Thiết kế máy phay CNC 2D

Thiết kế máy phay CNC 2D

Đà Nẵng – 2009

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚCKHOA CƠ KHÍ

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

2 Các số liệu ban đầu

Căn cứ theo số liệu của máy chuẩn máy phay điều khiển số PC MILL 155 để tínhtoán thiết kế máy phay CNC 2D và thiết kế chế tạo mô hình để mô phỏng quá trìnhhoạt động của nó.

3 Nội dung tính toán thiết kế của thiết minh

- Phần 1: Các vấn đề chung về máy CNC và đặc điểm kinh tế kỹ thuật- Phần 2: Thiết kế phần truyền động của máy phay

- Phần 3: Thiết kế hệ thống dẫn động tang dao- Phần 4: Cơ cấu gá kẹp phôi

- Phần 5: Sử dụng, bảo quản và vận hành máy- Phần 6: Lập trình gia công

4 Các bản vẽ thiết kế

5 Mô hình máy phay CNC 2D

7 Ngày giao nhiệm vụ: : / 2009

8 Ngày hoàn thành nhiệm vụ : / 2009

Thông qua bộ môn Cán bộ hướng dẫnNgày tháng năm 2009 Ngày tháng năm 2009

Tổ trưởng bộ môn Sinh viên đã hoàn thành và Chủ tịch hội đồng nộp toàn bộ đồ án cho bộ môn

Ngày tháng năm 2009 Ngày tháng năm 2009

LỜI NÓI ĐẦU

Trong một thời gian khá dài, ngành cơ khí đã tập trung nghiên cứu để giảiquyết vấn đề tự động hóa ở các xí nghiệp có quy mô sản xuất lớn (hàng loạt và hàngkhối) Nhưng trong thực tế, các xí nghiệp máy có quy mô sản xuất hàng loạt vừa vàhàng loạt nhỏ lại là phổ biến ở Việt Nam Do đó, đòi hỏi các xí nghiệp này phảinâng cao về hiệu quả sản xuất năng suất lao động; đều này đã dẫn tới vấn đề nghiêncứu triển khai kỹ thuật tự động có tính linh hoạt cao trong các dây chuyền sản xuất

Máy công cụ - trung tâm gia công điều khiển bằng chương trình số và kỹ thuậtvi xử lý CNC - đã được sử dụng trong sản xuất hàng loạt vừa và hàng loạt nhỏ đãtạo điều kiện linh hoạt hoá và tự động hoá dây chuyền gia công Đồng thời làm thayđổi phương pháp và nội dung chuẩn bị cho sản xuất.

Trong những năm gần đây các máy NC và CNC đã được nhập vào Việt Namvà hiện nay đang hoạt động trong một số nhà máy, viện nghiên cứu và các công tyliên doanh Cũng chính vì thế nên việc nghiên cứu, chế tạo máy CNC đã được nhiềunhà kỹ thuật, kỹ sư Việt Nam đang theo đuổi

Để tổng kết lại những kiến thức đã học cũng như để làm quen với công việcthiết kế của người cán bộ kỹ thuật trong ngành cơ khí sau này Em đã được nhận đề

tài "Thiết kế máy phay CNC 2D“ dựa trên máy chuẩn PC MILL155 Vì lần đầu

làm quen với công việc thiết kế tổng thể, mặc dù được sự hướng dẫn của thầy

Nguyễn Đắc Lực nhưng cũng không tránh khỏi những bỡ ngỡ Hơn nữa, tài liệu

phục vụ cho công việc thiết kế còn quá ít, thời gian thực hiện đề tài không nhiều,khả năng còn hạn chế nên chắc trong quá trình thiết kế sẽ không tránh khỏi nhữngthiếu sót Nên rất mong được sự giúp đỡ và chỉ bảo của các thầy cô.

Sau thời gian 3 tháng làm đề tài tốt nghiệp bằng chính nổ lực của bản thân vàđược sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Đắc Lực, các thầy cô giáo và sự giúp đỡ củacác bạn sinh viên khác trong khoa em đã hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp nàyđúng thời gian qui định Một lần nữa cho phép em gởi đến quí thầy cô cùng các bạnlòng biết ơn sâu nhất.

Đà Nẵng, ngày 20 tháng 5 năm 2003Sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

Phần 1 CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ MÁY CNC 5

ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - KỸ THUẬT 5

Chương 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY CNC 5

1 Khái niệm cơ bản về điều khiển và điều khiển số 5

1.1 Khái niệm 5

1.2 Phân loại hệ thống điều khiển trên máy công cụ 5

1.3 Điều khiển theo kiểu truyền thống 6

1.4 Điều khiển số 6

2 Quá trình phát triển của máy CNC 8

2.1 Quá trình phát triển 8

2.2 Thực trạng ứng dụng máy CNC tại Việt Nam 11

2.3 Sự giống và khác nhau giữa máy phay truyền thống và máy phay CNC 12

3 Các hệ điều khiển số và các dạng điều khiển số 14

3.1 Các hệ điều khiển số 14

3.2 Các dạng điều khiển của máy 16

4 Hệ tọa độ trên máy CNC và các điểm chuẩn 18

4.1 Hệ tọa độ trên máy CNC 18

4.2 Hệ tọa độ của các loại máy phay 19

4.3 Các điểm gốc và điểm chuẩn 19

5 Những khái niệm cơ bản về lập trình gia công trên máy CNC 21

5.1 Quĩ đạo gia công 21

5.2 Cách ghi kích thước chi tiết 21

5.3 Lập trình cho máy công cụ CNC 22

5.4 Các phương pháp lập trình cho hệ điều khiển 25

5.5 Chương trình con và chương trình chính 27

6 Quy trình công nghệ, chủng loại và tính công nghệ của chi tiết 27

6.1 Đặc điểm của qui trình công nghệ gia công trên máy CNC 27

6.2 Chọn chủng loại chi tiết gia công trên máy CNC 28

6.3 Yêu cầu đối với công nghệ của chi tiết 29

7 Phương pháp thực hiện nguyên công trên máy CNC 29

7.1 Phân loại nguyên công trên các máy CNC 29

7.2 Các nguyên công phay 30

Chương 2 CƠ SỞ TỰ ĐỘNG CỦA MÁY CNC 35

1 Hệ thống đo chuyển vị trên máy công cụ CNC 35

1.1 Hệ thống đo theo kiểu quang học 35

1.2 Hệ thống đo chuyển vị theo số đo tuyệt đối 36

1.3 Nguyên tắc cảm ứng 36

2 Hệ thống tự động điều chỉnh vị trí 37

2.1 Điều khiển vị trí bằng thước mã hoặc bộ mã góc 37

2.2 Điều khiển vị trí bằng số với hệ thống đo dịch chuyển bằng gia số 38

2.3 Điều khiển vị trí bằng số nhờ hệ thống đo dịch chuyển tương tự có tính chất chu kỳ 38

3 Bộ so sánh 39

3.1 Bộ so sánh kiểu gia số 39

3.2 Bộ so sánh kiểu tuyệt đối 39

4 Đo trên máy CNC 39

4.1 Đo chi tiết máy trên máy CNC 39

4.2 Đo dao trên máy CNC 40

Chương 3 CÁC ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - KỸ THUẬT 41

Phần 2 THIẾT KẾ PHẦN TRUYỀN ĐỘNG CỦA MÁY PHAY 43

Chương 1 THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH VÀ SƠ LƯỢC MÁY CHUẨN PC MILL-155 43

1 Thông số kỹ thuật chính của máy PC MILL- 155 43

1.1 Vùng làm việc (Working area) 43

1.2 Bàn máy (Milling table) 43

1.3 Hộp tốc độ (Milling spindle drive) 43

1.4 Hộp chạy dao (Feed drive) 43

1.5 Hệ thống dao cụ (Tool System) 44

2 Sơ lược máy chuẩn 44

Chương 2 HIẾT KẾ ĐỘNG HỌC CỦA MÁY 45

1 Vận tốc cắt và lượng chạy dao giới hạn 45

2 Thiết kế đường truyền tốc độ 47

2.1 Chọn động cơ và bộ biến tầng 47

2.2 Thiết kế động học bộ truyền đai 48

3 Thiết kế đường truyền chạy dao 48

3.1 Vài nét về truyền động bước 48

3.2 Đặc điểm và yêu cầu kỹ thuật của đường truyền chạy dao 49

3.3 Tính toán thiết kế đường truyền động chạy dao (Sử dụng động cơ bước) 49

3.4 Tính chọn công suất động cơ chạy dao ( Động cơ bước) 51

Chương 3 THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC HỌC TOÀN MÁY 52

3.3 Khoảng cách trục A và chiều dài đai 57

3.4 Xác định tiết diện đai 57

3.5 Xác định chiều rộng B của bánh đai 57

3.6 Tính lực căng và lực tác dụng lên trục 58

4 Thiết kế động lực học đường truyền chạy dao 58

4.1 Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ-răng thẳng cấp nhanh 58

4.2 Thiết kế bộ truyền răng trụ răng thẳng cấp chậm 63

4.3 Tính toán thiết kế trục và then 68

4.4 Thiết kế bộ truyền vítme- đai ốc bi 80

4.5 Thiết kế gối đỡ trục 85

Chương 4 CÁC CƠ CẤU ĐẶC BIỆT CỦA MÁY 91

1 Cơ cấu cấp và thay thế dụng cụ 91

2 Cơ cấu gá kẹp phôi (Đồ gá) 91

2.1 Phân tích các dạng cơ cấu sinh lực 91

2.2 Tính toán sơ bộ hệ thống sinh lực bằng khí nén 93

Hình4.4: Sơ đồ hệ thống kẹp chặt bằng khí nén 94

Phần 3 SỬ DỤNG BẢO QUẢN VẬN HÀNH MÁY 96

2.2 Sửa chữa máy 99

2.3 Nội dung của hệ thống sửa chữa dự phòng theo kế hoạch 101

3 Bôi trơn máy 104

Phần 4 LẬP CHƯƠNG TRÌNH GIA CÔNG 106

1 Cấu trúc của chương trình NC 106

2 Lập trình gia công trên máy bằng tay 106

3 Các chức năng dịch chuyển và các chu trình 108

3.1 Các chức năng dịch chuyển 108

3.2 Các chu trình 111

TÀI LIỆU THAM KHẢO 112

Phần 1 CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ MÁY CNC ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - KỸ THUẬTChương 1ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY CNC

1.Khái niệm cơ bản về điều khiển và điều khiển số1.1 Khái niệm

Điều khiển là phương pháp hiệu chỉnh dòng năng từ nguồn cho đến cơ cấuchấp hành hoặc qui trình công nghệ nào đó để có thể đạt được một kết quả mongmuốn.

1.2 Phân loại hệ thống điều khiển trên máy công cụ

Người ta chia hệ thống điều khiển máy công cụ thành hai loại:• Điều khiển theo kiểu truyền thống

• Điều khiển số

1.3 Điều khiển theo kiểu truyền thống

Hệ thống điều khiển (HTĐK) theo kiểu này gồm: điều khiển bằng cam, điềukhiển theo quảng đường, điều khiển theo thời gian, điều khiển theo chu kì, Nhìnchung các loại điều khiển này có chung các đặc điểm chính sau đây:

• Điều khiển máy có sự tham gia phần lớn của người vận hành từ khâu cấpphôi, gá phôi, hiệu chỉnh dụng cụ cho đến khâu kiểm tra sản phẩm.

• Các thao tác của HTĐK thường khó thay đổi (chính xác là không thay đổiđược) Do vậy, nó không thích ứng với sự thay đổi sản phẩm.

• Nếu không có sự tham gia của người vận hành thì cơ cấu máy thực hiện chutrình làm việc liên tục như các máy tự động Với các loại máy này không thay đổiđược hoặc muốn thay đổi cũng rất phức tạp

Do vậy, khuynh hướng phát triển chung là người ta muốn có những HTĐK mànó dễ dàng thích nghi với sự thay đổi của sản phẩm Nhìn chung, các HTĐK theokiểu truyền thống tuy càng lúc càng được cải thiện tuỳ theo mức độ cơ khí hoá, tựđộng hoá của nhà máy sản nhưng vẫn chưa thực sự đáp ứng được nhu cầu của thựctế.

1.4 Điều khiển số

1.4.1 Bản chất của điều khiển số

Khi gia công trên các máy công cụ thì chi tiết và dụng cắt thực hiện cácchuyển động tương đối với nhau Những chuyển động được lặp đi lặp lại nhiều lầnkhi gia công mỗi chi tiết gọi là chu kỳ gia công.

1 sgdfd uyển vị theo phương dọc trụBăng đục lỗ

Hình 1 Hệ thống điều khiên sô vòng hở

Mỗi chu kỳ gia công được đặt trưng bởi hai thành phần đó là: phần kích thướcvà phần điều khiển Hai thông tin không thể thiếu trong bất kỳ một máy điều khiểnnào Thông tin về kích thước cho phép chúng xác định hành trình của chu kỳ; trongkhi đó thông tin về sự điều khiển cho phép xác định thứ tự của hành trình theo thờigian.

1.4.2 Điều khiển số và hệ thống điều khiển số1.4.2.1 Điều khiển số

Điều khiển số NC (Numerical Control) là một hình thức tự động hoá đặc biệt.Máy công cụ được lập trình để thực hiện một dãy có thứ tự các sự kiện với một tốcđộ xác định trước nhằm gia công một chi tiết máy với toàn bộ những kết quả vàtham số vật lí hoàn toàn có thể dự đoán được Điều này được thực hiện là nhờ cácbộ vi xử lý Nó có thể tiếp nhận và chuyển đổi các dữ liệu gia công thành các tínhiệu điều khiển máy hoạt động và có thể thay đổi chức năng của nó bằng chươngtrình ngoài, chứ không phải chỉ thực hiện một số chức năng cố định như trước đây.

1.4.2.2 Hệ thống điều khiển số

Là hệ thống mà trong đó các hoạt động được điều khiển là dữ liệu số đưa vàotrực tiếp ở một điểm nào đó Hệ thống đó phải tự động dịch chuyển tối thiểu mộtphần nào đó của dữ liệu này.

Dữ liệu số là thông tin cung cấp bỡi tín hiệu mã nhị phân Nó được biểu diễndưới dạng mã số hoặc kí tự Đây là thông tin cần thiết để tạo ra một chương trình,gọi là chương trình gia công chi tiết.

Có 2 loại HTĐK: Hệ thống hở và hệ thống kín.

a Hệ thống hở

11

sgdfd uyển vị theo phương dọc trục.

Bộ so sánhBăng đục lỗ

Hộp giảm tốc

Hình 1 Hệ thống điều khiển số vòng kính

1: Bộ đọc 2: Bộ giải mã 3: Bộ khuếch đại 4: Bàn máy

M: Động cơ

Đặc điểm của hệ thống điều khiển số vòng hở như sau:

• Các hệ thống điều khiển được vận hành theo nhịp thời gian của một đồnghồ và độc lập với biến ra.

• Không có cảm biến và bộ so sánh Do đó, muốn đảm bảo chính xác chobiến ra của cơ cấu chấp hành thì cần có yêu cao về độ chính xác của hệ truyền động.

• Cấu trúc đơn giản và giá thành thấp

b Hệ thống kín

1: Bộ đọc 2: Bộ giải mã3: Bộ khuếch đại 4: Bàn máy

5: Bộ so sánh 6: Cảm biến đo vị tríM: Động cơ

Đặc điểm của hệ thống điều khiển số vòng hở như sau:

• Độ chính xác của biến ra ít phụ thuộc vào hệ truyền động mà phụ thuộc vàocảm biến.

• Làm việc chính xác và độ tin cậy cao.

Do vậy, hầu hết các HTĐKS hiện nay là hệ thống kín Các hoạt động điềukhiển được vận hành qua các sai lệnh điều khiển giữa biến vào và biến ra.

c Cấu trúc từng phần của HTĐKS

• Bộ đọc: bao gồm các dữ liệu gia công, mô tả các hoạt động của máy kể cảhiệu chỉnh dụng cụ dưới dạng từng câu lệnh của chương trình Nó được in vào băng

đục lỗ Và chỉ khi nào mỗi một dòng lệnh được hoàn hành nhiệm vụ thì một dònglệnh khác được đọc.

• Bộ giải mã: nhiệm vụ biến nội dung dòng lệnh thành tín hiệu điều khiển.• Bộ so sánh: so sánh giá thực của biến ra để chấp hành với giá trị biến vàocủa hệ điều khiển Sai lệnh này nếu có sẽ được biến thành tín hiêụ điều khiển.

• Bộ khuếch đại: dùng để biến đổi mức tín hiệu cần thiết cho mục đích điềukhiển.

• Cảm biến: dùng đo giá thực của biến ra Sau đó, cung cấp cho bộ so sánhdưới dạng tín hiệu, thường là tín điện.s

2.Quá trình phát triển của máy CNC2.1 Quá trình phát triển

Điều khiển số NC (Numerical Control) là phương pháp tự động điều chỉnh cácmáy công tác (máy công cụ, Robot, băng tải vận chuyển phôi liệu, chi tiết gia công,sản phẩm, ) trong đó các hành động bị điều khiển được sản ra trên cơ sở cung cấpcác dữ liệu ở dạng mã nhị phân Nó được biểu diển dưới dạng các con số thập phân,các chữ cái và kí hiệu đặc trưng tạo thành một chương trình làm việc của thiết bịhay của hệ thống.

Trước đây, cũng đã có những quá trình gia công cắt gọt được điều khiển theochương trình bằng các kỹ thuật chép hình theo mẫu, chép hình bằng hệ thống thuỷlực, Ngày nay, với sự tiến bộ vượt bậc của KH- KT, nhất là trong lĩnh vực ĐKSvà tin học đã tạo điều kiện thuận lợi cho các nhà chế tạo máy nghiên cứu và ứngdụng đưa vào các máy công cụ truyền thống các HTĐK tự động Biến các máy côngnày thành các máy điều khiển theo chương trình số, gọi là các máy CNC(Computrized Numerical Control).

Việc sử dụng các máy CNC cho phép giảm khối lượng gia công chi tiết, nângcao độ chính xác gia công và hiệu quả kinh tế; đồng thời cho phép rút ngắn đượcchu kỳ sản xuất Do đó, hiện nhiều nước trên thế giới đã và đang ứng dụng rộng rãicông nghệ mới này vào lĩnh vực cơ khí chế tạo Đặc biệt là chế tạo các khuôn mẫuchính xác, các chi tiết đòi hỏi độ chính xác và độ phức tạp cao.

Xuất phát từ ý tưởng điều khiển một dụng cụ thông qua một chuỗi lệnh kếtiếp, liên tục như các máy công cụ ĐKS ngày nay được thực hiện từ mãi thế kỉ XIV.Khi ở châu Âu người ta dùng các chốt hình trụ để điều khiển các chuyển động củacác hình trang trí trên đồng hồ lớn của nhà thờ.

Năm 1808, Joseph M Jacquard dùng những tấm tôn đục lỗ để điều khiển tựđộng các máy dệt.

Năm 1863, M Fourneaux phát minh ra đàn Piano nỗi tiếng thế giới Với bănggiấy đục lỗ làm vật mang tin.

Năm 1938, Claud E Shannon trong khi làm luận án tiến sĩ đã đi đến kết luậnrằng việc tính toán và truyền tải nhanh dữ liệu có thể thực hiện bằng mã nhị phân.

Từ năm 1949 đến 1952, Jonh Parsons và Học viện kỹ thuật Massachusett

(Massachusett Institute Of Technology) đã thiết kế “một hệ thống điều khiểndành cho máy công cụ, để điều khiển trực tiếp vị trí của các trục thông qua dữliệu đầu ra của một máy tính, làm bằng chứng cho một chức năng gia công chitiết” theo hợp đồng của Không lực Hoa Kỳ.

Cũng trong thời gian này, Parsons cùng với đồng nghiệp của ông đã đưa ra 4tiên đề cơ bản sau:

• Những vị trí được tính ra trên một biên dạng được ghi nhớ vào băng đục lỗ.• Các đục lỗ được đọc trên máy một cách tự động.

• Những vị đã được đọc ra được liên tục truyền đi và được bổ sung thêm tínhtoán cho các giá trị trung gian nội tại.

• Các động cơ servo ( vô cấp tốc độ ) có thể điều khiển được chuyển độngcác trục.

Năm 1952, chiếc máy phay ĐKS đầu tiên ra đời mang tên là “ CincinnateHydrotel” có trục thẳng đứng do Học viện kỹ thuật Masssachusett cung cấp Đơn vịđiều khiển được lắp bằng các bóng đèn điện tử chân không, điều khiển 3 trục nhậndữ liệu thông qua băng đục lỗ mã nhị phân.

Năm 1954, Bendix mua bản quyền phát minh của Parsons và chế tạo đượcthiết bị điều khiển NC công nghiệp đầu tiên, nhưng vẫn còn dùng bóng đèn điện tửchân không.

Năm 1958, “công cụ lập trình tự động APT” (Automatically Programmed

Tool) ra đời Đánh dấu một bước phát triển mới về lập trình cho máy.

Trong thời gian đó, giới công nghệp nói chung đã bắt đầu nhận ra những ưuthế tiềm tàng của kỹ thuật ĐKS Điều đó buộc họ phải xem xét một cách nghiêmtúc, chặt chẽ và kỹ càng những vấn đề về nghành chế tạo máy của chính họ Đồngthời họ cũng phải suy xem cái kỹ thuật công nghệ mới này có thể giúp đỡ họ nhưthế nào để cải tiến phương pháp hiện có của họ Người ta nhanh chóng nhận ra rằng,phần lớn các bài toán cắt gọt kim loại như: Khoan lỗ, tiện, phay đường thẳng, khôngnhất thiết đòi hỏi tới bộ điều khiển hiện đại, sử dụng những phương máy tính hoá.Thế nhưng, việc ứng dụng ngay cả dạng cơ bản nhất của APT cho những thànhphần hình học đơn giản cũng vừa cồng kềnh, vừa rắc rối và vừa đắt tiền.0

Do vậy, nhiều ngôn ngữ đơn giản hơn dùng cho mục đích đặc biệt đã đượcphát triển Tuy nhiên, đa số các ngôn ngữ này điều lấy APT làm gốc.0

Rồi cho đến giữa những thập niên 70, 80, với sự phát triển của công nghệ vixử lí Lần dầu tiên nó được đưa vào thiết bị điều khiển số có sự hỗ trợ của máy tính,tạo một bước nhảy khổng lồ trong lĩnh vực ĐKS Từ các máy ĐKS NC trở thànhnhững máy ĐKS CNC (Computeized Numerical Control), tức là những máy côngcụ điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính Mặc khác, cùng với những mô đunđiện tử dùng để lưu trữ dữ liệu và tạo xung, bộ vi xử lí hình thành trung tâm đóngngắt và tính toán của tất cả mọi điều khiển số CNC hiện đại Tốc độ chuyển nhanhcủa các phần tử này đủ để đưa ra nhiều chức năng và nhiệm vụ tính toán khác nhaumà không làm ảnh hưởng đến nhịp độ làm việc của các máy công cụ ghép nối vớichúng Nhưng nếu một bộ vi xử lí nào đó tỏ ra không đủ thực hiện mọi chức năngyêu cầu trong chu trình thời gian cực đại cho phép, thì khi đó có thể thêm vào đơnvị xử lí thứ 2 hoặc thậm chí thứ 3 sử dụng song song hoặc luân phiên cho nhữngnhiệm đặc biệt.0

Rồi từ thập niên 80 trở đi, với sự phát triển của công nghệ truyền số liệu, cácmạng cục bộ và liên thông đã tạo điều kiện cho các nhà chế tạo thực hiện việc nốikết giữa các máy CNC riêng lẽ (CNC Machine Tools) lại với nhau tạo thành cáctrung tâm gia công DNC (Directe Numerical Control) nhằm khai thác một cách cóhiệu quả nhất như: cách bố trí, sắp xếp các công việc trên từng máy, tổ chức sảnxuất, Và cũng dựa trên nền công nghệp này, một chuỗi các loại thiết bị, phầnmềm và hệ thống được phát triển không ngừng bỡi các viện nghiên cứu và côngnghệ khác nhau trên thế giới Nhằm thoả mãn về nhu cầu thiết kế và chế tạo đặcbiệt.

Đó là những phần mềm thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệCAD/CAM (Computer Aided Desgin/ Computer Aided Manufacturing) theo hệthống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System) và cao hơn là việcchế tạo và gia công chi tiết được thực hiện toàn bộ qua máy tính, người ta gọi là tổhợp CIM (Computer Intergraded Manufacturing)

Cho đến năm 2003 này, lịch sử phát triển của máy công cụ ĐKS đã được 51năm tuổi Nó đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới Từnhững ứng dụng gia công đơn giản như việc di chuyển từ điểm đến điểm của máykhoan đến những máy công cụ điều khiển 2 trục như máy tiện, điều khiển 3 trụcnhư máy phay, và cho đến những nhiệm vụ tự động gia công nhiều trục và độ phứctạp cao như: các khuôn rèn dập, các khuôn đúc áp lực, cánh tuabin và những chi tiếtphức tạp của máy bay, tàu thuỷ, Ngoài ra, ngày nay máy CNC còn được dùng vào

việc kiểm tra giám sát, điện báo điện tín và nhiều lĩnh vực khác đã đem lại chấtlượng và hiệu quả kinh tế rất đáng kể Trong tương lai, với lợi thế về sự ghép nốicác hệ thống CNC riêng lẽ với nhau để tạo thành mạng sẽ được phát huy trongchiến lượt gia cơng tồn cầu Trong đĩ, dịng thơng tin được thu phát, chuyển giaobằng hệ thống vệ tinh, đảm nhiệm mối liên kết giữa nhu cầu thị trường_ đơn đặthàng_ nhà thiết kế_ nhà chế tạo_ nhà cung cấp_ nhà tiêu thụ , trong mạng liênthơng tồn cầu WAR (World Area Netword).

2.2 Thực trạng ứng dụng máy CNC tại Việt Nam

Ở Việt Nam trước năm 1990 khi nhắc đến cơng nghệ NC, CNC quả là rất xa lạvà ít người biết đến nĩ

Bắt đầu từ năm 1991, thơng qua một số dự án chuyển giao cơng nghệ, hợp tác

với nước ngồi như: dự án “Chuyển giao cơng nghệ thiết kế, phát triển và chếtạo khuơn mẫu” Lúc đĩ các cơng nghệ CNC như: máy phay CNC, máy tiện CNC,

đo lường CNC, lần đầu tiên được giới thiệu và thu hút sự quan tâm của nhiều nhàchuyên mơn cũng như của các doanh nghiệp trong nước và liên doanh với ngồi.

Hiện nay, nhiều nhà máy cơ khí trong nước đã và đang cĩ những dự án đầu tưcác dây chuyền sản xuất với phần lớn thiết bị trong dây chuyền là các máy CNC.

Mặc dù, cơng nghệ CNC du nhập vào Việt Nam trong một thời gian ngắnnhưng cĩ thể nĩi cơng nghệ này đã cĩ một chỗ đứng tại Việt Nam và tin chắc trongnhững năm tới đây cơng nghệ này sẽ được dùng nhiều trong các xí nghiệp, phânxưởng, nhà máy ở nước ta Vì nĩ đem lại hiệu quả kinh tế rất cao Đặc biệt trongđiều kiện sản xuất hiện nay ở nước ta Do vậy, việc đẩy mạnh ứng dụng cơng nghệCNC là một nhu cầu cần thiết đối với các cơ sở sản xuất nĩi chung và nghành chếtaỏ máy nĩi riêng

2.3 Sự giống và khác nhau giữa máy phay truyền thống và máy phay CNC2.3.1 Giống nhau:

2.3.2 Khác nhau:

2.3.2.1 Máy phay truyền thống

• Về mặc kết cấu hộp tốc độ

Trong máy phay vạn năng người ta sử dụng một động cơ điện xoay chiều cócông suất lớn với một cấp tốc độ thông qua bộ truyền cơ khí gồm các bánh răng ditrượt để thay đổi tốc độ, các tốc độ này được truyền đến đầu trục chính tạo ra tốc độquay cho trục chính, thông qua các bánh răng ghép nối giữa hộp tốc độ với trụcchính Với hệ truyền động này do ma sát sinh ra giữa các băng ăn khớp, trọng lượngcủa các bánh răng, của các trục, ma sát giữa ổ và trục tất cả tạo nên một mômen cảnrất lớn, nên mômen mở máy của động cơ phải lớn Ngoài ra, do ma sát sinh ra làmtiêu hao một phần công suất của động cơ làm ảnh hưởng đến độ chính xác của máy.Sự rung động lớn cũng ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng bề mặt gia công chitiết.

• Về kết cấu hộp chạy dao

Cũng sử dụng một động cơ điện xoay chiều có một cấp tốc độ để truyềnchuyển động và công suất chạy dao cho bàn máy theo 3 phương X, Y, Z trongkhông gian Để thay đổi được tốc độ người ta dùng hộp giảm tốc cơ khí (gồm cácbánh răng di trượt) để tạo ra một số cấp tốc độ nhất định (điều khiển tốc độ phâncấp) Giữa các phương chuyển động X, Y, Z không có sự phối nhau mà chúng chỉchuyển động độc lập Bộ truyền vít me_ đai ốc dùng để truyền chuyển động quaythành chuyển động tịnh tiến cho bàn máy với độ tự hãm tốt Tuy nhiên, do có khehở giữa vítmevà đai ốc nên tạo nên sự va đập và dao động khi đảo chiều chuyểnđộng Đường truyền chuyển động tương đối dài, làm tiêu hao nhiều công suất Khicần định vị hành trình máy người ta dùng các cữ chặn có sự tác động của con người.Ngoài ra sự tác động của nhiệt lượng, sự rung động làm cho máy thiếu chính xác vàkhó khắc phục

• Các HTĐK dùng để đóng mở các nguồn động, thay đổi chuyển động củadao, thay đổi số vòng quay của trục chính, gá đặt phôi, tháo chi tiết, bôi trơn, thường là HTĐK cơ khí.

• Công việc điều khiển máy điều do người thợ điều khiển bằng tay như: điềukhiển số vòng quay, kiểm tra vị trí dung cụ và chi tiết, phụ thuộc vào tay nghềcủa người thợ.

• Dễ sinh phế phẩm khi gia công chi tiết.

• Khó gia công các chi tiết có hình dạng phức tạp.• Hiệu kinh tế không cao.

Tuy nhiên, ngày nay nó vẫn được dùng nhiều trong các phân xưởng và nhàmáy.

2.3.2.2 Máy phay CNC

• Hộp tốc độ:

Do yêu cầu đường truyền động ngắn nhưng phải đảm bảo được phạm viđiều chỉnh động học, để máy đáp ứng nhanh và ổn định người ta dùng động cơ điệnxoay chiều có thể thay đổi được tốc độ bằng bộ biến đổi tần số Vì đường truyềnngắn nên ít hao tổn công suất, thời gian đáp ứng nhanh và công suất cắt cao.

• Hộp chạy dao:

Ngoài việc truyền công suất chạy dao cần thiết, khi gia công các chi tiết khácnhau như ở máy công cụ vạn năng thì hệ truyền động phải đảm bảo cho cơ cấu chấphành định vị nhanh và chính xác cao Để đáp ứng được điều kiện này thì hệ thốngtruyền động phải được thiết kế theo một hệ thống kín.

• Sự chuyển động của bàn máy trong không gian có sự phối hợp nhịp nhàngcủa 3 trục X, Y, Z Do vậy, trong các máy ĐKS người ta sử dụng động cơ bước điềukhiển vô cấp tốc độ, tạo ra sự dịch chuyển theo 3 phương trong hệ toạ độ ĐềCác

• Để biến chuyển động quay của trục động cơ thành chuyển động tịnh tiếncủa bàn máy, người ta bộ truyền vít me_ đai ốc bi.

• Quá trình gia công chi tiết được thực hiện một cách tự động Tuy nhiên,trước khi gia công một chi tiết nào người ta phải đưa vào máy một chương trình đãđược lập sẵn theo biên dạng của chi tiết đó HTĐK thực hiện các lệnh này và kiểmtra chúng nhờ một hệ thống đo dịch chuyển của bàn trượt máy.

• Độ chính xác gia công phụ thuộc vào độ chính xác của hệ thống đo.• Chất lượng gia công ổn định

• Có thể gia công những chi tiết phức tạp mà máy công cụ thường không giacông được.

• Tháo và kẹp chi tiết một cách tự động.• Đem lại hiệu quả kinh tế rất cao.

Ngày nay, các máy CNC chiếm phần lớn trong các dây chuyền sản xuất củaphân xưởng, nhà máy có qui mô lớn.

3.Các hệ điều khiển số và các dạng điều khiển số 3.1 Các hệ điều khiển số

3.1.1 Hệ điều khiển NC ( Numerical Control )

Với hệ điều khiển này các thông số hình học của chi tiết gia công và các lệnhđiều máy được cho dưới dạng dãy các con số Tất cả được ghi vào băng đục lỗ dướidạng các câu lệnh của chương trình Các thông tin này được đưa vào hệ điều khiển,nó được mã hoá và tách thành các thông tin hình học và thông tin công nghệ.

• Thông tin hình học (Geometrical Information): là hệ thống thông tin điềukhiển các chuyển động giữa dao và chi tiết Nó ảnh hưởng tực tiếp đến quá trình tạohình bề mặt (hình thành đường sinh và đường chuẩn của bề mặt hình học).

• Thông tin công nghệ (Technological Information): là hệ thống thống tin chophép máy thực hiện gia công với những giá trị công nghệ yêu cầu: chiều sâu cắt, tốcđộ chạy dao, số vòng quay trục chính,

• Nguyên tắc làm việc của hệ điều khiển NC là: Sau khi mở máy các lệnh thứnhất và thứ hai được đọc Khi quá trình đọc kết thúc thì máy bắt đầu thực lệnh thứnhất Trong khi đó, thông tin của lệnh thứ hai nằm trong bộ nhớ của hệ điều khiển.Sau khi lệnh thứ nhất thực hiện xong thì lệnh thứ hai bắt đầu làm việc Trong khiđóï lệnh thứ ba được đọc và ghi vào bộ nhớ tại vị trí mà lệnh thứ hai vừa được giảiphóng Và quá trình đọc dịch như vậy cho đến hết chương trình.

• Nhược điểm của hệ điều khiển NC là:

3.1.1.1.1 1+ Khi gia công các chi tiết tiếp theo thì hệ điều khiển phải đọclại tất cả các lệnh từ đầu Điều này dễ gây nhầm lẫn, sai xót của bộ tính toán tronghệ điều khiển Do đó, dễ gây phế phẩm đối với chi tiết gia công.

3.1.1.1.1 2+ Chương trình dễ bị lỗi do băng đục lỗ, băng từ bị nhiễm bẩnhoặc bị mòn.

3.1.1.1.1 3+ Khó thay đổi chương trình.

3.1.2 Hệ điều khiển CNC ( Computerized Numerical Control )

Đặc điểm chính của hệ điều khiển CNC là có sự tham gia của máy tính Tronghệ điều khiển này, các nhà chế tạo máy đã cài đặt vào máy tính một chương trìnhđiều khiển riêng cho từng loại máy Với hệ điều khiển CNC cho phép thay đổi vàhiệu chỉnh chương trình hoạt động của bản thân nó Các chương trình có thể đượcnạp vào nhớ toàn bộ một lúc hoặc từng lệnh Các lệnh điều khiển không chỉ viết chotừng lệnh riêng rẽ mà còn cho nhiều chuyển động cùng một lúc Điều này cho phépgiảm tối thiểu số câu lệnh của chương trình; từ đó nâng cao độ tin cậy và khả nănglàm việc của máy Ngoài ra, so với hệ điều khiển NC hệ điều khiển CNC có kíchthước nhỏ hơn và giá thành cũng thấp hơn nhưng hiệu quả đạt được thì lại rất cao.

3.1.3 Hệ điều khiển DNC( Directe Numerical Control )

Hệ điều khiển DNC là sự kếït nối giữa các máy CNC riêng rẽ với nhau thànhmột trung tâm gia công và chụi sự chi phối của các máy tính trung tâm.

Tất cả các chương trình CNC sẽ được lưu trữ trên đĩa cứng của máy tính và cóthể gọi trực tiếp theo nhu cầu từng máy Trong một số trường hợp, máy tính đóngvai trò trong việc chỉ đạo lựa chọn những chi tiết gia công theo thứ tự ưu tiên đểphân đi các máy khác nhau.

Ngoài ra, nó còn khả năng truyền dữ liệu nhanh và nối ghép vào hệ thống giacông linh hoạt FMS ( Flexible Manufacturing System ).

3.1.4 Điều khiển thích nghi AC (Adaptive Control)

HTĐK thích nghi là hệ thống điều khiển có tính đến những tác động bên ngoàicủa hệ thống công nghệ để hiệu chỉnh chu kì gia công, nhằm loại những ảnh hưởngcủa các yếu tố đến độ chính xác gia công như : lượng dư gia công, độ mòn dụng cụ,lượng chạy dao,

Hệ thống điều khiển thích nghi ngày càng phát triển, điều đó làm tăng hiệuquả quá trình gia công cắt gọt trên các máy công cụ.

3.1.5 Hệ thống gia linh hoạt FMS ( Flexible Manufacturing System )

Là hệ thống có thể gia công một chủng loại chi tiết có mức độ khác nhau nhấtđịnh, với số lượng và thứ tự gia công tuỳ ý.

Một hệ thống gia công linh hoạt thường có 3 yếu tố cơ bản sau:• Các trạm gia công.

• Lưu trữ và vận chuyển nguyên vật liệu.• Hệ thống điều khiển máy tính.

Ngoài ra, một yếu quan trọng của hệ thống điều khiển FMS là con người Conngười ở đây chỉ đảm nhận công việc quản lí và điều hành hệ thống chế tạo; còn từngnguyên công do máy thực hiện một cách tự động theo chương trình cài đặt sẵn.

3.2 Các dạng điều khiển của máy

Như ta đã biết, các máy CNC khác nhau có thể gia công được các bề mặt khácnhau do sự chuyển động tương đối giữa dao và chi tiết cần gia công như: các lỗ, mặtphẳng, các mặt định hình, Do đó các dạng điều khiển của máy chia thành 3 loạisau:

• Điều khiển theo điểm.• Điều khiển theo đường.

• Điều khiển theo biên dạng ( Contour )

1.1.1 Điều khiển theo điểm

Được dùng để gia công các lỗ bằng các phương pháp khoan, khoét, doa, vàcắt ren lỗ Trong quá trình gia công, chi tiết được cố định trên bàn máy còn dụng cụ

• Quĩ đạo dịch chuyển theo MM1KN song song với trục Ox, Oy.• Quĩ đạo chuyển động theo đường tối ưu MKN

3.2.2 Điều khiển theo đường thẳng

Là dạng điều khiển mà khi gia công dụng cắt được thực hiện lượng chạy daotheo một đường thẳng nào đó (Hình 1.4a).

3.2.3 Điều khiển theo biên dạng ( Contour )

Là dạng điều khiển cho phép thực hiện chạy dao nhiều trục cùng một lúc,nghĩa là nó có thể gia công một đường cong bất kì trên mặt phẳng hay trong khônggian (Hình 1.4b).

Tuỳ theo số trục được điều khiển đồng thời khi gia công mà người ta chiathành các dạng điều khiển: 2D, 2.5D, 3D, 4D, 5D,

3.2.3.1 Điều khiển 2D

Cho phép thực hiện chạy dao theo 2 trục đồng thời trong một mặt phẳng giacông Riêng đối với máy phay trục thứ 3 thực hiện việc ăn dao theo chiều sâu, nóđược điều khiển một cách độc lập so với 2 trục kia (Hình 1.5)

Hình 1.5: Điều khiển đường 2D3.2.3.2 Điều khiển biên dạng 2.5D

Cho phép dịch chuyển dụng cụ theo 2trục đồng thời để tạo một đường cong phẳngcòn trục thứ 3 được điều khiển độc lập Tuynhiên, nó khác với điều khiển 2D ơ í chổ haitrục được điều khiển đồng thời có thể đổi vịtrí cho nhau (Hình1-6)

3.2.3.3 Điều khiển 3D

Cho phép thực hiện chuyển động chạydao đồng thời theo cả 3 trục X, Y, Z Nóthường được dùng để gia công các mẫu, các chitiết có bề mặt không gian phức tạp (Hình1-7).

3.2.3.4 Điều khiển 4D, 5D (Hình1.8)

Dựa trên điều khiển 3D người ta bố trí

Hình 1-6: Điều khiển 2.5D

Hình1-7: Điều khiển 3D

x+ A

+ B

O C +

cho dụng cụ hoặc chi tiết có thêm 1 hoặc 2 chuyển động quay xung quanh một trụcnào đó theo một quan hệ ràng buộc với các chuyển động trên các trục khác của máy3D.

Như vậy, tuỳ theo độ phức tạp của chi tiết mà ta lựa chọn phương pháp điềukhiển cho thích hợp

Hình1.8a: Điều khiển đường viền 4D Hình1.8b: Điều khiển đường viền 5D

4.Hệ tọa độ trên máy CNC và các điểm chuẩn4.1 Hệ tọa độ trên máy CNC

Để xác định ví trí tương quan hình học trong vùng làm việc của máy, trongphạm vi chi tiết gia công một cách rõ ràng thì cần thiết phải gắn nó vào một hệ toạđộ nào đó.

Thông thường trên các máy CNC người ta thường sử dụng hệ toạ độ ĐềCácOxyz (Hình1.9) Cách xác định các trục theo qui tắc bàn tay phải và nó luôn đượcgắn vào chi tiết gia công.

Khi tiếp xúc và làm việc với máy CNC phải tuân theo qui ước:

Hình1.9: Hệ trục toạ độ ĐêCác Oxyz

• Chi tiết gia công được xem là cố định còn mọi chuyển tạo hình và cắt gọtdo dao cụ thực hiện.

• Phương trục chính là Oz, chiều dương là chiều dao tiến ra xa chi tiết.

• Phương chuyển động của bàn xe dao là Ox và có chiều dương hướng ra xachi tiết gia công.

• Trục Oy xác định theo qui tắc bàn tay phải.

4.2 Hệ tọa độ của các loại máy phay4.2.1 Máy phay đứng (Hình1.10)

• Trục Z song song với trục chính và cóchiều dương hướng lên trên.

• Trục X nằm trên bàn máy, nếu nhìn vàotrục chính thì chiều dương hướng về bên phải.

• Trục Y xác định theo qui tắc bàn tay phải.

4.2.2 Máy phay nằm ngang (Hình1.11)

• Trục Z nằm ngang và có chiều dươnghướng vào trục máy.

• Trục X nằm trên bàn máy, chiều dương làchiều mà khi nhìn vào trục chính thì nó nằm phíatrái.

• Trục Y xác định theo qui tắc bàn tay phải.

4.3 Các điểm gốc và điểm chuẩn (Hình1.12)

4.3.1 Điểm gốc của máy M (Machine Reference Zero)

Quá trình gia công trên máy ĐKS được thiết lập bằng một chương trình biểudiễn mối quan hệ giữa dao và chi tiết Do vậy để đảm bảo độ chính xác gia công thìcác chuyển các chuyển động của dao phải được so sánh với điểm gốc của máy M.Điểm M là điểm giới hạn vùng làm việc của máy Nó được các nhà chế tạo quiđịnh.Ở máy phay thường nằm ở điểm giới hạn dịch chuyển của bàn máy.

4.3.2 Điểm chuẩn của máy R (Machine Reference Point)

Là điểm mà toạ dộ của nó so với điểm gốc của máy M là không thay đổi vàcũng do các nhà chế tạo qui định.

4.3.3 Điểm zero của phôi W (Workpiece Zero Point)

• Là gốc toạ độ của chi tiết và nó phụ thuộc vào người lập trình.

Hình 1-10 Khi trục Z thẳng

đứng đứng

Hình1.11 Khi trục Z ngang

Hình1.13: Điểm gốc của chương trình P

Hình1.14: Điểm chuẩn của gá dao Tvà điểm gá dao N

• Đối với chi tiết phay người ta thường chọn điểm W tại điểm góc ngoài củađường viền chi tiết.

4.3.4 Điểm gốc của chương trình P (Programmed)

• Điểm gốc của chương trình thực tế là điểm P của dụng cắt (Hình1.13)• Chú ý khi chọn điểm P phải thuận tiện cho việc thay dao (không làm ảnhhưởng đến chi tiết và đồ gá).

4.3.5 Điểm chuẩn của gá dao Tvà điểm gá dao N

Điểm T dùng để xác định hệ trục toạ độ của dao Thường khi gá dao trên máythì điểm T trùng với điểm N (Hình1.14)

5.Những khái niệm cơ bản về lập trình gia công trên máy CNC

Trên các máy CNC quá trình gia công được thực hiện một cách tự động Hệthống điều khiển số sẽ điều khiển quá trình gia công theo một chương trình đã lập

Hình1.12: Các điểm gốc và điểm chuẩn

sẵn Trong đó, quá trình CNC đóng một vai trò rất quan trọng Nó là một mắc xíchquan trọng của quá trình chuẩn bị sản xuất

Trên cơ sở này, cho phép ta định nghĩa lập trình là gì? Lập trình là quá trìnhthiết lập các lệnh cho dụng cụ cắt, trên cơ sở bản vẽ chi tiết và các thông tin côngnghệ Nó được tổng hợp rồi được chuyển sang bộ phận mang dữ liệu Tại đây nóđược mã hoá và sắp xếp theo dạng mà máy có thể hiểu được.

5.1 Quĩ đạo gia công

Để gia công các chi tiết theo chương trình, trước hết phải xác định được quĩđạo chuyển động cắt gọt và quĩ đạo chuyển động của tâm dao P Quĩ đạo của tâmdao có thể trùng với biên dạng của chi tiết, có thể theo đường cách điều biên dạngchi tiết hoặc có thể thay đổi vị trí theo một qui luật xác định so với biên dạng củachi tiết

Để gia công toàn bộ các bề mặt của biên dạng chi tiết thì quĩ đạo chuyển độngcủa tâm dao phải liên tục Tuy nhiên, việc xác định quĩ đạo của tâm dao trongkhông gian rất phức tạp Do đó, khi lập trình quĩ đạo của tâm dao thì ta thường lậptrình theo từng phần biên dạng riêng biệt

5.2 Cách ghi kích thước chi tiết

Để lập trình gia công trên máy CNC thì kích thước trên bản vẽ phải được ghitheo toạ độ ĐềCác Có hai cách ghi thước trên bản vẽ:

• Ghi kích thước tuyệt đối.

• Ghi kích thước tương đối (theo gia số).

5.2.2 Ghi kích thước tuyệt đối (Hình 1.15)

Là cách ghi mà tất cả các kích thước xuất phát từ điểm gốc của chi tiết W.

5.2.3 Ghi kích thước tương đối

Là cách ghi mà các kích thước sau xuất phát từ điểm kết thúc của kích thướctrước nó Thực tế, cách ghi này người ta ít dùng vì nó ảnh nhiều đến kết quả giacông (Hình 1.16).

0 90

Hình 1.16 Ghi kích thước tương

5.3 Lập trình cho máy công cụ CNC

Một máy phay thông thường thực hiện các nguyên công kế tiếp nhau do ngườivận hành điều khiển bằng tay Còn trên máy phay CNC thì mọi quá trình gia côngđược thực hiện một cách tự động, nhờ hệ thống điều khiển theo chương trình sốđiều khiển và theo dõi.

Một chương trình CNC phải đảm bảo 2 thông tin cần thiết là thông tin hìnhhọc và thông tin công nghệ Ngoài ra, nó phải được viết bằng loại ngôn ngữ lậptrình mà máy có thể hiểu được.

5.3.1 Thông số hình học (Geomatrical Information)

Tuỳ theo từng biên dạng cụ thể của chi tiết mà ta có thể tiến hành lập quĩ đạochạy dao cắt gọt Dựa trên các thông số hình học của bản vẽ chế tạo (hình1.17).

23 P3

5 P5

4 P4

Hình 1.17 Gia công theo biên dạng

Hình 1.18.Ví dụ lập trìnhG 01

G 023

5.3.2 Thông số công nghệ (Technological Information)5.3.2.1 Tốc độ chạy dao F (Feedrate)

• Được lập trình với địa chỉ F (mm/ph hoặc in/ph).

• Trong phạm vi lượng chạy dao, có thể lập trình với bất kì giá trị nào.• Chuyển động chạy dao chỉ có thể thực hiện khi trục chính quay.

• Giá trị chạy dao sẽ hết hiệu lực khi có một giá trị khác của lượng chạy daothay thế.

5.3.3 Chương trình gia công

Một chương trình được thiết lập để gia công một chi tiết gọi là chương trìnhchi tiết Nó bao gồm nhiều từ lệnh và các từ lệnh này nằm trong các câu lệnh.

5.3.3.1 Từ lệnh

Từ lệnh là sự phối hợp giữa con số và kítự Mỗi từ lệnh thực hiện một công việc riêng lẽcho máy.

Ví dụ: Cho biên dạng gia công trên máy

CNC như hình bên

G01: Nội suy tuyến tính

G03: Nội suy phi tuyến tính theo chiều ngược chiều kim đồng hồ.S400: Tốc độ quay của trục chính là 400 v/ph.

5.3.3.2 Câu lệnh

Câu lệnh là sự ghép nối giữa các từ lệnh lại với nhau để thực hiện một chuyểnđộng hay một chức năng nào đó của máy.

5.3.3.3 Các kí tự địa chỉ và những dấu hiệu đặt biệt (DIN 66025)

D Chuyển động quay quanh một trục khác hoặc chạy dao thứ 3E Chuyển động quay quanh một trục khác hoặc chạy dao thứ 2

X Chuyển động // X

5.3.3.4 Cấu trúc một chương trình

Để viết chương trình gia công cho một biên dạng chi tiết Ta tiến hành chiabiên dạng đó thành những biên dạng hình học đơn giản.Nó có thể được điều khiểntrong từng bước gia công hay trong một câu lệnh của chương trình

Cấu trúc cơ bản của một chương trình gia công gồm:

1 Chia biên dạng thành các yếu tố hình học đơn giản.2 Chia quá trình gia công thành các bước gia công.3 Lập chương trình.

4 Nạp vào bộ điều khiển.5 Chạy mô phỏng.

6 Khởi động chương trình.

7 Cho thực hiện việc gia công chi tiết.

5.4 Các phương pháp lập trình cho hệ điều khiển

Xuất phát từ yêu cầu về tính linh hoạt và mức độ tự động hoá cao của tất cảcác thiết bị gia công, dẫn tới bước nhảy vọt trong việc ứng dụng các hệ điều khiểnCNC trong các phân xưởng, xí nghiệp sản xuất và chế tạo Sự phát triển đó tác độngrất lớn đến khả năng thiết lập các chương trình CNC.

Tuỳ theo đặc tính và khả năng làm việc của từng máy CNC mà chúng ta có thểlựa chọn phương pháp lập trình thích hợp nhất.

5.4.1 Lập trình trực tiếp trên máy CNC

Lập trình trực tiếp trên máy CNC là quá trình tìm ra các thông số điều khiểnvà nạp chúng vào hệ điều khiển, thực hiện trực tiếp trên máy thông qua bảng điềukhiển.

Tuy nhiên, để thực hiện công việc này được thì các máy CNC phải được trangbị các phím chức năng và màng hình đồ hoạ cho phép nhận trực tiếp các câu lệnhvào máy CNC Với phương pháp lập trình này, cho phép giảm tối thiểu thời gian chiphí cho việc tính toán các điểm trung gian, chiều sâu cắt và thời dừng máy cần thiếtcủa máy,

Sở dĩ phương pháp lập trình này có những ưu điểm như trên là do người ta bốtrí vào các máy CNC các chương trình con, các số liệu về toạ độ các điểm cần thiếtđể người lập trình có thể lấy chúng ra dùng bất kì lúc nào.

Một đặc điểm không thể thiếu đối với các lập trình viên và kỹ sư lập trình khilập trình trực tiếp trên máy là phải sử dụng thành thạo các kỹ thuật menu và cácsoftkey trên cụm điều khiển CNC

Kỹ thuật menu được hiểu là: trên màn hình hiển thị một loạt các khả năng lựachọn khác nhau cho người sử dụng trong một lĩnh vực cụ thể xác định.

Softkey là những phím gắn liền với màn hình mà chức năng của chúng khôngxác định theo thời gian Chức năng các nút bấm thay đổi theo menu lựa chọn vàđược hiển thị trên màn hình.

Sau khi lập trình xong, muốn kiểm tra chương trình có đúng hay không, cónguy cơ mất an toàn hay gây ra va chạm với máy, đồ gá hay không, Người lậptrình phải tiến hành cho máy chạy mô phỏng quĩ đạo chuyển động cắt của dao cụtrên màn hình theo chương trình đã được thiết lập Nếu còn chỗ nào đó chưa hợp líthì tiến hành kiểm tra và sữa chữa lại cho đến lúc chắc chắn là đúng thì mới tiếnhành gia công.

Phương pháp lập trình này phù hợp với nhà ứng dụng kỹ thuật CNC lần đầutiên khi chế tạo các chi tiết đơn giản, gia công các chi tiết đơn lẽ trên máy CNC đểthí nghiệm, chế tạo mẫu, dao cụ,

Ngoài ra, người lập trình phải thành thạo các chức năng G code và M code.

Phương pháp này thường được ứng trong các phân xưởng hoặc trên các cụmCNC khác.

5.4.2.1 Lập trình bằng tay trên cụm CNC khác

Trong khi các máy CNC đang hoạt động, người ta có thể chuẩn bị cho chúngmột chương trình gia công tiếp theo bằng cách bảng lập trình CNC khác hay cácmáy tính trong hệ thống DNC Phương pháp này thuận lợi để gia công các chi tiếtđơn giản, thực hành và công tác đào tạo.

5.4.2.2 Lập trình bằng tay tại các phân xưởng chuẩn bị sản xuất

Kiểu lập trình này được áp dụng cho các nhà máy có qui mô sản xuất lớn, tứccó nhiều máy CNC khác nhau, gia công được nhiều loại chi tiết khác nhau với số

lượng lớn Khi đó, công việc lập trình được thực hiện tại phòng công nghệ , tạitrung tâm lập trình của nhà máy, phân xưởng Do đó, đòi hỏi đội ngũ lập trình viênphải có đủ trình độ về chuyên môn và kinh nghiệm.

5.4.3 Lập trình với sự trợ giúp của máy tính

Quá trình lập trình theo kiểu này tương tự lập trình bằng tay Tuy nhiên, thờigian lập trình và các lỗi được giảm xuống một cách đáng kể nhờ các bộ vi xử lí, bộnội suy và một số khối lượng lớn các dữ liệu cần thiết được cài đặt sẵn trong máykhi cần chỉ việc truy cập theo địa chỉ và sử dụng.

Hiện nay với sự phát triển vượt bậc của nghành công nghệ thông tin và kỹthuật số Nó đã cho phép các nhà lập trình ứng dụng vào công việc của mình Cụ thểtừ cơ sở CAD (Computeri Aided Design) người ta cài đặt thêm một hệ thống biêndịch trợ giúp cho quá trình lậûp trình Sau khi chi tiết được thiết kế xong, máy tínhthực hiện việc tính toán hình học và công nghệ nhờ vào bộ vi xử lí (Processor) đểđưa ra phương án gia công thích hợp Sau đó, nhờ bộ hậu xử lí (Post Processor) theocode của HTĐKS tương thích được lắp trên máy, để cho ra chương trình gia côngthích hợp với ngôn ngữ của máy, kỹ thuật này gọi là CAM (Computer AidedManufacturing).

Công nghệ CAD/ CAM ngày càng phát triển và được ứng dụng rộng rãi có quimô sản xuất vừa và lớn

5.5 Chương trình con và chương trình chính

Chương trình con là chương trình gia được thực hiện trên từng bề mặt hoặctừng phần của chi tiết.

Chương trình chính là chương trình để gia công toàn bộ biên dạng của chi tiết.

6.Quy trình công nghệ, chủng loại và tính công nghệ của chi tiết6.1 Đặc điểm của qui trình công nghệ gia công trên máy CNC

Qui trình công nghệ gia công trên các máy CNC khác với qui trình công nghệtruyền thống ở mức cụ thể hoá rất cao và ở đặc điểm ở việc cung cấp thông tin Vềmặc cấu trúc, qui trình công nghệ trên các máy CNC cũng được chia ra các nguyêncông, các bước, nhưng các bước ở đây lại phải chia ra các lớp cắt, mỗi lớp cắt đượcthực hiện sau mỗi quĩ đạo dịch chuyển của dụng cụ cắt.

Thành phần đơn giản nhất của qui trình công nghệ này là các dịch chuyển đơngiản và các bộ điều khiển công nghệ do bộ điều khiển máy cung cấp Các dịchchuyển đơn giản đó là các đoạn thẳng, cung tròn Các lệnh điều khiển công nghệđược thực hiện bỡi các cơ cấu chấp hành của máy để đảm bảo điều kiện cần thiếtcho các dịch chuyển đơn giản Như vậy, các dịch chuyển đơn giản và các lệnh điềukhiển công nghệ tạo thành chương trình điều khiển.

Lập qui trình công nghệ và điều khiển cho máy CNC là một nhiệm vụ củachuẩn bị công nghệ.

Thiết kế qui trình công nghệ gia công chi tiết trên máy CNC gồm 3 bước:

Bước 1: Lập tiến trình công nghệ

• Tài liệu cần thiết là bản vẽ chi tiết và bản vẽ phôi.• Nhiệm vụ:

6.1.1.1.1 1+ Xác định khả năng gia công chi tiết trên máy CNC theo kếtcấu công nghệ và theo điều kiện sản xuất.

6.1.1.1.1 2+ Nghiên cứu phôi, làm quen với dụng cắt và đồ gá.

6.1.1.1.1 3+ Xác định trạng thái công nghệ của chi tiết như: yêu cầu đốivới các bề mặt chuẩn, lượng dư và các kích thước chính.

6.1.1.1.1 4+ Lập tiến trình gia công chi tiết (phân các bề mặt theo loại đểchọn máy gia công).

6.1.1.1.1 5+ Xác định phương pháp gá đặt và chọn đồ gá cần thiết.6.1.1.1.1 6+ Xác định dụng cắt và chọn chúng theo từng loại.

Bước 2: Thiết kế nguyên công

• Xác định nộüi dung nguyên công , chia nguyên công ra các bước và cụ thểhoá các phương pháp kẹp chặt.

• Chia ra các lớp cắt, chọn dụng cụ cắt, chuẩn bị phương pháp điều chỉnhmáy và điều chỉnh dao.

Bước 3: Lập trình gia công

• Tính toán các quĩ đạo chuyển động của dao sau khi xác định toạ độ cácđiểm.

• Lập trình và ghi vào bộ nhớ của bộ điều khiển máy.• Kiểm tra chương trình và tiến hành chạy mô phỏng.

6.2 Chọn chủng loại chi tiết gia công trên máy CNC

Khi nghiên cứu về chủng loại chi tiết người ta muốn đề cập đến tính không đổicủa chúng Các chi tiết máy có thể chia thành các loại sau: chi tiết tròn xoay, chi tiếthình trụ, chi tiết phẳng và chi tiết định hình phức tạp Các chi tiết loại này chiếmkhoảng 92% tổng số các chi tiết trong sản xuất.

Mỗi chi tiết được đặt trưng bỡi 2 nhóm yếu tố sau:

• Nhóm yếu tố kỹ thuật: vật liệu và kích thước hình học.

• Nhóm yếu tố về kinh tế: tổ chức sản lượng hàng năm, số lượng chi tiếttrong loạt, giá thành chế tạo.

Tiêu chuẩn đánh giá sự lựa chọn chủng loại chi tiết gia công trên máy CNCthường là chỉ tiêu kinh tế, các chi phí chế tạo chi tiết.

Còn tính hiệu quả kinh tế được xác định trên cơ sở nghiên cứu những yêu cầukỹ thuật và những giới hạn phụ thuộc vào điều kiện cụ thể của chi tiết.

6.3 Yêu cầu đối với công nghệ của chi tiết

Các chi tiết gia công trên máy CNC phải đảm bảo được các yêu cầu về tínhcông nghệ như: tiêu chuẩn hoá được các kích thước mặt trong và mặt ngoài, hìnhdáng kích thước phải đảm bảo cho việc ăn dao và thoát dao dễ dàng Ngoài ra, chitiết còn phải đảm bảo cho việc định vị an toàn và thuận tiện khi gia công.

Đối với các chi tiết gia công trên máy phay CNC điều kiện cần thiết nhất làphải đảm bảo được vị trí chính xác so với các trục toạ độ của máy Vì vậy, khi phântích tính công nghệ của chi tiết phải chú ý đến các bề mặt chuẩn của nó Nếu trênchi tiết không có các lỗ để làm chuẩn (theo kết cấu của chi tiết) thì ta phải tạo ra cáclỗ phụ để làm chuẩn và khoảng cách giữa các lỗ phải là xa nhất mà ta có thể tạo ra.Đường kính d nhỏ nhất của lỗ chuẩn phụ thuộc vào kích thước của chi tiết và đượcxác định như sau:

Kích thước chi tiết < 100 < 200 < 1000 < 2000 > 2000

Trong trường hợp, không thể tạo ra được các lỗ chuẩn trên chi tiết thì phải tạothêm các phần kết cấu phụ để tạo các lỗ chuẩn trên đó (phần kết cấu phụ sẽ đượchớt đi ở phần nguyên công cuối cùng).

Một đặc điểm nổi bật của công nghệ phay thường thấy là bề mặt phay có tínhchất sử dụng tốt hơn bề mặt mài, vì: bề mặt sau khi phay tạo ra những hố tập trùngvới ứng suất ít nguy hiểm hơn bề mặt sau khi mài Vì vậy, khi lập qui trình côngnghệ trên máy phay không cần có thêm nguyên công mài sau khi phay.

7. Phương pháp thực hiện nguyên công trên máy CNC7.1 Phân loại nguyên công trên các máy CNC

Các nguyên công cắt gọt trên máy CNC có thể chia thành 4 loại cơ bản sau:

7.1.1 Gia công các loại nhỏ không lặp lại (Dạng A)

Loạt nhỏ chi tiết là loại có tổng thời gian cắt và thời gian ăn dao, thoát daocủa tất cả dụng t nhân với hệ số thời gian cắt  nhỏ hơn tổng tuổi bền kinh tế củatất cả các dụng cụ Ti.

ti .q  Ti.q (7.1)Trong đó:

ti : thời gian cắt của dao thứ i(ph): hệ số thời gian cắt (ph)

q: số lượng dụng cụ cắt

Ti: tuổi bền của dụng cụ thứ I (ph)

Tóm lại, loạt nhỏ là loạt có thời gian gia công nhỏ hơn tổng tuổi bền của cácdụng cụ cắt.

7.1.2 gia công loạt nhỏ có lặp lại ( Dạng B)

7.1.3 gia công các loạt vừa và lớn các chi tiết không lặp lại.( Dạng C )

• Loạt vừa là loạt có tổng thời gian gia công  tổng tuổi bền của tất cả dụngcụ cắt.

ti .q  Ti.q (7.2)• Loạt lớn là loạt có tổng thời gian gia công > tổng tuổi bền của tất cả dụngcụ cắt cần thiết và của các dụng cụ lắp đặt thêm.

ti .q > Ti.(q + qo) (7.3) Với qo: số lượng dụng cụ lắp đặt thêm

7.1.4 Gia công chi tiết loạt vừa và lớn có lặp lại ( Dạng D )

Việc phân chia ra các dạng loạt chi tiết ở trên cho phép xác định thứ tự và nộidung công việc của các nguyên công Thực tế cho thấy gia công loạt lớn lặp lại trênmáy CNC mang lại hiệu quả kinh tế cao hốn với trường hợp gia công các loạt nhỏkhông lặp lại.

7.2 Các nguyên công phay7.2.1 Vùng gia công

Vùng gia công được chia thành 4 loại như sau:

7.2.1.1 Vùng gia công hở

Là vùng dao không bị hạn chế khi dịch chuyển dọc theo trục của nó hoặc trongmặt phẳng vuông góc với trục dao ( Hình1-19 )

Hình 1-19 Vùng gia công hở

7.2.1.2 Vùng gia công nữa hở

Là vùng mà dao bị hạn chế khi dịch chuyển dọc hoặc trong mặt phẳng vuông

góc với trục của nó (Hình1-20a).

7.2.1.3 Vùng gia công kín:

Là vùng gia công mà dao bị hạn chế theo tất cả các phương dịch chuyển củanó (Hình1.20b).

Hình 1-20c

7.2.1.4 Vùng gia công tổ hợp

Là vùng mà dao tạo thành các vùng gia công trên (Hình1-20c)

7.2.2 Lượng dư phay

Có thể xác định theo bảng hoặc bằng phương pháp tính toán.

7.2.3 Sơ đồ các bước khi phay7.2.3.1 Quĩ đạo của dao

Khi thực hiện nguyên công phay trên các máy CNC người ta có thể áp dụngcác phương pháp chuyển động của dao sau đây:

a Quĩ đạo chuyển động ziczắc của dao

• Hiện nay sơ đồ này được sử dụng rộng rãi

• Nhược điểm: tính chất phay thay đổi, làm ảnh hưởng đến độ chính xác vàchất lượng bề mặt của chi tiết.

d Quĩ đạo chuyển động của dao theo dạng lò xo

Đặc điểm nổi bậc của phương pháp này là bản chất của quá trình phay khôngthay đổi Do đó, đảm bảo tốt đặc điểm kỹ thuật của chi tiết.

e Quĩ đạo ăn dao kiểu răng lược:

• Bản chất của quá trình phay thay đổi

• Sau mỗi lần ăn dao (theo chiều mũi tên đậm) thì dao lùi ra khỏi mặt giacông một đoạn rồi chạy nhanh về phía xuất phát ban đầu để thực hiện các bước tiếptheo.

7.2.3.2 Khoảng cách giữa hai bước kề nhau

Khoảng cách giữa hai bước kề nhau cần phải được tính toán vì nó xác địnhchiều sâu cắt.

tmax= D - 2r – h (7.4)Trong đó:

D: đường kính dao phay(mm)

r: bán kính cong ở mặt đầu dao (mm)

h: khoảng giao nhau của hai bước đo 2 dao cùng cắt (mm)

7.2.3.3 Phương pháp ăn dao và chi tiết

Phương pháp đơn giản nhất là ăn dao dọc trục của dao theo lỗ đã khoan sẵn.Trong trường hợp gia công tinh biên dạng chi tiết thì ăn dao thực hiện theo cungtròn tiếp tuyến với biên dạng của chi tiết tại điểm mà ở đó dao bắt đầu chuyển độngtheo biên dạng.

Phương pháp này có ưu đIểm là lực cắt thay đổi từ từ, giảm được sai số giacông và thuận lợi cho việc hiệu chỉnh bán kính dao khi lập trình

Sz1: lượng chạy dao xác định theo độ nhám bề mặt phụ thuộc vàolượng với chiều sâu t và bề rộng phay B.

Sz1= C1 D.t B (7.6) Sz2: lượng chạy dao phụ thuộc vào biến dạngcho phép của dao (đường kính do D và chiều dài phần cắt)

tBZ 4l B 2l B

tBZ 4K l D

Với C1, C2, C3, C4: hệ số phụ thuộc vào vật liệu gia công và được xác định theobảng sau:

Kim loại màu 0,024 4, 65 104 0,09.1012 1,2 1012Thép 0,008 0,70.104 0,14.1012 0,2 1012

D1: đường kính qui đổi của tiết diện dao phay (mm)

: hiệu suất của máy (%)

Z: số răng tiếp xúc với bề mặt gia công n0: số vòng quay của dao (v/ph)

Chương 2CƠ SỞ TỰ ĐỘNG CỦA MÁY CNC

1.Hệ thống đo chuyển vị trên máy công cụ CNC

Khi gia công trên các máy công cụ truyền thống thì chi tiết và dao cụ thực hiện

những chuyển động tương đối với nhau Độ chính xác của chi tiết phụ thuộc vào

Hệ thống đo dùng trong các máy công cụ ĐKS thường sử dụng theo nguyêntắc quang học và nguyên tắc cảm ứng từ.

7.3 Hệ thống đo theo kiểu quang học

7.3.1 Đo chuyển vị góc

Đo lượng dịch chuyển của bàn máy thông qua số vòng quay của một trục Khiđó tồn tại thêm một cơ cấu trung gian (bánh răng _ thanh răng) để biến chuyển gócthành chuyển vị dài.

Mô hình đơn giản nhất là lắp đĩa khắc vạch lên trục vítmecủa bàn máy Khiđó, vítmephải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cao để đạt độ chính góc xác quay theo yêucầu (Hình 2-1).

1 Bộ so sánh 2.Bộ khuếch đại

5.Đĩa khắc vạch 6.Nguồn sáng7.Tế bào quang điện 8.Bộ đếm

Đĩa khắc vạch là một đĩa tròn, theo tiêu chuẩn có (16 đến 10000) vạch Mỗibước vạch sẽ sản ra 4 cấp xung, ánh sáng nhận được qua tế bào quang điện sẽ đượcbiến thành một điện áp nhất định để gởi đến bộ so sánh.

Đặc điểm

• Kết cấu đơn giản giá thành rẽ.• Độ chính xác đạt được không cao.