2.3.1. Các hệ điều khiển số
a. Hệ điều khiển NC
Với hệ điều khiển này các thông số hình học của các lệnh điều khiển máy và chi tiết gia công được cho dưới dạng dãy các con số. Tất cả được ghi vào băng đục lỗ dưới dạng các câu lệnh của chương trình. Các thông tin này được đưa vào hệ điều khiển, nó được mã hoá và tách thành các thông tin hình học và thông tin công nghệ [9].
Thông tin hình học có nhiệm vụ điều khiển các chuyển động giữa chi tiết và dao. Trực tiếp ảnh hướng quá trình tạo hình bề mặt (lúc này đường sinh và đường chuẩn của bề mặt hình học được hình thành) [9].
Thông tin công nghệ là hệ thống thông tin cho phép máy thực hiện gia công với những giá trị công nghệ yêu cầu: tốc độ chạy dao, số vòng quay trục chính, chiều sâu cắt… [9]
- Các chi tiết sau được gia công thì phải thực hiện đọc lại tất cả lệnh từ đầu. Điều này khiến cho bộ tính toán trong hệ điều khiển dễ xảy ra hiện tượng sai sót, nhầm lẫn. Do đó các chi tiết gia công ra sẽ không đúng và dễ trở thành phế phẩm.
- Băng đục lỗ khiến chương trình dễ bị lỗi, băng từ bị mòn hoặc nhiễm bẩn [9]. - Chương trình khó thay đổi.
b.Hệ điều khiển CNC
Có sự tham gia của máy tính chính là đặc điểm dễ nhận thấy của hệ điều khiển CNC. Các chương trình điều khiển riêng biệt sẽ được các nhà chế tạo cài đặt tương ứng với những loại máy CNC khác nhau [9].
Với hệ điều khiển này chương trình hoạt động được phép thay đổi và hiệu chỉnh. Toàn bộ chương trình sẽ được nạp vào và nhớ một lúc hoặc nhớ theo từng câu lệnh. Các lệnh điều khiển không chỉ viết được cho nhiều chuyển động khác nhau cùng một lúc mà còn viết cho từng lệnh riêng lẽ [9]. Vì vậy mà số câu lệnh của chương trình cũng sẽ được rút ngắn, cho thấy khả năng làm việc cũng như độ tin cậy của máy được nâng cao. So sánh với hệ điều khiển NC thì thấy rằng là hệ điều khiển CNC không những có kích thước nhỏ, giá thành thấp hơn mà hiệu quả mang lại thì rất cao.
c. Hệ điều khiển DNC
Hệ điều khiển DNC được hiểu như sau: khi các máy CNC riêng lẽ kết nối với nhau, lúc này một trung tâm gia công được hình thành và sẽ bị chi phối bởi các máy tính trung tâm.
Đĩa cứng của máy tính sẽ lưu trữ toàn bộ chương trình của các máy CNC và có thể gọi trực tiếp theo nhu cầu của từng máy. Tùy từng trường hợp mà việc máy CNC nào sẽ gia công chi tiết nào cũng như thứ tự ưu tiên sẽ được lựa chọn và quyết định bởi máy tính [9]. Ngoài ra, còn có khả năng truyền dữ liệu nhanh và nối ghép vào hệ thống gia công linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System)
d.Điều khiển thích nghi AC
Là hệ thống điều khiển mà các tác động bên ngoài hệ thống công nghệ cũng sẽ được tính đến để điều chỉnh chu kì gia công. Điều này giúp loại bỏ các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác khi gia công như: lượng chạy dao, độ mòn dụng cụ, lượng dư gia công [9]. …Thực tế hệ thống điều khiển này ngày càng được phát triển, điều này làm cho quá trình gia công cắt gọt trên các máy công cụ cũng mang lại hiệu quả cao hơn. Bao gồm 2 loại:
- ACC: điều khiển thích nghi cưỡng bức mục đích chủ yếu là điều khiển các thông số cắt gọt trong giới hạn cho phép.
- ACO: điều khiển thích nghi tối ưu dùng cho việc tối ưu hóa quá trình gia công nhằm giảm giá thành sản phẩm và giảm thời gian gia công xuống mức thấp nhất.
e. Hệ thống gia công linh hoạt FMS
Hệ thống gia công linh hoạt (FMS) là một hệ thống có đủ tính linh hoạt để cho phép hệ thống phản ứng nhanh chóng với những thay đổi trong lúc gia công. Điều này cho phép thay đổi hệ thống để gia công các loại sản phẩm mới và thay đổi thứ tự hoạt động được sử dụng trên một bộ phận, bao gồm cả khả năng sử dụng nhiều máy để thực hiện cùng một hoạt động trên một bộ phận cũng như khả năng của hệ thống trong việc thích nghi với các thay đổi lớn, chẳng hạn như về khối lượng và công suất [9]. Một hệ thống gia công linh hoạt thường có 3 yếu tố cơ bản sau:
- Các trạm gia công.
- Vận chuyển và lưu trữ nguyên vật liệu. - Hệ thống điều khiển máy tính.
Một yếu tố quan trọng không thể thiếu trong hệ thống gia công linh hoạt FMS đó là con người có vai trò điều hành và quản lí hệ thống. Còn từng nguyên công do máy thực hiện một cách tự động theo chương trình cài đặt sẵn [9].
2.3.2. Các dạng điều khiển số
Trong các loại máy CNC sự chuyển động tương đối giữa chi tiết gia công và dao sẽ hình thành ra nhiều bề mặt khác nhau như: mặt phẳng, mặt định hình, lỗ…Do đó các máy được chia thành 3 dạng điều khiển như sau:
- Điều khiển theo điểm.
- Điều khiển theo đường thẳng.
- Điều khiển theo biên dạng (Contour).
a. Điều khiển theo điểm
Điều khiển theo điểm được ứng dụng để gia công các lỗ bằng nhiều phương pháp khác nhau như: khoét, doa, khoan…Trên bàn máy chi tiết gia công sẽ được cố định trong suốt quá trình gia công và dụng cụ thực hiện việc chạy dao đến vị trí đã được lập trình sẵn. Trong quá trình dụng cụ di chuyển dao đến vị trí thì việc cắt gọt sẽ không được thực hiện. Khi đã đúng vị trí cũng như là tọa độ đã được lập trình trước đó thì các chuyển động cắt gọt mới được thực hiện [9].
Hình 2.19: Điều khiển điểm [9]
Ví dụ:
Ta có thể điều khiển gia công hai lỗ M (xM, yM) và N (xN, yN) trong hệ toạ độ Oxy như sau (Hình 2.19).
Đầu tiên cho dao di chuyển nhanh đến điểm M. Lúc này lỗ M sẽ được gia công. Sau đó tiến hành rút dao khi đã gia công xong điểm M và dao sẽ di chuyển đến điểm N tiếp tục việc gia công.
- MKN chính là quỹ đạo chuyển động tối ưu trong ví dụ này.
- Trục Oy, Ox sẽ song song với quỹ đạo dịch chuyển theo trình tự MM1KN.
b.Điều khiển theo đường thằng
Là dạng điều khiển mà khi gia công dụng cụ cắt được thực hiện lượng chạy dao theo một đường thẳng nào đó (Hình 2.20) [9].
Hình 2.20: Điều khiển theo đường thẳng [9]
c. Điều khiển theo biên dạng (Contour)
Nhiều trục chạy dao sẽ được phép thực hiện cùng một lúc trong dạng điều khiển này, nghĩa là trên mặt phẳng hay trong không gian thì có thể gia công một đường cong bất kì. (Hình 2.21).
Hình 2.21: Điều khiển theo biên dạng [9]
2.4.Tổng quan về Gcode
G-code là tên của ngôn ngữ lập trình phổ biến nhất cho điều khiển số máy tính (CNC) trong thiết kế và sản xuất có sự hỗ trợ của máy tính (CAD / CAM). Ngôn ngữ điều khiển máy tính số đầu tiên được MIT phát triển vào cuối những năm 1950. Phiên bản sớm nhất của G-Code đã được Liên minh Công nghiệp Điện tử tiêu chuẩn hóa vào đầu những năm 1960. Ngày nay, quá trình sản xuất chính xác có thể tái tạo được nhờ mã G và các ngôn ngữ tương tự được sử dụng trong việc tạo ra tất cả các loại thiết bị quân sự và khoa học cũng như hàng tiêu dùng.
Điều khiển chi tiết được kích hoạt bởi mã G và các ngôn ngữ CNC khác mang lại độ chính xác cho việc chế tạo dựa trên phụ gia và giảm thiểu sử dụng nhiều vật liệu. Mã được sử dụng trong mã G và mã CNC khác cho máy tính điều khiển các động cơ của thiết bị sản xuất di chuyển bao xa và ở tốc độ nào. Ví dụ, một máy nghiền có một đầu quay để chạm khắc một khối kim loại thành một bộ phận được gia công phức tạp. G-code có thể cung cấp hướng dẫn cho thiết bị điều khiển bằng máy tính để di chuyển đầu qua các thao tác 3D ở các tốc độ khác nhau để tạo ra một trục cam, chẳng hạn, có thể được sử dụng để điều khiển thời gian van trong động cơ chạy bằng xăng.
2.5.Cơ sở lý thuyết về công nghệ phay CNC 2.5.1. Khái niệm về công nghệ phay CNC 2.5.1. Khái niệm về công nghệ phay CNC
Phay CNC là một loại gia công CNC mục đích để sản xuất một bộ phận hoặc sản phẩm được thiết kế riêng có chất lượng cao và độ hoàn thiện chính xác. Được ưa chuộng trong nhiều ngành công nghiệp do tính chính xác, nhất quán và khả năng sản xuất cao và đồng nhất. Quá trình phay bắt đầu bằng bản vẽ CAD (thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính) và nó được sử dụng để điều khiển đầu ra của máy phay CNC. CNC là viết tắt của Computer Numerical Control. Điều này có nghĩa là máy phay đó được điều khiển bằng máy tính. Các chi tiết được gia công bằng máy phay CNC có những ưu điểm như sau:
- Phay CNC cho phép sản xuất sản lượng cao.
- Phay CNC là một quy trình ít sử dụng lao động hơn. - Có tính đồng nhất.
2.5.2. Tính ứng dụng của công nghệ phay CNC vào đồ án
Trong đồ án nhóm đã tính đến phương án in 3D các chi tiết cần thiết, tuy nhiên các chi tiết được in ra có độ chính xác và sai lệch khá nhiều, cùng với đó là trong quá trình gia công với những sự cố không đáng có làm cho chi tiết bị bóp méo thậm chí là gãy chi tiết. Chính vì những lý do trên cùng nhóm đã quyết định gia công các chi tiết bằng công nghệ phay CNC với vật liệu là nhôm 6061 nhằm đảo độ chính xác cũng như là độ bền của các chi tiết trong quá trình vận hành máy.
Hình 2.22: Chi tiết được nhóm gia công bằng công nghệ phay CNC
2.6.Cơ sở lý thuyết về khí nén 2.6.1. Khí nén là gì 2.6.1. Khí nén là gì
Khí nén là một chất khí, hoặc một tổ hợp các chất khí, được tạo ra dưới áp suất lớn 3000 hoặc 3600psi trong môi trường chung. Các ứng dụng hiện tại sử dụng khí nén rất nhiều và đa dạng như: các ngành nghề sản xuất, công nghiệp, y tế và còn nhiều lĩnh vực khác. Khí nén cũng có nhiều tiềm năng như một nguồn năng lượng sạch, rẻ tiền và có thể tái tạo vô tận. Việc sử dụng nó hiện đang được khám phá để thay thế cho nhiên liệu hóa thạch.
2.6.2. Khả năng ứng dụng của khí nén trong các hệ thống truyền động
- Các thiết bị máy va đập. - Truyền động quay. - Truyền động thẳng.
- Trong các hệ thống kiểm tra và hệ thống đo lường.
2.6.3. Đặc điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén
Độ an toàn khi quá tải: Khi áp suất gần vượt ngưỡng cho phép thì truyền
Sự truyền tải năng lượng: Truyền tải bằng khí nén có chi phí đầu tư và tổn
thất thấp [3].
Tuổi thọ và bảo dưỡng: Không gây ảnh hưởng với môi trường. Tuy nhiên vấn đề lọc bụi bẩn của áp suất không khí trong hệ thống đòi hỏi rất cao [3].
Khả năng thay thế những phần tử, thiết bị: Những phần tử, thiết bị trong
hệ thống có khả năng thay thế dễ dàng [3].
Vận tốc truyền động: Do các phần tử trong hệ thống có trọng lượng không
lớn, cộng với khả năng giãn nở của áp suất khí lớn do đó hệ thống truyền động có thể đạt được vận tốc rất cao [3].
Khả năng điều chỉnh áp suất và lưu lượng: Lưu lượng và áp suất có thể điều
chỉnh dễ dàng. Nếu tải trọng tác động thay đổi thì vận tốc cũng có thể bị thay đổi [3].
Vận tốc truyền tải: Vận tốc truyền tải và xử lý tín hiệu tương đối chậm [3]. 2.6.4. Ưu, nhược điểm của khí nén
a. Ưu điểm
- Khí nén có thể chứa một cách dễ dàng do khả năng chịu nén lớn của không khí.
- Năng lượng có khả năng truyền tải xa, bởi vì khí nén có độ nhớt động học nhỏ và tổn thất áp suất đường dẫn ít
- Chi phí thấp.
- Hệ thống phòng áp suất giới hạn được đảm bảo
b. Nhược điểm
- Lực truyền tải trọng thấp.
- Vận tốc thay đổi khi tải trọng thay đổi, bởi vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn, cho nên là những chuyển động như thẳng hoặc quay đều không thể thực hiện được.
- Khí nén khi thoát ra khỏi đường dẫn phát ra tiếng ồn lớn.
2.7.Cơ sở lý thuyết về công nghệ tạo khuôn mẫu 2.7.1. Khái niệm về khuôn mẫu 2.7.1. Khái niệm về khuôn mẫu
Khuôn mẫu là dụng cụ (thiết bị) có thể được làm bằng kim loại, sản phẩm tạo ra từ khuôn mẫu được áp dụng phương pháp định hình. Mỗi khuôn mẫu thường được làm ra nhằm mục đích đúc, ép một hay nhiều lần một sản phẩm nào đó. Kích thước và kết cấu của khuôn phụ thuộc vào hình dáng, số lượng, chất lượng, kích thước của sản phẩm cần tạo ra.
2.7.2. Các loại khuôn mẫu phổ biến
Trong đồ án nhóm sử dụng khuôn tạo hình để tạo logo nhựa PVC.
Hình 2.23: Khuôn tạo hình logo tự gia công
2.8.Cơ sở lý thuyết về truyền động vít me đai ốc bi
Cơ cấu vít me đai ốc bi bao gồm 2 bộ phận chính đó là trục vít me và đai ốc bi.
Với hiệu suất ít nhất là 90%, vít me bi là một trong những cách tiết kiệm nhất để chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến một cách chính xác. Chúng có thể di chuyển các vật nặng ở tốc độ nhanh với độ chính xác vượt trội. Hơn nữa, vít me bi có thể là lựa chọn thay thế hiệu quả về chi phí cho các thiết bị truyền động khí
nén và thủy lực. Cơ cấu vít me đai ốc bi có những ưu điểm riêng biệt. Cụ thể:
Hình 2.24: Vít me đai ốc bi
2.8.1. Nguyên lí hoạt động của vít me đai ốc bi
Mỗi vít me đều có các rãnh xoắn phù hợp và các viên bi được cung cấp lăn giữa các rãnh này, điểm tiếp xúc duy nhất giữa đai ốc và vít. Khi một trong hai là vít hoặc đai ốc quay, các viên bi bị lệch bởi bộ phận làm lệch hướng và đi vào vòng hồi bi, di chuyển liên tục tới đầu đối diện của đai ốc và ra khỏi vòng hồi bi, các viên bi sau đó sẽ được đi vào rãnh ren giữa vít me và đai ốc để tuần hoàn liên tục như trong một
mạch kín đảm bảo hoạt động được trơn tru và chính xác của vít me. Có 2 kiểu đường hồi bi:
- Đường hồi bi ngoài: Vòng hồi bi sẽ được đặt bên ngoài thân của đai ốc. Nên dùng loại này vì dễ sửa chữa.
Hình 2.25: Ảnh minh họa đường hồi bi ngoài
- Đường hồi bi trong: Các viên bi được hồi liên tục qua rãnh hồi bi nằm giữa vít me và đai ốc.
Hình 2.26: Ảnh minh họa đường hồi bi trong
2.8.2. Ưu, nhược điểm của vít me đai ốc bi a. Ưu điểm a. Ưu điểm
- Lực ma sát hầu như không phụ thuộc vào vận tốc di chuyển và lực ma sát ở trạng thái nghỉ rất nhỏ. Do đó hiện tượng trượt dính trên thực tế không có, đảo bảo được sự đồng đều của chuyển động.
- Cơ cấu vít me đai ốc bi có khả năng đem lại hiệu suất chuyển động cao từ 90 đến 95%.
- Do thiết kế đặc biệt, trong mối ghép cơ cấu vít me đai ốc bi gần như không có khe hở.
- Di chuyển mượt mà trên toàn bộ phạm vi hành trình. - Có sẵn đường kính vít me từ 4mm đến 80mm. - Tuổi thọ dài hơn, bảo trì thay thế ít hơn. - Mô-men khởi động ít.
- Không cứng như các vít trợ lực khác, do đó độ lệch và tốc độ tới hạn có thể