CHƯƠNG II. CẤU TRÚC HỆ THỐNG CIM
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÁY CNC
VIII. Phương pháp điều khiển máy CNC trong công nghiệp
8.3. Các chỉ tiêu gia công của máy CNC
8.3.1. Thông số hình học.
Hình : Thông số hình học của máy CNC
Thông số hình học của máy CNC hay của vùng gia công là thông số của không gian mà tong đó dụng cụ cắt và chi tiết gia công có thể tác động qua lại ở bất kỳ vị trí nào. như vậy trên các máy gia công chi tiết quay thì vùng gia công là 1 khối lăng trụ được xác định bằng bán kính và chiều dài dịch chuyển của các toạ độ (hình vẽ) .
Trên các máy gia công chi tiết hình hộp chữ nhật thì vùng gia công là 1 khối hộp được xác định bằng các chiều dài dịch chuyển của các toạ độ (hình vẽ). Các điểm giới hạn của vùng làm việc được đánh số tương tự ký hiệu số của ma trận.
Để thuận tiện và dễ nhớ người ta đánh thứ tự các số theo quy tắc sau: số thứ nhất của các chữ số ký hiệu các điểm theo trục thẳng đứng, số thứ 2 của các chữ số ký hiệu các điểm theo trục dọc (trục Z), còn số thứ 3 của các số ký hiệu các điểm theo trục nằm ngang (trục X) (hình vẽ).
8.3.2.Thông số gia công.
Là tốc độ chuyển động của các cơ cấu chấp hành và công suất động cơ. người ta dựa vào thông số hình học như kích thước bàn máy phay hay chiều cao của tâm máy tiện để chọn công suất động cơ, tốc độ quay của trục chính và lượng chạy dao. Ví dụ, đối với các máy nhiều dao để gia công các chi tiết hình hộp chữ nhật người ta chọn các thông số gia công như sau:
- Bề rộng của bàn máy (mm) - Công suất động cơ (KW) - Tốc độ chạy dao (m/ph)
- Tốc độ chạy dao nhanh (m/ph) - Thời gian thay dao tự động (s)
400—630 5—11 3150—4000 1—10 6—10 3—7
630—1000 9—15 3150—4000 2.4—8 5—10 3—10 Hình : Bảng thông số gia công máy CNC 8.3.3. Năng suất gia công.
Là số lượng chi tiết gia công trong 1 đơn vị thời gian. Công thức tính năng suất gia công như sau:
T0 _thời gian cơ bản trung bình(ph).
m_số loạt chi tiết được sản xuất trong 1 năm.
n_số lượng chi tiết được sản xuất trong 1 năm.
i_số lượng nguyên công cần thiết để gia công 1 chi tiết.
k_số lượng các nguyên công kiểm tra.
tct_thời gian thay đổi chi tiết gia công . ttd_thời gian thay dao.
t0_thời gian cơ bản.
tkt_thời gian kiểm tra.
tcbkt_thời gian chuẩn bị -- kết thúc .
Để tăng năng suất ta phải giảm thời gian tcbkt , ttd , tct , t0 , thời gian phụ. Muốn giảm tcbkt ta phải dùng đồ gá vệ tinh và giảm số lượng các loạt chi tiết gia công
k 1
1 kt
1 i
1 td
ct cbkt 0
t t
t t
n t m T
Q 1
− −
⎥⎦
⎢ ⎤
⎣
⎡ ⎟ + + + +
⎠
⎜ ⎞
⎝
= ⎛
= ∑ ∑ ∑
trên máy (trên 1 máy CNC không nên gia công quá 30—50 loại chi tiết trong 1 năm). Muốn giảm ttd là dùng hệ thống thay dao tự động. Trên các máy thay dao bằng tay nên sử dụng cơ cấu kẹp nhanh. Muốn giảm tct dùng các cơ cấu nhiều vị trí (để thay chi tiết gia công tự động) và đồ gá vệ tinh. Muốn giảm t0 thì: tăng tốc độ cắt( tăng công suất động cơ), sử dụng dao có khả năng cắt với tốc độ cao, gia công với chế độ cắt tối ưu và gia công đồng thời bằng nhiều dao. Muốn giảm thời gian phụ thì tăng tốc độ chạy nhanh của các cơ cấu chấp hành hoặc của dao (cố gắng tăng tốc độ chạy dao nhanh tới 10—15 m/ph).
8.3.4. Độ chính xác của máy CNC
Sai số gia công tổng cộng trên các máy CNC xuất hiện trong các hệ thống truyền động của máy, trong các hệ thống điều khiển và kiểm tra và trong bản thân chi tiết gia công (hình vẽ) .
Hình : Độ chính xác gia công của máy CNC Các sai số gia công được ký hiệu và giải thích như sau:
δ1, δ2, δ3, δ4 _các sai số lập trình, nội suy, hiệu chỉnh nội suy và sai số của
“lệnh trở về điểm O”.
δ5, δ6 _sai số của bước bên trong và sai số tích luỹ của datric.
δ7 _sai số của cơ cấu chuyển đổi tín hiệu.
δ8 _sai số của dreipha đặc tính truyền động( sai số thời gian phát xung).
δ9, δ10, δ11 _sai số của truyền động( lực, mômen, tốc độ).
Hệ điều khiển
Kiểm tra và
®o luêng Truyền tải
§iÒu khiÓn
KÕt cÊu
Động cơ
Chi tiÕt Máy
Sai số gia công
d9 d12 d11 d10
d8
d7 d6 d5
d4 d3 d2
d1
d13 d14 d15
d16 d17 d18
d19 d20
d21
δ12 _sai số của trục vít bi δ13 _sai số hình học của máy.
δ14, δ15 _sai số biến dạng đàn hồi của máy và đồ gá δ16 _sai số của kích thước gá đặt dao.
δ17 _sai số do mòn dao.
δ18 _sai số biến dạng đàn hồi của dao.
δ19 _sai số gá đặt của chi tiết gia công
δ20 _sai số biến dạng đàn hồi của chi tiết gia công δ21 _sai số biến dạng nhiệt của chi tiết gia công Sai số tổng cộng được xác theo công thức.
ΔΣ = Δ1+ Δ2+ Δ3+ Δ4+ Δ5+ Δ6
Trong đó :
Δ1 = δ1+ δ2+ δ3+ δ4 Δ1 = δ5+ δ6+ δ7
Δ1 = δ8+ δ9+ δ10+ δ11+ δ12
Δ1 = δ13+ δ14+ δ15
Δ1 = δ16+ δ17+ δ18
Δ1 = δ19+ δ20+ δ21 8.3.5. Độ tin cậy của máy CNC
Các máy CNC có giá thành rất cao nên nó chỉ mang lại hiệu quả kinh tế khi chúng làm việc liên tục 2 hoặc 3 ca và không có hỏng hóc nào khi làm việc . Trong quá trình làm việc các máy CNC phải đảm bảo độ chính xác gia công và nếu có bị hỏng hóc thì máy phải có khả năng được sửa chữa hoặc thay thế 1 số cơ cấu dễ dàng và thuận tiện.
Vậy độ tinh cậy của máy CNC là tính chất thực hiện chức năng gia công giữ được các chỉ tiêu công nghệ cũng như sửa chữa theo 1 thời gian quy định. Độ tin cậy của máy được đặc trưng bởi 3 tính chất sau:
- Tính làm việc không bị hỏng: Tính chất này được đặc trưng bằng sự làm việc liên tục của máy trong 1 thời gian nhất định (thời gian chạy rà và làm việc của máy).
- Tuổi thọ của máy: Tính chất này là sự ổn định làm việc cho tới lúc sửa chữa (1 phần tuổi thọ) và sau đó máy lại tiếp tục làm việc.
- Như vậy 2 tính chất trên đều đặc trưng cho khả năng làm việc của máy (tính chất làm việc không bị hỏng) tồn tại trong 1 khoảng thời gian nhất định, còn tính chất tuổi thọ tồn tại trong suốt thời gian quá trình máy được sử dụng, kể cả thời gian dừng để sửa chữa.
- Khả năng sửa chữa: Tính chất này có nghĩa là người ta có khả năng phát hiện những khuyết tật hỏng hóc của máy và có khả năng sửa chữa những khuyết tật và hỏng hóc đó.
- Đối với các máy CNC thì 2 tính chất 1 và 3 là quan trọng nhất bởi vì các máy CNC có cấu trúc rất phức tạp và có rất nhiều cơ cấu có tác động qua lại lẫn nhau.
8.3.6. Tính vạn năng của máy CNC
Tính vạn năng của máy CNC được xác định bằng chi phí cần thiết để chuyển công nghệ gia công nhóm chi tiết gia công này sang công nghệ gia công nhóm chi tiết gia công khác. Mỗi loại máy hoặc mỗi máy có tính vạn năng riêng, nghĩa là có điều kiện tối ưu để sử dụng máy. Hình vẽ biểu diễn quan hệ giữa chi phí gia công và số chi tiết được gia công sau khi phải điều chỉnh máy. các đường trên hình được giải thích như sau:
Hình : Tính vạn năng của máy CNC Đường 1_giá thành gia công 1 chi tiết.
Đường 2,4_chi phí cho việc điều chỉnh máy để thay đổi công nghệ gia công số loạt chi tiết (số loạt chi tiết có chi phí theo đường cong 2 nhỏ hơn số loạt chi tiết có chi phí theo đường cong 4).
Đường 3,5_các chi phí tổng cộng (đường 3 là tổng chi phí của đường 1 và 2, còn đường 5 là tổng chi phí của đường 1 và 4). Như vậy N01 và N02 là các giá trị số loạt tối ưu khi gia công trên máy CNC.
(Chi phÝ)
N(số lư ợ ng chi tiế t)
Những tính vạn năng và năng suất của máy lại có ý nghĩa trái ngược nhau: tính vạn năng giảm( số chi tiết gia công trên máy giảm) thì năng suất của máy lại có thể tăng lên (vì ít phải điều chỉnh lại máy).
Khi sử dụng máy CNC người ta có thể xác định được số lượng chi tiết gia công trong loạt là bao nhiêu thì việc gia công trên máy CNC mới hiệu quả kinh tế.
Số lượng chi tiết gia công A trong loạt được xác định theo công thức : A= C0/(E1- E2)
C0: Chi phí cho lập trình để gia công một loại chi tiết nào đó (chi phí này cho việc lập trình gia công 1 chi tiết có độ phức tạp trung bình là 40 —70 USD).
E1: Tiết kiệm chi phí tiền lương cho gia công 1 chi tiết.
E2: Chi phí bổ sung cho việc sử dụng máy CNC và các trang bị công nghệ đối với 1 chi tiết (khoảng 0,5 —1,5 USD).
B - CÁC PHƯƠNG ÁN XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÁY CNC.