Tính kinh tế của các máy công cụ CNC phụ thuộc nhiều vào hệ thống lập trình sử dụng để tạo ra các dữ liệu điều khiển. Các chương trình hoàn hảo (không có lỗi),
được tạo ra và đưa vào máy càng nhanh và càng dễ dàng thì quá trình gia công CNC càng trở nên linh hoạt và kinh tế.
Một chương trình được tạo nên bởi một chuỗi các lệnh khiến cho một máy tính hay một máy CNC tiến hành một công việc gia công xác định. Với các máy CNC, công việc này là chế tạo một chi tiết cụ thể bằng chuyển động tương đối giữa dao và chi tiết, với việc vào kích thước biểu thị bằng "inch" hoặc "mm". Các chương trình bộ phận như vậy chứa tất cả các thông tin hành trình cần thiết cũng như các thông tin về dịch chuyển và các lệnh phụ trợ khác cần thiết cho chế tạo một chi tiết tự động hoàn toàn.
Quá trình thiết lập các chuỗi lệnh trong các dụng cụ cắt từ bản vẽ chi tiết và các catolô dụng cụ, cùng với việc phát triển các lệnh chương trình cụ thể, và sau đó chuyển tất cả các thông tin này sang bộ phận mang dữ liệu được mã hoá đặc biệt cho một hệ thống CNC mà có thể đọc nó một cách tự động được gọi là lập trình. 8.2. NỘI DUNG CÁC CHƯƠNG TRÌNH CNC.
Nội dung của chương trình được tạo thành từ một số khối (block) mô tả quá trình hoạt động của máy bởi các bước hoặc các câu. Mỗi một khối đại diện cho một bước gia công hình học hoặc một chức năng gia công cụ thể nào đó. Các khối riêng biệt được đánh số liên tiếp và được phân cách nhau bởi mã kết thúc khối ($).
Mỗi một khối được lập nên bởi các từ, thường bao gồm các ký tự chữ - số, các ký tự chữ thêm bởi các giá trị số để tạo nên các chuyển động gia công và các chức năng chuyển dịch. Mỗi một khối có thể bao gồm các lệnh khác nhau. Có các kiểu lệnh sau:
- Các lệnh hình học điều khiển chuyển động tương đối giữa dao và phôi là X, Y, Z, A, B, C, U, V, W, P, R, v.v...
- Các lệnh công nghệ quy định tỷ số tiến (F), số vòng quay của trục chính (S) và các loại dao (T).
- Các lệnh hành trình quyết định kiểu chuyển động (G), chẳng hạn như hành trình nhanh, nội suy đường thẳng, nội suy đường tròn.
- Các lệnh chuyển dịch lựa chọn dụng cụ (T), các lệnh phụ trợ khác (M) đại diện cho các mục như bật, tắt dung dịch trơn nguội, quay, dừng trục chính, chiều quay trục chính, các lệnh hiệu chỉnh để bù chiều dài dụng cụ, bán kính dao cắt, bán kính mũi dao và độ lệch điểm 0 (G).
- Các lệnh chu trình hay chương trình con thường hay gọi là các phần chương trình tiếp theo.
Các địa chỉ thường là một chữ cái quy định các giá trị số đi theo sau phải lưu trữ vào đâu, nghĩa là vào khối thông tin nào.
Mỗi địa chỉ được xuất hiện trong một khối.
Việc lập trình điểm - thập phân đại diện cho dữ liệu hành trình kiểu số với dấu chấm thập phân được xử lý bởi các số 0 đi trước hay theo sau tuỳ theo chiều dài từ và khả năng di chuyển cho phép của việc điều khiển (độ phân giải điều khiển).
Để xác định giá trị thực của một số với kiểu điều khiển không biểu diễn giá trị của chúng theo kiểu thập phân, các số không (0) phải được viết phù hợp với các lệnh đặc biệt mà ứng dụng vào thiết bị điều khiển được dùng.
Lấy một ví dụ: nếu từ kích thước X bị giới hạn trong 6 ký tự chiều dài bởi nhà chế tạo bộ phận điều khiển và khả năng di chuyển cho phép của máy công cụ bị giới hạn trong 0,001 inch, thì bảng 2-1 đại diện cho các số không (0) đi trước và đi sau, cũng như việc lập trình thập phân.
Bảng 2-1
Kích thước bản vẽ (inch) Các số 0 đi trước Các số 0 đi sau Dấu chấm thập phân 1.500 .400 .200 1.942 X 0015 X 0004 X 000002 X 001942 X 1500 X 400 X 2 X 1942 X 1.5 X .4 X .002 X 1.942
Việc phân biệt khối chính và khối phụ dựa vào đặc điểm sau:
- các khối chính chứa địa chỉ nào đó với các giá trị -số giúp việc vào lại một chuỗi chương trình bị ngắt quãng trong các chương trình dài. Để đánh dấu các khối chính có thể viết một dấu "hai chấm"trước địa chỉ N hoặc tất cả các khối với 100 hoặc 1000 số được đưa vào các khối chính.
- các khối phụ chỉ chứa các khối mà giá trị của chúng thay đổi. Các lệnh chương trình của máy CNC sẽ đưa ra thông tin theo cách lập trình này hay cách lập trình đặc biệt khác.
8.3. CÁC THỦ TỤC LẬP TRÌNH.
Sự khác nhau giữa các thủ tục lập trình dựa trên các yếu tố sau: - vị trí lập trình.
- mức độ tự động hoá đã có. - kiểu của máy tính được sử dụng. - các phương tiện hỗ trợ lập trình đã có.
- các phương tiện hỗ trợ điều khiển và kiểm tra. 8.3.1.Lập trình bằng tay.
Khi lập trình bằng tay, người lập trình hoàn thành chương trình không có sự trợ giúp của máy tính. Phương tiện hỗ trợ duy nhất được sử dụng đó là các bảng số liệu, một máy tính tay, các lệnh lập trình cho một máy công cụ, thiết bị điều khiển cụ thể, một thiết bị chuẩn bị băng và kinh nghiệm.
Người lập trình phải bắt đầu và kết thúc khoá đào tạo bằng việc lập trình tay, bởi vì họ cần phải có khả năng sẵn sàng hiểu, đọc và sửa chữa chương trình.
Một người lập trình phải tự tin khi sửa chữa chương trình lúc tại máy CNC cũng như khi ở văn phòng.
Các thủ tục về lập trình bằng tay về cơ bản như sau:
- Sau khi chọn máy CNC phù hợp nhất trên cơ sở độ phức tạp về hình học của cấu tạo chi tiết, người lập trình phác hoạ quá trình gia công trong một bản thảo chương trình.
- Bước thứ hai là quyết định, với sự giúp đỡ của một "file" dữ liệu dụng cụ: số, kiểu và chuỗi dụng cụ cần thiết và có sử dụng các thiết bị kẹp hay đồ gá riêng biệt để kẹp chi tiết hay không. Tuỳ theo vật liệu gia công mà tốc độ trục chính, tỷ số tiến được lựa chọn ở bước này.
- Sau hai bước sơ bộ làm việc với các số liệu hình học từ bản vẽ này, khi lập trình chuyển động tương đối giữa dao và chi tiết, thường các có các tính toán hình học phụ để xác định các điểm cắt, các đường tâm dụng cụ cắt đều nhau, các điểm giao nhau tuỳ theo khả năng tính toán của thiết bị điều khiển và độ phức tạp của chi tiết. Mặt khác còn phải bảo đảm tính toán chính xác tất cả các chuyển động để tránh va chạm giữa dao, phôi, đồ gá. Cần tiến hành tất cả các công việc này theo một quy định chặt chẽ được trình bày cụ thể trong bản hướng dẫn lập trình cho thiết bị điều khiển gia công có liên quan.
Một lập trình viên tốt cần có các khả năng sau:
- Có kiến thức sâu về hệ thống máy công cụ và thiết bị điều khiển. - Thành thạo với các thuật ngữ của máy công cụ.
- Có khả năng điều khiển các thiết bị để tạo ra một bảng đục lỗ sạch.
- Có kiến thức tốt về các hướng dẫn hệ thống lập trình, chẳng hạn các chi tiết về chiều dài tối đa được phép của khối và từ.
- Thành thạo về việc mã hoá các chức năng gia công riêng biệt và quen với khả năng hoạt động của chúng
- Có kiến thức với các kiểu nội suy đã có (thẳng, tròn, parabol, 221-D, 3-D) và các ứng dụng phù hợp của chúng.
- Có khả năng nhận biết các giới hạn của hệ thống.
- Có khả năng tính toán chính xác các hành trình của dao.
- Có kiến thức về các kiểu điều khiển đặc biệt cũng như các yếu tố khác có liên quan tới việc lập trình.
Bản vẽ chi tiết
Kế hoạch gia công Kế hoạch dụng cụ cắt
Bảng các toạ độ Kế hoạch đồ gá
Chỉ dẫn lập trình Người lập trình
Máy viết băng đục lỗ hoặc máy tính với hệ thống bài khoá
8.3.2. Lập trình có sự trợ giúp của máy tính.
Khi lập trình có sự trợ giúp của máy tính, người lập trình mô tả chi tiết cho máy tính bằng một ngôn ngữ mà máy tính có thể hiểu được. Đó là "chương trình gốc". Nó có thể đưa vào theo một trong hai các sau:
- Tách rời. Chương trình gốc được đưa vào máy tính thông qua một bộ phận mang dữ liệu, thí dụ như băng đục lỗ. Dữ liệu được đục lỗ ở trên có thể được đọc theo trình tự vào máy tính thông qua một thiết bị không nối trực tiếp với máy tính.
- Liên kết. Dữ liệu đưa trực tiếp vào máy tính qua một cổng (terminal), sử dụng một ngôn ngữ lập trình phù hợp.Nhiệm vụ của ngôn ngữ lập trình là giúp đỡ việc mô tả chi tiết nghĩa là chuyển động giữa dao và phôi để đạt được hình dạng yêu cầu trên máy CNC được trang bị cho công việc đó.
Chữ (ngôn ngữ) ở đây không có nghĩa văn học bởi vì nó không dùng để nói, mà chỉ dùng như một phương tiện giao tiếp giữa người với máy tính và sử dụng các ký tự hình thức. Các số ký tự thay đổi theo các ngôn ngữ và / hoặc một tập hợp con chữ của nó. Thí dụ: APT sử dụng khoảng 300 ký hiệu, trong khi đó ADAPT chỉ sử dụng khoảng 175. Sử dụng các ký tự này, người lập chương trình có thể mô tả hầu hết các chi tiết và các quá trình gia công cần thiết.
Hiệu quả của các ngôn ngữ lập trình riêng biệt thay đổi đáng kể và thường được tạo riêng cho một kiểu máy hoặc cho một nhà chế tạo.
Cần chú ý là các ngôn ngữ phụ thuộc vào máy công cụ chỉ liên quan tới thiết bị điều khiển máy cụ thể hay một loại máy công cụ mà thôi, còn các ngôn ngữ độc lập với máy nói chung có thể sử dụng rộng rãi với phần lớn các máy CNC.
Một ngôn ngữ lập trình lý tưởng phải thoả mãn các yêu cầu sau: - Không chỉ tạo riêng cho một máy CNC cụ thể.
- Có thể hoạt động trong nhiều thiết bị máy tính. - Có một số tối thiểu các từ để giúp đọc nhanh. - Phải được bố trí rõ ràng, mạch lạc.
- Phải được chia làm hai phần: công nghệ và hình học.
Ngoài ra, người tạo ra ngôn ngữ có thể trang bị các phần mềm, hậu xử lý cần thiết, phải có các khoá đào tạo và bảo trì ngôn ngữ và thường xuyên nâng cấp trang bị.
Các chương trình CNC thường được tạo ra trong hai quá trình máy tính riêng rẽ. Trong quá trình thứ nhất, một bộ phận xử lý ngôn ngữ thiết lập một chương trình tiêu chuẩn. Trong quá trình thứ hai, thông qua chương trình hậu xử lý, kết quả quá độ này được chuyển thành một chương trình bộ phận cuối cùng và hoàn toàn có thể đọc bởi hệ thống máy công cụ - thiết bị CNC được lựa chọn.
⇒chuẩn bị sản xuất Bản vẽ chi tiết
Kế hoạch gia công Kế hoạch đồ gá Bộ xữ lý tiếp theo Dữ liệu dụng Cụ cắt Người lập trình, Hệ thống lập trình ⇒thiết kế ⇒lập trình CNC
8.3.3. Sự kết hợp với hệ thống thiết kế có sự trợ giúp của máy tính (CAD). (CAD).
Ngày nay, cùng với sự phát triển các lĩnh vực tự động hoá, người ta đã tiến hành kết hợp việc lập trình bộ phận CNC với hệ thống CAD. Khoảng thời gian kể từ khi thiết kế chi tiết, chuẩn bị tất cả các tài liệu chế tạo (bao gồm tất cả các chương trình) tới khi chi tiết đã gia công tinh, có thể rút ngắn một cách đáng kể nếu ta dùng một hệ thống kết hợp hoàn toàn giữa CAD và CAM. Nhưng do giá thành đầu tư còn quá cao nên các hệ thống kết hợp kiểu này hiện nay còn rất hiếm. Tuy nhiên trong các lĩnh vực chuyên môn hoá cao, chẳng hạn như việc thiết kế và chế tạo bảng mạch in thì kiểu liên kết này đang được sử dụng ngày càng nhiều.
8.3.4. Chương trình xử lý và hậu xử lý.
Thông tin đưa vào một máy tính (đầu vào), đại diện bởi ngôn ngữ tượng trưng và được xử lý bởi máy tính để sinh ra thông tin (đầu ra) mà cuối cùng sẽ điều khiển một hệ thống máy công cụ trên thiết bị điều khiển cụ thể. Trước khi ngôn ngữ tượng trưng được đưa vào, một chương trình máy tính đặc biệt phải được cài đặt vào máy, cho phép lập trình bộ phận có sự trợ giúp của máy tính. Trong chương trình chuyển đổi này, chương trình xử lý (đôi khi gọi không chính xác là chương trình biên dịch) dịch ngôn ngữ tượng trưng sang ngôn ngữ máy của máy tính và tiến hành các công việc sau:
- Phân tích và mã hoá các từ của ngôn ngữ tượng trưng. - Dịch các chỉ thị Macro thành các lệnh máy riêng biệt.
- Lập các chương trình con cần thiết. - Quản lý các kết quả trung gian.
- Tính toán dữ liệu đường tâm của dụng cụ cắt.
Một chương trình xử lý như vậy bao gồm số lượng lớn các chương trình con mà sẽ được gọi vào các chương trình khác nhau trong quá trình xử lý chương trình bộ phận. Chương trình xử lý cũng được thiết kế để phát hiện các lỗi lập trình. Hệ thống sẽ phát hiện các lỗi này và gửi tới phương tiện thể hiện như một thông báo lỗi. Thường chương trình xử lý sẽ xử lý tất cả các chuẩn đoán lỗi, nghĩa là không theo một cách cụ thể cho một hệ thống máy công cụ nào. Vì vậy mà phần lớn các chuẩn đoán lỗi đều liên quan với cú pháp ngôn ngữ xử lý và việc mô tả hình học chi tiết. Chương trình hậu xử lý sẽ chỉ lắp chương trình vào một hệ thống máy công cụ ( thiết bị điều khiển) CNC cụ thể và sau đó sẽ xử lý các lỗi có liên quan tới hệ thống CNC.
Chương trình hậu xử lý là một chương trình xử lý tiếp dữ liệu đường tâm dao từ chương trình xử lý thành một tập hợp các lệnh được thiết kế cho một hệ thống máy công cụ CNC cụ thể. Những đặc điểm của máy công cụ này sẽ được xem xét bởi chương trình hậu xử lý và chuyển thành ngôn ngữ của chương trình hậu xử lý của thiết bị điều khiển máy công cụ đó. Chương trình hậu xử lý xem xét mẫu đầu vào, được yêu cầu bởi đơn vị điều khiển riêng và gán các mã xác định cho các tốc độ riêng biệt, các tỷ số tiến dao, các thông tin điều khiển theo các đặc tính khác của máy.
Mỗi chương trình hậu xử lý bao gồm 5 phần tử cơ bản sau: - Đầu vào
- Các hàm phụ trợ. - Đầu ra.
- Việc điều khiển dòng dữ liệu.
8.4. CÁC ƯU ĐIỂM CỦA VIỆC LẬP TRÌNH BẰNG MÁY.
Việc sử dụng các thiết bị tính toán hay các thiết bị lập trình có sự trợ giúp của máy tính đã giảm đáng kể khối lượng công việc cho người lập trình chi tiết. Máy tính nhận và phân tích số liệu riêng, kiểm tra lối đầu vào, tiến hành tất cả các tính toán cần thiết, sắp xếp các kết quả theo một hình thức tối ưu và giữ các dữ liệu theo một chuỗi logic-tất cả đều không có sự can thiệp của con người. Người lập trình chi tiết chỉ phải tính toán vấn đề gia công và sau đó lập trình trong một ngôn ngữ tượng trưng gần với người sử dụng.
8.5. GHI KÍCH THƯỚC TRÊN BẢN VẼ.
Các bản vẽ gia công thường dùng trong các phân xưởng trước đây phần lớn