Văn bản chương trình gia cơng trên các máy NC được thiết lập và quản lý theo tiêu chuẩn ISO-6983. Tiêu chuẩn này định nghĩa và phân loại dữ liệu cần thiết khác nhau nhằm thực hiện các cơng việc kỹ thuật trên máy NC. Dưới đây xin ghi nhớ những nhĩm dữ liệu cơ bản, đĩ là:
Dữ liệu hình học: Gồm các toạ độ xác định hình dáng và kích thước của chi
tiết gia cơng. Chúng gồm cĩ:
- Các toạ độ gĩc và các tọa độ điều chỉnh gĩc.
- Kích thước xác định hình dáng dao (chiều dài dao L, đường kính dao ...) - Kiểu nội suy hay kiểu hình học của quĩ đạo chuyển động.
- Vị trí dao so với biên dạng gia cơng.
Cụm điều khiển số sẽ thiết lập từ các dữ liệu này những tốc độ vị trí trong chuyển động tương đối giữa chi tiết và dao cắt.
Dữ liệu hỗ trợ xử lý: Các dữ liệu hình học khơng đủ để xác định một tập hợp
các chuyển động riêng tạo thành chu kỳ làm việc. Do vậy phải bổ sung các dữ liệu xử lý, bao gồm.:
- Các chu kỳ gia cơng khác nhau. - Các chu kỳ kích thước.
- Thời điểm dừng để kiểm tra. - Lựa chọn điều chỉnh.
- Lựa chọn dao.
Các dữ liệu kỹ thuật hay dữ liệu cơng nghệ là những dữ liệu xác định các điều
kiện gia cơng: tốc độ quay của trục chính, tốc dộ chạy dao, lựa chọn bơi trơn... Khuynh hướng mới nhất và nhanh nhất để xác định các dữ liệu kỹ thuật này là đưa vào các dữ liệu về đặc trưng vật liệu, dao cắt và chất lượng yêu cầu của bề mặt gia cơng; từ đĩ cụm điều khiển thiết lập các điều kiện cắt gọt.
3.3. Các bƣớc lập trình NC
Để viết được một chương trình NC tốt, khơng bị lỗi chúng ta cần phải thực hiện các bước sau đây:
- Nghiên cứu bản vẽ chi tiết. - Lựa chọn phơi, lập bản vẽ phơi.
- Phân tích chi tiết thành các khối hình học (feature) và chọn phương pháp cơng nghệ gia cơng.
104
- Lập thứ tự gia cơng (thơng tin trình tự).
- Xác định đường chạy dao, lập bảng toạ độ các điểm chuyển tiếp, xác định các điểm chuẩn (điểm 0) của chi tiết (thơng tin hình học).
- Lập sơ đồ các bước cơng nghệ gia cơng.
- Lựa chọn hoặc tính tốn thơng số cơng nghệ (thơng tin cơng nghệ). - Viết chương trình gia cơng, lập bảng chương trình.
Dưới đây ta chỉ xem xét một số bước đặc thù của quá trình lập trình gia cơng trên máy CNC. Các bước khác đã được xem xét kỹ trong các mơn học khác như cơng nghệ chế tạo máy, đồ gá, dao cắt...
3.3.1. Nghiên cứu bản vẽ chi tiết
Nghiên cứu bản vẽ chi tiết là bước đầu tiên để lập trình gia cơng. Cần phải nghiên cứu bản vẽ chi tiết theo các vấn đề sau đây:
- Kiểu, hình dạng và kích thước biên của phơi. - Các khối hình học tạo nên chi tiết.
- Kích thước và dung sai hình học. - Những bề mặt cần gia cơng tinh.
- Các bề mặt làm chuẩn định vị và chuẩn đo. - Vật liệu của phơi.
Kích thước của một số chi tiết được cho cĩ thể khơng phù hợp cho lập trình NC, vì vậy cần thiết chuyển đổi sao cho cĩ thể trực tiếp sử dụng chúng khi lập trình. Để thực hiện đúng điều này cần dựa vào các căn cứ sau đây:
- Hệ thống toạ độ cĩ sẵn trên máy CNC. - Hệ thống dữ liệu của máy. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Lựa chọn các điểm tham khảo (điểm ZERO phơi). - Khơng gian gia cơng của máy.
- Các thơng số cơng nghệ.
Khi lựa chọn mặt chuẩn cơng nghệ cần chú ý đến:
- Các bề mặt làm việc quan trọng của chi tiết hoặc cụm lắp ráp. - Các bề mặt dùng để lắp ráp chi tiết hoặc cụm lắp ráp khác. - Các bề mặt đã được gia cơng trước.
- Các bề mặt mà dao dễ dàng tiếp cận.
- Các bề mặt song song với phương chuyển động của bàn máy hoặc dao.
3.3.2. Phân tích chi tiết thành các khối hình học
Việc phân tích chi tiết thành các khối hình học là rất cần thiết bởi vì các khối hình học học này quy định phương pháp cơng nghệ gia cơng, loại và kích thước dao, những trang bị cơng nghệ và dao phụ cũng như đường chạy dao. Cĩ hai loại khối hình học: khối hình học cơ bản và khối hình học kết hợp. Khối hình học cơ bản cĩ hình dạng đơn giản và thường chỉ cần một nguyên cơng (bước) cơng nghệ. Ví dụ về khối
105
hình học cơ bản cĩ thể là: các lỗ trụ, rãnh, hốc. Một số khối hình học cơ bản cần đến hai hoặc nhiều hơn bước cơng nghệ, ví dụ lỗ khơng xuyên cần khoan hết chiều sâu sau đĩ khoét phẳng đáy.
Các khối hình học kết hợp được tạo thành từ 2 hoặc nhiều hơn khối hình học cơ bản. Chúng cần một số nguyên cơng cơng nghệ gia cơng. Ví dụ các lỗ bậc, lỗ ren...
3.3.3. Ghi kích thước cho chi tiết
a) Lập trình trong tọa độ tuyệt đối
Lập chương trình gia cơng theo 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. Trên máy tiện các kích thước dài xuất phát từ một điểm (hình 3-9). Trong trường hợp này, điểm gốc hệ tọa độ chính là điểm gốc chương trình P. Trong chương trình gia cơng trên máy CNC, nĩ được xác định bằng lệnh địa chỉ G90.
Hình 3-9. Ghi kích thước theo toạ độ tuyệt đối
b) Chương trình trong tọa độ tương đối (Incremental)
Với kiểu lập trình này, tọa độ của điểm lập trình tiếp theo sẽ được xác định bằng cách lấy gốc tọa độ ở ngay điểm sát trước, điều này cĩ nghĩa là ta phải dịch chuyển điểm gốc P của hệ tọa độ sau mỗi một lần xác định toạ độ của điểm lập trình tiếp theo (hình 3-10). Trong chương trình gia cơng trên máy CNC, nĩ được xác định bằng lệnh địa chỉ G91.
106
Hình 3-10. Ghi kích thước theo toạ độ tương đối
c) Chương trình với việc lập trình hỗn hợp
Trong một số trường hợp, tùy theo đặc điểm cụ thể của bản vẽ chi tiết chế tạo mà việc lập trình cĩ thể phải được tiến hành theo kiểu hỗn hợp giữa chương trình gia cơng trong hệ toạ độ tuyệt đối và chương trình gia cơng trong hệ toạ độ tương đối (hình 3-11).
Với phương pháp này nĩ cho phép chúng ta một mặt cĩ thể sử dụng được tồn bộ miền dung sai mà nhà thiết kế đã tính tốn vì khơng tiến hành giải lại chuỗi kích thước, mặt khác sẽ tránh được sai sĩt khơng đáng cĩ trong quá trình tính tốn và do đĩ cĩ thể đạt được độ chính xác cao nhất. Tuy vậy trong quá trình lập trình gia cơng cần phải chú ý và cẩn thận hơn vì dễ bị nhầm lẫn về giá trị toạ độ (đặc biệt với trường hợp khi tiện sẽ lấy theo toạ độ của đường kính hoặc bán kính).
Hình 3-11. Ghi kích thước theo hệ toạ độ hỗn hợp
d) Lập trình với việc chọn trước gốc cực (Polar origin preset G93)
Cĩ một số bề mặt mà điều kiện lập trình trở thành đơn giản nếu ta sử dụng hệ toạ độ cực với gốc cực được chọn trước. Trong trường hợp này hệ điều khiển CNC cho phép chúng ta tiến hành lập trình thuận lợi hơn. Một số hệ điều khiển cịn cho
107
phép ta lập hệ tọa độ cực với gốc cực tại một điểm trong hệ tọa độ đề các (hình 3-12). Một điểm bất kỳ trong hệ tọa độ cực được xác định bằng gĩc quay PA và bán kính cực PR (tương ứng trong FANUC là Q và R).
Hình 3-12. Xác lập hệ tọa độ cực trong Heidenhain-TNC
Hình 3-13. Ghi kích thước theo hệ toạ độ cực (FANUC)
Ví dụ gia cơng biên dạng như trên hình 3-12 cĩ sử dụng hệ tọa độ cực (theo FANUC). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong hệ tọa độ tuyệt đối Trong hệ tọa độ tương đối G90 X0 Y0 [ Điểm P0] G90 X0 Y0 [Điểm P0] G01 R100 Q0 [Điểm P1] G91 G01 R100 Q0 [Điểm P1] G03 Q30 [Điểm P2] G03 Q30 [ Điểm P2] G01 R50 Q30 [Điểm P3] G01 R-50 Q0 [Điểm P3] G03 Q60 [Điểm P4] G03 Q30 [Điểm P4] G01 R100 Q60 [Điểm P5] G01 R50 Q0 [Điểm P5] G03 Q90 [Điểm P6] G03 Q30 [Điểm P6]
108
G01 R0 Q90[ Điểm P0] G01 R-100 Q0 [Điểm P0]
3.4. Các hình thức bảo đảm chƣơng trình
3.4.1. Lập trình bằng tay trực tiếp trên máy CNC
Nhờ các đặc điểm của máy tính, các máy CNC thế hệ gần đây đã cĩ khả năng nhận được các lệnh điều khiển trực tiếp từ các phím trên bàn điều khiển. Đây là một phương pháp lập trình mới: lập trình tại máy. Để sử dụng phương pháp lập trình tại máy đạt hiệu quả cao, các hãng sản xuất đã cải tiến phần cứng và phần mềm rất nhanh như sử dụng phím tổ hợp để giảm bớt số lần gõ, dùng các phím biểu tượng giúp cho lập trình viên NC dễ nhớ, dùng các phần mềm trợ giúp lập trình và các cơng cụ mơ phỏng kiểm tra chương trình.
Các máy CNC được trang bị các bàn phím chức năng và màn hình đồ họa cho phép nhập trực tiếp các câu lệnh vào cụm CNC. Để giảm thời gian chi phí cho việc tính tốn 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 các điểm cần thiết để người lập trình cĩ thể lấy chúng ra bất kỳ lúc nào cần thiết.
Để lập trình trực tiếp trên máy CNC, người lập trình phải biết sử dụng các MENU và các phím mềm (Soft-key) trên bảng điều khiển CNC.
Sau khi đã lập xong chương trình, muốn kiểm tra liệu chương trình được lập cĩ đúng hay khơng, cĩ nguy cơ mất an tồn hay gây ra va chạm với máy, đồ gá hay khơng ...Người ta sẽ chạy chương trình mơ phỏng quỹ đạo chuyển động cắt của dao trên màn hình theo chương trình đã được thiết lập. Nếu cịn cĩ sai sĩt nào thì cĩ thể sửa chữa lại và kiểm tra cho đến lúc chắn chắn là đúng thì mới tiến hành gia cơng.
Đối với người bắt đầu học lập trình gia cơng cần thiết phải theo phương pháp này và phải đạt đến một trình độ thành thạo trong xử lý, thao tác và sửa chữa các lỗi gặp phải mới cĩ thể chuyển sang các phương pháp lập trình khác.
3.4.2. Lập trình trên mạng DNC
Lập trình tại máy cĩ nhiều nhược điểm cơ bản :
- Khi lập trình, phải ngừng gia cơng, gây thời gian chết, dẫn đến mọi chi phí khấu hao năng lượng, vật liệu, khơng tạo ra sản phẩm, gây lãng phí lớn. - Do trong quá trình lập trình NC, lập trình viên luơn phải tính tới chế độ
cơng nghệ và các phép tính hình học khá phức tạp. Đồng thời, do kết cấu của máy khiến người lập trình luơn phải đứng dễ gây mệt mỏi và năng suất thấp.
- Mặc dù năng lực của máy tính trên các bộ điều khiển được cải thiện nhanh và các tiện ích lập trình được tăng cường khá nhiều song cũng chỉ ở mức độ
109
giới hạn, do trên các bộ điều khiển chức năng ưu tiên số một vẫn là điều khiển chứ khơng phải là chức năng lập trình và lưu trữ chương trình. Theo hình thức lập trình trên mạng DNC thì trong khi máy CNC đang hoạt động, người ta cĩ thể chuẩn bị cho chúng một chương trình gia cơng 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 cho trong quá trình giảng dạy, đào tạo và thực hành cũng như để gia cơng các chi tiết đơn giản trong dạng sản xuất đơn chiếc hay loạt nhỏ.
Với phương pháp này, ta cĩ 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.
Một ưu điểm nữa của lập trình DNC là ta cĩ thể tiến hành gia cơng với chương trình rất lớn (ví dụ gia cơng khuơn mẫu) vượt quá bộ nhớ của máy CNC. Máy tính sẽ truyền từng gĩi chương trình sang bộ đệm của máy CNC trước khi đưa vào bộ nhớ để gia cơng.
3.4.3. Lập trình bằng tay tại phịng chuẩn bị chương trình
Kiểu lập trình này thích hợp với các cơ sở sản xuất của các nhà máy cĩ năng lực sản xuất lớn hay thực hiện một hợp đồng bao gồm nhiều chi tiết lắp ghép mà cần phải thực hiện trên nhiều máy CNC. Khi đĩ yêu cầu phải cĩ phịng lập trình và cĩ các kỹ sư lập trình đủ trình độ về chuyên mơn và kinh nghiệm về nghề nghiệp, đặc biệt là với các máy 3D, 4D và 5D. Các kỹ sư lập trình này trước hết phải được trải qua quá trình lập trình trực tiếp trong phân xưởng và phải đạt đến trình độ thành thạo và cĩ kinh nghiệm mới cĩ thể đảm nhiệm được cơng việc.
Thơng thường việc lập trình được thực hiện trên các máy tính. Vì thế nên chỉ cĩ những cán bộ cĩ đủ trình độ kiến thức và kinh nghiệm mới cĩ thể thực hiện được cơng việc này.
3.4.4. Lập trình với sự hỗ trợ của máy tính
Từ dữ liệu CAD, người ta đưa vào một hệ thống biên dịch trợ giúp cho quá trình lập trình. Sau khi đã thiết kế xong chi tiết, người ta cĩ thể lựa chọn quá trình cơng nghệ gia cơng và cách thức gia cơng (như cắt thơ, cắt bán tinh hay cắt tinh và rất tinh, các kiểu tiến hành chạy dao...) và từ kiểu được lựa chọn đĩ máy tính sẽ thơng qua bộ vi xử lý (preprocessor) xác định một chương trình gia cơng thích hợp dưới dạng mơ tả các quĩ đạo dịch chuyển của dao và các chế độ cơng nghệ tương ứng. Cơng việc tiếp theo là mã hĩa chương trình gia cơng trên do bộ hậu xử lý (postprocessor) theo mã của hệ thống điều khiển tương thích được lắp trên máy để cho ra chương trình gia cơng thích hợp với ngơn ngữ máy. Kỹ thuật đĩ gọi là CAM. Hiện nay, các phần mềm CAD/CAM càng ngày càng mạnh hơn và cĩ nhiều chức năng hơn cũng như giá thành ngày càng rẽ hơn đã cho phép người sử dụng lập chương trình gia cơng rất thuận lợi. Đặc biệt là với các máy 3D, 4D, 5D.
110
3.5. Ngơn ngữ lập trình
Về ngơn ngữ lập trình cho các máy NC, người ta phân chia thành 2 nhĩm: ngơn ngữ lập trình bằng tay và ngơn ngữ lập trình tự động.
3.5.1. Ngơn ngữ lập trình ISO (ngơn ngữ máy)6
Đối với ngơn ngữ lập trình bằng tay, về cơ bản thì hiện nay đã được tiêu chuẩn hĩa bởi ISO. Tuy nhiên cũng cịn một số quốc gia, một số hãng chế tạo máy vẫn cĩ một số mã (code) riêng khác với tiêu chuẩn mà nĩ chỉ cĩ thể dùng thích hợp trên các thiết bị đĩ. Đây cũng là một trong những vấn đề gây khĩ khăn và trở ngại cho các cán bộ lập trình vì thĩi quen khi sử dụng ngơn ngữ đã cĩ trước đĩ, đặc biệt là khi mà nhà máy hoặc xí nghiệp của họ cĩ rất nhiều loại máy được sản xuất từ nhiều hãng khác nhau (cĩ thể từ nhiều nguồn cung cấp và tài trợ...). Vì thế, đây cũng là vấn đề mà các nhá đầu tư cần phải tính đến khi mua sắm máy CNC.
3.5.2. Ngơn ngữ giao thoại (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Do mã ISO khĩ hiểu với người mới lập trình và ít kinh nghiệm nên thường hay mắc lỗi. Để giúp các nhà lập trình người ta xây dựng ngơn ngữ lập trình giao thoại, nghĩa là cĩ sự tương tác giữa người và máy. Các lệnh NC được xây dựng theo thủ tục (procedure) hay kịch bản một chuỗi các lệnh với chú dẫn rất rõ ràng để người lập trình nhận diện và cung cấp số liệu.
a)
6
Trên hệ điều khiển ANILAM (Mỹ) lập trình theo ngơn ngữ ISO cĩ phần mềm đồ họa hỗ trợ lập trình gọi là lập trình CAM.
111 b)
Hình 3-14. Lập trình theo ngơn ngữ giao thoại
a) Chương trình; b) Quĩ đạo chuyển động của dao phay
Cĩ thể coi đây là ngơn ngữ lập trình bậc cao. Cịn ngơn ngữ ISO là ngơn ngữ máy. Nổi tiếng với ngơn ngữ giao thoại là phần mềm của hai hãng SIEMENS với CINUMERIC và HEIDENHAIN với TNC. Đây là các các ngơn ngữ giao thoại với menu đồ họa rất rõ ràng, dễ sử dụng.
Trên hình 3-13a là đoạn chương trình lập theo hệ điều khiển TNC530 của hãng HEIDENHAIN để dịch chuyển dao theo quĩ đạo trên hình 3-13b. Dưới đây là kịch bản khởi động một lệnh gia cơng tuyến tính G01.