Trên các máy CNC, việc điều khiển sự chuyển động của dụng cụ được thực hiện bằng các lệnh đã được mã hóa theo một ngôn ngữ mà hệ điều khiển CNC có thể đọc và hiểu được. Các chuyển động của dụng cụ theo các trục có thể độc lập hoặc phụ thuộc theo quan hệ ràng buộc để tạo nên các quỹ đạo mong muốn. Vấn đề cơ bản ở đây là chủng loại chi tiết rất phong phú và đa dạng về hình dáng, khuôn khổ, kích thước, vật liệu, tính chất làm việc.Chính vì vậy mà cách ghi kích thước trên bản vẽ chế tạo chi tiết cũng ảnh hưởng đáng kể đến khả năng đạt độ chính xác khi gia công chi tiết. Tùy theo cách ghi kích thước trên bản vẽ chế tạo mà người ta
có thể lựa chọn các điểm gốc chương trình và lựa chọn hệ tọa độ khi lập trình gia công là khác nhau. Hiệu nay thường sử dụng 4 hệ tọa độ lập trình gia công: hệ tọa độ tuyệt đối, tương đối, hỗn hợp và tọa độ độc cực.
1.4.1. Chƣơng trình gia công theo hệ tọa độ tuyệt đối
Lập trình gia công trong hệ tọa độ tuyệt đối là tham chiếu tọa độ của tất cả các điểm nằm trên biên dạng chi tiết đến gốc tọa độ cố định. Trong trường hợp này, điểm gốc hệ tọa độ chính là điểm gốc chương trình P. Trong chương trình gia công trên máy CNC nó được xác định bằng lệnh G90.
Hình 1.18. Hệ tọa độ tuyệt đối
1.4.2. Chƣơng trình gia công theo hệ tọa độ tƣơng đối
Với kiểu lập trình này, tọa độ của các điểm lập trình tiếp theo sẽ được xác định bằng cách lấy gốc tọa độ ở ngay điểm sát trước, điều này có nghĩa là ta phải dịch chuyển điểm gốc P của hệ tọa độ sau mỗi lần xác định tọa độ của điểm lập trình tiếp theo. Trong chương trình gia công trên máy CNC, nó được xác định bằng lệnh G91.
1.4.3. Chƣơng trình theo hệ tọa độ hỗn hợp
Trong một số trường hợp, tùy theo đặc điểm cụ thể của bản vẽ chi tiết chế tạo mà việc lập trình có thể phải được tiến hành theo kiểu hỗn hợp giữa chương trình gia công trong hệ tọa độ tuyệt đối và chương trình gia công trong hệ tọa độ tương đối.
Hình 1.20. Hệ tọa độ hỗn hợp
1.4.4. Chƣơng trình theo hệ tọa độ độc cực
Có một số chi tiết mà điều kiện lập trình được trở thành đơn giản nếu sử dụng hệ tọa độ độc cực. Trong điều kiện này hệ điều khiển CNC cho phép chúng ta tiến hành việc gia công với việc lập trình thuận lợi hơn.
1.4.5. Các hình thức tổ chức lập trình gia công CNC
Để lập được một chương trình CNC cần dựa trên các cơ sở sau:
- Bản vẽ chi tiết gia công: Thể hiện được hình dạng các bề mặt cần gia công (như mặt phẳng, mặt trụ, mặt rãnh then, mặt định hình…) và kích thước của các bề mặt đó. Tất cả các yếu tố trên đây người ta gọi là các yếu tố hình học và khi lập trình chuyển nó thành các thông tin hình học.
- Yêu cầu kỹ thuật của bề mặt gia công bao gồm độ chính xác kích thước được đặc trưng bằng dung sai: Chiều cao nhấp nhô tế vi RZ và sai lệch chiều cao nhấp nhô trung bình Ra (độ nhám bề mặt). Độ chính xác về vị trí tương quan như độ không đồng tâm, độ không vuông góc… Các yếu tố này được gọi là các yếu tố công nghệ và khi lập trình được chuyển thành các thông tin công nghệ.
Như vậy có thể tóm tắt quá trình lập trình gia công CNC như sau: Các thông tin hình học sẽ giúp chúng ta xây dựng một chương trình dịch chuyển lưỡi dụng cụ trong hệ tọa độ lập trình. Các thông tin công nghệ sẽ giúp chúng ta xác định các thông số về công nghệ như loại dụng cụ, chế độ cắt, điều kiện bôi trơn và làm mát… Các biện pháp công nghệ được lựa chọn như dừng thời gian để làm bóng bề mặt, khoan theo kiểu ziczắc đối với các lỗ sâu để lấy phoi ra, bù dao do sự mài mòn trong quá trình gia công…
Trên cơ sở đó, ngày nay có rất nhiều hình thức lập trình CNC khác nhau, tùy theo đặc tính cụ thể của các loại máy CNC được trang bị cũng như hệ điều khiển và mục đích sử dụng mà có thể lựa chọn các phương pháp thích hợp.
Lập trình bằng tay trực tiếp trên máy CNC
Với các cụm điều khiển số CNC được trang bị các bàn phím chức năng và màn hình đồ họa cho phép nhận trực tiếp các câu lệnh vào cụm CNC. Để giảm thời gian và chi phí cho việc tính toán các điểm trung gian, các chiều dày lát cắt và thời gian
dừng cần thiết tại mỗi thời điểm của mũi khoan… thường thì người ta bố trí vào cụm CNC các chương trình con, các số liệu về tọa độ và các điểm cần thiết để lập trình có thể lấy chúng ra bất cứ lúc nào cần thiết.
Để lập trình trực tiếp trên máy CNC, người lập trình phải biết sử dụng các kỹ thuật menu và các soft-key trên cụm điều khiển CNC.
Sau khi đã lập trình xong chương trình, muốn kiểm tra chương trình có được lập trình đúng hay không người ta sẽ chạy chương trình mô phỏng quỹ đạo chuyển động cắt của dụng cụ màn hình theo chương trình đã lập. Nếu có sai sót nào có thể lập tức sửa chữa lại cho đến khi hoàn thiện mới tiến hành gia công trên chi tiết thực.
Với người bắt đầu học lập trình gia công nhất thiết phải thực hiện theo phương pháp này và phải đạt đến trình độ thành thạo trong xử lý, thao tác và sửa chữa các lỗi gặp phải mới có thể chuyển sang các phương pháp lập trình khác.
Lập trình bằng tay trên cụm CNC khác
Trong khi máy CNC đang hoạt động, người lập trình có thể chuẩn bị cho chúng một chương trình gia công tiếp theo bằng cách dùng các bảng lập trình CNC khác hay các máy tính trong hệ thống DNC. Điều này đặc biệt rất thuận lợi trong giảng dạy, đào tạo và thực hành cũng như để gia công các chi tiết đơn giản trong dạng sản xuất đơn chiếc hay loạt nhỏ.
Với phương pháp này, ta có thể bố trí các cụm lập trình hay các máy tính ngay trong phân xưởng sản xuất để thuận lợi cho quá trình dạy và thực hành.
Lập trình bằng tay tại phân xưởng chuẩn bị chương trình
Kiểu lập trình này thích hợp với các cơ sở sản xuất của các nhà máy có năng lực sản xuất lớn hơn hay thực hiện một hợp đồng bao gồm nhiều chi tiết lắp ghép mà cần phải thực hiện trên nhiều máy CNC. Khi đó yêu cầu cần phải có phòng lập trình và có các kỹ sư lập trình đủ trình độ về chuyên môn và kinh nghiệm nghệ nghiệp,
đặc biệt là với các máy nhiều trục.Các kỹ sư lập trình này trước hết phải được trải qua lập trình thực nghiệm trong phân xưởng và phải đạt đến trình độ thành thạo và có kinh nghiệm mới có thể đảm nhiệm công việc này.
Thông thường việc lập trình được thực hiện trên các máy tính. Vì thế nên chỉ có những cán bộ có đủ kiến thức và kinh nghiệm mới thực hiện công việc này.
Lập trình với sự hỗ trợ của máy tính
Tương tự như lập trình bằng tay, nhưng các tính toán trong quá trình lập trình được giảm xuống một cách đáng kể và thực hiện nhanh hơn nhờ trong các máy tính đã được trang bị các bộ xử lý, bộ nội suy và chứa các dữ liệu cần thiết mà người ta có thể sử dụng bất kỳ khi nào muốn.
Lập trình bằng máy
Từ cơ sở bản vẽ CAD trên máy tính người ta đưa vào một hệ thông biên dịch trợ giúp cho quá trình lập trình. Sau khi đã thiết kế xong chi tiết, người ta có thể lựa chọn quy trình công nghệ gia công và cách thức gia công (cắt thô, cắt bán tinh, siêu tinh, các kiểu ăn dao…) và từ kiểu được lựa chọn đó máy tính sẽ xây dựng một chương trình gia công thích hợp dưới dạng mô tả quá trình dịch chuyển dụng cụ và các chế độ công nghệ tương ứng. Công việc tiếp theo là mã hóa chương trình gia công theo code của hệ thông điều khiển tương ứng trên các máy CNC để cho ra chương trình gia công thích hợp với ngôn ngữ máy. Kỹ thuật này gọi là CAM.Hiện nay các phần mềm CAD/CAM có nhiều tính năng mạnh và dễ sử dụng đã giúp quá trình lập trình trở nên thuận lợi.
CHƯƠNG II
PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG GIA CÔNG THÔ
2.1 . Lƣợng dƣ gia công và vết dao trong quá trình gia công thô. 2.1.1. Vết dao trong quá trình gia công thô.
Vết dao khi phay bằng dao phay đầu cầu trong phương pháp phay từng lớp được thấy trong hình 2.1. Chiều cao nhấp nhô h là chiều cao của phần vật liệu chưa gia công để lại khi thay đổi đường chạy dao. Đây là một thông số quan trọng khi đo đạc chất lượng bề mặt sau gia công thô. Chiều cao nhấp nhô càng cao thì chất lượng bề mặt chi tiết sau gia công thô càng thấp. Phần nhấp nhô có thể làm nhỏ hơn bằng cách giảm bước tiến ngang g (khoảng cách giữa 2 lần thay đổi bước tiến dao). Bằng cách giảm bước tiến ngang, chiều cao nhấp nhô sẽ giảm dẫn đến tăng chất lượng bề mặt sau gia công thô. Tuy nhiên, nhược điểm lớn ở đây là khi giảm bước tiến ngang đường chạy dao sẽ tăng dẫn đến tăng thời gian gia công. Đó chính là lí do tại sao khi gia công thô, người ta thường chọn bước tiến ngang lớn và dẫn đến việc chất lượng bề mặt sau gia công thô kém.
2.1.2. Chiều cao nhấp nhô
Trong hình 2.2, bước tiến ngang g là một hàm của chiều cao nhấp nhô h, bán kính lưỡi cắt r, và thông số hình học tại điểm cắt. Bề mặt thực tế giữa 2 lần tiến dao được tính sấp xỉ bằng bán kính cong trong trường hợp bước tiến ngang g bằng công thức. ) )( ( ) ( 2 ) ( 4 2 2 2 2 2 h r h r h r g [3]
Khi >> so với r, bề mặt giữa hai lần chạy dao có thể được tính sấp xỉ như một mặt phẳng mà không làm giảm độ chính xác. Khi đó, bước tiến ngang g có thể được tính bằng:
g = 2
2 2 rhh
Chiều cao nhấp nhô h sẽ là:
h = r- 2 2 2
g r
Nếu ta sử dụng dao phay ngón thông thường cho gia công thô thì đến bước gia công tinh, dụng cụ cắt sẽ cắt một bề mặt với chiều sâu cắt luôn thay đổi (hình 2.3). Chiều sâu này biến đổi từ 0 đến apsin.
2.1.3. Vai trò của chất lƣợng bề mặt chi tiết sau khi gia công thô.
Phương pháp tiến dao theo chiều cao nhấp nhô không thay đổi đã được phát triển và ứng dụng vào gia công tinh. Lợi thế của phương pháp này là nó luôn luôn bám sát vào bề mặt tinh của chi tiết. Khi cắt bề mặt 3D phức tạp, khả năng tính toán đường chạy dao dựa vào chiều cao nhấp nhô so với bước tiến dao đặt trước đã xuất hiện trong nhiều phần mềm CAM, nhưng thật đáng tiếc là trong quá trình gia công thô, khả năng này không được đề cập tới hoặc được coi là một yếu tố ảnh hưởng không quan trọng, chỉ có khả năng bóc tách vật liệu được đề cập đến trong quá trình gia công thô. Trong thực tế, bước gia công thô tốc độ cao đóng vai trò quan trọng hơn so với khi gia công thô thông thường. Bước gia công thô tốc độ cao phải để lại một lượng dư đều nhau hơn cho gia công bán tinh và gia công tinh so với khi gia công thông thường. Điều này rất quan trọng vì nó sẽ giữ cho tốc độ bóc tách phoi không đổi trong quá trình gia công tốc độ cao. Điều này sẽ giữ cho lực cắt ít thay đổi, do đó sẽ ít xảy ra những lát cắt bất thường. Như trong hình 2.4, khi gia công tốc độ cao bằng cách cắt đỉnh nhấp nhô sẽ có sự khác biệt đáng kể so với cách cắt bằng lưỡi cắt đỉnh dao. Lực cắt trong hai trường hợp vì thế cũng khác biệt rõ rệt.
Hình 2.4: Quá trình gia công tinh
Để tăng độ chính xác cho bề mặt sau khi gia công, phương pháp trực tiếp là làm giảm bước tiến ngang g. Tuy nhiên, như đã đề cập ở trên, bước tiến ngang nhỏ sẽ làm tăng thời gian gia công dẫn đến giảm năng suất. Nếu như có một phương pháp mà làm tăng chất lượng bề mặt sau gia công thô mà không làm tăng thời gian gia công, phương pháp đó sẽ rất hữu ích trong gia công cắt gọt.
2.2. Lý thuyết về lƣợng dƣ gia công linh động.
Lượng dư gia công linh động là một trạng thái tức thời của mẫu được lập ra trong quá trình gia công hiện tại hoặc trong một khoảng thời gian riêng biệt. Nó thể hiện lớp phôi sau khi dụng cụ cắt đi qua tại một thời điểm nhất định. Ví dụ, trong quá trình cắt mô phỏng, lượng phôi trong quá trình gia công hay lượng dư gia công còn lại là cái được hiện ra sau quá trình gia công thô. Chi tiết lúc này không phải là
sản phẩm cuối cùng, nó chỉ là bước chuyển tiếp cho quá trình gia công bán tinh tiếp theo.
Điều này rất quan trọng cho thuật toán xây dựng đường chạy dao để hiểu được những gì thay đổi trên cấu trúc bề mặt xảy ra giữa những đường chạy dao. Lý thuyết về lượng dư gia công linh động cho phép tạo ra những đường chạy dao trong khu vực phôi mà đường dụng cụ trước chưa cắt hết. Quỹ đạo của đường chạy dao cho phương pháp gia công tiếp theo có thể được tối ưu dựa trên dựa trên kiến thức về lượng dư còn lại của lần gia công trước đó. Ví dụ, “phương pháp phay tìm hốc” sử dụng thuật toán, tìm tất các góc và hốc để lại từ lần cắt trước đó, và tự động dẫn dao theo các góc đó. Các góc có thể được phay bởi những lần phay nhỏ dần, nhỏ dần về bán kính, cho tới khi trùng với bán kính cong của bề mặt hốc hay góc 3D. Sử dụng một thuật toán tương tự như “phương pháp phay tìm hốc”, “Phương pháp phay nghỉ”có thể tìm được những khu vực có lượng dư lớn, và cắt những khu vực đó với bán kính cắt nhỏ hơn. Với khả năng như cậy sẽ làm cho việc gia công tinh trở nên hiệu quả hơn. Nếu như không có 2 phương pháp phay trên, dụng cụ gia công tinh sẽ cắt một lượng lớn vật liệu ở những góc nhỏ.
Tuy nhiên, “phương pháp phay tìm hốc” và “Phương pháp phay nghỉ” chỉ tập trung vào lượng kim loại bị bóc tách và dung sai cho phép trong quá trình gia công thô; những đặc điểm nhỏ như hình dáng chi tiết sau hay vết dao để lại sau quá trình gia công đều bị bỏ qua. Như trong hình 2.4, đường dẫn dao cho lát cắt thứ 2 trên bề mặt phôi phẳng có thể nằm đè lên đường dẫn dao thứ nhất, do đó không có sự thay đổi hình dạng của vết cắt trên chi tiết.
2.3 .Thiết lập đƣờng dẫn dao cho phƣơng pháp nghiên cứu.
Dựa trên lý thuyết về lượng dư gia công linh động vừa trình bày ở trên. Ta có thể thiết lập được đường dẫn dao mới cho quá trình gia công thô với những điều kiện sau:
Tổng số lớp cắt là N. Lớp cắt đang xét đến là n. Chiều sâu cắt của mỗi lớp là t.
Trong thực tế, dao phay đầu cầu thường dùng để gia công các bề mặt cong, tuy nhiên để đơn giản hóa ta lần lượt xét các bề mặt gia công là mặt phẳng, từ đó làm cơ sở cho việc tính toán gia công các mặt cong lỏm và mặt cong lồi.