CẤU TẠO CHUNG CỦA MÁY PHAY CNC:
Mỏy CNC gồm cú hai phần chớnh: - Phần điều khiển.
- Phần chấp hành.
1.1 Phần điều khiển
Gồm chương trỡnh điều khiển và cơ cấu điều khiển
Chương trỡnh điều khiển: Là tập hợp cỏc tớn hiệu (gọi là lệnh) để diều khiển mỏy, được mĩ hoỏ dưới dạng chữ cỏi, số và một số ký hiệu khỏc như dấu cộng (+), trừ (-), chấm (.), gạch nghiờng (/). Chương trỡnh điều khiễn của mỏy cơ bản được tũn thủ theo cỏc hệ điều hành: Fanuc, Fago, Din ….
Cơ cấu điều khiển: Nhận tớn hiệu từ cơ cấu đọc chương trỡnh, thực hiện cỏc phộp biến đổi cần thiết để cú tớn hiệu phự hợp với điều kiện hoạt động của cơ cấu chấp hành, đồng thời kiểm tra sự hoạt động của chỳng thụng qua tớn hiệu được gửi về từ cỏc cảm biến liờn hệ ngược, bao gồm cơ cấu giải mĩ, bộ chuyển đổi, bộ sử lý tớnh hiệu, cơ cấu nội suy, so sỏnh, khuếch đại…
Phần chấp hành
Gồm mỏy cắt kim loại và một số cơ cấu phục vụ vấn đề tự động hoỏ như cơ cấu tay mỏy, ổ chứa dao, cấp phụi…
CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA MÁY:
Hỡnh ảnh tổng quan của mỏy phay CNC.
Phần điều
khiển Phần chấp hành
Chương trỡnh điều khiển Phụ
i Bàn phớm điều khiển ư ĐK tay ư ĐK tự động Cỏc cơ cấu
điều khiển kim loMỏy cắt ại
Tớn hiệu Màn hỡnh Chi tiết gia cụng
ư Chuyển đổi
ư Vận tốc
ư Vị trớ
ư Bỏo lỗi
Hỡnh 1.1. Cấu tạo chung của mỏy phay CNC Cỏc bộ phận của phần chấp hành. 2.2.1 Phần điều khiển trục quay và trục bước tiến Gia cụng chi tiết trờn mỏy cụng cụ CNC đũi hỏi cỏc trục bước tiến cú
thể được điều khiển và điều chỉnh, chỳng được truyền động bởi cỏc động cơ servo độc lập. Do đú cỏc tay quay chớnh yếu của mỏy cụng cụ thụng thường khụng cũn dựng đến trờn mỏy cụng cụ CNC hiện đại.
Cỏc mỏy tiện CNC (xem hỡnh 1.2), cú ớt nhất 2 trục bước tiến cú thể điều khiển hay điều chỉnh, được đỏnh dấu theo phương X và phương Z.
Cỏc mỏy phay CNC (xem hỡnh 1.3), cú ớt nhất 3 trục bước tiến cú thể
điều khiển hay điều chỉnh, được đỏnh dấu theo cỏc phương X, Y và Z. Ngồi chuyển động dọc theo cỏc trục X, Y và Z cũn cú thể điều khiển cỏc chuyển động quay quanh mỗi trục. Cỏc chuyển động quay này cú thể được điều khiển và được đỏnh dấu bằng A, B và C (xem hỡnh 1.4).
Thụng thường cú cỏc trục bước tiến điều khiển được tiếp theo, cỏc trục này được
kớ hiệu bởi U, V và W. Thờm vào đú là cỏc trục quay điều chỉnh được để cú thể xoay bàn mỏy, trục đối xứng và thiết bị mang dao khụng bị phụ thuộc vào cỏc trục bước tiến. Chỳng được kớ hiệu bằng A, B và C (hỡnh1.4).
Xe dao và bàn mỏy khi gia cụng được dịch chuyển bởi cỏc truyền động bước tiến, những truyền động này phải đỏp ứng được cỏc yờu cầu cao nhất vỡ độ chớnh xỏc gia cụng và độ chớnh xỏc lập lại cao. Do vậy cỏc chuyển động của mỗi trục phải được tiến hành với tốc độ bước tiến cao và thời gian định vị là nhỏ nhất. Để đỏp ứng những yờu cầu trờn một cơ cấu truyền động hiện đại (xem hỡnh 1.5) bao gồm cỏc thành phần sau:
Động cơ, ly hợp cơ khớ chống lại sự quỏ tải cũng như được điều khiển bằng điện tử. Vớt me bi làm cho quỏ trỡnh truyền lực khụng cú khe hở.
Cảm biến đo như hệ thống đo hành trỡnh hầu hết được đặt ở cuối mỗi trục. Khuếch đại cụng suất với cỏc thiết bị giao tiếp bằng số (digital) hoặc tương tự
Hỡnh 1.3: Cỏc trục NC điều
khiển được trờn mỏy
Hỡnh 1.4: Cỏc trục quay và trục bước
tiến trong hệ tọa độ Đề-cỏc.
(analog) để điều khiển CNC.
Truyền động bước tiến được liờn kết với thiết bị đo cho việc đo vị trớ được chớnh xỏc. Mỗi trục bước tiến cần một hệ thống đo hành trỡnh với việc xử lớ tự động cỏc tớn hiệu đo. Khoảng được ứng dụng khi đo chiều dài thụng thường mang trị số 0.001 mm, riờng trục X của mỏy tiện (Kớch thước đường kỡnh) cần là 0.0005 và trường hợp mỏy mài chớnh xỏc là 0.0001.
Để đạt độ chớnh xỏc trong quỏ trỡnh dịch chuyển, cỏc cơ cấu truyền động thường dựng vớt me bi. Nếu chuyển động của trục chớnh được thực hiện bởi động cơ, thỡ đai ốc bi dịch chuyển hầu như khụng cú khe hở theo chiều dọc và đẩy xa dao hoặc bàn mỏy tương ứng dọc theo băng mỏy (xem hỡnh 1.6). Trong suốt quỏ trỡnh truyền động hai nửa của đai ốc bi được kẹp tựa vào với nhau bảo đảm khe hở và ma sỏt của ren là nhỏ nhất. Để bảo đảm khe hở ren là nhỏ nhất hai nửa của đai ốc bi được hiệu chỉnh trước, do vậy độ chớnh xỏc kớch thước khi gia cụng cú thể đạt được. Khả năng lỗi về bước của trục vớt me bi cú thể được cõn đối tự động bởi sự hiệu chỉnh lỗi về bước của trục. Những khả năng khỏc như thanh răng/bỏnh răng và trục vớt/đai ốc.
Sai số gia cụng trong quỏ trỡnh sản xuất trục vớt me bi cú thể được hiệu chỉnh bởi hệ thống CNC hiện đại với sự cõn đối lỗi về bước của trục. Thờm vào đú cỏc dung sai được nhận biết với hệ thống đo la-de (laser) và được lưu trữ trong hệ điều khiển CNC.
2.2.2 Hệ thống đo hành trỡnh.
Tựy thuộc vào dạng thiết bị đo được sử dụng hoặc thang đo để phõn biệt giữa đo vị trớ trực tiếp và giỏn tiếp cũng như đo vị trớ tuyệt đối và tương đối. Thước đo được đo trực tiếp mang lại giỏ trị đo chớnh xỏc nhất.
Khi đo vị trớ trực tiếp (xem hỡnh 1.7), thước đo được gắn trờn bàn xa dao hay trờn bàn mỏy, vỡ thế độ khụng chớnh xỏc của trục chớnh và khớp nối truyền động khụng ảnh hưởng đến giỏ trị đo.
Cỏc giỏ trị đo được nhận biết bởi một cảm biến quang học trờn cú chia vạch của thang đo, Cảm biến đo biến đổi cỏc giỏ trị đo đĩ xỏc định sang tớn hiệu điện và chuyển chỳng cho hệ điều khiển.
Hỡnh 1.6: Truyền động vớt me bi với đai ốc hai nửa khụng cú khe hở.
Khi đo vị trớ giỏn tiếp (xem hỡnh 1.8), chuyển động dịch chuyển đạt được từ chuyển động quay của vớt me bi, chuyển động quay này được thi hành với một đĩa xung như là một thước đo. Chuyển động quay của đĩa xung được ghi nhận từ một xung quay và được chuyển tiếp hệ điều khiển như là một tớn hiệu. Sau đú hệ điều khiển tớnh toỏn chớnh xỏc chuyển động của bàn mỏy hay vị trớ hiện tại của chỳng dựa trờn số cỏc xung quay.
Khi đo vị trớ tuyệt đối (xem hỡnh 1.9), một thang đo đĩ được mĩ húa hiển thị trực
tiếp vị trớ của bàn mỏy liờn quan tới một điểm định hướng cố định trờn mỏy. Điểm này là điểm khụng “0“ của mỏy, nú được xỏc định bởi nhà chế tạo mỏy. Điều kiện là phạm vi đọc của thang đo cũng lớn như phạm vi làm việc và sự mĩ húa nhị phõn được thực hiện trờn thang đo, do vậy hệ điều khiển cú thể hiểu được trật tự giỏ trị số cho mỗi vị trớ đọc được.
Khi đo vị trớ tương đối (xem hỡnh 1.10), thang đo được ứng dụng với một lưới vạch
đơn giản, chỳng hỡnh thành từ cỏc vạch sỏng tối xen kẻ nhau. Khi chuyển động
Hỡnh 1.9:Đo vị trớ tuyệt đối.
bước tiến vượt qua cảm biến đo, cảm biến sẽ đếm số cỏc vệt sỏng và vệt tối và tớnh toỏn vị trớ tức thời của bàn mỏy dựa vào sự khỏc biệt tới vị trớ bàn mỏy trước
đú.
Hệ điều khiển phải được nhận biết một lần vị trớ tuyệt đối, từ đú nú mới cú thể tớnh toỏn vị trớ bàn mỏy tức thời với sự hổ trợ của việc đo vị trớ tương đối, điểm này được sử dụng như là một điểm chuẩn. Do đú cần thiết phải nhận biết điểm tuyệt đối này khi hệ điều khiển được khởi động. Điểm tuyệt đối này được gọi là “điểm tham chiếu“. Mỗi chuyển động của cỏc trục, thậm chớ khi dịch chuyển bằng tay qua sử dụng cỏc tay quay hay nỳt bấm cần phải được nhận biết điểm này cho hệ điều khiển.
Vỡ hệ điều khiển đỏnh mất sự kiểm soỏt cỏc chuyển động cơ khớ khi mất điện do vậy khi khởi động lại phải cho mỏy chạy về điểm tham chiếu.
Truyền động chớnh và cỏc trục cụng tỏc
Truyền động chớnh của mỏy CNC phải truyền cụng suất cắt cần thiết bởi cỏc động cơ truyền động tương ứng qua trục cụng tỏc để gia cụng chi tiết thớch hợp. Ngồi ra cũn cú tổn thất do ma sỏt thường gặp trong bộ phận cơ khớ mà độ tỏc động về mặt kớch thước của nú phải được xỏc định cho mỏy CNC. Độ ổn định cao về mặt truyền động được đặt ra, mặc dự lực gia cụng cao nhưng mụmen quay ở mọi vị trớ phải được ổn định. Đồng thời phải cú đủ động lực để làm chủ sự thay đổi nhanh chúng của tốc độ cắt và khụng bị rung động.
Trước kia cỏc trục cụng tỏc và trục truyền động đối xứng trờn cỏc mỏy cụng cụ CNC được truyền động bằng động cơ điện một chiều. Để giữ cho tốc độ cắt ổn định cần cú những yờu cầu về số vũng quay của cỏc mụtơ, vớ dụ để tiện cỏc đường kớnh khỏc nhau, tốc độ của cỏc động cơ này được điều chỉnh vụ cấp trong một phạm vi rộng. Nhược điểm của động cơ điện một chiều này là cỏc chổi than bị mài mũn, do đú cần phải kiểm tra thường xuyờn chổi than và thay thế kịp thời.
Với sự phỏt triển tiến bộ của cỏc linh kiện vi điện tử, ngày nay hầu hết sử dụng động cơ điện ba pha. Bất lợi về điều khiển số vũng quay phức tạp đĩ được bỏ qua thay vào đú là giỏ thành cao bởi điều khiển bằng điện tử.
Cú hai loại động cơ ba pha: động cơ khụng đồng bộ và động cơ đồng bộ. Chỳng cú ưu điểm hơn so với động cơ điện một chiều. Khi cựng kớch thước momen quay đạt được cao hơn. Ngồi ra số vũng quay cao hơn tới ba lần và cụng suất
cơ bản cao hơn. Cỏc động cơ này làm việc khụng cần chổi than, khụng cú cổ gúp do vậy khụng đũi hỏi cao ở việc bảo trỡ.
Trục cụng tỏc được tiờu chuẩn húa để đảm bảo khả năng thay đổi tối đa của cỏc thiết bi kẹp. Trong mỏy CNC trục cụng tỏc cũng như cỏc bộ phận khỏc được chế tạo chắc chắn hơn so với mỏy cụng cụ thụng thường vỡ gia tốc nhanh hơn (10 đến 40m/s²) và cụng suất cắt cao hơn.
Thiết bị kẹp chi tiết
Cỏc thiết bị kẹp dựng để định vị chớnh xỏc và kẹp chặt chi tiết gia cụng trờn trục cụng tỏc (đối với tiện) hoặc trờn bàn mỏy (đối với phay). Chi tiết gia cụng phải được kẹp sao cho tuyệt đối khụng cũn khe hở, vị trớ phải được xỏc định một cỏch chớnh xỏc và chắc chắn đồng thời hoàn tồn chống lại lực cắt. Thiết bị kẹp chi tiết rất phong phỳ và đa dạng.
Trong tương lai việc cấp và lấy chi tiết gia cụng trong gia cụng tiện sẽ được thực hiện bởi tay mỏy (robot). Cỏc mõm cặp điều khiển được với nhiều dạng khỏc nhau đang được sử dụng phổ biến.
Những mõm cặp này được thiết kế cho phộp điều khiển việc đúng, mở cỏc chấu kẹp tự động bằng khớ nộn hoặc bằng thủy lực. Lực kẹp cú thể được điều chỉnh cao hoặc thấp phụ thuộc vào trọng lượng, vật liệu, chiều dài/đường kớnh của chi tiết, chiều sõu kẹp và cỏc đặc điểm cắt khỏc. Những mõm cặp làm việc với số vũng quay cao đều cú sự hiệu chỉnh lực ly tõm, do đú lực kẹp khụng bị giảm bởi lực ly tõm. Cõn đối lực ly tõm là dựng một đối trọng với lực ly tõm của cỏc chấu kẹp, lực kẹp được giữ ổn định với sự hiệu chỉnh này. Làm việc giữa hai mũi tõm thụng thường được sử dụng mõm tốc, tốc mặt đầu và mũi tõm xoay điều khiển được. Cỏc chi tiết nhỏ được kẹp bởi hệ thống kẹp rỳt.
Trong gia cụng phay CNC chức năng chớnh của thiết bị kẹp là định vị chớnh xỏc vị trớ của chi tiết. Việc kẹp chi tiết cần được diễn ra sao cho kẹp và thay đổi chi tiết gia cụng một cỏch dễ dàng, chớnh xỏc, và nhanh chúng. Cỏc ờtụ kẹp thủy lực được sử dụng trong cỏc quỏ trỡnh gia cụng cỏc chi tiết đơn giản. Trường hợp chi tiết phay gia cụng ở nhiều phớa thỡ việc gia cụng đồng bộ đũi hỏi càng ớt lần kẹp càng tốt. Trường hợp gia cụng chi tiết phay phức tạp cần phải chế tạo đồ gỏ cũng như khả năng xoay tự động hoặc dựng hệ thống đồ gỏ modul hoàn chỉnh do vậy cho phộp gia cụng đồng bộ mà khụng cần phải đổi kẹp. Cỏc tấm gỏ giỳp người vận hành mỏy gỏ đặt chi tiết gia cụng tiếp theo ở bờn ngồi khụng gian làm việc của mỏy CNC, sau đú được tự động mang vào đỳng vị trớ gia cụng, hỡnh thức này đang được sử dụng rộng rĩi.
Thiết bị gỏ và thay dao:
Mỏy cụng cụ CNC được trang bị với những thiết bị cú thể điều khiển để thay dao tự động. Tựy thuộc vào dạng cấu trỳc và phạm vi ứng dụng, những thiết bị thay dao này cú thể đồng thời chứa được nhiều dao khỏc nhau và lắp đặt dao vào vị trớ cụng tỏc theo chương trỡnh NC. Thường cú cỏc loại sau:
Đầu rơvolve chứa dao. Ổ chứa dao.
Đầu rơvolve chứa dao thường dựng cho mỏy tiện (xem hỡnh 1.11) và ổ chứa dao thường dựng cho mỏy phay (xem hỡnh 1.12).
Khi chương trỡnh NC gọi một dao mới đầu rơvolve sẽ quay dao được yờu cầu vào đỳng vị trớ cụng tỏc, cụng việc thay dao chỉ diễn ra trong vài giõy.
Phụ thuộc vào dạng cấu trỳc và kớch thước, đầu rơvolve của mỏy tiện-CNC cú thể mang 8 đến 16 dao. Trong những trung tõm gia cụng lớn cú đến 3 đầu rơvolve cú thể được sử dụng đồng thời. Nếu trong cỏc trung tõm gia cụng cần nhiều hơn 48 dao, thỡ ổ chứa dao với cỏc dạng khỏc nhau cú thể chứa đến 100 dao hoặc nhiều hơn nữa. Cú cỏc loại ổ chứa dao dài, ổ chứa dao vũng, ổ chứa dao dạng đĩa, ổ chứa dao dạng xớch (xem hỡnh 1.12) và ổ chứa dao dạng hộp. Trong ổ chứa dao, việc thay đổi dao diễn ra do một hệ thống cần gạt gọi là cần thay dao thực hiện (xem hỡnh 1.13). Quỏ trỡnh thay đổi dao với cần gạt kộp diễn ra sau khi cú một dao mới được gọi từ chương trỡnh NC như sau:
Định vị dao mong muốn trờn ổ chứa dao vào vị trớ thay dao. Trục cụng tỏc ở vị trớ thay dao.
Hỡnh 1.12: Ổ chứa dao dạng xớch.
Quay thiết bị kẹp dao (cần gạt) vào vị trớ dao cũ trờn trục cụng tỏc và vào vị trớ dao mới trờn ổ chứa dao.
Lấy cỏc dao ở trờn trục cụng tỏc và ổ chứa dao, sau đú quay thiết bị kẹp dao. Đặt dao mới vào trục cụng tỏc và dao cũ vào ổ chứa dao.
Quay thiết bị kẹp dao về vị trớ ban đầu.
Nhờ thiết bị thay dao tự động này nờn tiến trỡnh thay dao chỉ diễn ra trong khoảng 6 đến 15 giõy, thiết bị thay dao nhanh nhất hiện nay đạt được là một giõy.
ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA MÁY PHAY CNC:
Tớnh năng tự động cao:
Mỏy phay CNC cú năng suất cắt gọt cao và giảm được tối đa thời gian phụ, do mức độ tự động được nõng cao vượt bậc.
Mỏy phay CNC cú thể thực hiện cựng một lỳc nhiều chuyển động khỏc nhau, cú thể tự động thay dao, hiệu chỉnh sai số dao cụ, tự động kiểm tra kớch thước và qua đú tự động hiệu chỉnh sai lệch vị trớ tương đối giữa dao và chi tiết.
Tớnh năng linh hoạt cao:
Chương trỡnh cú thể thay đổi dễ dàng nhanh chúng, thớch ứng với cỏc loại chi tiết khỏc nhau, do đú rỳt ngắn thời gian phụ và thời gian chuẩn bị sản xuất, tạo