MỞ ĐẦU
Cơng cuộc cơng nghiệp hố, hiện đại hố đất nước đang đặt ra yêu cầu hết sức cấp
thiết đối với ngành cơ khí chế tạo máy. Đó là phải xây dựng cho được nền cơng nghiệp cơ
khí chế tạo máy hiện đại đủ khả năng chế tạo ra các thiết bị máy móc cho các ngành kinh
tế khác [1], [3], [8] đáp ứng yêu cầu công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước.
Bên cạnh việc đầu tư các thiết bị máy móc hiện đại, ứng dụng cơng nghệ cao cho
ngành cơ khí chế tạo máy thì một vấn đề vô cùng quan trọng là đầu tư khai thác có hiệu
quả hệ thống máy móc hiện đại và cơng nghệ cao đó [3], [7] , [8] .
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định là một trung tâm đào tạo cán bộ kỹ
thuật và giáo viên dạy nghề, đáp ứng u cầu sự nghiệp cơng nghiệp hố - hiện đại hoá
đất nước. Trong những năm qua Nhà trường luôn quan tâm chú trọng đầu tư hệ thống
thiết bị máy móc hiện đại cho các phịng thí nghiệm, xưởng thực tập nhằm đáp ứng ngày
càng cao yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo - nghiên cứu khoa học - chuyển giao công
nghệ của trường trong giai đoạn đổi mới giáo dục.
Xưởng Cơ khí thuộc Bộ mơn Cơ khí Chế tạo máy có nhiệm vụ thực hiện đào tạo
công nghệ và tay nghề cho các sinh viên. trong những năm qua được sự quan tâm của
Nhà trường đầu tư nhiều thiết bị máy móc hiện đại. Xưởng Cơ khí đã được nhà trường
trang bị một máy phay CNC - ARMONI [12] nhằm đáp ứng yêu cầu đào tạo công nghệ
và tay nghề cho sinh viên trong giai đoạn mới.
Máy phay CNC - ARMONI đã được xưởng cơ khí khai thác rất có hiệu quả trong
những năm vừa qua. Song cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ và yêu cầu ngày
càng cao của công tác đào tạo cơng nghệ và tay nghề thì việc xây dựng môđun đào tạo và
ứng dụng các công nghệ CAD/CAM [4], [10], [11] tiên tiến để gia công các chi tiết trên
máy phay CNC – ARMONI là một vấn đề rất khoa học và thiết thực để mở rộng khả năng
công nghệ của máy, nâng cao hiệu quả khai thác máy. Ngồi ra, đây cịn là kênh thơng tin
hữu ích cho các sinh viên là các giáo viên tương lai trong việc tìm hiểu, thực hành về
cơng nghệ CNC cũng như xây dựng môđun đào tạo cho các đối tượng khác nhau khi ra
trường [2], [10]. Nhưng cho đến nay chưa có một đề tài nào nghiên cứu về vấn đề trên.
Nhận thức được điều đó, tơi đã mạnh dạn đặt vấn đề " Ứng dụng phần mềm
Mastercam tạo lập chương trình gia cơng chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy
phay CNC – ARMONI ".
1
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC
1.1. Khái quát máy công cụ thông thường và máy công cụ CNC
1.1.1. Đặc điểm máy cắt kim loại CNC
Máy cắt kim loại CNC cho phép tập trung nguyên công ở mức độ cao nhất, do máy
có khả năng cơng nghệ cao, trên máy có thể thực hiện các nguyên cơng như: Tiện, Phay,
Khoan, Doa, Ta rơ...
Q trình thay dao thực hiện tự động nhờ vào cơ cấu thay dao
Tốc độ trục chính và tốc độ chạy dao được điều chỉnh vô cấp do vậy việc lựa chọn
chế độ cắt rất hợp lý
Kết cấu cơ khí máy CNC gọn nhẹ hơn máy vạn năng cùng loại,
Máy CNC cho độ chính xác gia cơng cao, nó thực hiện lượng dịch chuyển chính
xác tới 0,001 mm.
1.1.2. Cấu tạo của máy cơng cụ CNC
Các thành phần chủ yếu của máy công cụ CNC bao gồm:
- Trục chính.
- Các trục quay và các trục chạy dao phụ.
- Thiết bị kẹp phôi.
- Các phương tiện thay đổi dao cụ.
1.1.2.1. Trục chính
- Trục chính của máy CNC cần để truyền công suất cần thiết gia công chi tiết, tạo
ra chuyển động quay chi tiết trên máy tiện và quay dao trên máy phay. Máy CNC cần có
một bộ truyền có tính ổn định cao để định vị gia công không bị thay đổi khi tải gia cơng
lớn và phải có tính động lực học đủ làm chủ sự thay đổi tốc độ nhanh mà không bị quá
đích. Để hiệu quả, động cơ cần phải đạt được momen max trên toàn bộ khoảng thay đổi
tốc độ. Điều này khó đạt vì thường momen của động cơ giảm tại tốc độ cao ( động cơ
2
khơng đồng bộ), một số động cơ khơng có khả năng cho momen cực đại tại điểm có tốc
độ thấp ( động cơ một chiều).
1.1.2.2. Các trục chạy dao
Các trục chạy dao thường đặt với kí tự X, Y, Z.
Máy tiện CNC có ít nhất 2 trục chạy dao X, Z có thể điều khiển, đó là chuyển động
kết hợp của bàn trượt. Máy phay CNC có 3 trục X,Y,Z, có thể điều khiển CNC, hai trong
số đó là chuyển động của bàn máy và trục thứ 3 là chuyển động trục chính .
* Truyền động chạy dao
Các truyền động chạy dao tạo nên các chuyển động bàn trượt dao (máy tiện) và
bàn (máy phay). Bộ truyền chạy dao yêu cầu phải cung cấp một tốc độ thay đổi liên tục (0
÷100m/phút) với độ chính xác lặp lại (chuyển động êm, phản ứng nhanh với sự thay đổi
tốc độ). Các chuyển động của từng trục phải được thực hiện với tốc độ ăn dao lớn nhất và
thời gian định vị bé nhất (tính động ). Để thoả mãn những điều kiện này, một bộ truyền
động chạy dao CNC gồm những thành phần sau:
* Hệ thống đo
Phương thức đo
Gồm đo trực tiếp hoặc đo gián tiếp
Hệ thống đo
Tuỳ thuộc vào thiết bị đo sử dụng mà có sự khác nhau của đo vị trí tuyệt đối và đo
vị trí gia số.
+ Đo vị trí theo tuyệt đối: Thang đo được mã hố chỉ thị vị trí tức thời của bàn
trượt khi có kích thích quang điện tử ứng với một tín hiệu đo so với một điểm cố định điểm zêro máy. Phương pháp này giả định số đọc trong vùng thước đo là rộng như vùng
gia công và mã của thang đo nhị phân, điều này tạo cho bộ điều khiển thể hiện tại mỗi vị
trí đọc một giá trị số.
+ Đo theo vị trí gia số:
1.1.2.3. Các trục quay và trục chạy dao phụ
Bên cạnh các chuyển động thẳng dọc trục X, Y, Z máy CNC cịn có thể thực hiện
điều khiển chuyển động quay quanh các trục. Các trục quay này được ký hiệu là A, B, C.
3
Một số máy CNC có bàn máy hoặc đầu trục quay. Trên đó phơi có thể được gia
cơng theo một số góc nghiêng phù hợp. Các trục này được điều khiển như các trục quay
độc lập hoặc như các trục quay phối hợp tạo nên những điều khiển 4,5 hoặc 6 trục. Các
trung tâm gia cơng ngồi các trục quay cơ bản cho bàn máy và đầu các trục chính, cịn có
các trục chạy dao bổ xung. Các trục chạy dao bổ xung chỉ có thể được điều khiển khi các
bộ truyền động của trục X, Y, Z ở trạng thái tĩnh. Chuyển động trục W chỉ có thể được sử
dụng để gia công lỗ khoan theo mọi hướng. Các trục chạy dao bổ xung cho các trục X, Y,
Z được đặt là U, V, W.
* Thiết bị kẹp phôi
Thiết bị kẹp phôi giữ chi tiết gia công ở vị trí đúng và chính xác trên trục chính cơng
tác để tiện hoặc trên bàn công tác để phay. Chi tiết phải được kẹp sao cho khơng có độ rơ,
định vị đúng và chính xác, bền đối với ứng suất động. Số lượng chức năng có thể điều
khiển được trong mối quan hệ đến thiết bị kẹp phôi phụ thuộc vào phôi được đưa vào
trong máy như thế nào (thủ công hoặc tự động) và vào độ phức tạp của sự bố trí cặp phơi.
1.1.2.4. Các phương tiện thay dao cụ
Máy công cụ CNC thường được trang bị với bộ thay đổi tự động. Tuỳ theo phạm
vi áp dụng và kiểu mà các bộ dụng cụ này có thể đồng thời lấy một số dao cụ khác nhau
và việc đặt dao cụ vào vị trí làm việc được gọi bởi câu lệnh của chương trình NC. Bộ thay
đổi dụng cụ có thể ở dạng đài dao (như hình 1.5) hoặc magazin dụng cụ (như hình 1.6).
4
Hình - Magazin dụng cụ
Đài dao được sử dụng cho máy tiện CNC còn magzin cho máy phay CNC. Khi
chương trình NC gọi một dụng cụ mới, đài dao quay cho tới khi con dao đó đến được vị
trí làm việc. Kiểu thay dao như vậy hiện nay thực hiện rất nhanh, hàng phân số của giây.
* Hệ thống thay dao tự động
1.2 . Hệ thống điều khiển CNC
1.2.1 Kết cấu và chức năng điều khiển CNC
1.2.2. Phần cứng – Máy tính
Máy tính chứa một hoặc một vài bộ vi xử lý và bộ nhớ trong. Bộ vi xử lý xử lý dữ
liệu chương trình nhập của người điều hành về dữ liệu cơng nghệ và hình học.
1.2.3. Các dạng điều khiển hình học trên máy cơng cụ CNC
Các máy CNC khác nhau có khả năng gia cơng được các bề mặt khác nhau như
các lỗ, mặt phẳng, các mặt định hình ... . Do đó các dạng điều khiển của máy cũng được
chia ra thành: Điều khiển điểm - điểm, điều khiển theo đường thẳng và điều khiển theo
contour (điều khiển biên).
1.2.3.1 Điều khiển điểm - điểm
1.2.3.2 Điều khiển đường thẳng
1.2.3.2. Điều khiển biên dạng (điều khiển contour)
Điều khiển theo biên dạng (theo contour) cho phép chạy dao trên nhiều trục cùng lúc.
a. Điều khiển contour 2D
b. Điều khiển contour 2
1
D
2
c. Điều khiển contour 3D
1.3. Dụng cụ cắt trên máy phay CNC
1.3.1. Dao phay ngón
1.3.2.Dao phay mặt đầu
5
1.4. Khái qt về phương pháp lập trình gia cơng trên máy cơng cụ CNC
1.4.1 Ngơn ngữ lập trình CNC.
1.4.1.1. Ngôn ngữ ISO( G- code)
Tiêu chuẩn iso 6983 cố gắng tiêu chuẩn hố ngơn ngữ lập trình của các máy trong
lĩnh vực chế tạo theo nguyên tắc xây dựng khối block chương trình theo điểm. Đây là cơ
sở để các nhà sản xuất hệ thống điểu khiển thừa hưởng và phát triển ngôn ngữ G- code
cho hệ điều khiển của mình.
1.4.1.2. Ngơn ngữ APT (Automaticcally Programed Toosl)
APT là ngơn ngữ bậc cao có khoảng 3000 từ cho phép thiết lập phần tạo hình của
q trình gia cơng trên máy CNC ( Ví dụ máy phay 5 trục). Do máy CNC không hiểu trực
tiếp ngôn ngữ APT nên hệ điều khiển CNC phải có một chương trình dịch APT thành
ngơn ngữ G.
1.4.1.3. Ngôn ngữ đối thoại trực tiếp
Là dạng điều khiển theo hình tượng. Nhiều hệ điều khiển (ví dụ HEIDENHAIN) trên
bản điều khiển thường có các phím trên đó thể hiện biểu tượng tương đương với các lệnh
cụ thể nào đó.
1.4.2. Cơ sở hình học của lập trình
1.4.2.1. Hệ toạ độ hình học
Mọi điểm trong khơng gian đều có thể xác định thơng qua toạ độ của nó trong một
hệ toạ độ nào đó, thường có hai hệ toạ độ được độ được sử dụng :
- Hệ toạ độ đề các.
- Hệ toạ độ cực.
1.4.2.2. Hệ toạ độ máy
a. Hệ toạ độ trên máy công cụ CNC
+ Trục Z
+ Trục X
+ Trục Y
+ Các trục phụ
b. Xác định hệ toạ độ với chuẩn máy hoặc phôi
6
Các điểm chuẩn cần được xác định chính trong vùng làm việc của máy.
+ Điểm chuẩn của máy M (điểm gốc 0 của máy)
+ Điểm 0 của chi tiết W
+ Điểm chuẩn của dao (p)
+ Điểm chuẩn của giá dao T và điểm gá dao N
+ Điểm điều chỉnh dao E
+ Điểm gá đặt (hay điểm tỳ) A
+ Điểm 0 của chương trình
1.5. Các hình thức tổ chức lập trình gia cơng CNC.
1.5.1. Lập trình bằng tay trực tiếp trên máy CNC
1.5.2. Lập trình bằng tay trên cụm CNC khác
1.5.3. Lập trình bằng tay trong chuẩn bị sản xuất.
1.5.4. Lập trình với sự trợ giúp của máy tính.
CHƯƠNG 2:
MÁY PHAY CNC - ARMONI VÀ PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH
GIA CƠNG.
2.1. Giới thiệu chung về máy phay CNC – ARMONI
Máy phay CNC được thiết kế để gia công như một máy công cụ công nghiệp tự
động, với các hệ thống điều khiển bàn máy chạy theo chương trình và hệ thống thay dao
tự động (với ổ dao có 8 vị trí).
Các chế độ làm việc
a. Biên soạn chương trình: Nó cho phép tải, lưu trữ và in ấn các File, hiển thị, sửa
đổi và xố các dịng lệnh, kiểm tra chương trình để tìm lỗi và cú pháp trong các dịng lệnh
của chương trình. Chương trình dựa trên tiêu chuẩn ISO.
b. Mơ phỏng: Hiển thị đồ hoạ chương trình soạn thảo theo mã ISO, nó thực hiện
việc hiển thị quỹ đạo dao cắt ở chế độ tự động và chế độ mô phỏng từng khối lệnh (hiển
thị trên màn hình tồn bộ chi tiết gia công)
7
c. Thực hiện gia công: Lựa chọn cắt gọt ở cả hai chế độ
- Tự động (Automatic)
- Từng câu lệnh (Block to block)
d. Chế độ điều khiển bằng tay: Tất cả các chuyển động của trục chính, dịch chuyển
bàn máy đều được điều khiển bằng bàn phím thơng qua các phím chức năng như: Insert,
home, end...
2.2. Đặc tính kỹ thuật máy phay CNC – ARMONI
2.3. Phần mềm điều khiển và tập lệnh gia công trên máy
2.3.1. Các chuyển động chạy dao.2.3.2 Các lệnh gia công dịch chuyển ( mã G)
2.3.3. Các lệnh gia cơng theo chu trình (từ G81 đến G89)
2.3.4. Các lệnh phụ trợ (M)
2.3.5. Cấu trúc của các lệnh gia công
* Các lệnh gia công dịch chuyển
* Các lệnh gia cơng theo chu trình
2.4. Quy trình thao tác máy
2.5. Các chương trình làm việc trong hệ điều khiển
2.5.1. Chức năng của các menu chính
2.5.2. Thao tác sử dụng các menu chính
8
CHƯƠNG 3
PHẦN MỀM MASTERCAM VÀ KHẢ NĂNG TỰ ĐỘNG
TẠO LẬP CHƯƠNG TRÌNH GIA CƠNG
3.1. phần mềm Master CAM
3.1.1. MasterCAM Design
Trong phần này sẽ trình bày các thao tác để tạo các đường trên MasterCam.
Màn hình giao diện như hình sau:
Vùng nút lệnh
Thực đơn chính
Thực đơn phụ
Hình 3.1: Giao diện của MasterCAM
3.1.1.1. Các vấn đề chung về MasterCAM Design
A - Menu chính (The Main Menu)
B. Menu thứ 2 ( The Secondary Menu).
C - Sử dụng Menu ( Using the Menus: )
9
3.1.1.2. Configuring MasterCAM (Hình thể của MasterCAM)
Một số đặc tính của Mastercam có thể được sử dụng phù hợp bằng việc chọn hình
thể trong Menu chính : Main menu / Screen / Configure.
3.1.1.3. Getting Started ( bắt đầu khai thác).
3.1.1.4. Point Entry Commands. (Lệnh vào điểm)
3.1.1. 5. Construction Method . Phương pháp xây dựng.
3.1.1.6. Create (tạo lập).
3.1.1.7. Curves : Đường cong
3.1.1.8. Surfaces: Bề mặt.
Đặc tính này Mastercam cho phép thiết kế một số kiểu bề mặt cũng như tạo các bề
mặt cắt tỉa, nối. Bề mặt được tạo ra gồm các kiểu sau: Kiểu thông số, kiểu số, kiểu hỗn
hợp.
3.1.1.9. Drafting : Vẽ thiết kế.
Hàm vẽ thiết kế của Mastercam cho phép tạo và sửa các kích thước (ngang, đứng,
song song, đường cơ sở, đường kết nối, góc, đường kính ở trong hướng nhìn, ngồi hướng
nhìn, bán kính và các đường chú thích với 8 phơng nhãn khác nhau và nhiều kiểu đường
mũi tên, đường chia, mặt cắt thực thể .
3.1.1.10. Delete : Xoá
Lệnh xoá được sử dụng để bỏ đi một thực thể (điểm, đường, cung, spline mặt cong,
bề mặt hoặc các thơng số vẽ từ màn hình và dữ liệu cơ sở trong Mastercam).
3.1.1.11. Modify : Sửa đổi
3.1.1.12. Xform : Thay đổi
3.1.1.13. Screen: (Màn hình)
3.1.1.14. Shade ( Tơ bóng)
3.1.2. MasterCAM Mill
3.1.2.1. Begin Using MasterCAM Mill (Sử dụng Mastercam Mill.)
Phần này phác thảo quá trình từng bước sinh ra một chương trình NC cho phay. Mỗi
khi bắt đầu Mastercam Mill hệ thống menu chính và Menu thứ hai sẽ xuất hiện trên màn
hình.
3.1.2.2. NC - Commands . Lệnh NC
10
3.1.2.2.1. Cửa sổ chính NC.
3.1.2.2.2. Coordinates Subwindow: Cửa sổ toạ độ phụ/thứ cấp
3.1.2.2.3. Entry / Exit Subwindow: Cửa sổ phụ vào / ra.
3.1.2.2.4. Miscellaneous Values Subwindow:
3.1.2.2.5. Tool display subwindow: Cửa sổ phụ biểu diễn dụng cụ.
3.1.2.3. - Toolpaths: Đường dẫn dao.
3.1.2.4. Contour: Đường đồng mức.
3.2. phương pháp Lập trình gia cơng và khả năng tự động tạo lập
chương trình gia cơng trong MasterCAM
Phương pháp lập trình gia cơng của MasterCAM là phương pháp tự động lập
chương trình gia cơng và được tiến hành theo các bước sau:
3.2.1 . Thiết kế bản vẽ chi tiết gia công
3.2.2. Chọn phôi
3.2.3. Chọn dụng cụ cắt
3.2.4. Tự động tạo lập chương trình gia cơng trong MasterCAM
11
12
CHƯƠNG 4:
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MASTERCAM TẠO LẬP CHƯƠNG
TRÌNH NC ĐỂ GIA CÔNG CHI TIẾT PHỨC TẠP TRÊN MÁY
PHAY CNC - ARMONI.
4.1. Chi tiết gia công
- Chi tiết gia công là lôgô trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Nam Định.
- Trên chi tiết có các biên dạng khá phức tạp như một phần của bánh răng hay các
chữ trên nó việc tính tốn các toạ độ điểm là rất khó khăn đặc biệt là các chữ viết trên
đường cong, nếu thực hiện lập trình thủ cơng bằng tay sẽ khó có thể thực hiện được. Do
đó ta chọn phương án sử dụng phần mềm MASTERCAM để tạo chương trình NC gia
cơng chi tiết tương thích với máy phay CNC - ARMONI.
- Mơ hình chi tiết được thiết lập⇒⇒ản khoa học kỹ thuật - 2001
[8] - PGS.TS. Nguyễn Đắc Lộc - Công nghệ chế tạo theo hướng ứng dụng tin học. Nhà
xuất bản khoa học và kỹ thuật
[9] - PGS.TS. Nguyễn Đắc Lộc ,TS. Tăng Huy - Điều khiển số & công nghệ trên máy
điều khiển số CNC. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật - 1996
[10] - PTS. Đồn Thị Minh Trinh - Cơng nghệ CAD/CAM. Nhà xuất bản khoa học và kỹ
thuật
[11] - PGS. TS. Trần Vĩnh Hưng (chủ biên), KS. Trần Ngọc Hiền - MasterCAM Phần
mềm thiết kế công nghệ CAD/CAM điều khiển các máy CNC. Nhà xuất bản khoa
học và kỹ thuật - 2006
[12] - Phần mềm điều khiển máy phay CNC - ARMONI (Tài liệu tiếng Anh) – Tây Ban
Nha
13
