a/. Nguyên lý gia công cơ giới: Chế biến cơ giới là loại hình chế tạo ra sản
phẩm từ gỗ chủ yếu làm thay đổi hình dáng, kích thƣớc, còn bản chất hóa học của gỗ cơ bản không thay đổi
Hình 1. 14.Mô tả gia công cơ giới gỗ
b/. Nguyên lý hóa học: Là hình thức chế tạo ra sản phẩm từ gỗ mà trong đó
cấu trúc, thành phần và bản chất hóa học của gỗ đã bị thay đổi. Ví dụ quá trình sản xuất than gỗ, giấm công nghiệp…
Hình 1. 15.Mô tả quá trình gia công hóa học gỗ
c/. Nguyên lý cơ - hóa: Là hình thức trung gian giữa chế biến cơ giới và chế
biến hóa học. Ví dụ quá trình gia công áp lực có ngâm tẩm, biến tính gỗ, sản xuất gỗ nhân tạo …
Hình 1. 16.Mô tả quá trình gia công cơ –hóa gỗ
1.5.2. Phương pháp gia công gỗ
a/. Phương pháp tách, chẻ: Là phƣơng pháp chế biến cơ giới mà trong đó việc
thay đổi hình dáng, kích thƣớc của gỗ đƣợc thực hiện bằng sự phá hủy liên kết giữa các phần tử vật chất nhờ công cụ tác động theo các lớp gỗ mà không theo một hƣớng định trƣớc của con ngƣời. Ví dụ: tƣớc sợi, chẻ tre …
Hình 1. 17.Mô tả quá trình gia công tách trẻ gỗ
b/. Phương pháp áp lực: Là phƣơng pháp chế biến cơ giới mà trong đó việc
thay đổi hình dáng, kích thƣớc của gỗ đƣợc thực hiện bằng áp lực nhƣng không có sự phá hủy liên kết giữa các vật chất gỗ. Ví dụ: uốn, nén gỗ…
Hình 1. 18.Mô tả quá trình gia công áp lực gỗ
c/. Phương pháp va đập: Là phƣơng pháp chế biến cơ giới mà trong đó việc
thay đổi hình dáng kích thƣớc của gỗ đƣợc thực hiện bằng cách phá hủy liên kết giữa các phần tử vật chất gỗ nhƣng không theo hƣớng định trƣớc của con ngƣời. Ví dụ: nghiền, đập…
Hình 1. 19.Mô tả quá trình gia công va đập gỗ
d/. Phương pháp cắt gọt: Là phƣơng pháp chế biến cơ giới mà trong đó việc
thay đổi hình dáng, kích thƣớc của gỗ đƣợc thực hiện bằng sự phá hủy liên kết giữa các phần tử của con ngƣời nhờ công cụ cắt. Ví dụ: bóc, lạng bào…
Hình 1. 20.Mô tả quá trình gia công cắt gọt gỗ
1.5.3. Các dạng gia công cắt gọt gỗ
a/. Căn cứ vào qua hệ giữa cạnh cắt và phương cắt:
- Cắt gọt 2 chiều (hình a): cạnh cắt chính và phƣơng cắt vuông góc với nhau
- Cắt gọt 3 chiều (hình b): cạnh cắt chính và phƣơng cắt không vuông góc
với nhau
θ: góc nghiêng dao
Hình 1. 21.Mô tả quá trình cắt gọt 2 chiều và 3 chiều
b/. Căn cứ vào quan hệ giữa cạnh cắt chính, vận tốc cắt và phương sợi gỗ
- Cắt dọc: Cạnh cắt vuông góc với thớ gỗ, vận tốc cắt song song với thớ gỗ.
(hình 1.22.b)
- Cắt bên: Cạnh cắt song song với thớ gỗ, vận tốc cắt vuông góc với thớ gỗ. (hình 1.22.c)
Hình 1. 22.Mô tả quá trình cắt ngang, cắt dọc, cắt bên
c/. Căn cứ theo số cạnh của dao tham gia cắt gọt:
- Cắt hở: Quá trình cắt diễn ra chỉ do một cạnh cắt tham gia, chiều dài phần
tham gia cắt lớn hơn hoặc bằng chiều rộng phôi, phoi.
Hình 1. 23.Mô tả quá trình cắt hở
- Cắt kín: Quá trình cắt diễn ra chỉ do 3 cạnh cắt tham gia, chiều dài cạnh cắt
Hình 1. 24.Mô tả quá trình cắt kín
- Cắt nửa hở: Quá trình cắt diễn ra do hai cạnh cắt tham gia, chiều dài phần
tham gia cắt bằng chiều rộng phoi, nhỏ hơn chiều rộng phôi.
Hình 1. 25.Mô tả quá trình cắt nửa hở
d/. Căn cứ vào đặc điểm quá trình cắt và mục đích nghiên cứu:
Cắt gọt cơ bản: Bản chất của “dạng cắt gọt cơ bản” đƣợc xem nhƣ dạng cắt gọt diễn ra trong điều kiện đƣợc đơn giản hóa một số thông số có liên quan, nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho công việc nghiên cứu. Những kết quả từ việc nghiên cứu ở dạng cắt gọt cơ bản sẽ làm cơ sở để nghiên cứu các dạng cắt gọt chuyên dùng.
Cắt gọt cơ bản có các đặc điểm:
- Quá trình cắt gọt đƣợc thực hiện ở một cạnh của dao cắt, dao có dạng hình nêm, các mặt giới hạn của dao xem nhƣ mặt phẳng, các thông số góc là cố định, độ dài cạnh cắt lớn hơn chiều rộng của phôi và của phoi.
- Quỹ đạo thực là mặt phẳng, tốc độ ăn dao cố định, tốc độ cắt cố định và có hƣớng vuông góc với cạnh cắt.
- Hƣớng chuyển động, cạnh cắt của dao vuông góc hoặc song song với chiều thớ gỗ.
- Chiều dày phoi cố định.
Hình 1. 26.Mô tả 3 dạng cắt gọt cơ bản
1.6. Kết luận Chƣơng I
Qua toàn bộ nội dung chương I luận văn đã đi nghiên cứu tổng quan về bản chất của vật liệu gỗ, các tính chất của gỗ: Như tính chất vật lý, cơ học…, các phương pháp gia công vật liệu gỗ, như gia công tách trẻ, gia công áp lực, gia công cắt gọt…. Dựa vào đó có thể hiểu được bản chất của vật liệu gỗ, bản chất của quá trình gia công gỗ, từ đó tìm được phương pháp gia công gỗ phù hợp, đó chính là gia công cắt gọt, nhằm phục vụ cho hướng nghiên cứu của đề tài.
Các trục toạ độ của máy CNC cho phép xác định chiều chuyển động của các cơ cấu máy và dụng cụ cắt.
Các trục toạ độ đó là trục x, y,z. Chiều dƣơng của các trục đƣợc xác định theo quy tắc bàn tay phải: Theo nguyên tắc này thì các ngón tay:
- Ngón cái chỉ chiều dƣơng của trục x. - Ngón giữa chỉ chiều dƣơng của trục z. - Ngón trỏ chỉ chiều dƣơng của trục y.
Hình 2. 1.Mô tả quy tắc bàn tay phải
b/. Hệ trục toạ độ trên máy Tiện CNC :
Máy tiện CNC thƣờng có loại 2D và 3D, nhƣng loại 2D phổ biến hơn vì nó cỏ thể gia công đƣợc tất cả các bề mặt trụ ngoài hoặc trụ trong có đƣơng sinh bất kỳ.
Với loại máy 2D(có 2 trục)
- Nếu bàn xe dao phía sau phôi, phƣơng của trục X và trục Z nhƣ hình dƣới :
- Nếu bàn xe dao phía trƣớc phôi , phƣơng của trục X và trục Z nhƣ hình dƣới :
Hình 2. 3.Mô tả máy Tiện CNC có bàn xe dao phía trƣớc phôi
c/. Hệ trục toạ độ trên máy Phay CNC :
Với các
loại máy này, trục chính hƣớng theo phƣơng thẳng đứng và trùng với phƣơng của trục Z, chiều dƣơng hƣớng lên trên
2.1.2. Điểm chuẩn trên máy CNC a/. Điểm chuẩn máy ( M):
Điểm gốc O của máy(điểm chuẩn M của máy) là điểm gốc của hệ toạ độ máy. Điểm M đƣợc các nhà chế tạo quy định theo kết cấu của từng loại máy. Điểm M là điểm giới hạn vùng làm việc của máy. Điều đó có nghĩa là trong phạm vi vùng làm việc của máy các dịch chuyển của các cơ cấu máy có thể thực hiện theo chiều dƣơng của các trục toạ độ. ở các máy phay điểm M thƣờng nằm ở điểm giới hạn dịch chuyển của bàn máy
Hình 2. 5.Mô tả điểm chuẩn M trên máy Phay
Với máy tiện CNC điểm M thƣờng chọn là giao điểm của trục z với mặt phẳng đầu của trục chính.
Hình 2. 6.Mô tả điểm chuẩn M trên máy Phay
b/. Điểm chuẩn chi tiết gia công ( W)
Là điểm gốc toạ độ của chi tiết. Vị trí của điểm W phụ thuộc vào sự lựa chọn của ngƣời lập trình
Đối với các chi tiết tiện thì điểm W của chi tiết thƣờng nằm trên đƣờng tâm và mặt đầu của chi tiết
Hình 2. 7.Mô tả điểm chuẩn W trên chi tiết Tiện
Đối với các chi tiết phay chọn điểm W tại điểm góc ngoài đƣờng viền chi tiết
Hình 2. 8.Mô tả điểm chuẩn W trên chi tiết Phay
Khi gia công các bề mặt chi tiết, có thể chọn nhiều hệ toạ độ khác nhau với các điểm gốc W1 và các gốc toạ độ phụ W2 , W3 , W4 , W5
Hình 2. 9.Mô tả chi tiết Phay có nhiều điểm chuẩn
c/. Điểm chuẩn dao
Hình 2. 10.Mô tả điểm chuẩn dao(Tiện, Khoan)
Các loại dao khoét, doa, phay có điểm P là tâm mặt đầu của dao. Điểm P đƣợc dung để tính quỹ đạo chuyển đông của dao
Hình 2. 11.Mô tả điểm chuẩn dao(Phay, Doa)
d/. Một số các điểm chuẩn khác: Điểm chuẩn giá dao T, điểm gá dao N điểm điều chỉnh dao E, điểm gá đặt A, điểm 0 của chƣơng trình.
2.1.3. Hệ điều khiển trên máy CNC
Điều khiển số (Numberical Control) ra đời với mục đích diều khiển các quá
trình công nghệ gia công cắt gọt trên các máy công cụ. Về thực chất, đây là một quá trình tự động điều khiển các hoạt động của máy (nhƣ các máy cắt kim loại, robot, cơ cấu vận chuyển phôi…) trên cơ sở các dữ liệu đƣợc cung cấp là ở dạng mã số nhị nguyên bao gồm các chữ số, số thập phân, các chữ cái và một số ký hiệu đặc biệt tạo nên một chƣơng trình làm việc của thiết bị hay hệ thống.
a/. Hệ điều khiển NC:
Trong hệ điều khiển NC các thông số hình học của chi tiết gia công và các lệnh điều khiển đƣợc cho dƣới dạng dãy các con số.
b/. Hệ điều khiển CNC:
loại máy. Hệ điều khiển CNC cho phép thay đổi hiệu chỉnh các chƣơng trình gia công chi tiết và cả chƣơng trình hoạt động của bản thân nó.
c/. Hệ điều khiển DNC:
Nhiều máy công cụ CNC đƣợc nối với một máy tính trung tâm qua đƣờng dẫn dữ liệu. Mỗi máy công cụ có hệ điều khiển CNC mà bộ tính toán của nó có nhiệm vụ chọn lọc và phân phối các thông tin (theo chiều 1- hình 2.1 - 1). Hay nói cách khác thì bộ tính toán là cầu nối giữa các máy công cụ và máy tính trung tâm.
- Máy tính trung tâm có thể nhận những thông tin từ các bộ điều khiển CNC để hiệu chỉnh chƣơng trình hoặc có thể đọc những dữ liệu từ máy công cụ.
- Trong một số trƣờng hợp máy tính đóng vai trò chỉ đạo trong việc lựa chọn những chi tiết gia công theo thứ tự ƣu tiên để phân chia đi các máy khác nhau.
d/. Hệ điều khiển thích nghi:
Hình 2. 12.Mô tả sơ đồ điều khiển thích nghi
Hình 2.12 là một ví dụ về sơ đồ điều khiển thích nghi. Dao (2) gia công chi tiết (1). Các yếu tố công nghệ không ổn định có thể gây ra sự thay đổi lực cắt Py (lực hƣớng kính). Lực Py đƣợc datric (3) ghi lại. Tín hiệu của datric đi qua bộ biến đổi (4) tác động đến cơ cấu chạy dao (5-7) và làm ổn định lực cắt Py. Nừu lực cắt Py tăng thì lƣợng chạy dao sẽ giảm xuống và nhƣ vậy lực Py sẽ giảm xuống. Ngƣợc lại, nếu lực cắt Py giảm xuống thì lƣợng chạy dao sẽ tăng lên. ổn định lực cắt khi đó có nghĩa là giảm đƣợc dao động của kích thƣớc gia công (tăng độ chính xác và năng suất gia công).
2.1.4. Lập trình trên máy CNC
a/.Khái niệm chương trình NC: Chƣơng trình NC là một file chứa các lệnh điều khiển máy, mỗi lệnh điều khiển một thao tác nào đó của máy. Các lệnh đƣợc viết bằng các mã quy định và sắp xếp theo một thứ tự mà máy có thể hiểu đƣợc khi nó làm việc. Trong máy có bộ điều khiển, nó đọc các lệnh theo thứ tự để thực hiện quá trình gia công. Hiện nay có rất nhiều kiểu điều khiển CNC, chúng phụ thuộc vào các nhà chế tạo máy CNC. Tuy nhiên, mã quốc tế ISO đƣợc sử dụng rỗng rãi nhất.
b/. Cấu trúc của chương trình NC,CNC
* Địa chỉ lệnh
Chữ cái đầu lệnh, chỉ thị vị trí lƣu trữ dữ liệu số theo sau đƣợc gọi là địa chỉ lệnh, cụ thể ở bảng sau
Bảng 2. 1 Bảng thể hiện cấu trúc địa chỉ lệnh
Nhóm lệnh Địa chỉ ý nghĩa
Số hiệu chƣơng trình O Số hiệu chƣơng trình Số thứ tự cõu lệnh N Số thứ tự câu lệnh
Lệnh G G Phƣơng thức nội suy chuyển động
Kích thƣớc
X, Y, Z Trục chuyển động tịnh tiến chính U, V, W Trục chuyển động tịnh tiến phụ A, B, C Trục quay chính
I, J, K Tọa độ tâm cung tròn
R Bỏn kớnh cung tròn
Tốc độ chạy dao F Tốc độ chạy dao
Tốc độ trục chính S Tốc độ trục chính
Chọn dao T Số hiệu dao
Lệnh phụ M Lệnh đóng/ngắt
* Từ lệnh:
Ví dụ:
N10: Câu lệnh thứ 10 G01: Nội suy đƣờng thẳng X2.0: Tọa độ theo phƣơng X
* Câu lệnh:
Là chuỗi các từ lệnh đầy đủ để thực hiện một di chuyển của dao hay một hoạt động của máy và đƣợc coi là đơn vị cơ bản của chƣơng trình. Mỗi câu lệnh bắt đầu bằng lệnh thứ tự (N_) và kết thúc bằng ký hiệu(;) và cụ thể bao gồm nhiều câu lệnh khác nhau
Bảng 2. 2 Thể hiện cấu trúc câu lệnh
N_ G_ X_ Y_ Z_ M_ S_ T_ ; Số thứ tự câu lệnh Lệnh G Lệnh kích thƣớc Lệnh phụ Lệnh chọn tốc độ trục chính Lệnh chọn dụng cụ cắt Ký tự kết thúc Ví dụ:
N10 X20.0 Y15.0 : Câu lệnh thứ 10 dao đang ở toạ độ trục X = 20.0; trục Y = 15.0
* Chương trình
Cấu trúc chƣơng trình bao gồm các thành phần nhƣ sau: Đầu tệp tin: Ký tự khai báo bắt đầu tập tin chƣơng trình
Nhón tệp tin: Tiêu đề tệp tin chƣơng trình
Đầu chƣơng trình: Ký tự khai báo bắt đầu chƣơng trỡnh Chƣơng trình: Các câu lệnh gia công
Chú thích: Chỉ dẫn hoặc chú thích cho ngƣời vận hành Cuối tệp tin: Ký tự khai báo kết thúc tệp tin chƣơng trình
2.2. Tổng quan về máy gia công gỗ[2]
trình cắt gọt mở rộng đối tƣợng và nâng cao hiệu quả cắt gọt. Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật các loại máy gia công gỗ đã đƣợc cải tiến và phát triển đa dạng về chủng loại và kích thƣớc. Tùy thuộc vào hình dáng hình học độ phức tạp của bề mặt gia công mà có các loại máy gia công gỗ: máy tiện gỗ, máy phay gỗ, máy bào, máy khoan, đánh nhám…, máy bán tự động, máy tự động, máy CNC gia công gỗ.
2.3. Máy phay gỗ CNC BKRW2014[2]
2.3.1. Giới thiệu máy phay gỗ CNC BKRW2014
Máy phay gỗ CNC BKRW2014 là sản phẩm của đề tài nghiên cứu khoa học , do Sở khoa học và Công nghệ Hà Nội cấp phép theo mã số 01C – 01/03 – 2013 – 2. Cơ quan chủ trì là Viện Cơ khí – Đại Học Bách khoa Hà Nội. Đây là chiếc máy CNC 3 trục gia công phục vụ trùng tu các di sản văn hóa truyền thống.
Hình 2. 13.Mô tả máy phay gỗ CNC BKRW2014
2.3.2. Thông số và khả năng công nghệ * Thông số cơ bản của máy * Thông số cơ bản của máy
a, Động cơ dẫn động các trục
+ Động cơ dẫn động trục X và trục Y
Chọn động cơ Hybrid Servo Motor để dẫn động 2 trục X, Y của máy phay gỗ CNC. Động cơ này có gắn Encoder ở đầu trục động cơ để đo góc quay và từ đó xác định chính xác vị trí của các bàn máy.
Hình 2. 14.Động cơ Hybrid Servo Motor hãng JMC
Thông số động cơ:
Hãng sản xuất: JMC, động cơ thuộc loại: 86J18118EC – 1000 Hz, có bƣớc góc: 1,80. Momen giữ: 8,5 N.m, dòng điện: 4,2 A/phase, điện trở: 0,44 Ω/phase, sử dụng dây kết nối4 dây cấp điện cho động cơ và 1 cổng DB9 chân tín hiệu của Encoder
+ Động cơ dẫn động trục Z
Hình 2. 15.Động cơ Hybrid Servo Motor của hãng Leadshine