- các ph−ơng tiện đọc khác, nh−: đọc đĩa, đọc băng trao đổi dữ liệu với các thiết bị l−u trữ bên ngoà
điều khiển theo ch−ơng trình số (Máy CNC)
(Máy CNC)
1.1 Lịch sử máy CNC và các khái niệm liên quan
1.2 Điều khiển theo ch−ơng trình số
1.3 Kết cấu máy CNC
1.4 Hiệu quả sử dụng máy CNC
1.3 Kết cấu máy CNC
Về kết cấu chung, máy thông th−ờng, máy NC và máy CNC đều có:
- phần cơ sở (thân máy, bàn máy, hệ thống truyền động trục chính, hệ thống chạy dao, hệ thống điều khiển, hệ thống gá kẹp
- các thiết bị phụ trợ (làm mát, bôi trơn, chiếu sáng,...).
Tuy nhiên, kết cấu của từng hệ thống của máy CNC có nhiều điểm khác so với máy thông th−ờng.
- Hệ thống điều khiển trục chính - Hệ thống điều khiển chạy dao - Hệ thống gá kẹp chi tiết - Hệ thống thay dao
1.3.1 Đặc điểm kết cấu chung
Hệ truyền động cơ khí đ−ợc chế tạo cứng vững, chính xác, giảm thiểu ma sát. Các đ−ờng tr−ợt th−ờng đ−ợc nhiệt luyện, phủ hợp kim giảm ma sát và mài mòn hoặc dùng con lăn.
Các truyền động vít me th−ờng đ−ợc dùng vít me - đai ốc bi để giảm ma sát và triệt tiêu khe hở.
Hệ thống hộ số, hộp tốc độ gần nh− không còn vì các động cơ đều đ−ợc điều khiển vô cấp.
Vùng làm việc của máy CNC th−ờng đ−ợc bao kín để đảm báo an toàn tối đa cho ng−ời sử dụng.
Việc thay dao, thay và kẹp phôi, tải phoi,... th−ờng đ−ợc thực hiện tự động.
1.3.1 Đặc điểm kết cấu chung
Máy CNC hầu nh− không còn các tay quay, cần gạt cơ khí vì các chức năng thay đổi chế độ gia công, dịch chuyển bàn máy (hoặc dao) đều đ−ợc thực hiện tự động hoặc dùng các phím điều khiển, tay quay điện tử.
Thay vì kết cấu đúc, hệ thống khung s−ờn của máy CNC th−ờng có kết cấu khung hàn, cho phép giảm khối l−ợng, ít bị biến dạng nhiệt mà vẫn cứng vững và ổn định.
Các máy và các trung tâm gia công CNC th−ờng đ−ợc trang bị các hệ thống thay dao tự động, cấp phôi tự động, tải phoi tự động.
Vị trí của đài dao th−ờng đ−ợc chuyển về phía sau máy để thuận tiện cho điều khiển và không cản trở quan sát của công nhân.
Băng máy tiện th−ờng đ−ợc đặt nghiêng để tăng độ ổn định, giảm kích th−ớc chiều ngang và dễ thoát phoi.
Ví dụ về kết cấu của một máy phay CNC 1. Bàn gỏ chi tiết 2. Vựng làm việc 3. Đốn chiếu sỏng 4. Cửa chắn phoi 5. Trục chớnh 6. Nỳt dừng khẩn cấp 7. Khay chứa phoi 8. Lưới lọc phoi 9. Khay (mỏng) làm mỏt 10. Bơm làm mỏt 11. Cụng tắc chớnh 12. Hộp điện 13. Bàn phớm điều khiển 14. Bàn phớm mỏy tớnh 15. Thõn mỏy với vựng chứa phoi 1.3.2 Hệ thống điều khiển trục chính
Cũng nh− trên các máy thông th−ờng, trục chính trên máy CNC đảm bảo chuyển động cắt chính.
- Trên máy phay, đó là trục mang dao phay, - Trên máy tiện là trục mang phôi.
- Trên máy mài, trục chính mang đá mài.
Trục chính là bộ phận tiêu tốn năng l−ợng nhiều nhất trên máy. Vì vậy công suất trục chính th−ờng đ−ợc dùng làm chỉ tiêu đánh giá công suất gia công của máy.
Yêu cầu cơ bản đối với trục chính là có khoảng thay đổi số vòng quay rộng, với momen lớn, ổn định và khả năng quá tải cao.
Trên các máy thông th−ờng: dùng động cơ xoay chiều không đồng bộ hoặc đồng bộ kèm hộp số cơ khí có cấp và vô cấp.
1.3.2 Hệ thống điều khiển trục chính (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trên máy CNC, tốc độ trục chính cần đ−ợc điều khiển vô cấp, tự động theo ch−ơng trình, trong phạm vi rộng.
- Rất cần thiết khi thay đổi đ−ờng kính dao phay hoặc đ−ờng kính phôi tiện mà lại cần duy trì vận tốc cắt không đổi.
- Gia công ren bằng đầu ta rô cứng, gia công ren nhiều đầu mối,... còn đòi hỏi phải định vị chính xác góc trục chính.
Sử dụng các loại động cơ dễ điều khiển tự động tốc độ: - động cơ một chiều, xoay chiều đồng bộ.
- động cơ không đồng bộ điều khiển bằng biến tần đ−ợc sử dụng rộng ri.
- khi cần định vị góc trục chính, ng−ời ta gắn encoder lên trục động cơ.
So với trục chính của máy thông th−ờng, trục chính của máy CNC làm việc với tốc độ cao hơn (tới hàng vạn v/ph), th−ờng xuyên có gia tốc lớn. Vì vậy, yêu cầu cân bằng, bôi trơn đặc biệt cao ở các máy CNC.
1.3.3 Hệ thống điều khiển chạy dao
Hệ thống chạy dao đảm bảo chuyển động tạo hình, nên nó quyết định khả năng công nghệ (tức là kích th−ớc, hình dạng, độ chính xác của bề mặt gia công) của máy.
Trên thực tế, chuyển động tạo hình có thể do dao hoặc phôi thực hiện, nh−ng ng−ời ta quy −ớc trong mọi tr−ờng hợp coi phôi đứng yên, còn dao chuyển động.
So với các hệ thống khác, hệ thống chạy dao của máy CNC có nhiều thay đổi nhất so với máy thông th−ờng.
- Sự thay đổi rõ nhất là mỗi trục chạy dao đ−ợc điều khiển bằng một động cơ riêng.
- Sự phối hợp giữa các chuyển động tạo hình theo các ph−ơng là do bộ điều khiển đảm nhiệm.
- Hệ thống truyền động cơ khí liên kết động học giữa các trục, kể cả các tay quay là không cần thiết.
Các trục đ−ợc điều khiển
Trên máy phay, th−ờng có 3 trục đ−ợc điều khiển là X, Y, Z.
Trên máy tiện, số trục điều khiển th−ờng là 2 - trục X và Z .
Các máy hiện đại và các trung tâm gia công th−ờng có tới 4, 5, 6 trục điều khiển hoặc hơn.
Theo tiêu chuẩn quốc tế, ng−ời ta đặt tên 3 trục quay quanh các trục X, Y, Z là A, B, C. Nếu có các trục tịnh tiến song song với X, Y, Z thì ng−ời ta gọi chúng là U, V, W.
Xích truyền động
Đặc điểm
- Để đảm bảo độ chính xác và êm dịu chuyển động, trong các xích truyền động cơ khí máy CNC đều dùng cơ cấu vít me - đai ốc bi.
Kết cấu
- Động cơ (1) th−ờng đ−ợc lắp trực tiếp lên trục vít me hoặc qua bộ truyền đai răng, có khả năng truyền động êm và chống tr−ợt. - Một đầu của trục có thể (nếu không dùng th−ớc thẳng) đ−ợc gắn
thiết bị đo vị trí, encoder quay (3). - Bàn máy (2) đ−ợc gắn trên đai ốc (5).
Đảm bảo chất l−ợng truyền động
Mục đích: - khử khe hở,
- đảm bảo độ êm dịu chuyển động khi đảo chiều - tăng độ cứng vững của hệ thống
Giải pháp
- tạo sức căng giữa vít me và đai ốc nhờ lực kẹp giữa hai nửa của đai ốc bi 1. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- lực căng và khe hở đ−ợc hiệu chỉnh nhờ thay đổi chiều dày của vòng cách 2.
1. Đai ốc bi
2. Vòng điều chỉnh khe hở 3. Bi
4. Vít me bi
1.3.4 Thiết bị gá kẹp chi tiết (phôi)
Về cơ bản, cơ cấu kẹp chi tiết trên máy CNC không khác với trên máy thông th−ờng.
Một số điểm khác:
Máy CNC làm việc ở tốc độ cao, gia tốc góc lớn.
- Vì vậy độ cân bằng động phải rất cao để giảm lực ly tâm cũng nh− rung động.
- Hệ thống ổ và bôi trơn cũng phải có khả năng làm việc ở tốc độ cao.
Hệ thống kẹp phải có khả năng đ−ợc điều khiển tự động. - hệ thống kẹp tự động dùng điện cơ, thuỷ lực, khí nén tác động
nhanh từ ch−ơng trình - dùng robot công nghiệp.
Th−ờng cơ cấu kẹp phôi đ−ợc nối ghép và làm việc với cơ cấu cấp phôi tự động.
1.3.5 Hệ thống thay dao
Nhiệm vụ của hệ thống thay dao là cất trữ đ−ợc một số l−ợng dao cần thiết và đ−a nhanh mỗi dao vào vị trí làm việc khi có yêu cầu. Các máy CNC hiện đại th−ờng đ−ợc trang bị hệ thống thay dao tự động theo ch−ơng trình (Automatic Tool Changer - ATC).
Các yêu cầu đối với hệ thống thay dao tự động: 1. Quản lý và thay đổi chính xác dao theo ch−ơng trình.
- Mỗi dụng cụ đều có các đặc tr−ng hình học và cơ học riêng. Nếu hệ thống lắp nhầm dụng cụ thì không chỉ ảnh h−ởng đến năng suất, chất l−ợng gia công mà còn gây nguy hiểm.
- Trên máy CNC, mỗi dụng cụ đ−ợc đặc tr−ng bởi một m riêng. M đó cùng với các thông số bù dao đ−ợc l−u trữ trong một CSDL đặc biệt. - Bình th−ờng các dao đ−ợc lắp sẵn trên đài dao, tại một vị trí xác định. Khi
dao đ−ợc đ−a vào vị trí làm việc thì bộ điều khiển phải tham chiếu đến dữ liệu của nó để tính toán l−ợng bù.
2. Thay nhanh để giảm thời gian chờ.
- đầu quay dạng đĩa (nh− đài revolver) - kho chứa (gọi làTool Magazine).
Các thông số bù dao
Dao phay.
- Vị trí của dao đ−ợc bộ điều khiển xác định qua toạ độ điểm B, nằm trên mặt đầu của trục gá dao và đ−ờng tâm lỗ gá.
- Thông số bù dao: dùng để xác định vị trí của l−ỡi cắt: L, R
Dao tiện.
Đμi dao revolver
Đặc điểm sử dụng
- hay đ−ợc dùng trên máy tiện, - đôi khi dùng cho máy phay.
- các dao đ−ợc lắp trên mặt ngoài hoặc trên mặt đầu của đĩa quay. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- có động cơ truyền động riêng, đ−ợc điều khiển theo ch−ơng trình.
- mỗi đài dao có thể chứa 8 đến 16 dao. Máy lớn có thể có 2 - 3 đài dao
Khi một dao nào đó đ−ợc gọi theo lệnh trong ch−ơng trình thì đài sẽ quay cho đến khi dao đó ở vị trí chờ gia công.
Thời gian thay dao rất nhanh: chỉ tính bằng phần m−ời giây.
Trên một số máy, bộ điều khiển có khả năng xác định chiều quay sao cho góc quay của đài nhỏ hơn 180o.
Kho chứa dao
Khi có trên 48 dao thì th−ờng dùng kho chứa
Có nhiều dạng kho chứa:
- dạng thẳng với các dao xếp theo hàng;
- dạng vòng với các dao xếp theo các vòng tròn đồng tâm; - dạng đĩa với các dao xếp trên mặt đầu của đĩa;
Kho chứa dao
Khi có lệnh thay dao, hệ thống làm việc theo trình tự sau: - Chuyển dao cần lắp trên kho đến vị trí thay;
- Di chuyển trục chính đến vị trí t−ơng ứng, chờ thay dao; - Quay tay gắpđối diện với dao cũ
trên trục chính và dao mới trên kho; - Chuyển động dọc trục để rút dao cũ khỏi trục chính và dao mới khỏi kho chứa;
- Quay 180ođể đổi chỗ 2 dao; - Đặt các dao vào vị trí mới trên
trục và trên kho chứa; - Chuyển động về vị trí chờ.
Th−ờng thời gia thay dao kéo dài khoảng vài giây. Trên các máy hiện đại và số dao ít, thời gian thay dao chỉ cỡ 0,1 giây.
Kho chứa dao
Kho chứa dao
Trung tâm gia công 5 trục với hệ thống chuyển phôi và thay dao tự động, kho chứa dạng xích
1.4 Hiệu quả sử dụng máy CNC
Về bản chất vật lý, quá trình gia công trên máy thông th−ờng và máy CNC hoàn toàn nh− nhau:
- Vì: kích th−ớc và chất l−ợng bề mặt của chi tiết gia công đ−ợc hình thành và điều khiển bởi sự t−ơng tác cơ, lý, hoá giữa dụng cụ và chi tiết gia công.
- Do đó: lý thuyết cắt gọt kim loại đ−ợc nghiên cứu và ứng dụng hàng trăm năm nay dựa trên máy truyền thống vẫn đúng cho máy CNC.
Hiệu quả do điều khiển số mang lại:
- Cho phép thực hiện hợp lý hơn các chế độ gia công, phát huy năng lực của máy ở mức độ cao hơn mà trên máy thông th−ờng, do hạn chế của điều khiển thủ công, không thực hiện đ−ợc.
- Sự tích hợp giữa kỹ thuật cơ khí, điều khiển tự động và công nghệ thông tin đ tạo ra cho máy CNC các tính năng mới, v−ợt trội so với máy thông th−ờng.
- Việc chuyển vai trò điều khiển của con ng−ời cho máy tạo nên sự chính xác, linh hoạt, nhanh nhạy, bền vững của hệ thống.
1.4.1 So sánh ph−ơng thức thực hiện quá trình gia công
Truyền lệnh ĐK Công nhân thạo nghề trực tiếp điều khiển theo kích th−ớc và điều kiện kỹ thuật ghi trong bản vẽ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
(ch−ơng trình gia công nằm ở đâu?)
Ch−ơng trình NC truyền vào bộ nhớ từ băng hoặc bìa đục lỗ. Ch−ơng trình NC đ−ợc - nhập vào bộ nhớ từ bàn phím, đĩa từ, đ−ờng truyền thông. - l−u ở bộ nhớ trong hoặc bộ nhớ ngoài (đĩa cứng, card nhớ).
Máy NC Máy CNC
1.4.1 So sánh ph−ơng thức thực hiện quá trình gia công
Đảm bảo kích th−ớc gia công Công nhân định phải kỳ đo kích th−ớc bề mặt gia công. Bộ điều khiển th−ờng xuyên giám sát kích th−ớc gia công nhờ tín hiệu phản hồi vị trí hoặc từ thiết bị đo tích cực kèm theo. Bộ điều khiển th−ờng xuyên giám sát kích th−ớc gia công theo ch−ơng trình, nhờ tín hiệu phản hồi vị trí và điều khiển động cơ servo.
Ngoài ra có thể can thiệp vào quá trình gia công nhờ các thiết bị đo khác, ví dụ đầu dò, máy đo 3 chiều.
Máy NC Máy CNC
Máy thông th−ờng
1.4.1 So sánh ph−ơng thức thực hiện quá trình gia công
Điều khiển chế độ công nghệ Công nhân
- đặt các thông số (tốc độ trục chính, tốc độ ăn dao,...) bằng tay
- điều khiển máy bằng các vô lăng, cần gạt, phím,... Chế độ công nghệ đ−ợc ghi trong ch−ơng trình NC. Bộ điều khiển đọc, tính toán tốc độ chuyển động và truyền lệnh cho các hệ truyền động t−ơng ứng. Máy tính với phần mềm chuyên dùng thực hiện mọi chức năng tính toán công nghệ (nhờ ch−ơng trình và dữ liệu công nghệ, thông số máy, dao,... đ−ợc l−u sẵn trong máy) và điều khiển gia công.
- Phần mềm có cả chức năng giám sát quá trình, cảnh báo lỗi và sự cố. - Có thể trực tiếp thay đổi chế độ công nghệ từ bên ngoài ch−ơng trình.
Máy NC Máy CNC
1.4.2 Năng suất gia công cao
Tổng thời gian gia công một loạt chi tiết T gồm 3 thành phần: T = Tc + Tp + Tck
- Tc - thời gian chính (trực tiếp cắt gọt);
- Tp - thời gian phụ (thời gian chạy không, thay dao, thay đổi chế độ cắt, kiểm tra,...);
- Tck - thời gian chuẩn bị - kết thúc loạt gia công (chuẩn bị dao cụ, đồ gá, dụng cụ đo, phôi liệu,...).
Về lý thuyết, điều khiển số không làm giảm thời gian chính mà chỉ giảm 2 thành phần thời gian còn lại.
Trên thực tế máy CNC cho phép giảm cả 3 loại thời gian so với máy công cụ truyền thống.
Thời gian trực tiếp gia công (Tc) trên máy thông th−ờng chỉ chiếm không quá 10% trong tổng số thời gian gia công (T). Trên máy CNC thời gian đó lên tới 70%.
1.4.2 Năng suất gia công cao
Thời gian chính Tc đ−ợc cải thiện nhờ phát huy tối đa công suất gia công của máy.
- Tốc độ gia công cao
• Không phụ thuộc tay nghề, tình trạng tâm sinh lý của công nhân • Máy CNC có kết cấu cơ khí cứng vững, ổn định về cơ, nhiệt nên tốc
độ và công suất gia công có thể phát huy tối đa.
• Chế độ công nghệ trên máy CNC d−ờng nh− chỉ phụ thuộc vào yêu cầu kỹ thuật của chi tiết gia công.
• Ví dụ, tốc độ trục chính trên máy tiện CNC có thể tới hàng vạn vòng/phút, còn khi làm việc trên máy thông th−ờng, công nhân chỉ có thể chạy tới vài ngàn vòng/phút.
- Việc gia công bằng nhiều dao, nhiều vị trí đồng thời cũng làm giảm đáng kể thời gian chính. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1.4.2 Năng suất gia công cao
Giảm thời gian phụ Tp
- tăng tốc độ chạy không, giảm thời gian định vị: G0 XX m/ph - thay dao tự động: thời gian thay dao chỉ tính bằng giây.
- Chế độ công nghệ đ−ợc thay đổi từ ch−ơng trình, công nhân không mất thời gian gạt số.