Ở phương pháp thông thường, đường dẫn dao ở lớp cắt thứ n có cùng tọa độ (x, y) với lớp cắt thứ n-1, chỉ khác nhau về tọa độ z do chiều sâu cắt khác nhau như hình 2.11
Ở phương pháp cải tiến, đường dẫn dao lớp thứ n cắt phần đỉnh của lớp thứ n-1 để lại như hình 2.12
Có thể tính toán được mối quan hệ giữa chiều cao nhấp nhô h và chiều sâu cắt t
như sau.
Hình 2.11. Đường dẫn dao dao khi gia công bề mặt cong lồi theo phương pháp thông thường
Hình 2.12 Đường dẫn dao dao khi gia công bề mặt cong lồi theo phương pháp nghiên cứu Bước n
Bước n-1
Lượng tiến dao ngang
Chi tiết
Giả sử bán kính cong cần gia công là R, tâm O. Bán kính dao là r Theo hình 2.13 ta có:
Chiều cao nhấp nhô = DE + EF = EF + AC
Trong đó AC được tính toán như trên, EF được tính như sau: Ta có:
EF = O2O2’ = OO2 - OO2’ = OO2 - (R+r) Xét tam giác OO2O1 Vông tại O2
Sin 1 2OO
O = O1O2/ O1O = g/((R+t) +r) , trong đó g là bước tiến dao ngang, t là chiều sâu cắt. 1 2OO O = sin-1(g/((R+t) +r)) OO2 = OO1 Cos 1 2OO O = ((R+t)+r)Cos (sin-1(g/((R+t) +r))) EF = O2O2’ = OO2 - OO2’ = OO2 - (R+r)
= ((R+t)+r)Cos (sin-1 (g/((R+t)+r))) - (R+r) khi bước tiến dao ngang bằng đường kính dao g =2r.
Chiều cao nhấp nhô:
h = DE + EF = AC + EF = ((R+t)+r)Cos (sin-1(2r/((R+t)+r))) - (R+r) + r – r cos (sin-1( 2 2 t r /2r) - sin-1(t/ 2 2 t r ))
= ((R+t)+r)Cos (sin-1(2r/((R+t)+r))) - R– r cos (sin-1( 2 2
t
r /2r) - sin1(t/ 2 2
t r ))
Tóm lại, với đường dẫn dao kiểu mới, quỹ đạo dao ở lớp thứ 2 sẽ cắt tại đỉnh nhấp nhô của lớp thứ nhất, quỹ đạo dao ở lớp thứ 3 sẽ cắt tại đỉnh nhấp nhô của lớp thứ 2 …. Cứ như vậy cho đến hết chiều sâu cần cắt.
Kiểm tra hiệu quả của kiểu chạy dạo mới bằng cách mô phỏng gia công trên phần mềm CATIA V5R16.
Hình 2.14: Mô phỏng gia công trên phần mềm CATIA bằng dao phay đầu cầu.
Hình 2.14 trên là mô phỏng gia công trên phần mềm CATIA theo phương pháp truyền thống.
Hình 2.14 dưới là mô phỏng gia công theo phương pháp chạy dao kiểu mới. Do sử dụng cùng một loại dao, sử dụng cùng bước tiến ngang, cùng chiều sâu cắt cũng như chế độ cắt nên thời gian gia công của hai phương pháp là như nhau. Rõ ràng ở phương pháp chạy dao mới bề mặt chi tiết sau khi gia công thô đã được cải thiện rõ rệt so với phương pháp gia công thô truyền thống.
CHƢƠNG III
CÁC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 3.1. Giới thiệu thiết bị thí nghiệm 3.1.1. Máy phay PC MILL 55
Hình 3.1: Máy phay PC MILL 55
Các đặc tính kỹ thuật của máy phay PC MILL 55 gồm:
- Máy phay CNC 3 trục - Thay dao tự động
- Trục chính quay thuận/ ngược chiều kim đồng hồ - Điều khiển tốc độ vô cấp
- Trục chính quay tốc độ cao - Các điểm tham chiếu tự động
- Toàn bộ vùng làm việc được che chắn
- Trang bị an toàn theo tiêu chuẩn Châu Âu
Hình 3.3: Bàn phím điều khiển
Các thông số công nghệ của máy phay PC MILL 55:
- Hành trình theo phương trục X: 190 mm - Hành trình theo phương trục Y: 125 mm - Hành trình theo phương trục Z: 190 mm - Kích thước phôi: 420 x 125 mm - Công suất: 0,75 kW - Tốc độ trục chính: 100 - 3500 vòng/ phút. Tốc độ cao: 17500 - Tốc độ chạy dao nhanh (ngang): 2 m/ phút
- Tốc độ tiến dao: 2m/ phút - Ổ chứa theo tiêu chuẩn ISO 30 - Động cơ bước 3 pha
- Bước dịch chuyển: 0,0005 mm - Độ chính xác vị trí trên trục X: 0,006 mm - Độ chính xác vị trí trên trục Y: 0,006 mm - Độ chính xác vị trí trên trục Z: 0,008 mm - Nguồn cung cấp: 115/ 230V, 50/ 60 Hz - Kích thước máy: 840 x 865 x 816 mm - Trọng lượng: 160 kg
Máy PC MILL 55 có đầy đủ các chức năng của một máy CNC 3 trục - Phay contour
- Phay ren - Taro - Khoan
Các loại vật liệu có khả năng gia công: - Nhôm
- Đồng - Chất dẻo - Gỗ
Khả năng tích hợp vào các hệ thống sảm xuất linh hoạt: (FMS-CIM)
Máy PC MILL 55 có khả năng hoạt động độc lập cũng như có khả năng tích hợp trong các hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS).
Hình 3.4: Gia công Contour trên máy phay PC MILL 55.
Hình 3.5: Sản phẩm trên máy phay PC MILL 55.
3.1.2. Hệ điều khiển SINUMERIK trên máy phay PC MILL 55 3.1.2.1. Mã lệnh G 3.1.2.1. Mã lệnh G
G0, G1 - Nội suy đường thẳng (Thuyết Đê-các-tơ)
G0: Dịch chuyển nhanh không ăn dao. G1: Dịch chuyển với tốc độ ăn dao F. Cấu trúc lệnh: G0 X… Y… Z…
G1 X… Y… Z… F…
G0, G1 - Nội suy đường thẳng (Tọa độ cực)
Cấu trúc lệnh: G0 AP… RP… G1 AP… RP… Chèn vát góc, lượn góc Cấu trúc lệnh: G… X… Y… Z… CHR = Vát góc G… X… Y… Z… CHF = Vát góc G… X… Y… Z… RND = Lượn góc
Vát góc: N30 G1 X… Y… CHF=5 CHF là chiều dài cạnh vát N35 G1 X… Y…
Lượn góc: N30 G1 X… Y… RND=5 RND là bán kính cung tròn N35 G1 X… Y…
Bán kính lượn thực hiện ở tất cả các góc contour đến khi lựa chọn: RNDM = 0.
Hình 3.7. Chèn vát góc, lượn góc
G2, G3, CIP - Nội suy cung tròn
G2: Cùng chiều kim đồng hồ G3: Ngược chiều kim đồng hồ CIP: qua các điểm trung gian
Hình 3.8. Nội suy cung tròn
Đối với nội suy cung tròn, điểm đầu và điểm cuối phải cùng nằm trên một mặt phẳng. Trong trường hợp lập trình di chuyển theo trục tọa độ thứ 3 (ví dụ trục Z đối với mặt phẳng G17), sẽ thu được đường xoắn ốc. Nếu có nhiều hơn một cung tròn, thì số cung tròn được lập trình thông qua cấu trúc: TURN =
Lập trình với điểm đầu, điểm cuối và tâm
G2/G3 X… Y… Z… I… J… K… X,Y,Z - Điểm cuối E trong hệ Đê-các I,J,K - Điểm tâm M so với điểm đầu S trong hệ Đê-các
Hình 3.9. Nội suy 3 điểm S, E, M
Lập trình với điểm đầu, điểm cuối và bán kính cung tròn
Hình 3.10. Nội suy 2 điểm S, E và R
G2/G3 X… Y… Z… CR= …
X,Y,Z - Điểm cuối E trong hệ Đê-các CR= …Bán kính cung tròn
CR=+ góc chắn cung <= 180 CR=- góc chắn cung > 180
Không dùng CR lập trình đường tròn
Lập trình với điểm đầu, điểm tâm hoặc điểm cuối và góc chắn cung
G2/G3 X… Y… Z… AR= G2/G3 I… J… K… AR=
X,Y,Z - Điểm cuối E trong hệ Đề-các I,J,K - Điểm tâm M so với điểm đầu S trong hệ Đê-các
AR = góc chắn cung (< 360 )
Không lập trình đường tròn với AR.
Lập trình với điểm đầu, điểm trung gian và điểm cuối
Hình 3.12. Nội suy 3 điểm S, E và điểm trung gian
CIP X…Y…Z… I1=… J1=…K1=… X,Y,Z - Điểm cuối E trong hệ Đê-các I1,J1,K1 - Điểm trung gian Z trong hệ Đê- các
Với G91 (lập trình tương đối), điểm trung gian so với điểm đầu của cung.
Nội suy theo đường xoắn ốc
G2/G3 X… Y… Z… I… J… K… TURN= G2/G3 X… Y… Z… CR=… TURN= G2/G3 AR=… I… J… K… TURN= G2/G3 AR=… X… Y… Z… TURN= G2/G3 AP=… RP=… TURN=
Hình 3.13. Nội suy theo đường xoắn ốc
X,Y,Z - Điểm cuối trong hệ Đê-các
I,J,K - Điểm tâm trong hệ Đê- các CR= Bán kính cung tròn AR= Góc chắn cung AP= Góc cực RP= Bán kính cực TURN= Số vòng tròn (0 - 99) G4 - Dừng thời gian Cấu trúc lệnh: N… G4 F… [s] N… G4 S… [U] F Thời gian dừng tính bằng s
S Thời gian dừng tính trên số vòng quay của trục chính
Dụng cụ cắt phải có thời gian dừng khi dịch chuyển gần tới điểm cuối cùng, đi qua góc giữa các cạnh chi tiết, làm sạch lỗ và các hốc hoặc khi dừng chính xác. Chú ý:
Trong câu lệnh G4, S và F có ý nghĩa như các đại lượng thời gian. Tốc độ ăn dao F và tốc độ quay trục chính S được lập trình vẫn được giữ nguyên.
Ví dụ:
N75 G04 F2.5 (dừng 2,5 s)
G9, G60, G601, G602, G603 - Dừng chính xác
Hình 3.14. Dừng chính xác
G9 – Dừng chính xác, chỉ có hiệu quả trong một khối lệnh G60 – Dừng chính xác, có hiệu quả cho đến khi hủy bằng lệnh G64 hoặc G641
G601 – gia công tinh G602 – gia công thô G603 – kết thúc nội suy G601, G602, G603 chỉ có ý nghĩa khi sở dụng G9 hoặc G60.
G64, G641 – gia công theo contour, loại bỏ lựa chọn G60
G64, G641 - Gia công contour
Hình 3.15. Gia công theo contour
Dụng cụ dịch chuyển với tốc độ không đổi và chậm lại tại các vị trí góc cạnh.
Tốc độ ăn dao càng lớn càng khiến các góc bị về tròn (lỗi contour).
G641 cho phép hiển thị khoảng cách vê tròn.
G17, G18, G19 - Lựa chọn mặt phẳng làm việc Hình 3.16. Xác định mặt phẳng làm việc Cấu trúc lệnh: N… G17/G18/G19 G17 – Mặt phẳng XY G18 – Mặt phẳng ZX G19 – Mặt phẳng YZ Trục của dụng cụ vuông góc với mặt phẳng làm việc.
Nội suy cung tròn G2/G3/CIP, nội suy theo tọa độ cực, bù dụng cụ cắt chỉ thực hiện trên các mặt phẳng làm việc.
Dịch chuyển tịnh tiến ví dụ các chu trình khoan luôn thẳng đứng với mặt phẳng làm việc.
G25, G26 - Giới hạn không gian làm việc
Cấu trúc lệnh:
N… G25/G26 X… Y… Z…
Lệnh G25 và G26 dùng để giới hạn không gian làm việc, tạo khoảng không gian an toàn cho dụng cụ dịch chuyển (G25 - giới hạn dưới, G26 - giới hạn trên).
G25 và G26 phải được lập trình trong từng khối lệnh riêng rẽ.
Chuyển đổi qua lại giữa bật và tắt bằng từ khóa WALIMON và WALIMOF.
G25, G26 - Giới hạn tốc độ quay của trục chính
Cấu trúc lệnh:
N… G25/G26 S…
G25 và G26 còn dùng để dịnh nghĩa tốc độ quay nhỏ nhất và lớn nhất của trục chính. Giá trị này được ghi đè lên dữ liệu của hệ thống và được lưu đến khi kết thúc chương trình.
G25 và G26 phải được lập trình trong từng khối lệnh riêng rẽ. S biểu thị tốc độ min/ max của trục chính.
G33 - Gia công ren
Hình 3.17. Gia công ren
Cấu trúc lệnh: N… G33 Z… K… K – Bước ren [mm] Z – Chiều sâu ren Chú ý:
Tốc độ ăn dao và tốc độ quay của trục chính không có ý nghĩa với G33 (100%).
Kích thước gia công phải được nhập trước đó.
G331, G332 - Taro không tính đến bù mâm cặp (PC mill 155)
Hình 3.18. Taro
Cấu trúc lệnh:
N… G331 X… Z… K… N… G332 X… Z… K… X,Z – Chiều sâu ren K – Bước ren
G331 – Taro G332 – Lùi dao
(Đảo chiều quay trục chính)
G63 - Taro có tính đến bù mâm cặp
Cấu trúc lệnh:
G63 X… Y… Z… F… S… Các dạng ren đặc biệt.
Tốc độ trục chính, tốc độ ăn dao và bước ren phải được lập trình phù hợp: F [mm/phút] = S [vòng/Phút] x P [mm/vòng]
F [mm/vòng] = P [mm/vòng]
Di chuyển đi lên và di xuống (đảo chiều quay trục chính) của dụng cụ đều phải thực hiện với lệnh G63. G63 chỉ có tác dụng trong bản thân khối lệnh. Đối với G63, tốc độ ăn dao và tốc độ trục chính được thiết lập 100%.
G40-G42, G450 - Bù bán kính dụng cụ cắt
Hình 3.19. Bù bán kính dụng cụ
G40- Hủy bù bán kính
G41- Bù bán kinh về bên trái G42- Bù bán kính về bên phải Với lệnh G41/42, đường dịch chuyển của dụng cụ cách đều contour lập trình một khoảng chính bằng bán kính dụng cụ.
Hình 3.20. Dịch chuyển tại góc phôi
G450 – Dịch chuyển của dụng cụ cắt qua góc phôi theo cung tròn bán kính bằng bán kính dụng cụ.
Đường chạy dao lập trình Đường chạy dao thực
G53-G57, G500-G599, SUPA - Dịch chuyển điểm 0 Hình 3.23. Dịch chuyển điểm 0 G53 - Dịch chuyển điểm 0 không có tác dụng trong một khối lệnh. G500 - Loại bỏ G54-G599 G54-G57 Điểm 0 cài đặt G505-G599 Điểm 0 cài đặt SUPA - loại bỏ tất cả offset
G70 - Kích thước theo hệ Inch ; G71 - Kích thước theo hệ Mét
Tùy theo việc thiết lập G70/G71 mà tất cả các giá trị được tính toán trong dữ liệu máy theo hệ inch hoặc mét.
G90 - Kích thước tuyệt đối ; G91 - Kích thước tương đối
G90: Kích thước tính theo điểm 0. G91: tính theo vị trí trước đó của dụng cụ.
Hình 3.24. Kích thước tuyệt đối/ tương đối
Giá trị di chuyển theo từng trục tọa độ có thể lập trình tuyệt đối hoặc tương đối mà không phụ thuộc G90/G91.
Ví dụ: G90
G0 X40 Z=IC(20) (tương đối) G91
G94, G95 - Tốc độ ăn dao
Tốc độ ăn dao không chỉ phụ thuộc vào G70/71 (hệ inch/mét) ma nó có thể thay đổi dựa vào G94, G95.
Tốc độ ăn dao chỉ có hiệu lực đối với các trục của đường dẫn dao chứ không phải đồng bộ trên tất cả các trục.
G94: F [mm/phút] (ứng dụng chủ yếu cho máy phay). G95: F [mm/vòng] (ứng dụng chủ yếu cho máy tiện).
G110-G112 - Hệ tọa độ cực Hình 3.25. Hệ tọa độ cực Ví dụ: G111 Z30 X40 G1 RP=40 AP=60 F300 (góc liên quan trục Z) Xác định cực: G110 – Vị trí cực tính theo vị trí dụng cụ được lập trình trước đó G111 – Vị trí cực tính theo điểm 0 của phôi
G112 – Vị trí cực tính theo vị trí tồn tại trước đó.
Cực có thể biệu thị trong hệ Đê-các hoặc trong hệ cực. X,Z – Tọa độ của cực (Đê-các) RP – bán kính
AP – góc
G140-G341, DISR, DISCL, FAD - Hướng tiếp cận và rời đi của dụng cụ
G140 – soft
G141/142 – tiếp cận và rời đi từ phía trái/phải.
G143 – phụ thuộc vị trí điểm đầu, cuối và hướng tiếp cận G147/148 – tiếp cận và rời đi theo đường thẳng
G247/248 – tiếp cận và rời đi theo ¼ đường tròn
G340 – trong không gian G341 – trong mặt phẳng G347/348 – tiếp cận và rời đi theo nửa đường tròn
G450/451 – tiếp cận và rời khỏi contour
DISR
Tiếp cận và rời đi theo đường thẳng bẳng khoảng cách từ đầu mảnh cắt tới điểm bắt đầu contour.
Tiếp cận và rời đi theo đường tròn, bán kính đường dẫn bằng bán kính dụng cụ.
Hình 3.27. Hướng dịch chuyển với G430/G431
DISCL – khoảng cách đến điểm cuối của hành trình chạy dao nhanh
DISCL=AC (vị trí tuyệt đối) DISCL=0
G340: P1 P2 P3 trùng khớp G341: P2 P3 trùng khớp FAD – ăn dao
G341: P2 P3 G340: P2 / P3 P4 FAD=PR (giống G94) FAD=PM (giống G95)
Chuyển động tiếp cận và rời khỏi contour bao gồm tối đa 4 phần: điểm bắt đầu (P0), các điểm trung gian (P1 P2 P3) và điểm cuối (P4). Các điểm P0, P3, P4 phải được xác định, P1 P2 có thể bỏ qua tùy điều kiện của máy.
G41: tiếp cận từ phía trái. G42: tiếp cận từ phía phải.
Dịch chuyển G0/G1 phải được lập trình trước đó chứ không thể thực hiện trong cùng một khối lệnh. $TC_DP1 [1,1]=120 $TC_DP6 [1,1]=7 N10 G90 G0 X0 Y0 Z30 D1 T1 N20 X10 N30 G41 G147 DISCL=3 DISR=13 Z0 F1000 N40 G1 X40 Y-10 N50 G1 X50 … N30/40 có thể lập trình:
N30 G41 G147 DISCL=3 DISR=13 X40 Y-10 Z0 F1000 Hoặc N30 G41 G147 DISCL=3 DISR=13 F1000
NORM, KONT
NORM:
Dụng cụ dịch chuyển tiếp cận theo đường thẳng và vuông góc với điểm bắt đầu