Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng gia công thô trên máy phay cnc bằng dao phay đầu cầu
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.6 MB, 109 trang )
1
..
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
---------------------------------------
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT
LƢỢNG GIA CÔNG THÔ TRÊN MÁY PHAY CNC
BẰNG DAO PHAY ĐẦU CẦU
DƢƠNG VĂN ĐỨC
THÁI NGUYÊN, 2011
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
2
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
--------------------------------------DƢƠNG VĂN ĐỨC
NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG
GIA CÔNG THÔ TRÊN MÁY PHAY CNC BẰNG DAO
PHAY ĐẦU CẦU
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
KHOA ĐÀO TẠO SĐH
TS. Nguyễn Trọng Hiếu
HỌC VIÊN
BGH TRƯỜNG ĐHKTCN
Dƣơng Văn Đức
PGS.TS. Nguyễn Đăng Hịe
Thái Ngun, 2011
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
3
LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan rằng tồn bộ nội dung của luận văn là do tôi thực hiện, các số
liệu sử dụng trong thuyết minh, các kết quả phân tích tính tốn hồn tồn trung thực,
tuyệt đối khơng sao chép của đề tài khác.
Ngƣời thực hiện
Dƣơng Văn Đức
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
4
LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo - TS. Nguyễn Trọng Hiếu, người đã hướng
dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến q trình viết và
hồn chỉnh Luận văn.
Em cũng chân thành cảm ơn ThS. Trần Vũ Minh – Cán bộ Trung tâm EMCO Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ tận tình em trong quá trình thực hiện thí
nghiệm.
Em xin bày tỏ lịng biết ơn đối với các Thầy, Cô giáo Khoa Sau đại học - Trường Đại
học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành Luận văn này.
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn khơng tránh khỏi sai sót, em rất
mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cơ giáo, các nhà khoa học và các bạn
đồng nghiệp.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
5
MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN ......................................................... Error! Bookmark not defined.
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. 4
MỤC LỤC ................................................................................................................... 5
PHỤ LỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU ................................................................... 7
MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 12
CHƢƠNG I ............................................................................................................... 15
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM-CNC ............................................ 15
1.1. Lịch sử phát triển ........................................................................................... 15
1.2. Các hệ thống điều khiển CNC ....................................................................... 16
1.2.1. Điều khiển điểm - điểm ............................................................................ 16
1.2.2. Điều khiển đoạn thẳng ............................................................................. 17
1.2.3. Điều khiển đường ..................................................................................... 17
1.3. Hệ thống tọa độ và các điểm gốc, điểm chuẩn .............................................. 19
1.3.1. Hệ thống tọa độ trên máy CNC ................................................................ 19
1.3.2. Các điểm gốc và điểm chuẩn ................................................................... 22
1.4. Ngôn ngữ và hình thức tổ chức lập trình CNC.............................................. 27
1.4.1. Chương trình gia cơng theo hệ tọa độ tuyệt đối ....................................... 28
1.4.2. Chương trình gia cơng theo hệ tọa độ tương đối ..................................... 28
1.4.3. Chương trình theo hệ tọa độ hỗn hợp ...................................................... 29
1.4.4. Chương trình theo hệ tọa độ độc cực ....................................................... 29
1.4.5. Các hình thức tổ chức lập trình gia công CNC ........................................ 30
CHƢƠNG II ............................................................................................................. 33
PHƢƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG GIA CÔNG THÔ ................... 33
2.1 . Lượng dư gia cơng và vết dao trong q trình gia cơng thơ. ....................... 33
2.1.1. Vết dao trong q trình gia công thô........................................................ 33
2.1.2. Chiều cao nhấp nhô .................................................................................. 34
2.1.3. Vai trò của chất lượng bề mặt chi tiết sau khi gia công thô. ................... 35
2.2. Lý thuyết về lượng dư gia công linh động. ................................................... 36
2.3 .Thiết lập đường dẫn dao cho phương pháp nghiên cứu. ............................... 37
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
6
2.3.1 Bề mặt gia công là mặt phẳng ................................................................... 38
2.3.2. Bề mặt gia công là mặt cong lỏm ............................................................. 41
2.3.3. Bề mặt gia công là mặt cong lồi ............................................................... 43
CHƢƠNG III ............................................................................................................ 48
CÁC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ............................................................................. 48
3.1. Giới thiệu thiết bị thí nghiệm ........................................................................ 48
3.1.1. Máy phay PC MILL 55 ............................................................................ 48
3.1.2. Hệ điều khiển SINUMERIK trên máy phay PC MILL 55 ...................... 51
3.1.2.1. Mã lệnh G .............................................................................................. 51
3.1.2.3. Các chu trình ......................................................................................... 69
3.1.2.4. Các câu lệnh hiệu chỉnh ........................................................................ 87
3.1.2.5. Chương trình con .................................................................................. 92
3.1.2.6. Các lệnh điều khiển trục chính .............................................................. 94
3.2. Tiến hành cắt thử mẫu ................................................................................... 96
3.2.1
Gia công bề mặt phẳng. ......................................................................... 96
3.2.1.1
Gia công bề mặt phẳng theo phương pháp thông thường. ................. 98
3.2.1.2
Gia công bề mặt phẳng theo phương pháp nghiên cứu. ................... 100
3.2.1.3
So sánh 2 mẫu cắt được. ................................................................... 102
3.2.2
Gia công bề mặt cong. ......................................................................... 102
3.2.2.1
Gia công bề mặt cong theo phương pháp thông thường. ................. 103
3.2.2.2
Gia công bề mặt cong theo phương pháp nghiên cứu. ..................... 105
3.2.2.3
So sánh 2 mẫu gia công. ................................................................... 106
Kết luận chương 3............................................................................................... 107
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ............................................................ 108
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 109
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
7
PHỤ LỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU
Chương I.
TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ CAD/CAM-CNC
Hình 1.1
Lịch sử phát triển cơng nghệ CAD/CAM-CNC
Hình 1.2
Điều khiển điểm – điểm
Hình 1.3
Điều khiển đoạn thẳng
Hình 1.4
Điều khiển 2D
Hình 1.5
Điều khiển 3D
Hình 1.6
Điều khiển 2D
Hình 1.7
Điều khiển 4D và 5D
Hình 1.8
Hệ tọa độ trên máy CNC
Hình 1.9
Chiều chuyển động của các trục trên máy CNC
Hình 1.10
Hệ tọa độ trên máy tiện 3D với bàn dao phía sau
Hình 1.11
Hệ tọa độ trên máy phay đứng
Hình 1.12
Hệ tọa độ trên máy phay ngang
Hình 1.13
Điểm gốc và điểm chuẩn trên máy phay đứng và máy tiện
Hình 1.14
Điểm gốc phơi W, gốc chương trình P và gốc máy M
Hình 1.15
Ví dụ chọn điểm W và điểm P khi khoan hệ lỗ
cùng nằm trên một đường trịn
Hình 1.16
Điểm chuẩn P của dao
Hình 1.17
Các điểm gốc của dụng cụ
Hình 1.18
Hệ tọa độ tuyệt đối
Hình 1.19
Hệ tọa độ tương đối
Hình 1.20
Hệ tọa độ hỗn hợp
Hình 1.21
Hệ tọa độ độc cực
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
8
Chương II
PHƢƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG GIA CƠNG THƠ
Hình 2.1
Chiều cao nhấp nhô h và bước tiến dao ngang g
Hình 2.2
Bước tiến của dao phay ngón đầu cầu
Hình 2.3
Bước tiến của dap phay ngón phẳng
Hình 2.4
Q trình gia cơng tinh
Hình 2.5
Đường dẫn dao ở các lớp cắt khác nhau
Hình 2.6
Chiều cao nhấp nhơ và bước tiến dao ngang.
Hình 2.7
Chiều cao nhấp nhơ, chiều sâu cắt và bước tiến ngang
Hình 2.9
Đường dẫn dao khi gia công bề mặt cong lỏm theo phương pháp
thơng thường
Hình 2.10
Đường dẫn dao khi gia cơng bề mặt cong lỏm theo phương pháp
nghiên cứu
Hình 2.11
Lượng dư cịn lại khi gia cơng bề mặt cong lỏm theo phương pháp
nghiên cứu
Hình 2.12
Đường dẫn dao khi gia cơng bề mặt cong lồi theo phương pháp
thơng thường
Hình 2.13
Đường dẫn dao khi gia công bề mặt cong lồi theo phương pháp
nghiên cứu
Hình 2.14
Lượng dư cịn lại khi gia cơng bề mặt cong lồi theo phương pháp
nghiên cứu
Hình 2.8
Mơ phỏng gia cơng trên phần mềm CATIA bằng dao phay đầu cầu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
9
Chƣơng III
TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM CẮT THỬ
Hình 3.1
Máy phay PC MILL 55
Hình 3.2
Gá đặt chi tiết trên máy phay PC MILL 55
Hình 3.3
Bàn phím điều khiển
Hình 3.4
Gia cơng Contour trên máy phay PC MILL 55
Hình 3.5
Sản phẩm trên máy phay PC MILL 55
Hình 3.6
Gia cơng trên máy phay PC MILL 55
Hình 3.7
Chèn vát góc, lượn góc
Hình 3.8
Nội suy cung trịn
Hình 3.9
Nội suy 3 điểm S, E, M
Hình 3.10
Nội suy 2 điểm S, E và R
Hình 3.11
Nội suy với góc chắn cung
Hình 3.12
Nội suy 3 điểm S, E và điểm trung gian
Hình 3.13
Nội suy theo đường xoắn ốc
Hình 3.14
Dừng chính xác
Hình 3.15
Gia cơng theo contour
Hình 3.16
Xác định mặt phẳng làm việc
Hình 3.17
Gia cơng ren
Hình 3.18
Taro
Hình 3.19
Bù bán kính dụng cụ
Hình 3.20
Dịch chuyển tại góc phơi
Hình 3.21
Bù trái G41
Hình 3.22
Bù phải G42
Hình 3.23
Dịch chuyển điểm 0
Hình 3.24
Kích thước tuyệt đối/ tương đối
Hình 3.25
Hệ tọa độ cực
Hình 3.26
Tiếp cận và rời đi của dụng cụ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
10
Hình 3.27
Hướng dịch chuyển với G430/G431
Hình 3.28
Hướng tiếp cận và rời đi của dụng cụ với NORM, KONT
Hình 3.29
Chu trình phay bề mặt 71
Hình 3.30
Phương thức di chuyển của dụng cụ
Hình 3.31
Chu trình phay contour 72
Hình 3.32
Ví dụ chu trình 72
Hình 3.33
Chu trình gia cơng ren 90
Hình 3.34
Ví dụ chu trình 90
Hình 3.35
Ví dụ gia cơng rãnh
Hình 3.36
Gia cơng rãnh dài trên đường trịn
Hình 3.37
Ví dụ Longhole
Hình 3.38
Gia cơng rãnh, rãnh cong trên đường trịn
Hình 3.39
Ví dụ SLOT1
Hình 3.40
Ví dụ SLOT2
Hình 3.41
Gia cơng hốc chữ nhật, hốc trịn
Hình 3.42
Ví dụ Pocket1
Hình 3.43
Ví dụ Pocket2
Hình 3.44
Gia cơng hốc POCKET3/4
Hình 3.45
Ví dụ Pocket3
Hình 3.46
Ví dụ Pocker4
Hình 3.47
Ví dụ chu trình 76
Hình 3.48
Ví dụ chu trình 77
Hình 3.49
Các câu lệnh hiệu chỉnh
Hình 3.50
Tính theo điểm 0 hiện hành G54-G599
Hình 3.51
ATRANS tính theo điểm 0 tồn tại trước đó G54-G599, TRANS
Hình 3.52
Xoay hệ tọa độ
Hình 3.53
Ví dụ xoay hệ tọa độ
Hình 3.54
Lấy tỷ lệ
Hình 3.55
Ví dụ lấy tỷ lệ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
11
Hình 3.56
Lấy đối xứng
Hình 3.57
Ví dụ lấy đối xứng
Hình 3.58
Chương trình với chương trình con
Hình 3.59
Số lần lặp P
Hình 3.60
Gọi chương trình con
Hình 3.61
Các lệnh điều khiển trục chính
Hình 3.62
Dịch chuyển của dụng cụ phía ngồi và phía trong contour
Hình 3.63
Mẫu phơi thí nghiệm
Hình 3.64
Gá đặt phơi
Hình 3.65
Lập chương trình gia cơng
Hình 3.66
Đường dẫn dao theo phương pháp thơng thường
Hình 3.67
Chi tiết đang gia cơng
Hình 3.68
Mẫu gia cơng thơ thu được với chế độ cắt trên
Hình 3.69
Đo sơ bộ kích thước đỉnh nhấp nhơ của chi tiết
Hình 3.70
Đường dẫn dao theo phương pháp mới
Hình 3.71
Lát cắt trên đỉnh nhấp nhơ của phương pháp nghiên cứu
Hình 3.72
Chi tiết đã gia cơng xong bằng phương pháp nghiên cứu
Hình 3.73
Đo sơ bộ kích thước đỉnh nhấp nhơ của chi tiết
Hình 3.74
Hai mẫu gia cơng
Hình 3.75
Phơi gia cơng bề mặt cong
Hình 3.76
Đường dẫn dao theo phương pháp thơng thường
Hình 3.77
Kết quả cắt thử theo phương pháp thơng thường trên phơi nhựa
và phơi nhơm
Hình 3.78
Đường chạy dao theo phương pháp nghiên cứu
Hình 3.79
Kết quả cắt thử theo phương pháp mới trên phơi nhựa và phơi
nhơm
Hình 3.80
Hai mẫu gia cơng với phơi nhơm
Hình 3.81
Hai mẫu gia cơng với phơi nhựa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
12
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học cơng nghệ trên tất cả các
lĩnh vực đòi học các sản phẩm cơ khí ngày càng phải có u cầu cao hơn về chất
lượng sản phẩm, mức độ tự động hóa sản xuất và đặc biệt là chất lượng bề mặt của
chi tiết gia công. Tuy nhiên các máy công cụ vạn năng truyền thống khó có thể đáp
ứng được nhu cầu này. Xuất phát từ thực tế đó, các máy cơng cụ CNC đã được đưa
vào ứng dụng để tạo ra những chi tiết có chất lượng sản phẩm cao phù hợp với nhu
cầu của xã hội.
Phay trên Máy CNC là một trong những nguyên công được ứng dụng rộng rải
để gia cơng các chi tiết có hình dáng phức tạp, phay thô là nguyên công để chuận bị
phôi cho phay tinh. Nếu chất lượng phơi khơng tốt có thể gây hỏng dụng cụ cắt
hoặc tạo ra sản phẩm chất lượng thấp. Ngược lại nếu chất lượng phơi tốt có thể kéo
dài tuổi thọ của dụng cụ cắt và nâng cao chất lượng của chi tiết gia công.
Để tăng khả năng bóc tách kim loại trong q trình gia cơng thơ, nhiều nghiên
cứu đã được tiến hành cũng như nhiều bài báo đã được xuất bản. Ví dụ như, B.
Lauiwers và P.P. Lefebvre [1] đã phát triển một phương pháp gia công thô bề mặt
phức tạp của khuôn đúc trên máy 5 trục, phương pháp này dựa trên công nghệ
chuyển đổi, cơng nghệ này thường được biết tới để tính tốn sự chuyển đổi giữa các
bản đồ điểm ảnh 2D. Dựa trên đường tiến dao kiểu zigzag hoặc contour, 3 modul
xây dựng mã lệnh NC cho việc gia công thô bề mặt khắc được giới thiệu bởi Tao và
Ting [2] với mục đích đạt được đường tiến dao hiệu quả nhất trong một khoảng thời
gian gia công nhất định.
Những phương pháp trên rất hiệu quả và một vài phương pháp đã được áp dụng
vào thực tế. Tuy nhiên, bề mặt tinh hay biên dạng của phần vật liệu dư trong những
nghiên cứu trên không được đưa ra như một yếu tố quan trọng hoặc bị loại bỏ hẳn.
Trên thực tế, hình dáng và kích thước của phần vật liệu dư có ảnh hưởng lớn trong
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
13
một vài ứng dụng. Ví dụ trong gia cơng tốc độ cao, để đáp ứng yêu cầu là chiều sâu
cắt khơng đổi cần phải có dụng cụ cắt khơng bị gãy trong q trình gia cơng. Những
biên dạng chi tiết không đồng đều sẽ dẫn đến sự biến đổi lực cắt, từ đó có thể gây ra
gãy dụng cụ cắt. Để đạt được bề mặt gia công tinh tốt hơn, địi hỏi phải có thêm lần
gia cơng cũng như thêm thời gian gia cơng. Nếu như gia cơng thơ có thể đem lại
chất lượng bề mặt gia công tinh tốt hơn, từ đó có thể loại bỏ được lần gia công bán
tinh dẫn đến giảm thời gian gia công, và giảm giá thành sản phẩm. Tuy nhiên, cho
tới nay, chưa có nghiên cứu nào về việc tăng chất lượng bề mặt sau gia công thô
được tiến hành.
Xuất phát từ thực tế đó tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu phƣơng pháp nâng
cao chất lƣợng gia công thô trên máy phay CNC bằng dao phay đầu cầu” làm
đề tài tốt nghiệp.
2. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học của đề tài:
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.
- Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ ứng dụng vào việc nâng cao chất lượng gia
công thơ trên máy phay CNC.
3. Mục đích của đề tài
- Mục đích của đề tài là nghiên cứu một phương pháp gia công thô bằng cách
xem xét đến lượng dư gia cơng linh động trong q trình gia cơng. Mục đích của
phương pháp là xây dựng đường chạy dao tối ưu dựa trên lượng dư mà đường chạy
dao trước đó để lại, và cắt đi phần lượng dư này. Từ đó đem lại chất lượng bề mặt gia
cơng thơ tốt hơn mà không làm tăng thời gian gia công khi phay thô trên máy CNC.
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là máy phay EMCO Concept Mill 55 sử dụng
hệ điều khiển SINUMERIK.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
14
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
- Nghiên cứu lý thuyết về công nghệ gia công trên máy phay CNC.
- Nghiên cứu thực nghiệm tiến hành trên máy phay EMCO Concept Mill
5. Phạm vi nghiên cứu
Trong khuôn khổ của đề tài, tác giả tập trung nghiên cứu công nghệ gia công
trên máy phay EMCO Concept Mill 55 từ đó tiến hành cắt thử mẫu theo phương
pháp nghiên cứu và phương pháp thông thường để so sánh kết quả.
6. Cấu trúc luận văn
Nội dung nghiên cứu bao gồm:
Chương 1: Tổng quan về công nghệ CAD/CAM- CNC.
Chương 2: Phương pháp nâng cao chất lượng gia công thơ.
Chương 3: Tiến hành thí nghiệm và cắt thử.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
15
CHƢƠNG I
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM-CNC
1.1. Lịch sử phát triển
Hình 1.1 Lịch sử phát triển cơng nghệ CAD/CAM-CNC
Năm 1952 máy điều khiển số NC (Numerical Control) đầu tiên ra đời và
chương trình gia cơng được lập trình theo ngơn ngữ APT (Automatically
Programmed Toolls) do viện nghiên cứu Masschusetts tạo ra. Khơng lâu sau đó bắt
đầu xuất hiện khái niệm CAD (Computer Aided Design).
Vào những năm 70 các hệ điều khiển CNC (Computer Numerical Control),
ngoài các chức năng riêng của hệ NC thì hệ CNC cịn có thể thực hiện được nhiều
chức năng khác nhau, nó có bộ phận lưu giữ chương trình và có thể thay đổi được
chương trình gia công.
Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ tin học với sự xuất hiện của các máy vi
tính hiện đại cho khả năng ghép nối quá trình thiết kế với q trình gia cơng thành
một dự án tổng thể với sự trợ giúp của máy vi tính đã tạo ra công nghệ CAD/CAM
(Computer Aided Manufacturing) và không lâu sau đó là các hệ thống sản xuất linh
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
16
hoạt FMS (Flexible Manufacturing System).
Hệ thống sản xuất tích hợp CIM (Computer Intergrated Manufacturing) bắt đầu
xuất hiện từ những năm 80. Mục tiêu của CIM là gia công tự động linh hoạt, nó cho
khả năng gia cơng đạt hiệu quả kinh tế cao ngay cả khi số lượng gia công không lớn.
1.2. Các hệ thống điều khiển CNC
Tùy thuộc vào yêu cầu của từng loại máy và cơ cấu điều khiển, hệ điều khiển có
thể chia thành 3 loại cơ bản: điều khiển điểm – điểm; điều khiển đoạn thẳng và điều
khiển đường (tuyến tính hoặc phi tuyến). Trong đó các máy điều khiển đường có
khả năng điều khiển điểm – điểm và điều khiển đoạn thẳng.
1.2.1. Điều khiển điểm - điểm
Với các máy loại này, trong q trình gia
cơng dụng cụ được định vị nhanh đến vị trí
tọa độ u cầu. Trong q trình dịch chuyển
nhanh dụng cụ khơng thực hiện quá trình cắt
gọt, chỉ đến khi đến tọa độ yêu cầu dụng cụ
mới thực hiện quá trình gia cơng cắt gọt. Các
máy có hệ điều khiển loại này là: máy khoan,
khoét, doa, máy hàn điểm, đột, dập..
Ví dụ khi gia cơng hai lỗ A và B ta có thể
thực hiện như sau:
Hình 1.2. Điều khiển điểm – điểm
Trước hết, cho dụng cụ chạy nhanh đến điểm A, sau đó thực hiện gia cơng lỗ A,
sau khi gia cơng xong lỗ A dụng cụ rút ra khỏi lỗ và chạy nhanh đến vị trí B. Sau
khi đến vị trí B dụng cụ thực hiện gia công lỗ B, sau đó rút dụng cụ ra khỏi lỗ và kết
thúc quá trình gia cơng. Việc dịch chuyển dụng cụ từ A đến B có thể thực hiện theo
2 cách được biển diễn trên hình 1.2.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
17
1.2.2. Điều khiển đoạn thẳng
Với các máy loại này, trong quá trình
dịch chuyển theo các trục tọa độ dụng cụ vẫn
thực hiện q trình gia cơng. Ví dụ khi thực
hiện phay các bề mặt song song với các trục tọa
độ hoặc khi tiện các chi tiết dụng cụ thực hiện
các chuyển động cắt gọt theo phương X hoặc Z.
Hình 1.3. Điều khiển đoạn thẳng
1.2.3. Điều khiển đƣờng
Ngoài các chức năng điều khiển điểm và điều khiển theo đoạn thẳng, các máy
CNC cịn có khả năng điều khiển dụng cụ chuyển động theo các đường bất kỳ trong
mặt phẳng hoặc trong không gian để thực hiện gia công cắt gọt.
Tùy thuộc vào đường được điều khiển là phẳng hay không gian mà người ta có
thể bố trị số trục được điều khiển đồng thời là bao nhiêu. Cũng từ nguyên nhân này
mà xuất hiện thuật ngữ máy 2D (Dimention), 3D, 4D, 5D (tức là máy có số trục
được điều khiển đồng thời theo quan hệ ràng buộc). Ngày nay các thuật ngữ này đã
được chuẩn hóa và sử dụng rất phổ biến.
Điều khiển 2D
Dạng điều khiển này cho phép dịch chuyển
dụng cụ trong một mặt phẳng nhất định nào đó. Ví
dụ trên máy tiện dụng cụ sẽ dịch chuyển trong mặt
phẳng XOZ để tạo nên đường sinh của chi tiết còn
trên các máy phay 2D dụng cụ sẽ thực hiện các
chuyển động trong mặt phẳng XOY để tạo nên các
đường rãnh, đường cong hay mặt bậc có biên dạng
bất kỳ.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
Hình 1.4. Điều khiển 2D
18
Điều khiển 3D
Dạng điều khiển này cho phép dịch chuyển
dụng cụ trong một 3 mặt phẳng đồng thời để tạo
nên một đường cong hay một mặt cong bất kỳ
trong không gian. Điều này tương ứng với quá
trình điều khiển đồng thời cả 3 trục của máy
theo quan hệ ràng buộc để tạo nên quỹ đạo của
dụng cụ theo yêu cầu.
Hình 1.5. Điều khiển 3D
Điều khiển 2D
Dạng điều khiển này cho phép dịch chuyển
dụng cụ theo 2 trục đồng thời để tạo nên một
đường cong phẳng, còn trục thứ 3 được điều
khiển chuyển động độc lập. Sự khác biệt ở dạng
điều khiển này so với dạng điều khiển dạng 2D
là hai trục được điều khiển đồng thời có khả
năng đổi chỗ cho nhau. Điều này có nghĩa là có
thể thực hiên các đường cong 2D trong các mặt
Hình 1.6. Điều khiển 2D
phẳng XOY hoặc XOZ hoặc YOZ.
Điều khiển 4D, 5D
Dựa trên cơ sở của điều khiển 3D, người ta còn bố trí cho dụng cụ hoặc chi tiết
có thêm 1 chuyển động quay (hoặc 2 chuyển động quay) xung quanh 1 trục nào đó
theo một quan hệ ràng buộc với các chuyển động trên các trục khác của máy 3D.
Với khả năng như vậy, các bề mặt phức tạp hay các bề mặt có trục quay có thể được
thực hiện dễ dàng hơn so với gia cơng trên máy 3D.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
19
Mặt khác, vì lý do cơng nghệ nên
có những bề mặt khơng thể thực hiện
gia cơng bằng 3D vì có thể tốc độ cắt sẽ
khác nhau hoặc sẽ có những điểm có
tốc độ cắt bằng 0 (ví dụ tại đỉnh của dao
phay đầu cầu) hay lưỡi cắt của dụng cụ
không thể thực hiện việc gia cơng theo
mong muốn (ví dụ như góc cắt khơng
Hình 1.7 Điều khiển 4D và 5D
thuận lợi hay có thể bị va chạm giữa
dao với chi tiết…)
Tóm lại, tùy thuộc vào yêu cầu bề mặt gia cơng cụ thể mà có thể lựa chọn máy
thích hợp vì máy càng phức tạp thì giá thành máy càng cao và phải bổ xung thêm
nhiều công cụ khác. Hơn nữa, máy càng phức tạp thì tính an tồn trong vận hành và
sử dụng càng thấp (dễ bị va chạm vào phơi và máy). Vì vậy, để sử dụng các máy
nhiều trục người điều khiển cần thành thạo và có kinh nghiệm trong điều khiển máy
theo chương trình số 2D và 3D.
1.3. Hệ thống tọa độ và các điểm gốc, điểm chuẩn
1.3.1. Hệ thống tọa độ trên máy CNC
Để tính toàn quỹ đạo chuyển
động của dụng cụ, cần thiết phải
gắn vào chi tiết một hệ trục tọa
độ. Thông thường trên các máy
CNC người ta thường sử dụng hệ
tọa độ Đê-các OXYZ theo quy
tắc bàn thay phải (hệ tọa độ Hình 1.8. Hệ tọa độ trên máy CNC
thuận).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
20
Gốc của hệ trục tọa độ có thể đặt tại bất kỳ điểm nào trên chi tiết (về mặt
nguyên tắc), nhưng thông thường người ta sẽ chọn những điểm thuận lợi cho việc
lập trình, đồng thời để dễ dàng kiểm tra kích thước theo bản vẽ chi tiết gia cơng mà
khơng phải thực hiện nhiều bước tính tốn bổ xung.
Một số điểm mang tính quy ước là trên các máy CNC, chi tiết gia công được
xem là cố định và ln gắn với hệ tọa độ cố định, cịn mọi chuyển động tạo hình và
cắt gọt đều do dụng cụ thực hiện. Trong thực tế, điều này đôi khi là ngược lại, ví dụ
trên máy phay thì chính bàn máy mang phơi thực hiện chuyển động tạo hình, cịn
dụng cụ chỉ thực hiện chuyển động cắt gọt.Vì vậy, khi sử dụng máy CNC cần ln
tạo ra thói quen để tránh nhầm lẫn đáng tiếc có thể gây nguy hiểm cho dụng cụ và
con người.
Theo quy ước chung, phương của trục chính máy là phương của trục OZ, cịn
chiều dương của nó được quy ước là khi dao tiến ra xa khỏi chi tiết.
Hình 1.9. Chiều chuyển động của các trục trên máy CNC
Ví dụ, với máy tiện 2D thơng thường thì trục chính nằm ngang và trùng với
phương OZ của hệ tọa độ, chiều dương hướng ra khỏi ụ chính (hướng về phía bàn
dao). Phương chuyển động của bàn xe dao theo hướng kính là phương OX và chiều
dương của nó là hướng ra xa bề mặt chi tiết gia công.
Đối với máy phay thẳng đứng, trục Z hướng theo phương thẳng đứng lên trên, còn
trục X và trục Y được xác định theo quy tắc bàn tay phải, tuy nhiên trong thực tế
các nhà chế tạo lại thường ưu tiên chọn trục X là trục mà có chuyển động bàn máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
21
dài hơn… Đối với các chuyển động quay xung quanh các trục tương ứng X, Y, Z
được xác định bằng các ký hiệu A, B, C sẽ được xác định là dương khi chiều quay
của nó có hướng thuận chiều kim đồng hồ khi nhìn theo chiều dương của các trục
tọa độ tương ứng (khi nhìn vào gốc hệ trục tọa độ từ phía các trục thì chiều quay
của chúng là ngược chiều kim đồng hồ). Ngồi ra, cịn một số chuyển động phụ
song song với các trục tương ứng với X, Y, Z là các chuyển động có ký hiệu U, V,
W và hướng của chúng được biểu diễn trên hình 1.9.
Hệ tọa độ trên máy tiện
Máy tiện thường có hai loại 2D và 3D, trong đó loại 2D phổ biến hơn vì nó có
thể gia cơng được tất cả các bề mặt trụ ngồi hoặc trụ trong có đường sinh bất kỳ.
Các máy tiện 3D được bố trí thêm trục quay thứ 3 là trục quay của trục chính
(thường gọi là trục C – quay quanh OZ) và trên đầu dao Rovonve cịn có một
chuyển động quay của dụng cụ tạo nên vận tốc cắt để thực hiện các công việc như
khoan, khoét, doa các lỗ đồng tâm hay lệch tâm với tâm chi tiết hoặc phay các rãnh
then, rãnh cam thùng trên chi tiết gia công. Chiều quay của trục C là cùng chiều kim
đồng hồ nếu nhìn theo hướng của trục Z.
Hình 1.10. Hệ tọa độ trên máy tiện 3D với bàn dao phía sau
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
22
Hệ tọa độ trên máy khoan, máy phay đứng
Với máy khoan và máy phay
đứng, trục chính của máy hướng theo
phương thẳng đứng và trùng với
phương của trục OZ trong hệ Đê-các,
chiều dương của trục OZ hướng lên
trên. Trục OX và OY là hai trục nằm
trên bàn máy với quy ước chọn OX là
trục có chiều dài dịch chuyển lớn hơn.
Chiều dương của trục OX có hướng
sang bên phải khi nhìn từ trục chính
xuống chi tiết gia cơng (nhìn ngược
Hình 1.11. Hệ tọa độ trên máy phay đứng
chiều với chiều dương của trục OZ)
Hệ tọa độ trên máy phay nằm ngang
Trục chính máy phay ngang là
nằm ngang theo phương của trục OZ,
chiều dương của trục OZ hướng vào
máy. Trục OX nằm trên mặt phẳng
định vị của chi tiết (hoặc song song
với mặt phẳng định vị) và chiều dương
của OX hướng về phía trái nếu nhìn
theo hướng trục chính.
Hình 1.12. Hệ tọa độ trên máy phay ngang
1.3.2. Các điểm gốc và điểm chuẩn
Điểm gốc máy (M)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
23
Q trình gia cơng trên máy CNC được thiết lập bằng một phương trình mơ tả
quỹ đạo chuyển động tương đối giữa lưỡi cắt của dụng cụ và phơi. Vì vậy, để đảm
bảo việc gia cơng đạt độ chính xác thì các dịch chuyển của dụng cụ phải được so
sánh với điểm 0 (điểm zero) của hệ thống đo lường và được gọi là điểm gốc của hệ
tọa độ máy hay gốc đo lường M. Các điểm M được nhà chế tạo quy định trước.
Điểm chuẩn của máy (R)
Để giám sát và điều chỉnh kịp thời quỹ đạo chuyển động của dụng cụ, cần thiết
phải bố trí một hệ thống đo lường để xác định quãng đường thực tế (tọa độ thực) so
với tọa độ lập trình. Trên các máy CNC người ta đặt các mốc để theo dõi các tọa độ
thực của dụng cụ trong quá trình dịch chuyển, vị trí của dụng cụ ln ln được so
sánh với gốc máy M. Khi bắt đầu đóng mạch điều khiển của máy thì tất cả các trục
phải được chạy về một điểm chuẩn mà giá trị tọa độ của nó so với điểm M phải luôn
luôn không đổi và do các nhà chế tạo quy định. Điểm đó gọi là điểm chuẩn của máy
R. Vị trí của điểm chuẩn được tính tốn chính xác từ trước bởi một cữ chặn lắp trên
bàn trượt và các cơng tắc hành trình. Do độ chính xác vị trí của các máy CNC rất
cao (cỡ 0,001mm) nên khi dịch chuyển trở về điểm chuẩn của các trục thì ban đầu
nó chạy nhanh khi đến gần vị trí thì chuyển sang chế độ chạy chậm để định vị chính
xác.
Hình 1.13. Điểm gốc và điểm chuẩn trên máy phay đứng và máy tiện
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
24
Điểm gốc phôi (W)
Khi bắt đầu gia công, cần phải tiến hành xác định tọa độ của điểm gốc phôi so
hoặc điểm gốc chương trình so với điểm gốc máy (M) để xác định và hiệu chỉnh hệ
thống đo lường dịch chuyển.
Điểm gốc phôi W xác định hệ tọa độ của phôi trong quan hệ với điểm gốc máy
M. Điểm W được chọn bởi người lập trình và được đưa vào hệ điều khiển CNC khi
cài đặt số liệu máy trước gia cơng.
Điểm gốc phơi W có
thể được chọn tùy ý bởi
người lập trình trong
phạm vi khơng gian làm
việc của máy và chi tiết.
Tuy vậy, nên chọn điểm
W nằm trên phơi để
thuận tiện khi xác định Hình 1.14. Điểm gốc phơi W, gốc chương trình P và
các thơng số giữa W và gốc máy M
M.
Giả sử với chi tiết tiện, người ta chọn điểm W đặt dọc theo trục quay (tâm trục
chính máy tiện) và có thể chọn đầu mút trái hay đầu mút phải của phôi. Đối với chi
tiết phay, nên lấy một điểm nằm ở góc phơi làm điểm W.
Điểm gốc chương trình (P)
Tùy thuộc vào bản vẽ chi tiết gia cơng mà người ta sẽ có một hay một số điểm
chuẩn để xác định tọa độ của các bề mặt khác. Trong trường hợp đó, điểm này được
gọi là gốc chương trình P (Programmed).Thực tế trong quá trình gia cơng, nếu chọn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
25
điểm gốc phơi W trùng với điểm gốc chương trình P thì chương trình sẽ càng thuận
lợi cho quá trình lập trình vì khơng phải thực hiện nhiều phép tính tốn bổ xung.
Hình 1.15. Ví dụ chọn điểm W và điểm P khi khoan hệ lỗ
cùng nằm trên một đường trịn
Điểm gá đặt (C)
Là điểm tiếp xúc giữa phơi và đồ gá trên máy, nó có thể trùng với điểm gốc của
phôi W trên máy tiện. Thông thường khi gia cơng người ta phải tính đến lượng dư
và do đó điểm gá đặt C chính là bề mặt chuẩn để xác định kích thước của phơi.
Điểm gốc của dụng cụ
Để đảm bảo q trình gia cơng chi tiết với việc sử dụng nhiều dao và mỗi dao
có hình dạng và kích thước khác nhau được chính xác, cần phải có các điểm gốc của
dụng cụ.Điểm gốc của dụng cụ là những điểm cố định và nó được xác định tọa độ
chính xác so với các điểm M và R. Có ba điểm gốc của dụng cụ là điểm chuẩn dao
P, điểm gá đặt dao (N và E) và điểm thay dao.
Điểm chuẩn dao P
Điểm chuẩn của dao là điểm mà từ đó chúng ta lập chương trình chuyển động
trong q trình gia cơng.Đối với dao tiện, người ta chọn điểm nhọn của mũi dao và
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
