Nghiên cứu công nghệ gia công nắp động cơ D50 trên máy CNC

Đồ án Tốt Nghiệp
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
  
Trong công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước, cơ khí là một
ngành then chốt. Trong đó chế tạo máy là một phần quan trọng trong nền sản
xuất cơ khí. Chế tạo máy là nghành sản xuất ra các loại thiết bị máy móc phục vụ
cho mọi ngành sản xuất nói chung và trình độ công nghệ nói riêng của một nến
sản xuất. Đặc biệt đối với nước ta, một nước nông nghiệp lạc hậu, lại bị chiến
tranh tàn phá, thì vấn đề phát triển cơ khí và công nghệ chế tạo máy lại càng cấp
thiết trong sự nghiệp Cơ Khí hoá nền sản xuất. Trong những năm gần đây, cơ khí
đã có bước phát triển mạnh mẽ nhưng nói chung còn chưa đáp ứng được sự đòi
hỏi của thực tế sản xuất. Công nghệ chế tạo máy của nước ta còn lạc hậu, kém
phát triển so với các nước trong khu vực . Nên việc ứng dụng các công nghệ gia
công mới còn ít, và chưa đồng bộ do nhiều lý do khác nhau. Do vậy đổi mới
công nghệ, ứng dụng các thành tựu mới trong công nghệ chế tạo máy vào quá
trình sản xuất là một vấn đề cấp bách mang tính sống còn trong quá trình hội
1
- 1 -
Đồ án Tốt Nghiệp
nhập vào nền kinh tế khu vực và nền kinh tế thế giới. Công nghệ CAD/CAM và
máy CNC đã được ứng dụng rộng rãi ở các nước có nền sản xuất tiên tiến từ
những năm 50 của thế kỷ XX, và nó đã thực sự thúc đẩy công nghệ chế tạo máy
lên một tầm cao mới. Tuy nhiên ở nước ta, công nghệ này còn khá mới mẻ. Điều
đó đặt ra cho những người làm cơ khí nhất là những người làm cơ khí trẻ phải
luôn luôn trau dồi kiến thức, cập nhật kịp thời những tiến bộ của ngành sản xuất
cơ khí thế giới để đưa nền cơ khí Việt Nam tiến kịp với khu vực và thế giới.
Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó mà chúng em chọn đề tài tốt nghiệp là: “ Nghiên
cứu công nghệ gia công nắp động cơ D50 trên máy CNC ”. Qua đề tài này, em
có thể hiểu hơn về công nghệ gia công trên máy CNC, là phương pháp công
nghệ còn khá mới và tổng quan về hệ thống CAD/CAM/CNC trong thực tế.

Quá trình thực hiện, đọc kỹ bản vẽ chi tiết và lập qui trình công nghệ gia
công đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, phù hợp với điều kiện công nghệ, mày móc
với chi phí sản xuất là thấp nhất nhưng vẫn đảm bảo chất lượng. Trong đồ án
này, qui trình công nghệ gia công cơ bản được thiết kế cho máy CNC, một xu
hướng phát triển chung của quá trình gia công cơ hiện nay.
Đồ án của chúng em lấy đề tài “Nghiên cứu công nghệ gia công chi tiết nắp
động cơ D50 trên máy CNC”.


2
- 2 -
Đồ án Tốt Nghiệp
THIẾT KẾ QUY TRÌNH NẮP ĐỘNG CƠ D50 TRÊN MÁY CNC
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC
I. Khỏi niệm về lập trỡnh trờn mỏy CNC:
1.1. Chương trình CNC:
Trong máy cắt kim loại cổ điển, kế hoạch gia công chi tiết được thực hiện
bởi người sản xuất và theo đó chi tiết được gia công đảm bảo các yêu cấu về kích
thước và dung sai. Tương tự như vậy, đối với máy công cụ NC, chương trình NC
thực chất là một bản dịch của của kế hoạch gia công chi tiết từ tiếng Anh sang
những code NC mà hệ thống điều khiển của máy có thể hiểu được. Chương trình
đó được đọc và thực hiện bởi hệ thống điều khiển của máy. Như vậy máy công
cụ NC được thực hiện bởi chương trình viết bằng code NC, gọi là chương trình
NC. Nó bao gồm một tập hợp các câu lệnh (statement) hoặc khối (block) cho biết
3
- 3 -
Đồ án Tốt Nghiệp
các hoạt động máy và các chuyển động cắt được thực hiện để gia công một chi
tiết cụ thể nào đó.
Mặc dù đã có những code NC tiêu chuẩn, như tiêu chuẩn quốc tế ISO

6983/1 nhưng các hệ thống điều khiển được chế tạo bởi các nhà sản xuất khác
nhau vẫn sử dụng các code NC khác nhau. Bởi thế, một chương trình NC có thể
không tương thích với các hệ thống điều khiển khác nhau. Nói cách khác, chương
trình NC viết cho các máy được sản xuất bởi các hãng sản xuất khác nhau sẽ
khác nhau. Trong phạm vi đồ án này xin được trình bày về loại máy CNC do
hãng Mori Seiki của Nhật Bản, viết cho hệ điều khiển FANUC.
1.2. Ưu điểm của phương pháp gia công trên máy CNC:
Hiện nay, linh hoạt hoá, tự động hoá quá trình gia công cơ khí được coi là
một giải pháp hữu hiệu về mặt kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất trong
qui mô hàng loạt vừa và nhỏ. Phương pháp gia công trên máy CNC có những nét
ưu việt hơn hẳn so với các máy thường ở những điểm sau:
- Gia công được các chi tiết phức tạp hơn.
- Qui hoạch thời gian sản xuất tốt hơn do có thể tính toán chính xác thời gian
máy.
- Thời gian lưu thông lớn hơn do tập chung nguyên công cao và giảm thời gian
phụ. Trên máy CNC có khả năng gia công bằng nhiều dao nên có thể gia công
nhiều bề mặt trong cùng một thời gian, thay đổi dụng cụ được thực hiện tự động.
- Tính linh hoạt cao hơn do việc thay đổi chương trình nhanh chóng và đơn giản.
- Độ lớn loạt tối ưu nhỏ hơn.
- Độ chính xác gia công cao, ổn định đều.
- Chi phí kiểm tra giảm.
4
- 4 -
Đồ án Tốt Nghiệp
- Chi phí cho phế phẩm giảm.
- Hoạt động liên tục nhiều ca sản xuất.
- Một công nhân có thể vận hành nhiếu máy đồng thời.
- Hiệu suất cao hơn.
- Tăng năng lực sản xuất.
Những nét ưu việt trên của máy CNC là không phụ thuộc vào kiểu máy.

1.3. Các hệ toạ độ của máy CNC:
Đặc trưng của máy công cụ chính là các chuyển động của mà nó có thể thực
hiện. Chẳng hạn như chuyển động thay đổi quan hệ về vị trí giữa dụng cụ và phôi
bao gồm chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay theo các trục khác nhau.
Tuy nhiên, nó không bao gồm các chuyển động quay của dụng cụ hoặc của phôi
để duy trì hoạt động cắ. Ví dụ, đối với máy tiện chỉ có hai chuyển động song
song và vuông góc với trục chính, còn đối với máy phay lại có ba trục chuyển
động đặc trưng.
Quy tắc bàn tay phải đã được tiêu chuẩn hoá để xác định chiều chuyển động
của dụng cụ hay phôi. Theo nguyên tắc này ngón tay cái chỉ chiều dương trục X,
ngón tay giữa chỉ chiều dương trục Z, còn ngón tay trỏ chỉ chiều dương trục Y.
Các trục quay tương ứng với trục X, Y, Z được kí hiệu bởi các chữ A, B, C.
Chiều quay dương là chiều quay theo chiều kim đồng hồ nếu nhìn theo chiều
dương của các trục X, Y, Z.
Ba trục chuyển động chính của máy CNC là trục X, Y, Z. Trục Z vuông góc
với trục X, Y và có chiều dương xác định sao cho khoảng cách giữa dụng cụ cắt
hoặc phôi và dụng cụ kẹp tăng dần khi gia công. Cụ thể như sau:
 Trục Z :
5
- 5 -
Đồ án Tốt Nghiệp
Trên các máy công cụ phôi quay như tiện, trục Z song song với trục chính và
chiều dương theo chiều di chuyển của dụng cụ cắt ra xa phôi.
Trên máy công cụ dụng cụ quay, như phay, doa …. trục Z song song trục dụng
cụ, chiều dương xác định theo chiều di chuyển của dụng cụ ra xa phôi.
Trên các may khác như máy dập, máy bào …..trục Z vuông góc với bàn dao,
chiều dương xác định theo chiều tăng dần khoảng cách giữa dụng cụ và phôi.
 Trục X :
Trên máy tiện, chiều trục X là chiều chuyển động của dụng cụ và chiều dương
là chiều di chuyển dụng cụ từ phôi ra.

Máy phay ngang trục X song song với bàn máy.
Máy phay đứng trục X nằm trên bàn máy và chiều dương hướng về người điều
khiển khi đứng đối diện với máy.
 Trục Y :
Xác định theo qui tắc bàn tay phải.
Chuyển động của mỗi trục được đảm bảo bởi một nguồn động cơ riêng biệt.
Nguồn động cơ này có thể là động cơ DC, động cơ bước hoặc động cơ thuỷ lực
căn cứ vào độ chính xác của máy CNC.
1.4. Các điểm không :
 Điểm không máy (M) :
6
- 6 -
Đồ án Tốt Nghiệp
Là điểm gốc của hệ toạ độ máy, phụ thuộc vào từng loại máy khác nhau.
Điểm M xác định vùng giới hạn làm việc của máy. Máy phay, điểm M thường
nằm ở điểm giới hạn dịch chuyển của bàn máy. Máy tiện, điểm M thường nằm ở
tâm trấu kẹp.
 Điểm không của chi tiết (W) :
Là điểm gốc toạ độ của chi tiết. Điểm này do người lập trình quyết định dựa
trên bản vẽ chi tiết sao cho thuận tiện cho việc lập trình và đảm bảo các yêu cầu
về kích thước.
Hệ thống điều khiển cung cấp những code cho phép người lập trình xác định
gốc toạ độ dựa trên cơ sở vị trí hiện thời của dụng cụ cắt. Cách khác có thể xác
định gốc toạ độ dựa voà điểm tham khảo cố định của máy (thông thường là điểm
thay dao)[XIII].
 Điểm không khác :
Ngoài ra cũng cần xác định điểm chuẩn của dao, điểm chuẩn của gá dao, và
điểm gá dao…..
II. Các phương pháp lập trình trên máy CNC:
Cùng với sự phát triển của ngành cơ điện tử , đến nay đã xuất hiện ba phương

pháp lập trình quá trình gia công chi tiết trên máy NC. Đó là : lập trình bắng tay,
lập trình với sự trợ giúp từ máy tính và lập trình từ CAD.
2.1. Lập trình bằng tay:
Cấu trúc chương trình gia công chi tiết lập bởi người lập trình được ghi lại
trên tài liệu (recorder) gọi là một chương trình viết tay. Chương trình viết tay
được thiết lập thành thứ tự các quan hệ vị trí giữa dụng cụ cắt và phôi mà theo đó
ta gia công chi tiết. Chương trình viết tay được viết trên Flexowriter để tạo ra một
chương trình, các ký tự Alphabet hoặc ký tự đặc biệt tương ứng với các hoạt
7
- 7 -
Đồ án Tốt Nghiệp
động trên băng và được liên hệ với các ký tự. Mỗi dòng của chương trình ứng với
mỗi khối trên băng dục lỗ theo ký tự EOB (End of block).
a. Mã máy:
Một chương trình bao gồm một tập hợp các câu lệnh (khối) được liệt kê theo
dãy chỉ định các chuyển động cắt và các hoạt động được hình thành. Ký tự, biểu
tượng, con số là các nguyên tố hợp lại thành từ.
Ví dụ: Câu lệnh N1G20G90X0Y0Z1.5
Bao gồm các từ “N1”, “G20”, “G90”, “X0”, “Y0”, “Z1.5”, các nguyên tố của
các từ trong câu lệnh là “N”, “G”, “X”, “Y”, “Z”, “0”, “1”, “5”, “9”, “2” và “;”.
Như đã biết, tín hiệu điện tín được truyền đi và được hiểu bởi con người thông
qua việc sử dụng mã M. Tương tự, máy NC có thể hiểu được một chương trình
NC thông qua việc sử dụng mã nhị phân hoặc thập phân. Hai loại mã này đang
được sử dụng trong máy NC, mã EIARS_224B và ASCII. Vật trung gian truyền
thống mà một chương trình NC được chuyển đổi đến hệ thống điều khiển NC là
dải băng. Với sự phát triển của việc ứng dụng trong chế tạo, một chương trình
NC cũng được tải vào một máy tính hoặc hệ thống chuyển đổi NC được nối với
hệ thống điều khiển thông qua một cáp RS232. Mã ASCII cũng được chấp nhận
bởi EIA như mã RS_558_B và ISO. Cả hai mã này đều được chấp nhận bởi nhiều
máy NC. Chúng được hiểu là mã EIA và ISO.

b. Định dạng khối của một chương trình NC:
Có nhiều cách khác nhau để thể hiện một từ NC trong câu lệnh (khối), phụ
thuộc vào thiết kế của hệ thống điều khiển NC [XIII] . Một trong những định
dạng sớm nhất là dãy cố định liên tiếp (fixed sequential). ở đây, sự liên tiếp rõ
ràng được yêu cầu với mọi từ trong khối và những từ đó được sử dụng bởi hệ
thống điều khiển yêu cầu trong bất cứ trường hợp nào cũng phải chỉ rõ ý nghĩa
thay đổi trạng thái máy NC. Mỗi từ bao gồm một số chỉ rõ trạng thái (chẳng hạn
vị trí theo phương X, tốc độ trục chính...) của máy NC. Bởi vậy, một câu lệnh
8
- 8 -
Đồ án Tốt Nghiệp
bao gồm một số cố định các chữ số được liệt kê theo một trật tự nhất định và
tượng trưng cho các từ NC khác nhau.
Kiểu thứ hai của định dạng khối được sử dụng trong quả trình phát triển của
công nghệ NC là dạng địa chỉ khối (Block address format), ở dạng này mã khối
được chỉ rõ ở đầu mỗi khối để truyền thông tin đến máy về phía những từ sẽ bị
thay đổi, bị chỉ định hoặc cả hai trong câu lệnh đặc biệt.
Loại định dạng thứ 3 là dãy nhãn (tab sequential), nó là một dạng khác của
định dạng dãy cố định. ở dạng này, một ký tự nhãn phải được chỉ định trước mỗi
từ. Các từ cũng phải được chỉ định theo một trật tự rõ ràng, mọi ký tự trong từ có
thể bị bỏ qua nếu nó không làm thay đổi nội dung của từ quan hệ tới lệnh trước
đó. Tuy nhiên, mã nhãn trước một từ đặc biệt vẫn cần thiết, mặc dù từ đó bị bỏ
qua.
Ba kiểu định dạng trình bày ở trên được sử dụng trong hệ thống điều khiển cũ.
Với sự ra đời của hệ thống điều khiển có ứng dụng máy tính, chúng được thay
thế bởi định dạng địa chỉ từ (word address format).
Định dạng địa chỉ từ là một loại sử dụng trong hệ thống điều khiển CNC. Mỗi
từ trong câu lệnh (khối) có một ký tự đánh dấu nghĩa của từ hoặc địa chỉ của từ
và một số thể hiện nội dung của nó.
Ví dụ: Từ chỉ định vị trí của dụng cụ là 1.0 là: X1.0

Một trong những đặc trưng quan trọng của kiểu định dạng địa chỉ khối là từ
trong một khối không cần được chỉ định theo trật tự cố định bởi vì nghĩa của từ
được chỉ rõ bởi các chữ cái alphabet. Thêm nữa, nếu một mã giống với mã trong
câu lệnh trước nó sẽ được bỏ qua.
Khi lập trình bằng tay, việc tính toán toạ độ của các điểm trên quỹ đạo dụng cụ
được thực hiện “bằng tay” trước khi bắt đầu viết chương trình. Hoạt động cắt
được thiết lập dựa vào các mã G, M, S, T... đã được mã hoá cho từng loại máy cụ
9
- 9 -
Đồ án Tốt Nghiệp
thể. Bảng dưới đây liệt kê các mã thông dụng được sử dụng trên các máy kiểu
GV503 của hãng Mori Seiki:
Bảng mã lệnh:
Mã Chức năng
G00 Di chuyển nhanh dụng cụ từ điểm đến điểm
G01 Nội suy đường thẳng
G02 Nội suy cung tròn theo chiều kim đồng hồ
G03 Nội suy cung tròn ngược chiều kim đồng hồ
G04 Tạm dừng trong một khoảng thời gian xác định trước
G05 Tạm dừng trong một khoảng thời gian không xác định.
G06 Nội suy parabol
G10 Nhập giá trị hiệu chỉnh
G17 Chọn mặt phẳng làm việc là XY
G18 Chọn mặt phẳng làm việc là ZX
G19 Chọn mặt phẳng làm việc là YZ
G28 Quay về điểm tham khảo
G40 Huỷ hiệu chỉnh dụng cụ cắt
G41 Hiệu chỉnh dụng cụ cắt về bên trái
G42 Hiệu chỉnh dụng cụ cắt về bên phải
G80 Huỷ chu kỳ các khoan, doa

G81 Chu kỳ khoan
G83 Chu kỳ khoan phá
G85 Chu kỳ khoét, doa
G86 Các chu kỳ gia công đặc biệt
G90 Lập trình kích thước tuyệt đối
G91 Lập trình kích thước tương đối
G92 Đặt gốc toạ độ
M00 Dừng trục chính, dung dịch trơn nguội và dao tại vị trí bất kỳ.
M03 Trục chính quay theo chiều kim đồng hồ
M04 Trục chính quay ngược chiều kim đồng hồ
M05 Dừng trục chính
M06 Thay đổi dụng cụ
M08 Mở dung dịch trơn nguội
M09 Đóng dung dịch trơn nguội
M30 Kết thúc chương trình
M98 Gọi chương trình con
10
- 10 -