Thông thường người ta đặt mặt đầu ngoài cùng bên tiết; Việc này có ý nghĩa quan trọng lập trình gia công sai sót người lập trình quên dấu địa Z Contour chi tiết và phôi - Contour chi tiết: Các bề mặt gia công chi tiết trên máy CNC chia ra: + Các mặt phẳng vuông góc với trục chi tiết + Các mặt trụ có cùng trục với chi tiết + Các mặt côn + Các mặt cầu + Các mặt xoay theo đường cong và mặt ren Đường sinh các bề mặt trên là các đoạn thẳng, cung tròn và các đường cong hình thành theo tọa độ các điểm Vì contour chi tiết hình thành từ các yếu tố hình học đã kể trên Theo quan điểm công nghệ thì các yếu tố hình học này tương ứng với nó là các bề mặt chia thành các bề mặt chính và bề mặt phụ Bề mặt chính là bề mặt có thể gia công dao tiện có ϕ = 950 và có ϕ1 = 300 Bề mặt phụ là các bề mặt không thể gia công các dụng cụ trên; ví dụ các bề mặt rãnh trên lưng trụ hay rãnh trên mặt đầu, các mặt ren Lý Ngọc Quyết 69 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC - Ví dụ contour chi tiết 1 2 2 Contou r chi tiết 1 Contour chi tiết: = Bề mặt chính; = Bề mặt phụ - Contour phôi Phôi chi tiết gia công trên máy CNC có kích thước trung bình điều kiện sản xuất nhỏ và vừa thông thường chọn là phôi thép cán Khi đường kính phôi < 50 mm thường chọn phôi cho số chi tiết trên đoạn phôi dài Khi đường kính phôi > 50 mm thì chọn phôi cho chi tiết Khi sử dụng phôi đúc, phôi rèn, phôi đã qua gia công thô, thì biên dạng phôi gần giống với biên dạng chi tiết và phôi hình thành từ các đoạn thẳng, cung tròn Ví dụ khai báo phôi đã qua gia công đầu với MTS – Top Turn ( PART (GEOMETRY X+028.000 Z+0053.766 ( G01 X+031.531 Z+0052.000 ( G01 X+036.000 Z+0052.000 ( G01 X+040.000 Z+0054.000 ( G01 X+040.000 Z+0082.000 ( G01 X+037.307 Z+0084.332 ( G03 X+037.200 Z+0084.532 I+000.346 K+000.200 ( G01 X+037.200 Z+0090.680 ( G03 X+039.840 Z+0092.000 I+001.320 K-000.000 Lý Ngọc Quyết 70 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( G01 G01 G03 G01 G02 G01 G03 G01 G01 G01 G01 G01 G01 G01 G01 G03 G01 M30 ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC X+045.000 X+049.953 X+050.752 X+054.000 X+060.000 X+060.000 X+066.000 X+071.000 X+080.000 X+080.000 X+000.000 X+000.000 X+004.000 X+017.314 X+027.200 X+028.000 X+028.000 Z+0092.000 Z+0131.625 Z+0132.000 Z+0132.000 Z+0135.000 Z+0149.000 Z+0152.000 Z+0152.000 Z+0156.500 Z+0234.500 Z+0234.500 Z+0142.000 Z+0142.000 Z+0138.000 Z+0138.000 Z+0137.600 Z+0053.766 I+000.399 K-000.025 I+000.000 K+003.000 I+003.000 K-000.000 I+000.000 K-000.400 Lượng dư gia công Có hai phương pháp xác định lượng dư gia công: Phương pháp thống kê kinh nghiệm và phương pháp tính toán phân tích để xác định cho các bề mặt gia công chính Một số bề mặt phụ lượng dư xác định các nguyên công trước để lại, ví dụ lượng dư rãnh thoát dao theo DIN 509 DIN76 Vùng gia công Mỗi vùng gia công tiện tương ứng với bước công nghệ và phụ thuộc vào contour thô tinh chi tiết và khả công nghệ dụng cụ cắt thực bước công nghệ đó (Khả công nghệ dao xác định góc ϕ và ϕ1) Vùng gia công chia làm loại: Lý Ngọc Quyết 71 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN - Vùng gia công hở - Vùng gia công nửa hở Vùng gia công kín ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC - Vùng gia công tổ hợp * Vùng gia công hở Là vùng gia công tiện lượng dư trên mặt trụ mặt côn Với vùng gia công này dao không bị hạn chế góc ϕ và ϕ1 * Vùng gia công nửa hở Là vùng gia công có ảnh hưởng đến góc chính ϕ dao * Vùng gia công kín Là vùng gia công thường gặp gia công các bề mặt phụ các rãnh và dao cắt bị hạn chế góc ϕ và ϕ1 * Vùng gia công tổ hợp Vùng gia công tổ hợp là vùng gia công kết hợp hai ba vùng gia công nói trên Các bước tiện thô bề mặt chính - Sơ đồ các bước tiện thô • Sơ đồ đường vòng (h.a) có đặc điểm là sau bước cắt dao lùi khỏi bề mặt gia công 0,5mm và trở vị trí ban đầu Sơ đồ gia công này thường gặp tiện các vùng gia công hở và nửa hở • Sơ đồ Ziczag (h.b) có đặc điểm là dao thực việc cắt gọt lúc và lúc Sơ đồ này có thể gặp tất các vùng gia công • Sơ đồ ăn dao hướng kính (h.c), theo sơ đồ này thì lương dư hớt theo phương hướng kính Sơ đồ này chủ yếu sử dụng gia công các vùng gia công kín (1-3 vùng gia công hở, 4-6 vùng gia công nửa hở, 7-9 vùng gia công kín) Lý Ngọc Quyết 72 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Xác định vùng lượng dư Khi gia công thô lượng dư chia thành các vùng để thực các bước cắt Sự phân chia này phụ thuộc vào đặc tính các vùng gia công Trong ví dụ sau thì các vùng gia công khác cho ta phân chia vùng lượng dư khác Hình a ta có vùng lượng dư tương ứng với bề mặt gia công chính - Các sơ đồ hớt lượng dư gia công Khi biên dạng chi tiết bao gồm các bề mặt gia công khác Để xác định số bước gia công thô người ta chia vùng lượng dư thành các lớp theo các thứ tự sau: xác định lượng dư cho mặt trụ Xác định số bước gia công thô nhỏ theo mặt trụ cách chia các chiều sâu cắt thành phần thành chiều sâu cắt giới hạn và làm tròn số tới số nguyên lớn Giá trị giới hạn phụ thuộc vào độ bền dụng cụ, độ bền cấu chạy dao, mô men xoắn lớn Lý Ngọc Quyết 73 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Xác định chiều sâu cắt cho bước với giả sử lượng dư chia theo số bước Chiều sâu cắt lớn chọn cho phù hợp với bề mặt có lượng dư trung bình Từ lượng dư xác định trên ta rễ dàng xác định các đường nằm ngang để xác định chiều sâu cắt cho các bước Để hớt lượng dư người ta có thể áp dụng phương pháp sau đây: - Cắt đoạn (Phân bậc) - Cắt theo lớp (Phân tầng) - Cắt phối hợp Các bước tiện bề mặt phụ Để tiện các bề mặt phụ người ta có thể sử dụng các sơ đồ cắt dao hay nhiều dao Việc phân chia lượng dư hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc bề mặt và cấu trúc dao mà người ta có thể chia thành các vùng lượng dư khác Các sơ đồ cắt thể các hình vẽ bảng sau: Lý Ngọc Quyết 74 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN Lý Ngọc Quyết ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC 75 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Chọn chế độ cắt tiện Chọn chế độ cắt tiện trên máy CNC tương tự trên máy vạn Tuổi bền kinh tế dao thông thường chọn từ 15 đến 25 phút Nghĩa là nhỏ nhiều so với máy vạn Điều này cho phép tăng chế độ cắt, tăng suất Tuy nhiên tăng suất có xác xuất gẫy dao tăng gia công các chi tiết có va đập có nguy gẫy dao cao thì không tăng suất 5.4 Nguyên công phay - Vùng gia công Vùng gia công phay chia thành: + Vùng gia công hở Đối với vùng này dao không bị hạn chế chuyển động dọc trục mặt phẳng vuông góc với trục Lý Ngọc Quyết 76 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC + Vùng gia công nửa hở Đối với vùng này dao bị hạn chế chuyển động dọc trục mặt phẳng vuông góc với trục + Vùng gia công kín Đối với vùng này dao bị hạn chế chuyển động theo tất các phương + Vùng gia công tổ hợp Vùng này hình thành từ vùng trên - a,b,c – Vùng gia công hở; d – Vùng gia công nửa hở; đ - Vùng gia công kín; e – Vùng gia công tổ hợp Lượng dư phay Lượng dư phay xác định theo các bảng lượng dư xác định theo phương pháp tính toán - Sơ đồ các bước phay + Quỹ đạo dao có thể áp dụng các phương pháp chuyển động sau: a Chuyển động Ziczắc dao Lý Ngọc Quyết 77 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC b Quỹ đạo chuyển động theo kiểu lò so c Quỹ đạo ăn dao theo kiểu lược Sơ đồ các bước phay + Phương pháp ăn dao vào chi tiết Tuỳ theo hoàn cảnh cụ thể mà người ta có thể vào dao theo các cách như: Tiếp cận vào contour theo đoạn thẳng cung tròn, có thể sử dụng các lỗ khoan sẵn để tiếp cận contour - Chọn chế độ cắt phay Chế độ cắt phay trên máy CNC tiến hành tương tự trên các máy vạn 3.5 Gia công chi tiết trên các trung tâm gia công Lý Ngọc Quyết 78 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CNC Trong thực tế thường gặp các chi tiết có dạng hình hộp Số lượng bề mặt cần gia công là lớn Trên bề mặt thường phải gia công các hệ lỗ; các hệ rãnh quy trình công nghệ đòi hỏi phải sử dụng nhiều loại máy khác để gia công Trong trường hợp này gây lãng phí thời gian gá lắp và vận chuyển chi tiết từ máy này sang máy khác Trung tâm gia công cho phép thực nhiều nguyên công khác khoan, khoét, doa, phay, gia công ren, tiện Khi gia công trên trung tâm gia công có thể sử dụng các phương án gia công sau: - Gia công hoàn chỉnh chi tiết phía nào đó sau đó chuyển qua các phía khác chi tiết Gia công thô tất các phía sau đó gia công tinh - Gia công thô tất các hệ mặt phẳng sau đó gia công các hệ lỗ Lý Ngọc Quyết 79