Bao gồm hai bộ phận chính sau: + Giá đỡ ổ dao (Bàn xe dao)
Bộ phận này là bộ phận đỡ ổ chứa dao thực hiện các chuyển động tịnh tiến ra vào song song, vuông góc với trục chính nhờ các động cơ bàn
+ Ổ dao (Đầu Rơvônve)
Máy tiện CNC thường dùng hai loại sau: - Đầu Rơvônve có thể lắp đến 12 dao các loại;
+ Đầu Rơvônve cho phép thay dao nhanh trong một thời gian ngắn, còn ổ chứa dao thì mang một số lượng lớn dao mà không gây nguy hiểm va chạm trong vùng làm việc của máy tiện.
Trong cả hai trường hợp chuôi của dao thường được kẹp trong khối mang dao tại những vị trí xác định trên bàn xe dao. Các khối mang dao phù hợp với các giá đỡ dao trên máy tiện và được tiêu chuẩn hoá.
Các kết cấu của đầu Rơvônve tùy thuộc vào công dụng và yêu cầu công nghệ của từng loại máy. Bao gồm các đầu Rơvônve (kiểu chữ thập, các đầu Rơvônve kiểu chữ thập kiểu đĩa kiểu hình trống).
Phổ biến đầu Rơvônve của các loại máy tiện CNC có kết cấu như (hình 2.7.)
Đầu rơvônve có thể lắp được các loại dao: Tiện, phay, khoan, khoét, cắt ren… được
tiêu chuẩn hoá phần chuôi có thể lắp lẫn và lắp ghép với các đồ gá ở trên đầu rơvônve. + Ổ chứa dụng cụ dùng cho máy tiện CNC
60
Các ổ chứa dao cụ thường được sử dụng ít hơn so với đầu rơvônve vì việc thay đổi dụng cụ khó khăn so với các cơ cấu của đầu rơvônve. Song ổ chứa có ưu điểm là an toàn, ít gây ra va chạm trong vùng gia công, dễ dàng ghép nối một số lớn các dụng cụ một cách tự động mà không cần sự can thiệp bằng tay.
Hình 2.7. Hệ thống dụng cụ trên máy tiện CNC
61
Bảng điều khiển là nơi thực hiện giao tiếp giữa người với máy. Người điều khiển máy ở một vị trí làm việc nhất định như hình (2.8). Kết cấu của bảng có thể khác nhau tùy thuộc vào nơi sản xuất. Thông thường bảng điều khiển của máy tiện CNC có cấu tạo gồm hai vùng: Vùng điều khiển màn hình và vùng điều khiển cức năng làm việc của mày.
62
2.5. Kỹ thuật tiện CNC và việc ứng dụng ở nƣớc ta hiện nay. 2.5.1. Khái niệm và đặc trƣng cơ bản của các máy tiện CNC
Việc thực hiện gia công trên máy CNC khác hẳn với cách thức mà người công nhân phải thực hiện trên máy vạn năng. Ở đây, tất cả các bước gia công cần phải được thiết lập từ trước bằng chương trình gia công, các lệnh rõ ràng cùng với mọi điều kiện khác như lượng chạy dao, tốc độ trục chính... và các thông số này phải được ghi lại trong chương trình
Gia công chi tiết cơ khí trên các máy điều khiển theo chương trình số CNC có những đặc điểm sau:
Mức độ tự động hoá cao, toàn bộ quá trình hoạt động của máy để gia công chi tiết do máy tính điều khiển.
Tốc độ dịch chuyển của bàn máy cao.
Tốc độ quay của trục chính cao và có thể điều chỉnh vô cấp. Độ chính xác gia công cao.
Năng suất gia công cao (có thể gấp nhiều lần máy thông thường).
Tính linh hoạt cao, thích nghi nhanh với sự thay đổi về kết cấu sản phẩm.
Mức độ tập trung nguyên công cao (gia công nhiều bề mặt trong một lần gá đặt). Có thể gia công được những bề mặt phức tạp mà các máy khác khó hoặc không thực hiện được (các bề mặt dạng 3D).
Khả năng thực hiện lặp lại các công việc gia công (chương trình được sử dụng nhiều lần).
Mức độ tự động hoá cao nên vận hành đơn giản nhưng bảo dưỡng và sửa chữa phức tạp.
Một máy gia công CNC (hay còn gọi là một trung tâm gia công) theo nguyên lý điều khiển số có sáu thành phần cơ bản sau:
1/ Chương trình gia công NC (NC program) :
Được viết theo ngôn ngữ lập trình của máy thể hiện dưới dạng các số và chữ cái quy ước. Hệ CNC có chức năng tạo lập các tín hiệu điều khiển cần thiết cho quá trình gia công. Ngoài ra hệ CNC còn phải tạo lập các lệnh NC để thực hiện các chức năng khác như thay dụng cụ cắt, đóng mở chất làm mát...
63
Thiết bị nạp chương trình vào máy thông thường là bàn phím gắn theo máy. Các máy gia công hiện đại có thể cho phép nạp chương trình có sẵn vào máy theo đường cáp truyền dữ liệu hoặc thẻ nhớ.
3/ Hệ điều khiển máy (MCU = Machine Control Unit)
Hệ điều khiển máy hoạt động trên cơ sở phần cứng (hardware) và phần mềm (software). Phần cứng ở đây là hệ điều khiển và lập trình gia công CNC do các hãng cung cấp như hệ FANUC, MITSUBISHI, HEIDENHAIN... Phần mềm điều khiển và lập trình CNC gồm có ba khối chính, đó là : Phần mềm vận hành, phần mềm giao diện, phần mềm ứng dụng.
Phần mềm vận hành bao gồm 4 chương trình sau:
+ Chương trình giám sát (còn gọi là chương trình vận hành hoặc dẫn dắt) để quản trị khâu vận hành, khởi động các phần mềm khác và tạo điều kiện truyền thông (communication) tới các thiết bị nhập – xuất.
+ Chương trình logic (logic program) thường được coi là chương trình điều khiển, để giải mã (decodes) và nội suy (interpolates) các chỉ dẫn NC nhằm tạo lập các tín hiệu điều khiển dịch chuyển cho từng trục điều khiển.
+ Chương trình biên tập (editor program), còn gọi là chương trình dịch vụ hoặc vận hành. Nó cho phép người vận hành nhập, xuất, sửa đổi hay xoá chương trình gia công chi tiết và hiển thị trên màn hình.
+ Chương trình chuẩn đoán (diagnostic program), bao gồm nhiều chương trình con chuẩn đoán khác nhau để phát hiện các lỗi có trong hệ CNC, số hiệu của lỗi và thông báo lỗi được hiển thị trên màn hình.
4/ Hệ khởi động (Drive System).
5/ Máy gia công (Machine Tool), còn gọi là máy công tác như máy tiện, máy phay, máy khoan... Đây là các máy gia công thực hiện điều khiển theo chương trình số. Ở máy CNC, phần lớn các nội dung chuẩn bị công nghệ có thể thực hiện tách rời máy gia công.
Ví dụ: chuẩn bị công nghệ và lập trình NC ở văn phòng với sự trợ giúp của máy tính, sau đó truyền tải chương trình NC đã lập và kiểm định tới máy CNC tại xưởng để thực hiện.
64
Hình 2.9. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy tiện CNC 1. Động cơ trục chính 6. Đầu dao
2. Cụm trục chính máy 7. Động cơ chạy dao theo trục X 3. Mâm cặp 8. Trục vít me bi
4. Phôi tiện 9. Động cơ chạy dao theo trục Z 5. Băng dẫn hướng dọc trục Z 10. Mũi tâm ( ụ động)
6/ Hệ phản hồi (Feedback System). Việc dịch chuyển theo trục X, trục Z của dao hay chuyển động quay của trục chính liên tục được xác định. Các thông tin đó được hệ phản hồi phản ánh cho hệ điều khiển trung tâm để bộ xử lý trung tâm xử lý số liệu và tiếp tục điều khiển đến khi nào đạt giá trị cần thiết theo chương trình thì kết thúc tín hiệu điều khiển đó.
2.5.2 Tổ chức lập trình và những vấn đề cần chú ý khi lập trình để đảm bảo độ chính xác gia công chính xác gia công
65
Trong quá trình sử dụng các máy gia công CNC, việc tổ chức lập trình đóng vai trò quan trọng trong việc khai thác máy có hiệu quả. Tuỳ theo quy mô sản xuất, theo phương tiện sử dụng khi lập trình mà có các hình thức lập trình sau:
Hình 2.10. Tổ chức lập trình gia công trên máy tiện CNC
* Lập trình trong chuẩn bị sản xuất: Với hình thức lập trình này, các chương trình gia công được lập ngay khi chuẩn bị sản xuất, khi muốn sử dụng ta truyền chường trình đó vào máy gia công. Hình thức lập trình này có một số đặc điểm sau:
Người lập trình phải am hiểu về công nghệ gia công và kiến thức, kỹ năng lập trình. Chương trình gia công chính xác và hợp lý về chế độ công nghệ.
Chương trình được chuẩn bị trước nên không mất thời gian dừng máy.
Đòi hỏi quy mô sản xuất với nhiều máy gia công, số sản phẩm sản xuất tương đối nhiều mới hiệu quả vì cơ cấu và bộ máy cồng kềnh.
Vì vậy, hình thức lập trình này chỉ thích ứng với các doanh nghiệp sử dụng nhiều máy gia công CNC.
*Lập trình trong phân xưởng: Hình thức lập trình này còn gọi là lập trình thủ công (tại máy). Khi lập trình tại phân xưởng, người vận hành máy gia công sẽ lập trình trực tiếp trên máy bằng cách nạp trực tiếp dữ liệu.
Hình thức nạp dữ liệu trực tiếp này có đặc điểm:
Người sử dụng máy phải có kiến thức, kỹ năng về lập trình.
Dễ gặp lỗi vì thường vội hoặc thiếu công cụ, chức năng kiểm tra chương trình. Mất thời gian vì phải ngừng máy, kiểm tra nhiều lần.
Vì vậy, hình thức lập trình này phù hợp với sản xuất đơn chiếc, chi tiết đơn giản.
LẬP TRÌNH GIA CÔNG
Theo quy mô sản xuất Theo phương tiện sử dụng
Lập trình trong chuẩn bị sản xuất Lập trình trong phân xưởng Lập trình có trợ giúp của máy
tính
Lập trình bằng tay
66
* Lập trình có trợ giúp của máy tính (Còn gọi là lập trình bằng máy):
- Chi tiết gia công được vẽ trên phần mềm CAD/CAM sau đó nhờ các công cụ tính toán đường dụng cụ để chuyển thành chương trình gia công.
Việc lập trình tự động hiện nay đã phát triển ở mức độ cao. Hệ thống lập trình tự động với ngôn ngữ bậc cao cho phép tạo lập tự động một chương trình gia công NC theo các giá trị toạ độ cần thiết và quỹ đạo dao (toolpath) một cách tự động.
Hình 2.11. Hệ thống lập trình tự động
* Lập trình bằng tay: Với hình thức lập trình này, chương trình gia công được lập bằng cách đánh từng câu lệnh từ bàn phím của máy tính hay bảng điều khiển theo ngôn ngữ lập trình sử dụng trên máy. Với hình thức lập trình này có đặc điểm sau: Đòi hỏi người lập trình có kiến thức, kỹ năng về lập trình và am hiểu về công nghệ. Những chi tiết phức tạp sẽ gây khó khăn cho người lập trình vì phải tính toán tìm các điểm đích trên từng biên dạng chi tiết (các điểm giao nhau của các đường biên). Mặt khác chương trình thường dài do đó dễ mắc lỗi.
Thời gian lập trình nhiều.
Tuy nhiên hình thức lập trình này phù hợp với sản xuất nhỏ nên đang được sử dụng nhiều ở nước ta.
2.5.2.2. Một số vấn đề cần chú ý khi lập trình để đảm bảo độ chính xác khi gia công tiện công tiện
Độ chính xác của chi tiết gia công trên máy tiện phụ thuộc vào:
Chi tiết gia công: Bản vẽ chi tiết trên máytính Bộ xử lý chính Chuyển đổi và tính toán toạ độ các điểm Tạo lập chƣơng trình gia công NC Bộ hậu xử lý: Chuyển đổi về quycách NC Chƣơn g trình gia công Ngôn ngữ lập trình Dữ liệu vị trí dao ĐẦU VÀO HỆ LẬP TRÌNH TỰ ĐỘNG ĐẦU RA
67
Độ chính xác của máy tiện CNC Khả năng xử lý của hệ điều khiển
Dụng cụ gia công và độ chính xác khi cài đặt thông số vị trí dụng cụ. Độ chính xác của chương trình gia công
Chế độ công nghệ...
Trong đó việc lập trình gia công đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc đảm bảo độ chính xác khi gia công. Thông thường khi lập trình, ta sử dụng ngôn ngữ lập trình tương thích với hệ điều khiển của máy để lập ra một chương trình bao gồm các câu lệnh điều khiển về máy, dịch chuyển dao theo một quỹ đạo nào đó phù hợp với biên dạng của chi tiết gia công. Tuy nhiên, khi lập trình gia công trên máy tiện CNC, trong một số trường hợp nếu không chú ý sẽ dẫn đến gây ra sai số cho chi tiết gia công sau.
2.6. Hiệu quả kinh tế khi sử dụng máy gia công CNC và việc khai thác, sử dụng hiện nay. hiện nay.
2.6.1. Hiệu quả kinh tế khi sử dụng máy gia công CNC
Quyết định đầu tư mua sắm và sử dụng máy CNC trong sản xuất dựa trên giá trị hiệu quả kinh tế do loại máy này mang lại so với máy thường như sau:
Q = [(C1 + EK1) – ( C2 + EK2)] . N [đ/năm] Trong đó:
Q – Hiệu quả kinh tế (lãi, lợi nhuận, giá trị tiết kiệm được trong sản xuất). C1 – Giá thành công nghệ gia công chi tiết cơ khí trên máy thường (đ/chi tiết). C2 – Giá thành công nghệ gia công chi tiết cơ khí trên máy NC, CNC (đ/chi tiết). E - Đại lượng nghịch đảo của thời hạn hoàn thành vốn mua máy (ví dụ nếu thời hạn hoàn vốn là 5 năm thì E = 1/5).
K1 – Chi phí đầu tư cho máy thường (đ/chi tiết). K2 – Chi phí đầu tư cho máy CNC (đ/chi tiết).
N – sản lượng của chi tiết cần gia công (chi tiết/năm).
Chi phí về công nghệ (C1, C2) để gia công chi tiết cơ khí thường được xác định theo các chi phí thành phần như sau:
Lương cho thợ vận hành máy. Chi phí về điện năng.
68
Chi phí bảo dưỡng, sửa chữa. Chi phí khấu hao nhà xưởng.
Chi phí dụng cụ cắt, dụng cụ kiểm tra. Chi phí về lập trình và chuẩn bị công nghệ.
Như vậy, phương án đầu tư sử dụng máy gia công CNC trong sản xuất chỉ thật sự có ý nghĩa khi giá trị Q lớn hơn 0.
2.6.2. Tình hình khai thác, sử dụng máy gia công CNC ở một số doanh nghiệp tại Việt Nam hiện nay Việt Nam hiện nay
Ở Việt Nam chúng ta, trước đây hệ thống sản xuất cơ khí lạc hậu, năng suất thấp, chất lượng kém nhưng giá thành lại cao. Rất nhiều doanh nghiệp trong nước và liên doanh với nước ngoài đã đưa máy gia công có mức độ tự động hoá cao vào sản xuất. Ngành cơ khí nước ta nói riêng và tất cả các ngành khác nói chung đã có bước phát triển mới. Sản phẩm chế tạo ra đã có chất lượng cao hơn, thời gian chế tạo nhanh hơn. Tuy nhiên, tìm hiểu một số doanh nghiệp Việt Nam sử dụng kỹ thuật CNC thì thấy có một số hạn chế sau:
- Chủng loại máy, nguồn gốc máy đa dạng nhưng chủ yếu là các máy của: Đức, Nhật, Mỹ, Hàn Quốc, Trung Quốc, Đài Loan.
- Hệ điều khiển của máy khá đa dạng như là FANUC, SIEMENS, HEIDENHAIN, FAGOR, MITSUBISHI...
- Việc chuyển giao kỹ thuật từ các chuyên gia nước ngoài cho đối tác tại Việt Nam không đầy đủ. Chủ yếu chỉ hướng dẫn lập trình cơ bản và thao tác vận hành máy. - Ngoại trừ một số doanh nghiệp liên doanh, doanh nghiệp 100% vốn nước ngoài trong sản xuất có mặt hàng truyền thống thì chương trình gia công CNC được chuẩn bị trước từ đưa vào còn lại chủ yếu do người vận hành máy lập trình trực tiếp trên máy. - Một số doanh nghiệp chưa thực sự chú ý đến khai thác máy một cách hiệu quả, thời gian máy hoạt động không nhiều.
- Việc sử dụng chế độ cắt thường theo khuyến cáo của nhà cung cấp máy, cung cấp dụng cụ một phần, còn chủ yếu là theo kinh nghiệm như khi thực hiện gia công trên máy vạn năng nên hiệu quả sử dụng chưa cao.
69
- Các máy gia công sử dụng kỹ thuật CNC thường được nhập ngoại với giá thành rất cao, chính vì lẽ đó, hiệu quả khai thác sử dụng máy còn hạn chế, giá thành sản phẩm cao vì mức khấu hao lớn.
2.7. Kết luận chƣơng
Nghiên cứu tổng quan ở trên cho thấy quy luật phân bố của độ chính xác gia công về cơ sở lý thuyết của các phương pháp xác định độ chính xác gia công khi gia công trên máy tiện CNC là một vấn đề phức tạp, tốn nhiều thời gian và công sức. Các công trình nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước được công bố chưa nhiều. Ở Việt Nam cho đến nay kết quả nghiên cứu về quy luật phân bố của độ chính xác gia công, về cơ sở lý thuyết của các phương pháp xác định độ chính xác gia công khi gia công trên máy tiện CNC còn rất hạn chế. Vì vậy việc nghiên cứu quy luật phân bố của độ chính xác gia công trên máy tiện CNC để xác định chế độ cắt hợp lý khi gia công trên máy tiện CNC nhằm giảm thời gian cắt gọt, tăng năng suất, phù hợp với điều kiện