Bài giảng Công nghệ gia công trên máy CNC - Bài 1: Tổng quan về CNC

1 Mục đích môn học Cung cấp cho sinh viên kiến thức về: Kết cấu máy CNC, Công nghệ gia công trên máy CNC, Lập trình gia công trên máy phay CNC Lập trình gia công trên máy tiện CNC Sau khi học, sinh viên hiểu biết về máy, công nghệ gia công, lập trình gia công trên máy CNC. 2 Nội dung 1. Tổng quan về máy CNC 2. Cơ sở công nghệ gia công CNC 3. Lập trình CNC cho máy phay 4. Lập trình CNC cho máy tiện 3 Thời gian học Lý thuyết: 30 tiết Thực hành : 0 tiết Giờ học: 9h05 đến 11h35 ngày chủ nhật Thi: Thi một lần duy nhất cuối học kỳ 4 Chương trình học 27-02-2005. Bài 1. Tổng quan về CNC 06-3-2005. Bài 2. Cơ sở Công nghệ CNC 13-3-2005. Bài 3. Lập trình phay CNC 20-3-2005. Bài 4. Lập trình phay CNC 27-3-2005. Bài 5. Lập trình phay CNC 3-4-2005. Bài 6. Bài tập tổng hợp 10-4-2005. Bài 7. Lập trình Tiện CNC 17-4-2005. Bài 8. Lập trình tiện CNC 24-4-2005. Bài 9. Lập trình tiện CNC 1-5-2005. Nghỉ lễ 1-5 8-5-2005. Bài 10. Bài tập tổng hợp 5 Tài liệu tham khảo 1. Lê Trung Thực. Công nghệ CNC 2. Đoàn Thị Minh Trinh. Công nghệ lập trình gia công điều khiển số 3. Nguyễn Văn Chung. Máy CNC 4. Trần Văn Địch. Công nghệ gia công trên Máy CNC 5. Tạ Duy Liêm. Máy CNC 6 TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 1. CNC là gì? 2. Lịch sử phát triển của CNC 3. Các thành phần của hệ thống CNC 4. Đặc điểm của máy công cụ CNC 5. Hệ toạ độ trên máy công cụ CNC 6. Các điểm 0 và điểm chuẩn trên máy CNC 7. Điều khiển số trên máy công cụ CNC 8. Hiệu chỉnh dụng cụ cắt trong gia công CNC 7 1. Máy CNC là gì? NC = Numerical Control CNC = Computer Numerical Control Các hoạt động được điều khiển bằng cách nhập trực tiếp dữ liệu số Một dạng tự động hoá lập trình vạn năng Máy công cụ được điều khiển bằng hàng loạt các lệnh được mã hoá 2. Lịch sử phát triển máy CNC •1725 – Phiếu đục lỗ được dùng để tạo mẫu quần áo •1808 – Phiếu đục lỗ trên lá kim loại được dùng để điều khiển tự động máy thêu •1863 – Tự động điều khiển chơi nhạc trên piano nhờ băng lỗ •1940 – John Parsons ñaõ saùng cheá ra phöông phaùp duøng phieáu ñuïc loã ñeå ghi caùc döõ lieäu veà vò trí toïa ñoä ñeå ñieàu khieån maùy coâng cuï. •1952 – Máy công cụ NC điều khiển số đầu tiên 1959 - Ngôn ngữ APT được đưa vào sử dụng •1960s – Điều khiển số trực tiếp (DNC) 1963 - Đồ hoạ máy tính •1970s - Máy CNC được đưa vào sử dụng •1980s – Điều khiển số phân phối được đưa vào sử dụng •CAD/CAM 9 2. Lịch sử phát triển: Máy đ iều khiển số cổ đ iển chủ yếu dựa trên công trình của một ng ư ời có tên là John Parsons . Từ những n ă m 1 940 Parsons đ ã sáng chế ra ph ươ ng pháp dùng phiếu đ ục lỗ đ ể ghi các dữ liệu về vị trí tọa đ ộ đ ể đ iều khiển máy công cụ . Máy đư ợc đ iều khiển đ ể chuyển đ ộng theo từng tọa đ ộ, nhờ đ ó tạo ra đư ợc bề mặt cần thiết của cánh máy bay. 10 2. Lịch sử phát triển N ă m 1948 J. Parson giới thiệu hiểu biết của mình cho không lực Hoa Kỳ . C ơ quan này sau đ ó đ ã tài trợ cho một loạt các đ ề tài nghiên cứu ở phòng thí nghiệm Servomechanism của tr ư ờng Đại học kỹ thuật Massachusetts (MIT). Công trình đ ầu tiên tại MIT là phát triển một mẫu máy phay NC bằng cách đ iều khiển chuyển đ ộng của đ ầu dao theo 3 trụ tọa đ ộ . Mẫu máy NC đ ầu tiên đư ợc triển lãm vào n ă m 1952 . Từ 1953 khả n ă ng của máy NC đ ã đư ợc chứng minh. 11 2. Lịch sử phát triển Một thời gian ngắn sau, các nhà chế tạo máy bắt đ ầu chế tạo các máy NC đ ể bán, và các nhà công nghiệp, đ ặc biệt là các nhà chế tạo máy bay đ ã dùng máy NC đ ể chế tạo các chi tiết cần thiết cho họ. Hoa kỳ tiếp tục cố gắng phát triển NC bằng cách tiếp tục tài trợ cho MIT nghiên cứu ngôn ngữ lập trình đ ể đ iều khiển máy NC. Kết qủa của việc này là sự ra đ ời của ngôn ngữ APT: Automatically Programmed Tools vào năm 1959 12 2. Lịch sử phát triển: Mục tiêu của việc nghiên cứu APT là đ ảm bảo một ph ươ ng tiện đ ể ng ư ời lập trình gia công có thể nhập các câu lệnh vào máy NC. Mặc dù APT bị chỉ trích là thứ ngôn ngữ qúa đ ồ sộ đ ối với nhiều máy tính, nó vẫn là công cụ chính yếu và vẫn đư ợc dùng rộng rãi trong công nghiệp ngày nay và nhiều ngôn ngữ lập trình mới là dựa trên APT. 13 2. Lịch sử phát triển 1 N C 1 9 6 0 9 5 0 1 9 7 0 1 9 8 0 1 9 9 0 C N C F M S C A D C A D / C A M C I M 14 3. Các thành phần c ơ bản của hệ thống NC Ch ươ ng trình Hệ thống đ iều khiển Máy công cụ 15 Ch ươ ng trình đ iều khiển. Là những tập hợp những câu lệnh đ iều khiển máy phải làm gì. Các lệnh này đư ợc mã hóa ở dạng số và ký hiệu mà thiết bị đ iều khiển có thể nhận dạng đư ợc. Chương trình điều khiển có thể được lưu trữ trên phiếu đ ục lỗ b ă ng đ ục lỗ, b ă ng từ. Thí dụ ch ươ ng trình gia công: % G90 G40 G80 T2M06S3000 G0 Z1. X2. Y2. Z.1 G1 Z-1. F10. X6. Y6. G1 X3. G3X2.Y5.R1. G1Y2. G0 Z1. X0. Y0. % Dụng cụ Đường chạy dao 16 Phiếu đục lỗ 17 Băng lỗ 18 Đĩa từ 19 Các ph ươ ng pháp lập trình: Bằng tay Bằng máy tính Ch ươ ng trình đư ợc chuẩn bị bởi lập trình viên, trong đ ó ng ư ời lập trình chỉ ra từng b ư ớc theo trình tự công nghệ. Đối với máy công cụ, các b ư ớc công nghệ là các chuyển đ ộng t ươ ng đ ối giữa dụng cụ cắt và phôi. 20 Lập trình bằng tay Người lập trình nhập từng lệnh trên máy CNC Lập trình nhờ hệ thống CAD/CAM CAD CAM CNC 22 Chạy kiểm tra chương trình trên máy tính 23 Bộ đ iều khiển Là thành phần thứ 2 của hệ thống đ iều khiển số. Nó bao gồm các bo mạch đ iện tử và phần cứng có thể đ ọc và biên dịch ch ươ ng trình đ iều khiển và truyền đ ến máy công cụ. 24 Các phần tử c ơ bản của bộ phận đ iều khiển là: Bộ l ư u dữ liệu Bộ phân phối dữ liệu Bộ liên hệ ng ư ợc Bộ đ iều khiển tuần tự đ ể phối hợp hoạt đ ộng của các phần tử trên. Cần phải l ư u ý là gần nh ư tất cả các máy NC hiện đ ại đư ợc bán là có trang bị bộ đ iều khiển gọi là Microcomputer . Vì vậy mà chúng đư ợc gọi là máy CNC. 25 Máy công cụ hoặc qúa trình đư ợc đ iều khiển khác  Máy công cụ bao gồm bàn máy và trục chính cũng nh ư các mô t ơ và các bộ đ iều khiển cần thiết đ ể máy hoạt đ ộng. Nó cũng bao gồm những dụng cụ cắt, đ ồ gá và các thiết bị phụ khác cần cho việc gia công Các máy NC rất đ a dạng: từ những máy khoan lỗ, đ ục lỗ đơ n giản đ ến các trung tâm gia công thông minh kỳ diệu. 26 Máy phay CNC Máy tiện CNC 27 Máy căt dây WEDM 28 Các ứng dụng của đ iều khiển số Đ ư ợc ứng dụng rộng rãi hiện nay đ ặc biệt là trong gia công kim loại: - Phay - Khoan và các nguyên công t ươ ng tự - Tiện trong (boring) - Tiện - Mài - Cắt dây 29 Hệ thống đ iều khiển NC cũng đư ợc dùng trong các lĩnh khác - Máy dập - Máy hàn - In bản vẽ tự đ ộng - Máy lắp ráp - Máy uốn ống - Máy cắt gió đ á - Máy cắt bằng Plasme - Các công nghệ Laser - Máy đ an tự đ ộng (thêu) - Máy cắt quần áo - Máy tán đ ịnh tự đ ộng - Máy buộc dây 30 Đặc đ iểm chung của các loại sản phẩm làm trên máy NC 1/ Các chi tiết th ư ờng đư ợc gia công với số l ư ợng nhỏ. 2/ Hình dạng phức tạp 3/ Có nhiều nguyên công phải đư ợc thực hiện 4/ Nhiều kim loại phải loại bỏ 5/ Thiết kế kỹ thuật giống nhau 6/ Chi tiết phải có yêu cầu chính xác cao 7/ Là loại sản phẩm đ ắt tiền nên một sai lầm nhỏ có thể trả giá lớn 8/ Các sản phẩm yêu cầu phải kiểm tra 100%. 9/ Th ư ờng loạt sản xuất khoảng 50 cái hoặc nhỏ h ơ n. Sản xuất loạt nhỏ và loạt vừa là lý t ư ởng đ ể dùng máy NC. 31 Ưu nhược đ đ iểm của đ iều khiển số - Ư u đ iểm của NC - Giảm thời gian chạy không - Giảm thời gian gá đ ặt - Giảm thời gian gia công - Sản xuất mềm dẻo h ơ n - Nâng cao chất l ư ợng sản phẩm - Giảm tồn kho - Giảm diện tích mặt bằng Nh ư ợc đ iểm của NC - Gía thành đ ầu t ư cao - Giá thành bảo trì cao - Phải chọn và huấn luyện đ ội ngũ NC 32 Thủ tục đ iều khiển số (NC) 1. Lập kế hoạch gia công (Process Planning) 2. Lập trình gia công NC (Part programming) 4. Kiểm tra chương trình 5. Thực hiện việc gia công trên máy CNC 33 4. Đặc điểm của máy công cụ CNC Z Y X Máy tiện CNC có hai trục điều khiển được Máy phay CNC thường có ba trục điều khiển được 34 4. Đặc điểm của máy công cụ CNC Ngoài chuyển đ ộng dọc theo các trục X,Y và Z còn có thể đ iều khiển các chuyển đ ộng quay quanh mỗi trục. Các chuyển đ ộng quay này có thể đư ợc đ iều khiển và đư ợc đ ánh dấu bằng A,B,C 35 4. Đặc điểm của máy công cụ CNC 36 4. Đặc điểm của máy công cụ CNC 1- Đai ốc bi 2- Vòng cách để điều chỉnh khe hở 3- Bi 4- Trục vít 37 4. Đặc điểm của máy công cụ CNC Hệ thống đ o hành trình tr ực tiếp Y X 1 2 Hệ thống đ o hành trình gi án tiếp X 4 3 2 1 38 4. Đặc điểm của máy công cụ CNC Truyền đ ộng chính và các trục công tác 1. M ơ tơ bước: dùng trong các hệ thống kh ơ ng cĩ yêu cầu cao về độ chính xác và c ơ ng suất lớn. 2. M ơ tơ một chiều servo: phải lu ơ n bảo trì chổi than, bụi. 3. M ơ tơ ba pha đồng bộ và kh ơ ng đồng bộ: kh ơ ng phải bảo trì chổi than như động cơ một chiều, bền lâu nên được dùng rộng rãi trong các máy CNC hiện đại 39 4. Đặc điểm của máy công cụ CNC Thiết bị kẹp chi tiết Trên máy phay: chủ yếu dùng đồ gá vạn năng như ê t ơ , vấu kẹp. Trong sản xuất lớn dùng đồ gá chuyên dùng Trên máy tiện chủ yếu dùng mâm cặp ba chấu tự định tâm, mũi chống tâm, luy nét. Trong sản xuất hàng khộ dùng đồ gá chuyên dùng Các cơ cấu kẹp cĩ thể được tự động hố bằn xi lanh thuỷ lực hay khí nén. 40 M âm dao tr ên trung tâm tiện 4. Đặc điểm của máy công cụ CNC 41 4. Đặc điểm của máy công cụ CNC Băng tải dao trên máy phay 42 Thi ết bị thay dao tr ên trung tâm phay 4. Đặc điểm của máy công cụ CNC 1 2 3 4 43 5. Hệ tọa đ ộ trong NC Cần thiết đ ể ng ư ời lập trình lên kế hoạch chuyển đ ộng cho dụng cụ so với chi tiết gia công. Khi lập trình chi tiết coi nh ư đ ứng yên còn dụng cụ thì di chuyển so với chi tiết gia công. Có hai hệ tọa đ ộ c ơ bản: Ø         - Hệ tọa đ ộ Đề-các Ø         - Hệ tọa đ ộ cực 44 Hệ tọa đ ộ Đề-cạc 2D Ví dụ: P1 X = 80 Y = 40 P2 X = -80 Y = 70 P3 X = -50 Y = -40 P4 X = 40 Y = -70 45 Hệ tọa đ ộ Đề-cạc 3D Ví dụ: P1 X = 30 Y = 2 Z = 0 P2 X = 30 Y = 0 Z = -10 46 Quy tắc bàn tay phải 47 Hệ tọa đ ộ cực Hệ tọa đ ộ cực (góc  d ươ ng) P Y X r a P Y X r a Hệ tọa đ ộ cực (góc  âm) 48 Các trục quay trong hệ tọa độ De Cart Góc và h ư ớng quay của trục 49 Hệ tọa đ ộ máy và phôi trên máy phay CNC 50 Hệ tọa độ phôi và các trục X, Y, Z 51 Gốc tọa độ phôi ở mặt trên và mặt đáy phôi 52 Hệ tọa độ máy và phôi trên máy tiện Chi tiết gia công tiện, đ ặt trong hệ tọa đ ộ Đề-cạc 2 trục với dụng cụ cắt nằm phía tr ư ớc tâm quay Chi tiết gia công tiện, đ ặt trong hệ tọa đ ộ Đề-cạc 2 trục với dụng cụ cắt nằm phía sau tâm quay 53 Các trục quay và trục b ư ớc tiến trên máy CNC 54 Các trục trên máy tiện CNC + X C + Z 55 Ghi kích th ư ớc thích hợp theo NC Ghi tuyệt đối Ghi tương đối 56 6. Các đ iểm không “0“ và đ iểm chuẩn trên máy CNC 57 Các đ ieåm chu ẩn c ủa maùy ti ện E R N W M Vị trí của các đ iểm không “0“ và đ iểm chuẩn trong tiện 58 Các điểm chuẩn trên máy phay 59 Điểm chuẩn của dụng cụ cắt E Vị trí của đ iểm hiệu chỉnh dụng cụ cắt B trên dao tiện Vị trí của đ iểm hiệu chỉnh dụng cụ cắt B trên dao phay 60 Điểm cán dao 61 Cài đ ặt đ iểm không “0“ của chi tiết W trên máy tiện CNC 62 Cài đ ặt đ iểm không “0“ của chi tiết W trên máy phay CNC 63 7. Điều khiển số trên máy công cụ CNC 64 Các dạng đ iều khiển CNC Ø          Ñieàu khieån ñieåm. Ø          Ñieàu khieån ñoïan. Ø          Ñieàu khieån ñöôøng - Ñieàu khieån 2D. - Ñieàu khieån 2½D. - Ñieàu khieån 3D. 65 Điều khiển đ iểm 66 Điều khiển đ oạn 67 Điều khiển đư ờng Tùy theo số l ư ợng các trục đư ợc đ iều khiển đ ồng thời mà ta chia ra: -           Điều khiển 2D. -           Điều khiển 2½D. -           Điều khiển 3D. 68 Điều khiển 2D. 69 Điều khiển 2½D 70 Điều khiển 3D 71 Độ chính xác của đư ờng cong Dung sai trong Đ ư ờng cong hiện tại Dung sai ngoài Đ ư ờng cong hiện tại Tr ư ờng dung sai Đ ư ờng cong hiện tại Giới hạn dung sai ngoài Giới hạn dung sai trong 72 8. Hiệu chỉnh dụng cụ cắt trong gia công CNC Ý nghĩa và mục đ ích của các giá trị hiệu chỉnh dụng cụ cắt Có thể sử dụng trực tiếp các thông số của bản vẽ chi tiết gia công đ ể lập trình mà không cần quan tâm đ ến chiều dài hay bán kính thực sự của dụng cụ cắt. Các thông số về chiều dài cũng nh ư bán kính dao phay, mảnh hợp kim của dao tiện đư ợc đo, lưu trong bộ nhớ, được xem xét, quản lý bởi hệ đ iều khiển CNC khi vận hành máy CNC. 73 Đo chiều dài dao tiện 74 Đo chiều dài dao phay 75 Hiệu chỉnh bán kính dao phay 76 Hiệu chỉnh bán kính dao bên trái và bên phải 77 Hiệu chỉnh bán kính mũi dao (tiện). 78 Vector hiệu chỉnh bán kính mũi dao 79 Các dạng offset dao tiện 80 Tóm lược Trong chương này chúng ta đã nghiên cứu các vấn đề sau đây: 1. CNC là gì? 2. Lịch sử phát triển của CNC 3. Các thành phần của hệ thống CNC 4. Đặc điểm của máy công cụ CNC 5. Hệ toạ độ trên máy công cụ CNC 6. Các điểm 0 và điểm chuẩn trên máy CNC 7. Điều khiển số trên máy công cụ CNC 8. Hiệu chỉnh dụng cụ cắt trong gia công CNC Nắm vững những tri thức trên, sẽ giúp cho việc lập trình và vận hành máy CNC một cách hiệu quả.