2.3.1 Máy công cụ CNC
Máy công cụCNC là bước phát triển cao từ các máy NC. Các máy CNC có một
máy tính dùng để điều khiển các chức năng dịch chuyển của máy. Các chương trình gia công được đọc cùng một lúc và được lưu trữ vào bộ nhớ. Khi gia công,
máy tính đưa ra các lệnh điều khiển máy. Máy công cụ CNC có khảnăng thực hiện các chức năng như: nội suy đường thẳng, nội suy cung tròn, mặt xoắn, mặt parabol và bất kỳ mặt bậc ba nào. Máy CNC cũng có khảnăng bù chiều dài và đường kính dụng cụ. Tất cả các chức năng trên đều được thực hiện nhờ một phần mềm của máy tính. Máy công cụ CNC bao gồm nhiều loại máy khác nhau như: Máy tiện
41 CNC, máy phay CNC, máy bào CNC, máy khoan CNC, máy mài CNC…hoặc các trung tâm gia công có số trục điều khiển là 2,3,4,5.
Cấu tạo máy công cụ CNC vềcơ bản giống với máy công cụ truyền thống. Sự
khác nhau là ở chỗ các thiết bị liên quan tới quá trình gia công được điều khiển bởi máy tính
Hệ thống CNC gồm 6 phần:
- Chương trình gia công (part program)
- Thiết bị đọc chương trình ( Program input device) - Hệđiều khiển máy (MCU)
- Hệ thống truyền động ( Drive System) - Máy công cụ ( machine Tool)
- Hệ thống phản hồi ( Feedback- system)
2.3.2 Hệ trục tọa độ của máy công cụ CNC
2.3.2.1. Hệ tọa độ máy CNC
Các trục tọa độ của máy CNC cho phép xác định chiều chuyển động của các cơ
cấu máy dụng cụ cắt (hình 2.1)
Các trục tọa độđó là X, Y, Z. Chiều dương của trục X, Y, Z được xác định theo quy tắc bàn tay phải.Theo quy tắc này thì ngón tay cái chỉ chiều dương của trục X, ngón tay giữa chỉ chiều dương của trục Z, còn ngón tay trỏ chỉ chiều dương của trục Y. Các trục quay tương ứng với trục X, Y, Z được ký hiệu bằng chữ A, B, C. Chiều quay dương là chiều quay theo chiều của kim đồng hồ nếu nhìn theo chiều
dương của các trục X, Y, Z.
Trên các máy CNC ngoài các trục X, Y, Z còn có các trục khác, các trục này
được ký hiệu là U, V, W, trong đó U//X, V//Y, W// Z. …
Hình 2.3 Hệ trục tọa độ công cụ máy CNC
2.3.2.2. Hệ trục tọa độ máy tiện CNC
Các trục tọa độ và chiều của nó được trình bày trên hình 2.2; Hệ thống tọa độđược
xác định từ vị trí phôi và hướng nhìn theo trục chính từ mâm cặp đến ụđộng, nếu bàn xe dao ở bên nào của trục chính (trục +Z) thì trục +X sẽ hướng về phía đó.
42
Tương tự chiều quay của trụ chính (cùng chiều kim đồng hồ – CW hoặc ngược chiều kim đồng hồ – CCW) luôn được xác định theo hướng nhìn từ mâm cặp đến
ụđộng.
Hình 2.4 Hệ trục tọa độ máy công cụ tiện CNC
2.3.3 Các điểm chuẩn của máy
Các điểm không “0“ và điểm chuẩn trên máy CNC
43
2.3.3.3. Điểm chuẩn của máy (M)
+) Điểm chuẩn trên máy tiện
Điểm chuẩn(M) của máy thường đặt tại tâm mặt đầu của trục chính máy
Hình 2.6 Các điểm chuẩn trên máy tiện
+) Các điểm chuẩn trên máy phay
Điểm chuẩn của máy(M) thường nằm ởđiểm giới hạn dịch chuyển của bàn máy
Hình 2.7 Điểm chuẩn của máy phay
2.3.3.4. Điểm O của chi tiết (điểm W: work part zero point)
Điểm W của chi tiết là gốc tọa độ của chi tiết. Vị trí điểm W phụ thuộc vào sự
lựa chọn của người lập trình.
- Đối với các chi tiết tiện thì điểm W của chi tiết nằm trên đường tâm của chi tiết hoặc ở mặt đầu bên trái hoặc mặt đầu bên phải. Thông thường điểm W nằm ở mặt
44
Hình 2.8 Điểm W của chi tiết
a) Điểm chuẩn chi tiết nằm ở mặt đầu bên phải b) Điểm chuẩn chi tiết nằm ở mặt đầu bên trái
- Đối với các chi tiết phay thì điểm W thường nằm tại đƣờng viền ngoài của chi tiết
Hình 2.9 Điểm chuẩn W chi tiết phay a) Điểm W nằm mặt trên chi tiết b) Điểm W nằm mặt dưới chi tiết
45 Khi gia công các bề mặt chi tiết có thể chọn nhiều tọa độ khác nhau với các điểm gốc W1 và các hệ tọa độ phụ W2, W3, W4, W5
Hình 2.10 Chi tiết phay có nhiều điểm chuẩn
2.3.3.5. Điểm chuẩn của dao (P)
Các dao tiện, mũi khoan có điểm chuẩn là đỉnh dao .
Các dao phay, dao doa thì điểm chuẩn là tâm của mặt đầu của dao Điểm chuẩn được dùng khi tính các quỹđạo chuyển động của dao.
Hình 2.11 Các điểm chuẩn của dao
2.3.3.6. Điểm chuẩn của giá dao T và điểm gá dao N
- Điểm chuẩn của gia dao T được dùng đểxác định hệ trục tọa độ của dao. Điểm T phụ thuộc vào việc gá dao trên máy.
- Điểm gá dao N là điểm dùng để gá dao trên máy.Thông thường khi gá dao trên
46
Hình 2.12 Điểm của giá dao T và điểm gá dao N
2.3.3.7. Điểm điều chỉnh dao E
Khi gia công ta phải sử dụng nhiều dao, như vậy các kích thước của chúng phải
được xác định bằng cơ cấu điều chỉnh dao. Mục đích của việc điều chỉnh dao là để
có thông tin chính xác cho hệ thống điều khiển về kích thước dao Khi dao đượcc lắp vào giá dao thì điểm E và điểm N trùng nhau.
Hình 2.13 Điểm điều chỉnh dao
2.3.3.8. Điểm gá đặt (hay điểm tỳ) A
Điểm A là điểm tỳ của bề mặt chi tiết lên đồ định vị của đồ gá. Điểm A có thể
trùng với điểm W của chi tiết hoặc có thể lựa chọn tuỳ ý trên mặt định vị của chi tiết gia công. Trục quay Trục quay Dụng cụ cắt
47
Hình 2.14 Điểm gá đặt
2.4 Các bộ phận chính của máy tiện CNC
Hình 2.15 Cấu tạo bên ngoài của máy tiện CNC
2.4.1 Ụ đứng
Là bộ phận làm việc chủ yếu của máy tạo ra vận tốc cắt gọt. Bên trong lắp trục
chính, động cơ vô cấp(điều chỉnh được các tốc độ và thay đổi được chiều quay).
Trên đầu trục chính một đầu được lắp với mâm cặp dùng để gá và kẹp chặt chi tiết gia công. Phía sau trục chính lắp hệ thống thủy lực hoặc khí nén đểđóng, mở, kẹp chặt chi tiết.
Trục quay
Mâm cặp
48
2.4.2 Truyền động trục chính
Động cơ của trục chính máy tiện CNC có thểlà động cơ một chiều hoặc xoay chiều. Đông cơ một chiều điều chỉnh vô cấp độ bằng kích từ. Động cơ xoay chiều
thì điều chỉnh vô cấp độ bằng độ biến đổi tần số, thay đổi sốvòng quay đơn giản có mô men truyền tải cao.
2.4.3 Truyền động chạy dao
Hình 2.16 Hệ thống truyền động chạy dao của máy tiện CNC
Động cơ (xoay chiều, một chiều) truyền chuyển động quay sang chuyển động tịnh tiến bằng bộvít me đai ốc bi làm cho từng trục dao chạy độc lập (trục X, Y). Các loại động cơ này có đặc tính động học ưu việt cho quá trình cắt, quá trình phanh hãm do mô men quán tính nhỏnên độchính xác điều chỉnh cao. Bộ vít me đai ốc bi có khảnăng biến đổi truyền dẫn dễ dàng, ít ma sát, có thểđiều chỉnh khe hở hợp lý khi truyền dẫn với tốc độ cao.
2.4.4 Mâm cặp
Trong quá trình đóng mở mâm cặp để tháo chi tiết bằng hệ thống thủy lực (khí nén) hoạt động nhanh lực phát động nhỏvà an toàn. Đối với máy tiện CNC thường
được gia công với tốc độ rất cao. Số vòng quay của trục chính lớn (có thể lên tới 8.000 vòng/ phút – khi gia công kim loại màu). Do đó lực ly tâm là rất lớn nên mâm cặp thường được kẹp bằng hệ thống thủy lực (khí nén) tựđộng.
49
Hình 2.17 Mâm cặp
2.4.5 Ụ động
Bộ phận này bao gồm chi tiết dùng đểđịnh tâm và gá lắp chi tiết, điều chỉnh, kẹp chặt nhờ hệ thống thủy lực (khí nén).
Hình 2.18 Ụ động
2.4.6 Hệ thống bàn xe dao
Gồm 2 bộ phận chính sau:
+ Gá đỡổtích dao (bàn xe dao): đây là bộ phận đỡổ chứa dao thực hiện các chuyển
động tịnh tiến ra/ vào, song song, vuông góc với trục chính nhờ các chuyển động của động cơ bước.
+ Ổtích dao (đầu rovonve): máy tiện thường dùng 2 loại sau:
• Đầu rovonve có thể lắp từ8 đến 12 dao các loại
• Các ổ chứa trong tổ hợp gia công với các bộ phận khác (đồgá thay đổi dụng cụ)
Đầu rovonve cho phép thay dao nhanh trong khoảng thời gian ngắn đã được chỉ định, còn ổ chứa dao thì mang một sốlượng lớn dao mà không gây nguy hiểm, va chạm trong vùng làm việc của máy tiện.
50
Hình 2.19 Ổ tích dao ( đầu rovonve )
2.4.7 Bảng điều khiển
Bảng điều khiển là nơi thực hiện giao diện giữa người với máy. Người điều khiển máy ở một vị trí làm việc nhất định . 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 chức năng làm việc của máy
51
2.4.8 Dao tiện CNC
Hình 2.21 Hình dáng hình học dao tiện
2.4.8.1. Cấu tạo dao tiện CNC
Cấu tạo của dao tiện CNC gồm 2 bộ phận chính là phần cán (thân) và phần cắt
(hay đầu dao). Phần cắt bao gồm:
• Mặt trước: phoi sẽ thoát ra theo mặt này.
• Mặt sau (hay mặt sát): gồm mặt sau chính (đối diện với bề mặt đang gia
công của phôi) và mặt sau phụ(đối diện với bề mặt đã gia công của phôi).
• Phần lưỡi cắt: thường sử dụng các mảnh dao tiêu chuẩn (hay insert) để tạo thành, gồm lưỡi cắt chính, lưỡi cắt phụ và mũi dao. Mũi dao có thể nhọn hoặc bán kính R.
Phần cán được thiết kế nhằm mục đích kẹp giữ dao trên ổ gá dao. Phần cán được phân thành nhiều loại khác nhau. Mỗi loại thực hiện những nhiệm vụ riêng biệt, có thể chia thành:
• Cán dao tiện trong / ngoài.
• Cán dao tiện thô / tinh.
• Cán dao tiện rãnh và tiện đứt. • Cán dao móc lỗ. • Cán dao tiện mặt phẳng đầu. • Cán dao tiện ren. • Cán dao tiện định hình. • Cán dao tiện chống rung.
52
2.4.8.2. Vật liệu cấu thành dao tiện CNC
Dao tiện CNCđược tạo thành từđa dạng các vật liệu khác nhau, phổ biến là thép
hợp kim, thép cacbon, thép gió, kim loại gốm, hợp kim cứng… Dù là vật liệu nào
để chế tạo dao tiện thì cũng cần phải đáp ứng được các yếu tốnhư có độ chịu nhiệt tốt, độ cứng cao, độ bền cao và có khảnăng chống mài mòn tốt.
Để chọn các vật liệu làm dao tiện, nhà sản xuất thường lựa chọn theo tốc độ tiện. Nếu chỉ sử dụng cho tốc độ tiện thấp thì chỉ cần lựa chọn các vật liệu có độ cứng
cao và độ bền mài mòn tốt. Nếu cần tốc độ tiện nhanh cần chọn lựa những vật liệu chế tạo dao tiện mang đến khảnăng chịu nhiệt lớn cùng độ bền cao, độ cứng cao.
2.4.8.3. Các loại dao tiện CNC
Hình 2.22 Hình ảnh các loại dao tiện
Dao tiện CNC xuất hiện trên thị trường với đa dạng chủng loại khác nhau.
Theo chức năng của dao tiện, người ta phân chia thành các loại dao tiện CNC như
sau:
+) Dao tiện ngoài
Dao tiện ngoài chủ yếu được sử dụng để tiện trụ ngoài hay tiện khỏa mặt. Có hai
loại chính gồm dao tiện ngoài đầu thẳng và đầu cong. Tùy thuộc vào yêu cầu gia
công để chọn dao tiện ngoài phù hợp. +) Dao tiện trong (tiện lỗ)
Dao tiện trong được chia thành 2 loại chính là dao tiện lỗ suốt (lỗ thông) và dao tiện lỗ bậc (lỗ không thông). Loại dao tiện CNC này thường được chế tạo bằng thép hợp kim cứng (carbide) hoặc thép gió (HSS) có khảnăng chịu nhiệt cao. +) Dao tiện rãnh và cắt đứt
Loại dao này được sử dụng để tạo rãnh trên các chi tiết trụ tròn hoặc để cắt đứt những phần không cần thiết khỏi thanh vật liệu. Ngoài dao tiện rãnh và cắt đứt, còn có loại dao tiện rãnh lỗ và dao tiện rãnh mặt đầu.
53 Dao tiện vai chuyên sử dụng để tiện vai trụ bậc hay trụvai có đường kính nhỏ. Dao tiện vai được thiết kế với góc φ = 90°. Gồm dao tiện vai trái, dao tiện vai phải. +) Dao xén mặt đầu
Gồm dao xén mặt đầu thẳng và dao xén mặt đầu cong, thường được chế tạo bằng thép hợp kim cứng (carbide) và thép gió (HSS). Loại dao này có thể chế tạo với
góc φ = 90°. +) Dao tiện doa lỗ
Được thiết kế đặc biệt để doa lỗ với độ ổn định cao, chống rung động cực tốt để đảm bảo độ chính xác dung sai của lỗcũng như đạt được độbóng đẹp của bề mặt gia công.
+) Dao tiện định hình
Dao tiện định hình được sử dụng để gia công những chi tiết định hình trong sản xuất hàng loạt, hàng khối. Dao tiện định hình có thể chia thành nhiều loại như sau:
+ Theo kết cấu có dao hình tròn và dao hình lăng trụ.
+ Theo cách gá của dao với phôi có dao định hình hướng kính và dao định hình tiếp tuyến.
+Theo vị trí trục dao và trục của phôi có dao gá thẳng và dao gá nghiêng.
2.5 Một số vấn khi lập trình để đảm bảo độ chính xác khi gia công tiện và kỹ thuật tiện CNC kỹ thuật tiện CNC
2.5.1 Một số vấn đề cần chú ý khi lập trình để đảm bảo độ chính xác khi gia công tiện
Độ chính xác của chi tiết gia công trên máy tiện phụ thuộc vào: - Độ chính xác của máy tiện CNC
- Khảnăng xử lý của hệđiều khiển
- Dụng cụgia công và độchính xác khi cài đặt thông số vị trí dụng cụ. - Độ chính xác của chương trình gia công
- Chếđộ 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 hệđiều khiển của máy để lập ra một chƣơng trình bao gồm các câu lệnh điều khiển về máy, dịch chuyển dao theo một quĩ 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 sốtrường hợp nếu không chú ý sẽ dẫn đến gây ra sai số cho chi tiết gia công sau:
+) Bù bán kính dao
Một số máy tiện CNC thông thường không có bù bán kính dao, vì vậy khi lập trình, hầu hết người lập trình coi bán kính mũi dao rd = 0, nhưng thực tếmũi dao
54 nhà sản xuất chế tạo dựa vào yêu cầu thực tế. Thường mũi dao có cung R = 0.1mm đến R = 1mm tùy thuộc vào dao cắt thô hay cắt tinh hay tùy thuộc vào vật liệu gia
công . Vì ta coi mũi dao là một điểm nên khi lập trình gia công, trong một sốtrường hợp sẽ gây ra sai số gia công nếu không tính toán bù bán kính mũi dao. Để thấy rõ
điều đó, ta hãy xét một sốtrƣờng hợp gia công sau: + Khi gia công mặt côn hay cạnh vát
Khi lập trình gia công, vì coi mũi dao là một điểm nên muốn gia công cạnh vát với góc nghiêng α ,ta thường lập trình dịch chuyển dao từđiểm A đến điểm B. Kết quả thực tếdo có bán kính mũi dao rd nên dao cắt từ điểm A2 đến điểm B2, gây ra sai số về kích thước chiều dài cạnh vát (cũng đồng nghĩa với kích thước đường kính nhỏ và chiều dài côn thay đổi).
Sai số theo phương trục Z là: ∆𝑧𝑧= 𝑟𝑟𝑑𝑑. (1 − tan∝2 ) Sai số theo phương trục X là: ∆𝑥𝑥= ∆𝑧𝑧. 𝑡𝑡𝑡𝑡 tan ∝
Hình 2.23 Bù bán kính dao khi cắt mặt côn và mặt vát.
Để hạn chế sai sốđó, khi lập trình gia công các mặt côn hay cạnh vát cần phải căn
cứ vào giá trịbán kính mũi dao đểxác định điểm xuất phát( A1) và điểm đích đến(