4. Phương pháp nghiên cứu
1.6. Các chỉ tiêu gia công của máy CNC
1.6.1. Thông số hình học
Thông số hình học của máy CNC hay của vùng gia công là thông số của không gian mà trong đó dụng cụ cắt và chi tiết gia công có thể tác động qua lại ở bất cứ vị trí nào. Như vậy, trên các máy gia công, chi tiết tròn xoay vùng gia công là một khối lăng trụđược xác định bằng bán kính và chiều dài dịch chuyển của các tọa
độ, chi tiết hình hộp chữ nhật vùng gia công là một khối hình hộp (đôi khi là hình lăng trụ) được xác định bằng các chiều dài dịch chuyển của các tọa độ. Các điểm giới hạn của vùng làm việc được đánh số tương tự như ký hiệu số của ma trận. Để
thuận tiện và dễ nhớ, người ta đánh thứ tự các số theo quy tắc sau: số thứ nhất của các chữ số ký hiệu các điểm theo trục thẳng đứng (trục Z), số thứ hai của các chữ số
ký hiệu các điểm theo trục dọc (trục X), còn số thứ ba của các số ký hiệu các điểm theo trục nằm ngang (trục Y).
1.6.2. Thông số gia công.
Thông số gia công của máy CNC là tốc độ chuyển động của các cơ cấu chấp hành và công suất động cơ. Người ta dựa vào các thông số hình học (vùng gia công) như kích thước bàn máy phay hay chiều cao của tâm máy tiện để chọn công suất
động cơ, tốc độ quay của trục chính và lượng chạy dao. Năng suất gia công được xác định là số lượng chi tiết được gia công trong một đơn vị thời gian. Năng suất gia công đã được nghiên cứu tổng hợp trong: “giáo trình công nghệ CNC” của tác giả Trần Văn Địch viết dưới dạng công thức (1.1): 1 1 1 1 0 1 − − ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + + + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = = cbkt ∑ ∑i td ∑k kt tc t t t t n m T Q (1.1) Trong đó:
Ttc- Thời gian từng chiếc trung bình (phút); m- Số loạt chi tiết được sản xuất trong một năm; n- Số lượng chi tiết được sản xuất trong một năm;
i- Số lượng nguyên công cần thiết để gia công một chi tiết; k- Số lượng các nguyên công kiểm tra;
tct- Thời gian thay đổi chi tiết gia công; ttd- Thời gian thay dao;
t0- Thời gian cơ bản; tkt- Thời gian kiểm tra;
tcbkt-Thời gian chuẩn bị- kết thúc;
Để tăng năng suất phải giảm thời gian tcbkt. Muốn giảm thời gian tcbkt phải dùng đồ gá vệ tinh và giảm số lượng các loạt chi tiết gia công trên máy (trên một máy CNC không nên gia công quá 30÷50 loạt chi tiết trong một năm).
Để tăng năng suất phải giảm ttd. Phương pháp làm giảm ttd là dùng hệ thống thay dao tự động. Trên các máy thay dao bằng tay, nên dụng các hệ thống kẹp nhanh.
Để tăng năng suất còn phải giảm thời gian thay đổi các chi tiết gia công. Việc này có thểđạt được nhờ các cơ cấu nhiều vị trí (để thay chi tiết tựđộng) và đồ gá vệ
tinh, đồng thời, để tăng năng suất còn phải giảm thời gian t0: tăng tốc độ cắt, sử
dụng dao có khả năng cắt với tốc độ cao, đồng thời gia công bằng nhiều dao.
Một phương pháp nữa để tăng năng suất là phải giảm thời gian phụ. Thời gian phụ được giảm bằng cách tăng tốc độ chạy nhanh của các cơ cấu chấp hành hoặc của dao.
1.6.3. Độ chính xác của máy CNC
Sai số gia công tổng cộng trên các máy CNC xuất hiện trên các hệ thống truyền động của máy, trong các hệ thống điều khiển, kiểm tra và trong bản thân chi tiết gia công. Kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm của nhiều tác giả đã
được tổng hợp trong “Giáo trình công nghệ CNC” của tác giả Trần Văn Địch. Các sai số gia công được ký hiệu và giải thích như sau:
δ1, δ2, δ3, δ4: Các sai số lập trình, nội suy, hiệu chỉnh nội suy, và sai số “lệch trở vềđiểm 0”;
δ5, δ6: Sai số của bước bên trong và sai số tích lũy của datric;
δ7: Sai số của các cơ cấu chuyển đổi tín hiệu;
δ8 : Sai số của dreipha đặc tính truyền động (sai số thời gian phát xung);
δ9, δ10, δ11 : Các sai số truyền động (lực, mômen, tốc độ);
δ12 : Sai số trục vit-bi;
δ13 : Sai số hình học của máy;
δ14, δ15: Biến dạng đàn hồi của máy và đồ gá;
δ16 : Sai số kích thước gá đặt dao;
δ17 : Sai số do mòn dao;
δ19 : Sai số gá đặt chi tiết gia công;
δ20 : Biến dạng đàn hồi của chi tiết gia công;
δ21 : Biến dạng nhiệt của chi tiết gia công;
Sai số gia công tổng cộng ∆Σ cho thấy tỷ lệ các thành phần của sai số nói trên. Sai số gia công tổng cộng được xác định theo công thức:
∆Σ = ∆1 + ∆2 + ∆3 + ∆4 + ∆5 + ∆6 (1.2) Các thành phần của công thức được xác định như các công thức từ (1.3) đến (1.8): ∆1 = δ1+ δ2 + δ3 + δ4 (1.3) ∆2 = δ5 + δ6 + δ7 (1.4) ∆3 = δ8 + δ9 + δ10 + δ11 + δ12 (1.5) ∆4 = δ13 + δ14 + δ15 (1.6) ∆5 = δ16 + δ17 + δ18 (1.7) ∆6 = δ19 + δ20 + δ21 (1.8) Các sai số thành phần δđã được giải thích ở trên.
1.6.4. Hướng phát triển của máy CNC trên thế giới và Việt Nam.
So với các máy điều khiển tựđộng theo chương trình cứng (dùng cam, dưỡng, cữ chặn, trục già bi, công tắc hành trình...). Máy CNC có tính linh hoạt cao trong công việc lập trình, đặc biệt có trợ giúp của máy tính, tiết kiệm được thời gian điều chỉnh máy, tính kinh tế cao ngay cả với loạt sản phẩm nhỏ.
Ưu điểm chỉ có trong máy CNC là phương thức làm việc với hệ thống xử lý thông tin “điện tử-số hóa” cho phép nối hệ thống xử lý số trong phạm vi quản lý toàn doanh nghiệp, tạo điều kiện tựđông hóa toàn bộ quá trình sản xuất, ứng dụng các kỹ thuật quản lý hiện đại thông qua mạng liên thông toàn cầu WAN (World Area Network).
Cùng với sự phát triển của điện tử, công nghệ thông tin, các chức năng tính toán trong hệ thống CNC là phương thức làm việc và đạt tốc độ xử lý cao nhờứng dụng những thành tựu phát triển của vi xử lý µP. Các hệ thống CNC được chế tạo
hàng loạt theo phương thức xử lý đa chức năng dùng cho nhiều mục đích điều khiển khác nhau.
Sự đa dạng của sản phẩm dẫn đến giảm số lượng chi tiết gia công trong một loạt và làm tăng giá thành. Một số ngành công nghiệp chế tạo do số lượng kiểu sản phẩm và các phương án mẫu mã ngày càng tăng. Dây chuyền sản xuất truyền thống không mang lại hiệu quả kinh tếđối với khối lượng lớn chủng loại chi tiết.
Các hệ thống gia công linh hoạt có khả năng gia công các chi tiết khác nhau trong cùng một họ chi tiết với số lượng chi tiết và thứ tự gia công tùy ý. Giá thành chế tạo chi tiết kể cả trong điều kiện gia công loạt nhỏ vẫn đạt hiệu quả kinh tế cao.
Tùy theo tính linh hoạt và năng suất, người ta phân loại các hệ thống gia công linh hoạt thành:
- Các tế bào gia công linh hoạt - Các cụm gia công linh hoạt
- Các dây truyền gia công linh hoạt - Một hay nhiều cụm gia công
- Các hệ thống vận chuyển chi tiết và dụng cụ
- Máy tính của hệ thống DNC đóng vai trò là thiết bị chủđạo.
Hạt nhân của tế bào gia công là máy CNC. Một trung tâm gia công có trang bị ổ chứa dụng cụ cắt, các trang bị thay đổi gá lắp, hệ thống thay đổi dụng cụ và chi tiết tạo thành một tế bào gia công linh hoạt. Một hệ thống gia công linh hoạt làm việc tự động đòi hỏi các thiết bị giám sát và đo lường tựđộng như: Đo kích thước dụng cụở trên máy, theo dõi tựđộng tuổi bền của dao, đo chi tiết...
Kết luận chương:
- Công nghệ CNC được dùng phổ biến không những trên thế giới mà còn ở
Việt Nam hiện nay vì xu hướng sản xuất tựđộng hóa.
- Các máy CNC được kết hợp với nhau và tạo thành mạng lưới sản xuất linh hoạt FMS.
- Với sự trợ giúp của các phần mềm CAD/CAM công nghệ CNC trở nên vô cùng linh hoạt giúp các danh nghiệp thích ứng với các thay đổi nhanh chóng và liên tục về mẫu mã và chủng loại sản phẩm của khách hàng.
CHƯƠNG 2
NGHIÊN CỨU MÁY PHAY DMU 60T, LẬP TRÌNH GIA CÔNG TRÊN MÁY VỚI HỆĐIỀU KHIỂN HEIDENHEIN TNC 426
2.1. Giới thiệu khái quát về máy phay CNCDMU – 60T (hình 2.1)
Hình 2.1. Máy phay CNC DECKEL MAHO DMU60T
2.1.1. Đặc tính kỹ thuật của máy
- Hệđiều khiển Heidenhein
- Máy có thể thực hiện phay 3D ngoài ra máy có thể thực hiện các công việc như tiện, khoan, doa, ta rô.v.v...
- Độ chính xác lặp lại là 0.01, điều khiển 3 trục x, y, z hiệu quả và có thể
phay theo chiều thẳng đứng, tiện, doa theo các mặt tọa độ XY, XZ, YZ .
- Khung máy được thiết kế vững chắc đảm bảo trong quá trình gia công cắt gọt không bị rung và gây sai số. Chất lượng bề mặt gia công cao .
2.1.2.Thông số kỹ thuật của máy 2.1.2.1. Truyền động chính
- Động cơ AC vô cấp điều khiển bằng kỹ thuật số hai vùng tốc độ, tựđộng sang số.
- Truyền động chính 20 - 6300 vòng/phút và 20 – 8000 vòng/phút Tốc độ nhập chuẩn: 20 – 6300 vòng/phút.
Tốc độ tùy chọn: 20 – 8000 vòng/phút
Đồ thị- tốc độ mô men quay:
Mô men quay ở trục chính: (xem hình 2.3) Công suất: ở 100% ED (Xem hình 2.3)
ở 40% ED (Xem hình 2.3)
2.1.2.2. Động cơ bước tiến
Động cơ AC vô cấp điều khiển số cho các trục X, Y, Z Tốc độ: Trục X, Y, Z
Có thể nhập: 20 – 10000 mm/phút
Chạy dao nhanh: cho trục X và Y: 18m/phút
Cho trục Z: 17m/phút
Chếđộ cài đặt: 20 – 20000mm/phút
2.1.2.3. Hướng chuyển động của các trục
Hình 2.4 Hướng chuyển động các trục của máy phay CNC Hình 2.3 Đồ thị - Mô men quay ở trục
2.1.2.4. Hệ thống đo hành trình:
Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật của máy phay CNC DMU-60T
TT Đặc tính kỹ thuật Đơn vị Giá trị
1 Độ phân giải các trục X, Y, Z mm 0,001
2 Số gia nhập nhỏ nhất: cho các trục X, Y, Z mm 0,001 3 Dung sai định vị trí: các trục X, Y, Z mm 0,01 4 Kích thước bàn máy(Size of Worktable Surface) mm 800 x 650
5 Hệđiều khiển Haidenhain
6 Khoảng cách dịch chuyển cho trục X mm 600
7 Khoảng cách dịch chuyển cho trục Y mm 525
8 Khoảng cách dịch chuyển cho trục Z mm 500
2.2. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của máy phay CNC- DMU60T
2.2.1. Các bộ phận chính của máy 1- Động cơ chính 1- Động cơ chính 2- Tủđiện 3- Bảng vận hành và điều khiển máy 4- Thùng chứa dung dịch làm mát 5- Bàn máy 6- Đầu phay 7- Cửa an toàn Hình 2.5 Các bộ phận của máy DMU 60T
2.2.2. Các phần tửđiều khiển
1- Công tắc chính
2- Đồng hồ công tơđo thời gian mở máy 3- Đồng hồ công tơđo thời
gian máy chạy gia công 4- Cổng giao diện RS 232C 5- Ổ cắm các thiết bị ngoại vi 6- Bảng điều khiển máy bằng tay và nút dừng khẩn cấp (EMERGENCY STOP). 7- Bảng vận hành máy với hệ thống điều khiển và nút dừng khẩn cấp (EMERGENCY STOP). 2.2.3. Bảng vận hành máy Bảng điều khiển TNC 426 của hãng Heidenhain được thiết kế thích hợp với máy phay của hãng DECKEL MAHO. Dưới đây mô tả các phần tử có tính chất bổ xung không có trong tài liệu hoặc có sự khác biệt. 1- Các phần tử vận hành của bộ điều khiển TNC 426 2- Bảng vận hành máy 3- Bảng vận hành máy bổ xung Hình 2.6 Các phần tửđiều khiển Hình 2.7 Bảng điều khiển TNC 426
a. Bảng vận hành máy
1- EMERGENCY STOP 2- Nút ấn chiếu sáng - Mở máy
(đèn trạng thái sáng khi mở máy).
3- Các nút nhấn di chuyển trục chuyển động (theo các trục X,Y,Z , trục thứ 4 và trục thứ 5).
- Chạy dao nhanh
4. Các phím nhấn điều khiển trục dao phay - Bật mở trục - quay thuận chiều kim đồng hồ
- Bật mở trục - quay ngược chiều kim đồng hồ
5. Các phím chức năng - Thay dao
- Làm mát đóng/ngắt làm mát bằng gió - Mở/ đóng cửa an toàn khu vực làm việc
- Quay ổ tích dao, thuận/ngược chiều kim đồng hồ
- Tháo (nhả) bàn - Phím chức năng 6. Dừng trục chính và bước tiến 7. Dừng bước tiến Trục chính vẫn quay 8. Bắt đầu chương trình Hình 2.8 Bảng vận hành máy
b. Bảng vận hành máy bổ xung
1- Enable (yes- buttom) nút mở máy 2- Tháo (nhả) dụng cụ
3- Công tắc thay đổi chếđộ vận hành máy - Chếđộ vận hành chuẩn
- Chếđộ vận hành cài đặt
- Chếđộ vận hành 3 (tuỳ chọn ), có sự can thiệp của con người.
- Công tắc vận hành cho chếđộ vận hành 4 (tuỳ chọn)
Mở rộng sự can thiệp của con người )
2.2.4. Tay quay điện tử HR 410 (hình 2.10)Tay quay điện tửđược trang bị một số Tay quay điện tửđược trang bị một số
nam châm vĩnh cửu, không được phép gắn tay quay điện tử này lên đỉnh màn hình của hệ thống
điều khiển. Sự nhiễm từ sẽảnh hưởng đến hoạt
động của hệđiều khiển.
Chức năng của các phím:
Một vài nút ấn trên tay quay điện tử có đèn trạng thái là các đi ốt phát quang.
Đèn báo sẽ sáng lên khi các nút thích hợp được kích chọn.
Hình 2.9 Bảng vận hành máy bổ xung
2- Vô lăng điện tửđể di chuyển các trục
3- Các nút ấn an toàn - Để thao tác vận hành khi mở cửa an toàn khi sử dụng phải nhấn đồng thời cả hai phím.
4- Các phím ấn chọn trục
- Chọn các trục di chuyển theo yêu cầu 5- Tiếp nhận vị trí hiện hành
6- Bước tiến: Chậm, trung bình, nhanh 7- Các phím nhấn di chuyển trục 8- Phím chức năng
2.3. Thao tác sử dụng bảng điều khiển và vận hành máy
2.3.1. Màn hình và bàn phím
Màn hình và bàn phím là công cụ để vận hành và điều khiển máy. Để tiến hành việc thao tác vận hành và lập trình trên phần mềm TNC 426 ở máy phay DMU- 60T trước hết ta hãy xem xét kỹ lưỡng hơn về màn hình và bàn phím của hệ
thống điều khiển máy.
Bộ điều khiển HEIDENHAIN TNC 426 là hệ điều khiển quỹ đạo được sử
dụng để lập trình các qui trình công nghệ gia công Khoan-Phay trực tiếp trên máy bằng ngôn ngữ hội thoại một cách dễ hiểu. TNC 426 có thểđiều khiển tới 5 trục.
2.3.1.1. Màn hình của TNC426(hình 2.11)
1- Dòng đầu trên màn hình: Khi TNC đóng mạch, dòng đầu trên màn hình cho thấy các chếđộ vận hành được lựa chọn.- Các phím đa chức năng (Soft keys): Dòng cuối của màn hình cho ta nhận thấycác chức năng ứng dụng mở rộng của hệ điều khiển. Các chức năng này được lựa chọn bằng việc nhấn trực tiếp vào các phím chức năng 3. Khi chức năng nào ở dòng cuối được lựa chọn thì ở đó sẽ trở thành vùng sáng.
2- Các phím đa chức năng (Soft keys)
Dòng cuối của màn hình cho ta nhận thấy các chức năng ứng dụng mở rộng của hệđiều khiển. Các chức năng nay được lựa chọn bằng việc nhấn trực tiếp vào các
phím chức năng 3. Khi chức năng nào ở dòng cuối được lựa chọn thì ởđó sẽ trở thành vùng sáng.
3- Các phím lựa chọn chức năng.
4- Phím chuyển đổi chức năng của thanh công cụ dưới màn hình