Nghiên cứu và xây dựng các bài giảng thực hành trên máy tiện CNC CAK6136 750 nhằm nâng cao chất lượng tại trường đại học sao đỏ
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.21 MB, 107 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------ĐÀO VĂN KIÊN
ĐÀO VĂN KIÊN
CHUYÊN NGÀNH CHẾ TẠO MÁY
ĐỀ TÀI:
“NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG CÁC BÀI GIẢNG THỰC
HÀNH TRÊN MÁY TIỆN CNC CAK6136 – 750 NHẰM NÂNG
CAO CHẤT LƯỢNG TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ”
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHẾ TẠO MÁY
KHOÁ 2011A
Hà Nội – Năm 2013
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------Đào Văn Kiên
ĐỀ TÀI:
“NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG CÁC BÀI GIẢNG THỰC HÀNH TRÊN
MÁY TIỆN CNC CAK6136 – 750 NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ”
Chuyên ngành : Chế tạo máy
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHẾ TẠO MÁY
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
GS.TSKH. BÀNH TIẾN LONG
Hà Nội – Năm 2013
Lun vn thc s:
o Vn Kiờn
LI CAM OAN
Tụi l Đào Văn Kiên hc viờn lp Cao hc 11ACTM HY. Sau hai năm học
tập nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và đặc biệt là sự giúp đỡ của
GS.TSKH. Bành Tiến Long thầy giáo hướng dẫn đề tài của tôi, nên tôi đã đi đến
cuối chặng đường để kết thúc khố học.
Tơi đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là: :“Nghiên cứu và xây dựng các bài
giảng thực hành trên máy tiện CNC CAK6136 – 750 nhằm nâng cao chất lượng
giảng dạy tại trường đại học Sao Đỏ”
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng
dẫn của GS.TSKH. Bành Tiến Long và chỉ tham khảo các tài liệu đã được liệt kê.
Tơi khơng sao chép cơng trình của các cá nhân khác dưới bất cứ hình thức nào. Nếu
có tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm.
NGƯỜI CAM OAN
Đào Văn Kiên
-1-
Luận văn thạc sỹ:
Đào Văn Kiên
LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn GS.TSKH. Bành Tiến Long, người đã hướng
dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, đến q trình viết và hồn chỉnh Luận
văn.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo và phòng đào tạo Sau đại học,
của Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành
bản Luận văn này.
Tác giả cũng chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo khoa Cơ Khí đã giúp đỡ tác giả
thực hiện tại trung tâm công nghệ cao của trường Đại Học Sao Đỏ.
Do năng lực bản thân cịn nhiều hạn chế nên Luận văn khơng tránh khỏi sai sót,
tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cơ giáo, các nhà khoa
hc v cỏc bn ng nghip.
Tỏc gi
Đào Văn Kiên
-2-
Luận văn thạc sỹ:
Đào Văn Kiên
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.......................................................................................................1
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................2
MỤC LỤC .................................................................................................................. 3
CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................6
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ...............................................................................6
PHẦN MỞ ĐẦU .........................................................................................................7
1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................ 7
2. Lịch sử nghiên cứu.............................................................................................. 7
3. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu.................. 8
3.1. Mục đích nghiên cứu.............................................................................. ..... 8
3.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................ ... 8
4. Tóm tắt nội dung thực hiện và đóng góp mới của tác giả .................................. 8
5. Phương pháp nghiên cứu. ................................................................................... 9
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CNC .................................................10
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG. .................................................................................. 10
1.2. MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN SỐ ............................................................. 12
1.2.1. Các hệ thống dữ liệu cần nạp cho máy công cụ điều khiển số. ...... 12
1.2.2. Chuyển động của các trục và khái niệm về hệ tọa độ ............................ 12
1.2.2.1. Chuyển động các trục .................................................................. 12
1.2.2.2 . Hệ tọa độ ........................................................................................ 13
1.3. KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ CNC .............................. 16
1.3.1. Khái niệm về hệ thống điều khiển số........................... . .........................16
1.3.2. Các dạng điều khiển số.......................... ................................................. 16
1.3.3. Hệ điều khiển CNC ................................................................................ 16
1.3.3.1. Phân biệt hệ điều khiển NC và CNC .............................................. 16
1.3.3.2. Đặc trưng cơ bản của hệ điều khiển CNC ...................................... 17
1.3.4. Một số hệ điều hành ............................................................................... 17
1.4. CÁC CHỈ TIÊU GIA CƠNG CỦA MÁY CNC ............................................ 18
1.4.1. Thơng số hình học .................................................................................. 18
1.4.2. Thông số gia công .................................................................................. 18
1.4.3. Độ chính xác của máy CNC ................................................................... 19
1.4.4. Hướng phát triển của máy CNC trên thế giới và Việt Nam ................... 20
Chương 2: NGUYÊN LÝ CƠ BẢN TẠO HÌNH BỀ MẶT TRÊN MÁY CNC .............23
2.1.Các ngun lý gia cơng tạo hình .................................................................... 23
2.1.1. Gia cơng định hình ................................................................................ 23
2.1.2.Gia cơng bao hình ................................................................................... 24
2.1.21. Phay bao hình nhóm các bề mặt cho phép chuyển động “tự trượt”. .... 24
2.1.2.2. Phay bao hình các bề mặt tự do .......................................................... 25
2.2. Các bài tốn tạo hình bề mặt ......................................................................... 26
-3-
Luận văn thạc sỹ:
Đào Văn Kiên
2.3 Phương pháp xác định bề mặt khởi thủy bằng đồ thị......................................29
2.4. Phương pháp xác định bề mặt khởi thủy K bằng giải tích .............................31
2.4.1. Phương trình chuyển đổi hệ tọa độ ........................................................31
2.4.2. Xác định profin dụng cụ bằng cách xác định đường bao.......................34
2.4.3. Xác định mặt khởi thủy dụng cụ bằng cách xác định mặt bao...............41
Chương 3:. CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY TIỆN
CNC CAK 6136 – 750 .........................................................................................45
3.1.Khảo sát các thông số kỹ thuật cơ bản của máy tiện CNC ............................. 45
3.1.1. Truyền động chính ................................................................................. 45
3.1.2. Động cơ chính ....................................................................................... 45
3.1.3. Động cơ bước tiến ................................................................................ 45
3.1.4. Hướng chuyển động của các trục X,Z ................................................... 46
3.1.5. Hệ thống đo hành trình ......................................................................... 46
3.2. Cấu trúc và các nguyên lý hoạt động của máy tiện CNC..............................47
3.2.1.Các bộ phận chính của máy ..................................................................... 47
3.2.2. Các phần tử điều khiển ........................................................................... 47
3.2.3. Bảng vận hành tiện ................................................................................ 48
3.3. Lập trình và vận hành máy tiện CNC ........................................................... 50
3.3.1. Giới thiệu máy tiện CNC CAK 6136- 750 ............................................. 50
3.3.1.1 Các bộ phận chính của máy ................................................................. 50
3.3.1.1.1. Bộ phận cơ khí ................................................................................. 50
3.3.1.1.2. Bộ phận điều khiển .......................................................................... 51
3.3.2. Các thông số kỹ thuật chính ................................................................... 51
3.3.3. Các phím bảng điều khiển ...................................................................... 34
3.3.3.1. Chức năng các phím vùng điều khiển máy..........................................52
3.3.3.2. Các phím nhập dữ liệu.........................................................................52
3.3.3.3. Các phím chức năng…………………………………………………53
3.3.3.4 Các chế độ làm việc .............................................................................. 54
3.3.4. Cơ sở ........................................................................................................... 54
3.3.4.1. Các điểm gốc . ..................................................................................... 54
3.3.4.2. Hệ tọa độ trên máy tiện CNC. ............................................................. 55
3.3.4.3. Cấu trúc chương trình NC. .............................................................. 55
3.3.4.4. Các chức năng phụ M. .................................................................... 56
3.3.2. Thao tác vận hành máy tiện CNC. ............................................................. 56
3.3.2.1 Trình tự các bước vận hành máy tiện CNC CAK 6136- 750. ......... 56
3.3.2.2. Vận hành máy tiện CNC CAK 6136- 750. ..................................... 57
3.3.2.2.1. Dịch chuyển bàn dao về điểm chuẩn của máy ............................ 57
3.3.2.2.2. Dịch chuyển bàn máy bằng tay ................................................... 57
3.3.2.2.3. Nhập chương trình gia cơng. ....................................................... 57
3.3.2.2.4. Đo và nhập thông số của dụng cụ cắt ( khai báo điểm w) ........... 57
3.3.2.2.5. Tắt máy ....................................................................................... 58
3.3.3. Lập chương trình gia công chi tiết trên máy tiện CNC ............................. 58
3.3.3.1. Lập phiếu cơng nghệ tính tốn . ..................................................... 58
-4-
Luận văn thạc sỹ:
Đào Văn Kiên
3.3.3.2. Lập chương trình gia cơng chi tiết trịn xoay ................................ 59
3.3.3.2.1. Các chức năng G .......................................................................... 59
3.3.4. Bài tập ..................................................................................................... 62
3.3.4. Lập chương trình gia công bề mặt ren ............................................... 65
3.3.4.1. Chức năng G. .................................................................................. 65
3.3.4.2. Bài tập ............................................................................................. 62
Chương 4: LẬP TRÌNH GIA CÔNG CHI TIẾT TRÊN MÁY TIỆN CNC …………
CAK 6136 -750 VỚI HỆ ĐIỀU KHIỂN FANUC .................................69
4.1. Xác định chuẩn kỹ năng đối với sinh viên Đại học ..................................69
4.2. Các bài tập lập trình gia cơng trên máy tiện CNC.....................................69
4.2.1.Lập trình gia công chi tiết ........................................................................ 69
Chương 5: KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
5.1. Mục đích, nhiệm vụ, phương pháp và đối tượng kiểm nghiệm….………95
5.1.1. Mục đích của kiểm nghiệm……………………………………….……95
5.1.2. Nhiệm vụ kiểm nghiệm…………………………………………….…..95
5.1.3. Phương pháp kiểm nghiệm…………………………………….….……95
5.2. Nội dung và tiến trình thực nghiệm………………………………..……..96
5.2.1. Đối tượng thực nghiệm……………………………………….….…… 96
5.2.2. Chuẩn bị thực nghiệm…………………………………………..………96
5.3. Đánh giá thực nghiệm………………………………………….. ……...97
5.3.1. Đánh giá định tính………………………………………………. ……..97
5.3.2. Đánhgiá định lượng………………………………………….……….. 97
5.4. Đánh giá chuyên gia……………………………………………………..102
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................ 103
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................104
-5-
Luận văn thạc sỹ:
Đào Văn Kiên
CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
NC (Number Control) – Điều khiển số
CNC (Computer Numerical Control) – Điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính
CAD (Computer Aided Design) – Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính
CAM (Computer Aided Manufacturing) – Sản xuất có sự trợ giúp của máy tính
LAN (Local Area Netword) - Mạng cục bộ
WAN (Wide Area Netword) - Mạng diện rộng
CW (Counter clockwise) - Chiều quay thuận chiều kim đồng hồ
DNC (Direct Numerical Control) - Hệ điều khiển DNC
FMS (Flexible Manufacturing System ) - Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS
FK (Free Contour Programing) - Lập trình Contour tự do
Q Parameters - Lập trình tham số Q
CHF (Chamfer) - Vát cạnh
RND (Rounding) - Bo cung
1D, 2D, 3D - Điều khiển 1, 2, 3 chiều
CC (Circle center) - Tâm cung
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
TT Bảng số
Nội dung
Trang
1
2.1
Thông số kỹ thuật của máy tiện CNC
24
2
2.2
Các chức năng đường với tọa độ cực
54
-6-
Luận văn thạc sỹ
Học viên: Đào Văn Kiên
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài:
Trong cơng cuộc cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước đang đặt ra yêu cầu
hết sức cấp thiết đối với ngành công nghệ chế tạo máy. Đó là phải xây dựng một
nền cơng nghiệp hiện đại đủ để chế tạo ra các thiết bị máy móc cho các ngành kinh
tế khác. Bên cạnh việc đầu tư các thiết bị máy móc hiện đại, thì việc ứng dụng cơng
nghệ cao trong ngành cơ khí chế tạo máy là một vấn đề vơ cùng quan trọng.
Vì vậy việc khai thác có hiệu quả các máy móc thiết bị trong các nhà máy
chế tạo cơ khí, trong đó có các loại máy tiện CNC, phay CNC, máy cắt dây điều
khiển tự động đang là vấn đề cấp bách, đòi hỏi cao về đào tạo nguồn nhân lực khoa
học cơng nghệ.
Trước tình trạng đó, hầu hết các trường đã đầu tư một số máy CNC để phục
vụ cho việc đào tạo chất lượng cao nhưng lại chưa có phương pháp giảng dạy thực
nghiệm hiệu quả. Chính vì thế cần phải có một nghiên cứu cụ thể và đầy đủ về lĩnh
vực này, để giảng dạy cho học sinh-sinh viên hiểu rõ và áp dụng trong thực tế, đóng
góp vào sự phát triển của ngành chế tạo máy.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế này mà đề tài: “Nghiên cứu và xây dựng các
bài giảng thực hành trên máy tiện CNC CAK6136 – 750 nhằm nâng cao chất
lượng giảng dạy tại trường đại học Sao Đỏ”
đã được chọn làm luận văn tốt
nghiệp.
2. Lịch sử nghiên cứu.
Việc xây dựng hệ thống các bài thực hành, thí nghiệm gia cơng trên các máy
cắt gọt CNC sát với thực tế, sát với điều kiện sản xuất công nghiệp và phù hợp với
điều kiện giảng dạy trong nhà trường là một vấn đề rất quan trọng, để đảm bảo cho
sinh viên sau khi tốt nghiệp ra trường có thể thích nghi và đảm nhiệm tốt cơng việc
tại các nhà máy, xí nghiệp.
Việt Nam có xu hướng sử dụng máy CNC ngày càng nhiều, do yêu cầu cấp
thiết của thực tế sản xuất, nên những đề tài nghiên cứu ứng dụng nhằm khai thác
hiệu quả máy CNC là khá lớn trong các đề tài nghiên cứu khoa học, luận án tiến sỹ,
luận văn thạc sỹ, có thể kể đến: Nguyễn Đình Vũ, Ứng dụng phần mềm TURBOSPEED/CAM để lập trình gia cơng đĩa chia độ trên máy gia công trung tâm CNC
-7-
Luận văn thạc sỹ
Học viên: Đào Văn Kiên
TUNGIL-TVN-40A, Luận văn cao học, ĐHBKHN (2009) ; Phạm văn Bổng, Nghiên
cứu xây dựng mơ hình phịng thực hành về CAD/CAM-CNC với các hệ FANUC;
HEIDENHAIN phục vụ chương trình đào tạo hệ Cao đẳng kỹ thuật ngành Cơ khí,
Luận văn cao học, ĐHBKHN (2000)
3. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu.
3.1. Mục đích nghiên cứu.
- Mục đích nghiên cứu là: Xác định chuẩn kỹ năng đối với sinh viên về kỹ
năng thực hành CNC.Nghiên cứu và xây dựng các bài giảng thực hành trên máy
tiện CNC CAK6136 – 750 với hệ điều khiển FANUC phục vụ công tác đào tạo tại
trường Đại Học Sao Đỏ
- Dùng làm tài liệu tham khảo cho giảng dạy và học tập.
3.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là:
- Khả năng công nghệ của máy tiện CNC - CAK6136 – 750
- Cơ sở lập trình Tiện CNC với hệ điều khiển FANUC.
- Lập trình và gia cơng một số chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy tiện CNC
với hệ điều khiển FANUC
4. Tóm tắt nội dung thực hiện và đóng góp mới của tác giả
Nội dung nghiên cứu gồm:
- Nghiên cứu khái quát về công nghệ CNC;
- Nghiên cứu nguyên lý cơ bản tạo hình bề mặt trên máy CNC
- Nghiên cứu về khả năng công nghệ của máy tiện CNC - CAK6136 – 750 với hệ
điều khiển FANUC
- Lập trình và gia công các bài tập cơ bản trên CNC - CAK6136 – 750 với hệ
điều khiển FANUC
- Xây dựng các dạng bài tập thực hành gia công cắt gọt trên máy CNC CAK6136 – 750 với hệ điều khiển FANUC
Với ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tế của luận văn sau khi hồn thành sẽ có
những đóng góp đáng kể cho việc xây dựng chương trình đào tạo CNC tại các
trường Đại học, Cao đẳng, trung cấp chuyên nghiệp.
-8-
Luận văn thạc sỹ
Học viên: Đào Văn Kiên
Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần bổ sung cho
cơ sở lý thuyết về nghiên cứu máy CNC và lập trình gia cơng trên máy, ứng dụng
vào giảng dạy, học tập và sản xuất một cách có hiệu quả.
Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở để cải tiến
chương trình đào tạo theo hướng sát với thực tiễn sản xuất, đáp ứng nhu cầu xã
hội. Đáp ứng đòi hỏi về nhu cầu nhân lực trình độ cao cho sự nghiệp cơng nghiệp
hóa hiện đại hóa đất nước.
5. Phương pháp nghiên cứu.
Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực
nghiệm:
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết.
- Tiến hành thực nghiệm .
- Phân tích và đánh giá kết quả.
-9-
Luận văn thạc sỹ
Học viên: Đào Văn Kiên
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CNC
1.1 Giới thiệu chung.
Vào cuối những năm 40 học viện công nghệ MIT Hoa Kỳ bắt đầu thực hiện
đề án nghiên cứu về kỹ thuật điều khiển số. Năm 1953 công bố sáng chế máy phay
điều chỉnh theo chương trình số NC. Vào năm 1959 triển lãm máy công cụ tại Paris
trưng bày những chiếc máy phay NC đầu tiên của châu Âu.
Năm 1960 các hệ điều khiển số được chế tạo tương ứng với trình độ kỹ thuật
của các cơng nghệ bóng đèn điện tử và rơle (cơ/điện/thuỷ lực), máy kích thước lớn,
rất nhạy cảm với các điều kiện môi trường khác nhau và giá cả thì rất đắt đỏ. Vì vậy
máy khơng được sử dụng rộng rãi.
Từ sau những năm 1960, bóng đèn điện tử được thay dần bằng các phần tử
bán dẫn rời rạc, đi ốt, và tranzito ( đèn 3 cực), thế nhưng những linh kiện đơn lẻ vẫn
địi hỏi có thể tích chiếm chỗ đủ lớn, còn rất nhiều mối hàn và các ổ cắm, các ghép
nối vừa tốn kém khi chế tạo vừa hạn chế độ tin cậy khi vận hành điều khiển. Những
thông tin điều khiển được ghi trên băng đục lỗ nên dung lượng thấp và phải đọc
từng bước trong q trình gia cơng, khi gia cơng nhiều chi tiết giống nhau vẫn phải
đọc băng đục lỗ cho từng lần gia cơng. Khi thay đổi chương trình điều khiển chẳng
hạn như muốn thay đổi chế độ cắt cho phù hợp đòi hỏi phải làm lại băng đục lỗ.
Vào những năm 70, kỹ thuật điều khiển số nhanh chóng ứng dụng các tiến bộ
của kỹ thuật vi điện tử, vi mạch tích hợp: những hệ NC sử dụng những bản mạch
lơgíc được thay thế bởi các bộ nhớ có dung lượng đủ lớn; do nối ghép các cụm vi
tính vào hệ điều khiển số mà những phần cứng trước đây được thay thế bằng những
phần mềm linh hoạt hơn. Dung lượng bộ nhớ ngày càng được mở rộng tạo điều kiện
lưu giữ trong hệ điều khiển số trước hết là từng chương trình đơn lẻ, sau đó là cả
một thư viện chương trình lại có thể sửa đổi chương trình đã lập một cách dễ dàng
thông qua việc cấp lệnh bằng tay, thao tác trực tiếp trên máy.
Cho đến ngày nay các chức năng tính tốn trong hệ thống CNC ngày càng
được hoàn thiện và đã đạt được tốc độ xử lý rất cao do tiếp tục ứng dụng những
thành tựu khoa học kỹ thuật phát triển của các bộ vi xử lý
- 10 -
Luận văn thạc sỹ
Học viên: Đào Văn Kiên
Các hệ thống CNC được chế tạo hàng loạt theo các công thức xử lý đa chức
năng dùng cho nhiều mục đích điều khiển khác nhau.
Từ chỗ những vật mang tin là những băng đục lỗ, băng từ, đĩa từ tiến tới đĩa
compact (đĩa CD) có dung lượng nhớ ngày càng mở rộng độ tin cậy và tuổi thọ
ngày càng cao.
Việc cài đặt các cụm vi tính trực tiếp vào hệ NC để trở thành CNC (Computer
Numerical Control) đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc ứng dụng, cho chúng ta có
thể ứng dụng được máy công cụ điều khiển số CNC ngay cả trong các xí nghiệp vừa
và nhỏ khơng có phịng lập trình riêng, điều đó có nghĩa là người điều khiển máy có
thể lập trình trực tiếp trên máy. Những dữ liệu được nhập vào, nội dung lưu trữ trên
máy, thơng báo về tình trạng hoạt động của máy cùng các chỉ dẫn cần thiết khác cho
người điều khiển máy đều được hiển thị trên màn hình.
Lúc đầu màn hình của các hệ điều khiển số chỉ là màn hình đen trắng với các
ký tự chữ cái và con số nay đã sử dụng các màn hình mầu đồ hoạ với độ phân giải
cao, biên dạng của chi tiết gia công, chuyển động của dao cụ đều được hiển thị, có
thể mơ phỏng chi tiết gia cơng theo 3 chiều kích thước (3D).
Trong những năm gần đây sự bùng nổ của ngành công nghệ thông tin, sự phát
triển của công nghệ Hig-Tech ngày càng tạo ra được những thế hệ máy công cụ
điều khiển số ngày càng ưu việt hơn, đáp ứng được những yêu cầu cao của thị
trường.
Ngoài những ưu điểm cơ bản của máy và công nghệ CNC như độ chính xác
cao của sản phẩm, đáp ứng nhanh về số lượng và thích ứng nhanh với thị trường về
mẫu mã sản phẩm thì những ưu điểm nổi bật chỉ có ở máy CNC nữa là phương thức
làm việc với hệ thống xử lý thơng tin “điện tử-số hố”, cho phép nối ghép với hệ
thống xử lý trong phạm vi tồn xí nghiệp tạo điều kiện mở rộng việc tự động hố
tồn bộ q trình sản xuất, ứng dụng các kỹ thuật quản lý hiện đại thông qua mạng
liên thơng cục bộ (LAN) hay mạng liên thơng tồn cầu (WAN).
Xét về bản chất của các máy điều khiển theo chương trình số, từ các máy NC
đầu tiên với bộ xử lý là được áp dụng công nghệ đèn điện tử, rơle đến các phần tử
bán dẫn rời rạc, điốt, và tranzito ( đèn 3 cực ) và sau đó là đã áp dụng các tiến bộ
- 11 -
Luận văn thạc sỹ
Học viên: Đào Văn Kiên
của kỹ thuật vi điện tử, vi mạch tích hợp và siêu vi mạch cũng chỉ là để xử lý các hệ
thống dữ liệu đầu vào cho hệ thống điều khiển số.
1.2. Máy công cụ điều khiển số
1.2.1. Các hệ thống dữ liệu cần nạp cho máy công cụ điều khiển số.
Một máy cơng cụ điều khiển số muốn hoạt động được thì nó yêu cầu phải
được cung cấp các hệ thống dữ liệu, nó được coi như một thứ ngơn ngữ chung để
giao tiếp giữa người với máy.
Khi ta soạn thảo chương trình cho một hệ thống điều khiển số thì có nghĩa là
ta đưa tồn bộ các thơng tin cần thiết để chế tạo một chi tiết xác định trên máy cơng
cụ trở thành dạng có thể hiểu được cho hệ điều khiển của máy và thơng báo cho nó
theo một hình thức thích hợp.
Thực chất của việc lập trình là thu thập, xử lý và soạn thảo những dữ liệu
thông tin yêu cầu. Các dữ liệu đó bao gồm:
a- Các thơng tin hình học ( đó là các dữ liệu tạo hình hay các số liệu về đường
dịch chuyển của dụng cụ cắt trong q trình gia cơng ).
b- Các thơng tin cơng nghệ ( như số vịng quay trục chính, chiều quay, lượng chạy
dao, chiều sâu cắt, gọi dao, hiệu chỉnh máy, dao và bơm dung dịch tưới nguội…).
1.2.2. Chuyển động của các trục và khái niệm về hệ tọa độ
1.2.2.1 Chuyển động các trục
Trên thực tế không cần xác định xem phải quay mơ tơ bao nhiêu vịng.
Chuyển động của các trục được điều khiển đơn giản hơn và logic hơn qua các tọa
độ. Có hai hệ trục tọa độ hay được dùng nhất là hệ tọa độ vng góc (hệ tọa độ Đề
các) và hệ tọa độ cực (polar). Trong các máy gia công hệ tọa độ Đề các phổ biến
hơn. Chúng ta đã được học về hệ tọa độ trong trường phổ thông và những kiến thức
đó đủ cho chúng ta tiếp tục hành trình tìm hiểu công nghệ CNC. Điểm khác so với
đồ thị của điểm và đường trong tọa độ toán học là với máy CNC, các giá trị tọa độ
thực tế không liên tục mà thay đổi theo bước (increment), hay còn gọi là độ phân
giải. Ví dụ với hệ đo mét, bước dịch chuyển tối thiểu thường là 1/1000mm, tức
0.001mm, còn trong hệ đo inch, bước dịch chuyển tối thiểu là 0.0001inch. Với
- 12 -
Luận văn thạc sỹ
Học viên: Đào Văn Kiên
chuyển động quay, bước dịch chuyển của góc quay cho cả hai hệ đo thường được
lấy là 0.001°.
Giống như hệ tọa độ toán học, mỗi trục trong hệ tọa độ của máy CNC đều có
điểm gốc. Ứng với các bài tốn kỹ thuật, chúng được gọi là điểm gốc (hay chuẩn,
hay điểm 0) của chương trình, của phơi hay của chi tiết. Thuật ngữ tiếng Anh tương
ứng là program zero (hay program origin), work zero, part zero.
1.2.2.2 Hệ toạ độ
Để xác định các tương quan hình học trong vùng làm việc của máy, trong
phạm vi chi tiết gia công một cách rõ ràng ta đưa vào các hệ toạ độ và các điểm gốc
chuẩn.
Để thống nhất hoá mối tương quan cho các máy công cụ điều khiển số khác
nhau, người ta tiêu chuẩn hoá các trục của hệ toạ độ và chiều chuyển động của
chúng.
Ví dụ theo tiêu chuẩn ISO 841 hay tiêu chuẩn DIN 66127 thì hệ thống trục toạ
độ cho các máy điều khiển số được xác định như sau:
Các chiều chuyển động của máy công cụ điều khiển số được xác định bởi hệ
toạ độ vng góc của bàn tay phải (hình 1.1). Hệ toạ độ này ln ln được gán lên
chi tiết gia cơng.
Hình 1.1 Ký hiệu các trục tọa độ trên máy CNC
- 13 -
Luận văn thạc sỹ
Học viên: Đào Văn Kiên
Khi lập trình, chi tiết luôn được coi là đứng yên. Các chuyển động luôn thuộc
về dao cụ. Trong thực tế trên từng loại máy cụ thể thì việc quy định này khơng hồn
tồn đúng bởi vì có những chiếc máy trong q trình gia cơng thì chi tiết có thể
tham gia thực hiện một vài chuyển động, điều này dễ làm cho người vận hành nhìn
nhận khơng chính xác về hướng chuyển động của các trục.
Các trục quay tương ứng với trục X,Y, Z được kí hiệu là A, B, C. Chiều quay
dương (positiv) tương ứng với chiều quay thuận chiều kim đồng hồ (CW=Counter
clockwise) khi ta nhìn theo chiều dương của trục tịnh tiến.
Để bố trí thứ tự của các trục toạ độ phù hợp với các chiều chuyển động của
máy, tiêu chuẩn ISO 841 hay DIN 66127 qui định:
Trục toạ độ Z
Nếu các máy có trục chính khơng xoay nghiêng được thì trục Z nằm song
song với trục chính cơng tác hoặc chính là đường tâm trục đó.
Nếu trục chính của máy xoay nghiêng được và chỉ có một vị trí xoay nghiêng
song song với một trục toạ độ nào đó thì chính trục toạ độ là trục Z.
Nếu trục chính xoay nghiêng được song song với nhiều trục toạ độ khác nhau
thì trục Z chính là trục vng góc với bàn kẹp chi tiết chính của máy.
Nếu trục chính xoay nghiêng được theo một hướng nghiêng với chính nó thì
trục này ký hiệu là W.
Nếu máy có nhiều trục chính cơng tác thì ta sẽ chọn một trong số trục đó làm
trục chính theo cách ưu tiên trục nào có đường tâm vng góc với bàn kẹp chi tiết.
Cịn nếu máy khơng có trục chính cơng tác thì trục Z cũng là trục vng góc
với bàn kẹp chi tiết.
Trục toạ độ X
Trục X là trục toạ độ nằm trên mặt định vị hay song song với bề mặt kẹp chi
tiết, thường được ưu tiên theo phương nằm ngang. Chiều của trục X được xác định
như sau:
Thứ nhất: Trên các máy có dao quay trịn
+ Nếu trục Z đã nằm ngang thì chiều dương của trục X hướng về bên phải
khi ta nhìn từ trục chính hướng vào chi tiết.
- 14 -
Luận văn thạc sỹ
Học viên: Đào Văn Kiên
+ Nếu trục Z thẳng đứng và máy có một thân máy thì chiều dương của trục
X hướng về bên phải khi ta nhìn từ trục chính hướng vào chi tiết.
Nếu máy có hai thân máy thì chiều dương của trục X hướng về bên phải nếu
ta nhìn từ trục chính hướng vào thân máy bên phải.
Trục toạ độ Y
Vị trí của trục toạ độ Y sẽ được xác định sau khi đã xác định được hai trục toạ
độ Z và X.
Hình 1.2 mơ tả các trục chính, các trục phụ và các trục quay trên máy phay CNC
Hình 1.2 Các trục toạ độ trên máy CNC
- 15 -
Luận văn thạc sỹ
Học viên: Đào Văn Kiên
1.3. KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CNC
1.3.1. Khái niệm hệ điều khiển số
Là hệ thống điều khiển đặc trưng bởi các đại lượng đầu vào là những
tín hiệu số nhị phân, chúng được đưa vào hệ điều khiển dưới dạng một
chương trình điều khiển có hệ thống.Trong hệ điều khiển số ứng dụng cho điều
khiển máy công cụ,các đại lượng đầu vào là những thông tin,dữ liệu hay số liệu
nạp vào.
1.3.2. Các dạng điều khiển số
Khi gia công các chi tiết khác nhau thì các bề mặt tạo hình khác nhau
địi hỏi sự chuyển động khác nhau giữa dao và chi tiết. Qũy đạo của các
chuyển động này được xác định chính xác thơng qua các chỉ dẫn điều khiển.
Tuỳ dạng chuyển động của điểm đầu, điểm cuối và quãng đường dịch chuyển
mà ta có các dạng điều khiển khác nhau. Các dạng điều khiển đó được phân ra
thành: điều khiển điểm, điều khiển đoạn hay đường thẳng và điểu khiển biên
dạng phi tuyến
1.3.3. Hệ điều khiển CNC( Computer Numerical Control)
1.3.3.1. Phân biệt hệ điều khiển NC và CNC
- Điều khiển NC (Numberical Control)
Đặc tính của hệ điều khiển này là “chương trình hố các mối quan liên
hệ” trong đó mỗi mảng linh kiện điện tử riêng lẻ được xác định một nhiệm vụ
nhất định, liên hệ giữa chúng phải thông qua dây nối hàn cứng trên các mạch
logic điều khiển.
Chức năng điều khiển được xác định chủ yếu bởi phần cứng.
- Điều khiển CNC(Computerized Numerical Control)
Điều khiển CNC là một hệ điều khiển có thể lập trình và ghi nhớ. Nó bao gồm
một máy tính cấu thành từ các bộ vi xử lý (microprocessor) kèm theo các bộ nhớ
ngoại vi
Đa số các chức năng điều khiển đều được giải quyết thơng qua phần mềm
nghĩa là các chương trình làm việc có thể được thiết lập trước.
Nhờ các chương trình hệ thống CNC mà các máy tính có thể sử dụng để thực
- 16 -
Luận văn thạc sỹ
Học viên: Đào Văn Kiên
hiện những chức năng điều khiển theo yêu cầu.
Do các hệ điều khiển hiện đại có nguyên lý cấu trúc và xử lý dữ liệu theo
dạng điều khiển CNC
1.3.3.2. Đặc trưng cơ bản của điều khiển CNC
Nâng cao tính tự động
Các máy cơng cụ được trang bị bộ điều khiển CNC có tốc độ dịch chuyển
lớn. Do đó tăng được năng suất cắt gọt, giảm tối đa thời gian phụ. Khi so sánh
một máy công cụ không được trang bị bộ điều khiển CNC với máy được trang
bị người ta nhận thấy năng suất tăng gấp 3 lần.
Nâng cao tính linh hoạt
Máy CNC có khả năng thích nghi nhanh với chương trình gia công với các
chi tiết khác nhau. Do nguyên lý hoạt động và cấu trúc của nó đã tạo điều kiện
giảm thời gian gia công và hiệu chỉnh công nghệ kỹ thuật.
Nâng cao tính tập trung ngun cơng
Các máy cơng cụ CNC có khả năng thực hiện nhiều bước cơng nghệ hoặc
nhiều bước nguyên công khác nhau trong một lần gá đặt phơi.
Nâng cao tính chính xác và đảm bảo chất lượng gia cơng
Trong q trình gia cơng độ chính xác ln được đảm bảo ổn định. Ngồi ra
máy CNC cịn có khả năng mơ phỏng q trình cắt gọt nên người vận hành có thể
quan sát tổng thể trực tiếp các giai đoạn gia công, phát hiện kịp thời sai sót.
Nâng cao hiệu quả kinh tế
Máy CNC vừa có khả năng điều khiển trực tiếp trên máy vừa có khả năng
lập trình trên phần mềm nên máy CNC hữu dụng kinh tế ngay cả với xí nghiệp có
quy mơ trung bình và nhỏ. Ngồi ra CNC có khả năng thay đổi một cách nhanh
chóng cơng nghệ sản xuất nên nó đáp ứng kịp thởi với nhu cầu của thị trường.
1.3.4. Một số hệ điều hành.
Hiện nay trên thế giới đang sử dụng chủ yếu một số hệ điều hành sau
cho các máy CNC. Đó là: Fanuc, Fagor, Heidenhain, Siemens,…Trong đó
một số nước đứng đầu phải kể đến Đức, Đài Loan và Trung Quốc….
- 17 -
Luận văn thạc sỹ
Học viên: Đào Văn Kiên
1.4. CÁC CHỈ TIÊU GIA CƠNG CỦA MÁY CNC
1.4.1. Thơng số hình học
Thơng số hình học của máy CNC hay của vùng gia cơng là thơng số của
khơng gian mà trong đó dụng cụ cắt và chi tiết gia cơng có thể tác động qua lại ở bất
cứ vị trí nào. Như vậy, trên các máy gia cơng chi tiết trịn xoay vùng gia công là
một khối lăng trụ được xác định bằng bán kính và chiều dài dịch chuyển của các tọa
độ.
Trên các máy gia cơng chi tiết hình hộp chữ nhật vùng gia cơng là một khối
hình hộp (đơi khi là hình lăng trụ) được xác định bằng các chiều dài dịch chuyển
của các tọa độ. Các điểm giới hạn của vùng làm việc được đánh số thứ tự như ký
hiệu số của ma trận. Để thuận tiện và dễ nhớ người ta đánh thứ tự các số theo quy
tắc sau: Số thứ nhất của các chữ số ký hiệu các điểm theo trục thẳng đứng (trục Z),
số thứ hai của các chữ số ký hiệu các điểm theo trục dọc (trục X), còn số thứ ba của
các số ký hiệu các điểm theo trục nằm ngang (trục Y).
1.4.2. Thông số gia công.
Thông số gia công của máy CNC là tốc độ chuyển động của các cơ cấu chấp
hành và công suất động cơ. Người ta dựa vào các thông số hình học ( vùng gia
cơng) như kích thước bàn máy phay hay chiều cao của tâm máy tiện để chọn cơng
suất động cơ, tốc độ quay của trục chính và lượng chạy dao. Năng suất gia công
được xác định là số lượng chi tiết được gia công trong một đơn vị thời gian. Năng
suất gia công đã được nghiên cứu tổng hợp trong: “Giáo trình cơng nghệ CNC” của
tác giả GS TS. Trần Văn Địch viêt dưới dạng công thức (1.1):
i −1
k
1 m
Q=
= tcbkt + ∑ t0 + ∑ ttd + ∑ tkt
Ttc n
1
1
Trong đó:
T tc : Thời gian từng chiếc trung bình (phút);
m: Số loạt chi tiết được sản xuất trong một năm;
n: Số lượng chi tiết được sản xuất trong một năm;
i: Số lượng nguyên công cần thiết để gia công một chi tiết;
- 18 -
−1
(1.1)
Luận văn thạc sỹ
Học viên: Đào Văn Kiên
k: Số lượng các nguyên công kiểm tra;
t ct : Thời gian thay đổi chi tiết gia công;
t td : Thời gian thay dao;
t 0 : Thời gian cơ bản;
t kt : Thời gian kiểm tra;
t cbkt : Thời gian chuẩn bị- kết thúc;
Để tăng năng suất phải giảm thời gian t cbkt . Muốn giảm thời gian t cbkt phải
dùng đồ gá vệ tinh và giảm số lượng các loạt chi tiết gia công trên máy (trên một
máy CNC không nên gia cơng q 30÷50 loạt chi tiết trong một năm).
Để tăng năng suất phải giảm t td . Phương pháp làm giảm t td là dùng hệ thống
thay dao tự động. Trên các máy thay dao bằng tay nên dùng các hệ thống kẹp
nhanh.
Để tăng năng suất còn phải giảm thời gian thay đổi các chi tiết gia cơng. Việc
này có thể đạt được nhờ các cơ cấu nhiều vị trí (để thay chi tiết tự động) và đồ gá vệ
tinh. Đồng thời để tăng năng suất còn phải giảm thời gian t 0 : tăng tốc độ cắt, sử
dụng dao có khả năng cắt với tốc độ cao, đồng thời gia công bằng nhiều dao.
Một phương pháp nữa để tăng năng suất là phải giảm thời gian phụ. Thời gian
phụ được giảm bằng cách tăng tốc độ chạy nhanh của các cơ cấu chấp hành hoặc
của dao.
1.4.3. Độ chính xác của máy CNC
Sai số gia công tổng cộng trên máy CNC xuất hiện trên các hệ thống truyền
động của máy, trong các hệ thống điều khiển, kiểm tra và trong bản thân chi tiết gia
công. Kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm của nhiều tác giả đã được
nghiên cứu tổng hợp trong “Giáo trình cơng nghệ CNC” của tác giả GS TS. Trần
Văn Địch.
Các sai số gia công được ký hiệu và giải thích như sau:
δ 1 , δ 2 , δ 3 , δ 4 : Các sai số lập trình, nội suy, hiệu chỉnh nội suy, và sai số “lệch trở về
điểm 0”;
δ 5 , δ 6 : Sai số của bước bên trong và sai số tích lũy của datric;
δ 7 : Sai số của các cơ cấu chuyển đổi tín hiệu;
- 19 -
Luận văn thạc sỹ
Học viên: Đào Văn Kiên
δ 8 : Sai số của dreipha đặc tính truyền động (sai số thời gian phát xung);
δ 9 , δ 10 , δ 11 : Các sai số truyền động (lực, mômen, tốc độ);
δ 12 : Sai số trục vit-bi;
δ 13 : Sai số hình học của máy;
δ 14 , δ 15 : Biến dạng đàn hồi của máy và đồ gá;
δ 16 : Sai số kích thước gá đặt dao;
δ 17 : Sai số do mòn dao;
δ 18 : Biến dạng đàn hồi của dao;
δ 19 : Sai số gá đặt chi tiết gia công;
δ 20 : Biến dạng đàn hồi của chi tiết gia công;
δ 21 : Biến dạng nhiệt của chi tiết gia công;
Sai số gia công tổng cộng ∆Σ cho thấy tỷ lệ các thành phần của sai số nói trên.
Sai số gia cơng tổng cộng được xác định theo công thức (1.2):
∆Σ = ∆ 1 + ∆ 2 + ∆ 3 + ∆ 4 + ∆ 5 + ∆ 6
(1.2)
Các thành phần của công thức được xác định như các công thức từ (1.3) đến (1.8):
∆1 = δ1+ δ2 + δ3 + δ4
(1.3)
∆2 = δ5 + δ6 + δ7
∆3
(1.5)
(1.6)
(1.7)
δ8
=
δ9
+
+
δ 10
+
(1.4)
δ 11
+
δ 12
∆4
=
δ 13
+
δ 14
+
δ 15
∆5
=
δ 16
+
δ 17
+
δ 18
∆6
=
δ 19
+
δ 20
+
δ 21
(1.8)
Các sai số thành phần δ đã được giải thích ở trên
1.4.4. Hướng phát triển của máy CNC trên thế giới và Việt Nam.
So với các máy điều khiển tự động theo chương trình cứng (dùng cam, dưỡng,
cữ chặn, trục rà bi, cơng tắc hành trình...). Máy CNC có tính linh hoạt cao trong
- 20 -
Luận văn thạc sỹ
Học viên: Đào Văn Kiên
công việc lập trình, đặc biệt có trợ giúp của máy tính, tiết kiệm được thời gian điều
chỉnh máy, tính kinh tế cao ngay cả với loạt sản phẩm nhỏ.
Ưu điểm chỉ có trong máy CNC là phương thức làm việc với hệ thống xử lý
thơng tin “điện tử - số hóa” cho phép nối hệ thống xử lý số trong phạm vi quản lý
tồn doanh nghiệp, tạo điều kiện tự động hóa tồn bộ q trình sản xuất, ứng dụng
các kỹ thuật quản lý hiện đại thơng qua mạng liên thơng tồn cầu WAN (World
Area Network).
Cùng với sự phát triển của điện tử, cơng nghệ thơng tin, các chức năng tính
tốn trong hệ thống CNC là phương thức làm việc và đạt tốc độ xử lý cao nhờ ứng
dụng những thành tựu phát triển của vi xử lý µP. Các hệ thống CNC được chế tạo
hàng loạt theo phương thức xử lý đa chức năng dùng cho nhiều mục đích điều khiển
khác nhau.
Sự đa dạng của sản phẩm dẫn đến giảm số lượng chi tiết gia công và làm tăng
giá thành. Một số ngành công nghiệp chế tạo do số lượng kiểu sản phẩm và các
phương án mẫu mã ngày càng tăng. Dây chuyền sản xuất truyền thống không mang
lại hiệu quả kinh tế đối với khối lượng lớn chủng loại chi tiết.
Các hệ thống gia cơng linh hoạt có khả năng gia công các chi tiết khác nhau
trong cùng một họ chi tiết với số lượng chi tiết và thứ tự gia công tùy ý. Giá thành
chế tạo chi tiết kể cả trong điều kiện gia công loạt nhỏ vẫn đạt hiệu quả kinh tế cao.
Tùy theo tính linh hoạt và năng suất, người ta phân loại các hệ thống gia công linh
hoạt thành:
- Các tế bào gia công linh hoạt.
- Các cụm gia công linh hoạt.
- Các dây truyền gia công linh hoạt.
- Một hay nhiều cụm gia công.
- Các hệ thống vận chuyển chi tiết và dụng cụ.
- Máy tính của hệ thống DNC đóng vai trị là thiết bị chủ đạo.
Hạt nhân của tế bào gia công là máy CNC. Một trung tâm gia cơng có trang bị
ổ chứa dụng cụ cắt, các trang bị thay đổi gá lắp, hệ thống thay đổi dụng cụ và chi
tiết tạo thành một tế bào gia công linh hoạt. Một hệ thống gia công linh hoạt làm
- 21 -
