Bài giảng môn lý thuyết CAD/CAM-CNC

Bài giảng môn lý thuyết
CAD/CAM-CNC

BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT CAD/CAM-CNC


ThS NGUYỄN HOÀI NAM

Trang
1
Lý thuyết Cad/cam-cnc

Thời lượng : 30 tiết

Nội dung

Chương 1 : Cơ sở lập trình cnc
Chương 2 : Công nghệ và lập trình phay cnc
Chương 3 : Công nghệ và lập trình tiện cnc
Chương 4 : Công nghệ CAD/CAM

Trình bày : ThS NGUYỄN HOÀI NAM

BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT CAD/CAM-CNC

ThS NGUYỄN HOÀI NAM

Trang
2
Tài liệu tham khảo

1- Cad/cam theory and applycation, AIT Thailan
2- Điều khiển số và công nghệ trên máy điều khiển số, Nguyễn Đắc Lộc, KHKT
3- Công nghệ lập trình – gia công điều khiển số, Đoàn Thò Minh Trinh, KHKT
4- Công nghệ cad/cam, Đoàn Thò Minh Trinh
5- Kỹ thuật lập trình cnc với MasterCAM V8.1, Nguyễn Hoài Nam, ĐHSPKT
6- Numerical control programming in APT, Irvin H. Kral


BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT CAD/CAM-CNC


ThS NGUYỄN HOÀI NAM

Trang
3
CHƯƠNG 1
CƠ SỞ LẬP TRÌNH NC

Nội dung

1- CẤU TRÚC HỆ THỐNG CNC
2- ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA MÁY CNC
3- HỆ TRỤC TỌA ĐỘ – CHIỀU CHUYỂN ĐỘNG
4- CÁC ĐIỂM “0” VÀ CÁC ĐIỂM CHUẨN

5- CÁC DẠNG ĐIỀU KHIỂN
6- CÁC THỦ TỤC LẬP TRÌNH
7- HÌNH THỨC TỔ CHỨC GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC
8- QUÁ TRÌNH GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC
9- CẤU TRÚC CỦA CHƯƠNG TRÌNH NC
10- LẬP TRÌNH CÓ DỊCH CHỈNH VÀ BÙ TRỪ
11- LẬP TRÌNH VỚI CHƯƠNG TRÌNH CON

BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT CAD/CAM-CNC


ThS NGUYỄN HOÀI NAM

Trang
4

1- CẤU TRÚC HỆ THỐNG CNC
Các đặc điểm kết cấu phân biệt giữa máy công cụ điều khiển CNC và máy công
cụ thông thường
Hình phay

BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT CAD/CAM-CNC


ThS NGUYỄN HOÀI NAM

Trang
5
Hình tiện

BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT CAD/CAM-CNC


ThS NGUYỄN HOÀI NAM

Trang
6
CẤU TRÚC MỘT HỆ THỐNG CNC

Gồm 6 thành phần chính:
1. Chương trình gia công (part program) : bao gồm các chỉ thò đã được mã hóa.
2. Hệ điều khiển máy (Machine control Unit - MCU) được chia thành 2 thành
phần là :
Đơn vò xử lý dữ liệu (DPU- Data Processing Unit): thực hiện chức năng đọc mã
lệnh từ thiết bò nhập dữ liệu, xử lý mã lệnh (giải mã), truyền dữ liệu cho CLU
Mạch điều khiển (CLU – Control Loop Unit): thực hiện các chức năng nội suy
chuyển động trên cơ sở tín hiệu nhận được từ DPU , xuất các tín hiệu điều
khiển, nhận tín hiệu phản hồi, điều khiển các thiết bò phụ trợ.
3. Thiết bò đọc chương trình (program input): máy đọc hay đường truyền RS232C
4. Hệ thống truyền động (drive system): dùng các động cơ một chiều hoặc xoay
chiều điều chỉnh vô cấp tốc độ và các bộ truyển chính xác như vít me/ đai ốc
bi.
5. Máy công cụ
6. Hệ thống phản hồi (feetback system)
2- ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CNC so với NC
• Hiển thò chương trình và mô phỏng bằng đồ họa quá trình gia công.
• Nhập dữ liệu bằng nhiều cách.
• Có khả năng lưu trữ chương trình.
• Có khả năng thay đổi và cập nhật chương trình

• Kiểm tra , chẩn đoán lỗi chương trình bằng đồ họa máy tính.

BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT CAD/CAM-CNC


ThS NGUYỄN HOÀI NAM

Trang
7
• Có thể giao tiếp với các thiết bò vi xử lý khác.
• Quản lý dữ liệu
• Có khả năng tính toán
• Bù trừ bán kính và chiều dài dao
• Nội suy hình học.
• Chức năng hỗ trợ lập trình : thu, phóng, xoay ...
• Có khả năng hậu xủ lý (postprocessing): tiếp nhận trực tiếp dữ liệu
quỹ đạo chạy dao dưới dạng mã nhò phân (Binary cutter location-
BCL). Thực hiện trong chế độ thời gian thực.
ƯU ĐIỂM CỦA CNC
• năng suất tăng do mức độ tự động hóa cao.
• Tính linh hoạt cao.
• Có tính tập trung nguyên công.
• Độ chính xác cao (đến 0.001 mm)
• Chất lượng gia công ổn đònh, độ chính xác lặp lại cao
• Gia công được các biên dạng phức tạp (mặt 3D)
• Hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao.
NHƯC ĐIỂM CỦA CNC
• Giá thành máy cao
• Giá thành bảo dưỡng cao, phức tạp
• Vận hành phức tạp, cần công nhân có tay nghề.

• Hiệu quả thấp với những chi tiết đơn giản.
CÁC YÊU CẦU ĐẶT RA
• Cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các khâu của quá trình hình
thành sản phẩm (thiết kế, chuẩn bò sản xuất, gia công ...)
• Cần đào tạo nâng cao cho thợ chuyên môn. Một khóa đào tạo về
kỹ thuật CNC là phải có.

BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT CAD/CAM-CNC


ThS NGUYỄN HOÀI NAM

Trang
8
3- HỆ TRỤC TỌA ĐỘ – CHIỀU CHUYỂN ĐỘNG
Dùng hệ trục tọa độ decarte
vuông góc, phương chiều và góc
quay trên các trục được xác đònh
theo qui tắc bàn tay phải

Qui đònh về các trục quay
A, B, C

Các trục tọa độ song song với
X,Y,Z ký hiệu là U, V, W

Khi lập trình ta qui ước rằng dụng cụ chuyển động tương đối so với hệ thống tọa
độ, còn chi tiết đứng yên

BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT CAD/CAM-CNC


ThS NGUYỄN HOÀI NAM

Trang
9






BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT CAD/CAM-CNC


ThS NGUYỄN HOÀI NAM

Trang
10
4- CÁC ĐIỂM “0” VÀ CÁC ĐIỂM CHUẨN

Ký hiệu Mô tả

M Machine zero point
Điểm 0 của máy, là điểm gốc của các hệ thống tọa độ
máy. Do nhà sản xuất qui đònh.
Trên máy phay thường là điểm xác đònh giới hạn dòch
chuyển của bàn máy.

W Work part zero point
Điểm 0 của chi tiết, là điểm gốc của hệ trục tọa độ gắn
lên chi tiết.
Do người lập trình chọn và xác đònh
P Program zero point
Chuẩn thảo chương. Dùng làm gốc tọa độ trong quá trình
soạn thảo chương trình.
Do người lập trình chọn và xác đònh

R References point
Các điểm chuẩn của máy, có khoảng cách xác đònh so với
điểm 0 của máy và được đánh dấu trên các bàn trượt
Do nhà sản xuất qui đònh


BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT CAD/CAM-CNC


ThS NGUYỄN HOÀI NAM

Trang
11

5- CÁC DẠNG ĐIỀU KHIỂN

Điều khiển theo điểm (PTP
)
Gia công theo các tọa độ xác
đònh đơn giản
Dụng cụ thực hiện chạy dao

nhanh không cắt gọt đến các
điểm lập trình. Khi đạt đến
điểm đích dao bắt đầu cắt gọt.
Tùy thuộc vào hệ điều khiển
mà các trục có thể chuyển
động kế tiếp nhau, chuyển
động đồng thời không có mối
quan hệ hàm số hay di chuyển
theo hành trình ngắn nhất .
Dùng cho các lỗ bằng pp
khoan, khoét, doa, taro ren.

Điều khiển theo đường
Tạo ra các đường chạy song
song với các trục của máy với
dao cắt gọt tạo nên bề mặt gia
công


BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT CAD/CAM-CNC


ThS NGUYỄN HOÀI NAM

Trang
12
Điều khiển theo đường viền
Tạo ra các đường bất kỳ trong không gian
Tùy thuộc vào số trục được điều khiển đồng thời mà có thể phân thành : điều
khiển 2D, 2 1/2D , 3D, 4D …

2D
thực hiện một đường viền trong
mp XY.
Trục thứ 3 được điều khiển độc
lập với 2 trục trên



2D1/2
thực hiện nội suy một đường
viền trong mặt phẳng, có thể
là mp XY, hay YZ, hay ZX tùy
thuộc vào việc khai báo mp
nội suy trong chương trình
(G17/G18/G19)
Trục thứ 3 được điều khiển độc
lập với 2 trục trên.

BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT CAD/CAM-CNC


ThS NGUYỄN HOÀI NAM

Trang
13
3D

Lưu ý rằng trong điều khiển 3D đã tích hợp trong đó điều khiển điểm, đường,
2D

6. CÁC THỦ TỤC LẬP TRÌNH

Lập trình tay

Người lập trình hoàn thành chương trình mà không có
sự trợ giúp của máy tính

Lập trình có sự giúp đỡ
của máy tính
Người lập trình sử dụng ngôn ngữ lập trình hoặc phần
mềm máy tính như là một công cụ trợ giúp để chuyển
đổi tự động dữ liệu hình học và dữ liệu công nghệ
thành chương trình NC

Lập trình theo công
nghệ CAD/CAM
Bằng các phần mềm tích hợp CAD/CAM cho phép sử
dụng chung cơ sở dữ liệu cho các chức năng thiết kế
và lập kế hoạch sản xuất.
Chức năng CAD cho phép xác lập hình học chi tiết gia
công
Chức năng CAM tạo q đạo chạy dao và các chức
năng công nghệ khác

BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT CAD/CAM-CNC


ThS NGUYỄN HOÀI NAM

Trang
14
7. CÁC HÌNH THỨC TỔ CHỨC GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC

Lập trình thủ công : nhập ct từ panel điều khiển của máy cnc
Nhập chương trình bằng băng đục lỗ

Lập trình tự động : Nhập chương trình bằng băng đục lỗ
Điều khiển số trực tiếp (DNC – direct Numerical Control)
Điều khiển số phân phối (DNC – Distributed Numerical
Control)

8. QUÁ TRÌNH GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC

1- Nghiên cứu công nghệ gia công chi tiết
2- Thiết kế q đạo cắt
3- Lập chương trình điều khiển
4- Kiểm tra chương trình điều khiển
5- Điều chỉnh máy cnc
6- Gia công chi tiết

BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT CAD/CAM-CNC


ThS NGUYỄN HOÀI NAM

Trang
15


10. GHI KÍCH THƯỚC TRÊN BẢN VẼ
Việc qui chuẩn cách ghi kích thước trên bàn vẽ dùng trong gia công NC sẽ giúp
cho người lập trình dễ dàng biến đồi các thông tin trên bản vẽ thành các thông
tin dòch chuyển.
Ghi kích thước tuyệt đối :

Mọi kích thước đều xuất phát từ
điểm W

Ghi kích thước tương đối :

Một kích thước được ghi xuất phát từ
vò trí của kích thước trước nó


BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT CAD/CAM-CNC


ThS NGUYỄN HOÀI NAM

Trang
16
Ghi kích thước nhờ các bảng
Người ta thay thế các kích thước
trên bản vẽ bằng các số thứ tự vò trí

sau đó dùng bảng để mô tả.





11. LẬP TRÌNH THEO KÍCH THƯỚC TUYỆT ĐỐI VÀ TƯƠNG ĐỐI.

LẬP TRÌNH THEO KÍCH
THƯỚC TUYỆT ĐỐI

Điểm đích có các giá trò tọa độ luôn gắn với
điểm W
G90

LẬP TRÌNH THEO KÍCH
THƯỚC TƯƠNG ĐỐI
Điểm đích có các giá trò tọa độ luôn gắn với
vò trí của dao trước đó.
Dùng chủ yếu đối với các chu trình hay các
chương trình con
G91
12. CẤU TRÚC CỦA CHƯƠNG TRÌNH NC


BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT CAD/CAM-CNC


ThS NGUYỄN HOÀI NAM

Trang
17

Dấu hiệu chương trình
Thường dùng %<tên ct>

Các Câu lệnh (NC block)


Lệnh Kết thúc chương trình (M30
hoặc M2)

12-1 CẤU TRÚC CỦA MỘT CÂU LỆNH (NC block)

12-2 CẤU TRÚC CỦA MỘT TỪ (word): gồm một ký tự gọi là đòa chỉ (address) và
một con số (number)
Ví dụ
Address Number
N75 N 75
G01 G 01
Z-10.75 Z -10.75


trong một câu lệnh Có thể có 3 nhóm từ
1
G funtion G
2
Tọa độ X, Y, Z
U, V, W
3

Thông tin vận hành máy và
các chức năng phụ
F, S, T
M
Một số đòa chỉ theo tiêu chuẩn ISO
address Mô tả Ví dụ
1
N thứ tự câu lệnh N50
2
G Mã dòch chuyển G02
3
X,Y,Z Tọa độ điểm đích X10 Y20 Z-10.1


BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT CAD/CAM-CNC


ThS NGUYỄN HOÀI NAM

Trang
18
4
A,B,C Đònh vò trí góc quay (X,Y,Z) A10
5
D Đònh vò trí góc quay quanh trục đặc
biệt hoặc hiệu chỉnh dao.

6
E Đònh vò trí góc quay quanh trục đặc
biệt.

7
H,L Dữ trữ
8
U,V,W Tọa độ phụ (X,Y,Z) U10 V-10.1
9
I,J,K
R
Thông số dùng để nội suy cung tròn I5 j10
R20
10
F Lượng chạy dao F120
11
S Tốc độ trục chính S2500
12
T Dao T0102
13
M Chức năng phụ M99
14
P,Q Tham số của chu trình G75 x. y. r. D5 Q2 F.
15- LẬP TRÌNH CÓ DỊCH CHỈNH VÀ BÙ TRỪ

Trong lập trình gia công phay, tọa độ máy sử dụng là tọa độ tâm dao (tool
center coordinate)- quỹ đạo cắt là tâm dao . Do đó không thể sử dụng trực
tiếp tọa độ trên biên dạng của chi tiết vì tâm dao cách đường biên cắt một
khoảng bằng bán kính dao,

điểm X Y
Với dao có đường
kính 10mm

Hãy xác đònh tọa
độ của các điểm
1,2 ,3,4 chuyển
tiếp trên quỹ đạo
cắt để thực hiện
hiện gia công
biên dạng chi tiết
như hình vẽ
1

BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT CAD/CAM-CNC


ThS NGUYỄN HOÀI NAM

Trang
19
2
3

4
Với dao có đường
kính 10mm

Hãy xác đònh tọa
độ của các điểm

1, 2 ,3 , 4 , 5
chuyển tiếp trên
quỹ đạo cắt để
thực hiện gia
công biên dạng
chi tiết như hình
vẽ

Điểm X Y
1
2
3
4
5


BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT CAD/CAM-CNC


ThS NGUYỄN HOÀI NAM

Trang
20

Phép dòch chỉnh vò trí tâm dao được gọi là bù trừ bán kính (radius
compensation)
Trong qui trình gia công chi tiết có thể sử dụng nhiều dao với những chiều
dài khác nhau. Do đó khi lập trình ta không quan tâm đến chiều dài dao (lập
trình với dao giả đònh) nhưng khi gia công cần phải dòch chỉnh chiều dài dao.
Việc sử dụng bù trừ dao sẽ hạn chế các phép tính toán tọa độ tâm dao, do

đó làm đơn giản công việc lập trình.
Ngoài ra có thể sử dụng bù trừ trong các trường hợp :
+ Dao gia công khác với dao lập trình
+ Phải thay dao do gẫy dao và không có dao tương tự như đã lập trình
+ Sự thay đổi kích thước do dao bò mòn, mài hay sửa lại
+ Khi gia công thô và gia công tinh được thực hiện với cùng một chương trình.

LẬP TRÌNH CÓ BÙ TRỪ BÁN KÍNH DAO.
Được thực hiện bởi các lệnh G41/G42 , Các lệnh này tạo ra các vector bù trừ
vuông góc với đường biên chi tiết và có độ lớn bằng bán kính dao
Để khai báo chấm dứt hiệu chỉnh dùng G40

BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT CAD/CAM-CNC


ThS NGUYỄN HOÀI NAM

Trang
21
G41 G42
Phay biên
dạng lồi


Phay hốc

G41 G42
Tiện
ngoài

Tiện trong


Lưu ý :
- vecto bù trừ bán kính tại câu lệnh ngay sát sau câu lệnh hiệu chỉnh G41/G42
hoặc G40 có :
Vecto đầu=0
Vecto cuối = R và vuông góc với đường lập trình
Nên có đoạn khởi động và kết thúc hiệu chỉnh.
Tốt nhất chọn ngoài phôi.
- Việc bù trừ chỉ có tác dụng trong mặt phẳng nội suy.

BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT CAD/CAM-CNC


ThS NGUYỄN HOÀI NAM

Trang
22
6- LẬP TRÌNH VỚI CẤU TRÚC LẶP, CHƯƠNG TRÌNH CON VÀ MACRO

Để tăng hiệu suất lập trình, giảm chiều dài chương trình thì với những trường
hợp gia công phức tạp về mặt hình dáng hay có tính chất lặp lại về qui trình ta
nên sử dụng lập trình có vòng lặp (loops) hay chương trình con (subprogram)
hay macro.
Các khả năng lập trình này phụ thuộc vào hệ điều khiển.

Vòng lặp Là một chuỗi lệnh được lặp lại nhiều lần với số lần
lặp xác đònh

Cho phép lập trình với các vòng lặp khép kín lồng
nhau (4 cấp)
Chương trình con Là một phần của chương trình chính và có thể gọi
theo yêu cầu
macro Là loại chương trình con có biến số.
Chương trình macro được lưu giữ như chương trình
độc lập với số hiệu riêng trên bộ nhớ và có thể gọi
từ một chương trình chính bất kỳ.


BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT CAD/CAM-CNC


ThS NGUYỄN HOÀI NAM

Trang
23
Chương 2
LẬP TRÌNH THỦ CÔNG PHAY NC

Nội dung

1- Cơ sở lập trình phay
2- THÔNG SỐ NC
3- DIỄN GIẢI TẬP LỆNH ADIMILL
4- VÍ DỤ
5- LẬP TRÌNH VỚI CHƯƠNG TRÌNH CON.

BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT CAD/CAM-CNC


ThS NGUYỄN HOÀI NAM

Trang
24
1- THÔNG SỐ NC
bao gồm các thông số về dụng cụ cắt (tool parameters) và các thông số gia
công (machining parameters)
1.1 THÔNG SỐ DỤNG CỤ