Nghiên cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC

uộc các ngành khác nhau như dệt, may mặc và chế tạo máy . Thời kỳ đổi mới đất nước ta đã chủ trương phát triển ngành cơ khí chế tạo thành ngành công nghiệp chủ đạo và không ngừng cải tiến và chuyển đổi trang thiết bị máy móc hiện đại để phục vụ sản xuất cho năng xuất cao. Chúng ta đã dần dần đưa các máy điều khiển theo chương trình số. Đây là điều kiện kỹ thuật cơ bản để thực hiện những dự án tự động hoá linh hoạt trên từng máy công cụ điều khiển số riêng lẻ hay ở các trung tâm gia công điều khiển số. Cũng như việc ghép nối chúng thành một hệ thống linh hoạt, điều khiển liên thông bằng các máy điện toán nối mạng. Với thời gian thực tập tốt nghiệp sáu tuần chúng em đã được thày giáo Nguyễn Công Nguyên hướng dẫn nghiêm cứu hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC. Chúng em đã biệt được sự khác biệt của máy công cụ CNC và máy công cụ thông thường,những ưu nhược điểm,những khái niệm cơ bản về máy công cụ CNC và quá trình gia công trên máy công cụ CNC bằng điều khiển kỹ thuật số. Chương I Chức năng và nguyên lý máy công cụ cnc Máy công cụ CNC & máy công cụ thông thường,những ưu điểm cơ bản của máy điều khiển số. Máy công cụ thông thường Khi thực hiện gia công trên máy thông thường người công nhân thường phải dùng tay để điều khiển máy, người công nhân căn cứ vào phiếu nguyên công để cắt gọt chi tiết nhằm đảo bảo các yêu cầu kỹ thuật đặt ra. Trong những trường hợp như vậy năng suất và chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào rất nhiều tay nghề của công nhân, nếu so với các máy điều khiển số thì máy công cụ thông thường còn rất nhiều hạn chế tuy nhiên máy công cụ thông thường vẫn được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam với lý do giá thành thấp và thuận tiện cho công việc sửa chữa và cho nền sản xuất còn đang ở trình độ thấp. Máy công cụ CNC Máy công cụ CNC là bước phát triển từ máy NC ( thế hệ sau máy công cụ thông thường). Các máy CNC có một máy tính để thiết lập phần mềm để điều khiển chức năng dịch chuyển của máy. Các chương trình gia công được đọc cùng một lúc và được lưu trữ vào trong bộ nhớ, khi gia công máy tính đưa các câu lệch vào điều khiển máy. Máy công cụ CNC có khả năng thực hiện các chức năng như : nội suy đường thẳng, cung tròn, mặt xoắn, mặt parabol và bất kỳ mặt bậc ba nào, máy CNC cũng có khả năng bù chiều dài và đường kính dụng cụ.Tất cả các chức năng trên đêù được nhờ một phần mềm cửa máy tính, các chương trình lập ra đều có thể được lưu trữ vào đĩa cứng hoặc đĩa mềm. So với máy công cụ thông thường thì máy công cụ CNC có khả năng tự động hoá, độ chính xác cũng như chất lượng sản phẩm khi gia công rất cao. Quá trình điều khiển chuyển động giữa các trục của máy thay vì phải điều khiển bằng tay trên máy công cụ thông thường, thì máy công cụ điều khiển theo chương trình số công việc này được các động cơ dẫn động đảm nhiệm,chạy theo biên dạng của chi tiết theo một chương trình đã được lập ( hình vẽ) ưu nhược điểm của máy công cụ CNC a)Tính năng tự động cao Các máy ứng dụng kỹ thuật CNC đạt tốc độ dịch chuyển lớn.Trong lĩnh vực gia công cắt gọt, máy công cụ CNC có năng suất cắt gọt cao và giảm được tối đa thời gian phụ, do mức tự động hoá nâng cao vượt bậc Tính linh hoạt cao Với một tổ chức công tác chuẩn bị sản xuất và chuẩn bị môi trường xung quanh vùng làm việc, máy CNC có thể dễ dàng thay đổi chương trình gia công, thiết thực với các loại chi tiết khác nhau, thời gian chuẩn bị và hiệu chỉnh kỹ thuật tại khu vực làm việc giảm đáng kể.Thời gian thay dao được thực hiện nhanh chóng, chính xác có thể chuẩn bị dao ở vùng ngoại vi và nạp trở lại vào ổ tích dao chuyên dùng gắn trên máy Máy điều khiển kỹ thuật số có thể thực hiện một lúc nhiều chuyển động khác nhau, tự động điều chỉnh sai số dao cụ, tự động khiểm tra kích thước chi tiết và qua đó tự động hiệu chỉnh sai lệch vị trí tương đối giữa dao và chi tiết Máy công cụ gia công được loạt chi tiết nhỏ, phản ứng một cách linh hoạt khi nhiệm vụ công nghệ thay đổi và điểm quan trọng nhất là việc lập trình gia công có thể thực hiện được ngoài máy, trong văn phòng có sự hỗ trợ của kỹ thuật tin học thông qua các thiết bị vi tính, vi xử lý,…. Tính năng tập chung nguyên công cao Đa số các máy CNC đều có thể thực hiện một số lượng lớn các nguyên công khác nhau mà không cần thay đổi vị trí gá đặt của chi tiết Tính năng chính xác, đảm bảo chất lượng gia công Độ chính xác lập lại đặc trưng cho mức độ ổn định trong suốt quá trình đảm bảo chất lượng gia công cao, là ưu việt tuyệt đối của các máy điều khiển kỹ thuật số Bản thân nguyên tắc điều khiển theo chương trình số là đảm bảo cơ bản của độ chính xác gia công trên máy. Ngoaì ra máy CNC còn có điều kiện khai thác tối đa các chế độ cắt gọt, các nguyên lý cắt và phương án gá đặt, đảm bảo độ chính xác cao, ổn định chất lượng sản phẩm. Năng suất, tính hiệu quả kinh tế_ kỹ thuật cao Sự lựa chọn thế hệ máy CNC ngày nay trở thành một đặc tính cần thiết có tầm quan trọng, quyết định đối với các xí nghiệp công nghiệp. Nhiều nghiêm cứu đã dự báo về khả năng phát triển, khả năng lợi nhuận và khả năng tái sản xuất tiềm tàng đã thuyết phục giới công nghiệp ngày càng tiến tới phổ cập kỹ thuật điều khiển số cho máy công cụ. Cùng với quá trình thiết kế các môđun sản phẩm mới, người ta đặc biệt chú ý rằng thiết kế kết cấu chi tiết máy cần phải định hướng sao cho chỉ có thế hệ máy điều khiển số mới gia công được Hệ thống điều khiển theo chương trình số Nguyên tắc cấu trúc Điều khiển theo chương trình số ( numerical control). Là phương pháp tự động điều khiển các máy móc, trong đó các hành động được sản sinh trên cơ sở cung cấp các dữ liệu ở dạng mã chữ cái + các con số và các ký tự đặc trưng,hợp thành một chương trình làm việc. Điều khiển CNC cũng là phương pháp tự động hoá các chức năng của máy tính với tính linh hoạt cao, được thể hiện ở sự thích ứng rất dễ dàng với các công việc gia công khác nhau. Đó là con đường can thiệp sâu và trực tiếp của quá trình xử lý thông tin trong các hoạt động sản xuất, không tách rời phạm trù của tin học ứng dụng. Máy công cụ điều khiển theo chương trình số là những máy công cụ làm việc với các hệ thống ngắt và hệ lệch đường dịch chuyển trên cơ sở cung cấp các dữ liệu của công nghệ gia công cắt gọt ở dạng mã nói trên. Những hệ lệnh này được tổ chức theo một chương trình gia công chặt chẽ chính xác. Nguyên tắc của cấu trúc CNC được thể hiện như trên hình vẽ : Vật mang tin HTđo Bàn máy Điều khiển So sánh Bàn máy Nội suy Hệ lệnh đóng/ngắt Nhớ Đọc Bản vẽ Lập trình Vật mang tin Hình 1: Sơ đồ hệ thống điều khiển số trên máy công cụ CNC Từ bản vẽ chế tạo chi tiết và những số liệu kỹ thuật, số liệu công nghệ yêu cầu,một chương trình gia công được thiết lập gồm từng bước chương trình kế tiếp nhau. Chương trình này được số hoá và ghi vào vật mang tin bởi một cốt mã tương thích. ở các thế hệ CNC ban đầu, vật mang tin có thể là băng đục lỗ hoặc băng từ(catssete), đĩa từ (disk) với sự phát triển của máy CNC sau này người ta dùng bộ máy tính trung tâm. Trong nguyên tắc DNC(trong nguyên tắc vận hành DNC, các máy CNC được một thiết bị điện toán trung tâm cung cấp trực tiếp các chương trinh gia công. Các chương trình gia công được ghi nhớ trên đĩa từ và được nạp vào máy điện toán trung tâm, từ đó nó có thể truyền đi thông qua các đường dây chuyền tải dữ liệu đến các bộ nhớ nội tại của CNC) hoặc bộ nhớ của cụm máy tính cài đặt ngay bên trong của máy công cụ ( trong nguyên tắc CNC) để ghi nhận chương trình. Quá trình xử lý đến bước này được coi là xử lý ngoài máy . Tiếp theo là quá trình xử lý bên trong. Các dữ liệu ghi trên vật mang tin được tiếp nhận thông qua bộ đọc, bộ đọc có nhiệm vụ kiểm tra các thông tin đã được đọc về hình thức cấu tin ( tính chẵn của số bít trong mã số ISO ) và ngừng ngay quá trình đọc khi phát hiện cấu trúc tin bị mắc lỗi. Sau đó các thông tin này được chuyển vào bộ nhớ và bộ nhớ chương trình đảm bảo chuẩn bị và thực hiện chuẩn bị các bước song song ( xử lý đông thời) các thông tin của một công đoạn gia công vốn đã được đọc vào theo thứ tự từng bước ( dạng chuyển động, toạ độ của điểm kết thúc chuyển động, tốc độ trên đường biên dạng, số vòng quay và chiều quay trục chính), dụng lượng của các bộ nhớ trong các hệ CNC hiện đại cho phép nội dung thông tin của nhiều chương trình con được lưu trữ cùng một lúc trong bộ nhớ. Từ bộ nhớ thông tin này được chuyển qua bộ nội suy và bộ nội suy tính toán hiệu chỉnh đảm bảo các dữ liệu của chương trình đọc vào phù hợp với không gian làm việc của máy, hình thành nên bên dạng của chi tiết cần gia công trong một dung sai xác định. Các tín hiệu điện được bộ lọc chuyên đổi từ các thông tin cần đưa vào thành tín hiệu tương tự ( tín hiệu điện), tín hiệu này hình thành giá trị “Cần” của vị trí bàn máy ( trong hệ lệnh về hường dịch chuyển ). Nó được dẫn tới bộ so sánh theo một “ nhịp” điều khiển xấc định. Giá trị “ thực “ về vị trí bàn máy được thu thập thông qua hệ thống đo lường dịch chuyển và cũng được dẫn tới bộ so sánh . Kết quả đưa ra từ bộ so sánh giá trị “ Cần_ Thực” trở thành những tín hiệu điều khiển tự động cấp cho hệ thống truyền động, nhằm đạt tới vị trí chính xác mong muốn của bàn máy. Đến khi kết quả so sánh cặp giá trị “ Cần _ Thực” bằng “ Không”, tín hiệu điều khiển không còn nữa và hệ thống truyền động ngừng lại. Quá trình trên đây được thực hiện trên nguyên tắc đường tác dụng “ kín”(hình a ). Còn trên ( hình b ), lại mô tả một hệ điều khiển theo nguyên tắc đường tác dụng hỡ. ở đây, các thông tin đã ghi nhận được truyền động thẳng tới hệ truyền động thông qua cụm điều khiển. Giá trị “ Thực” không được thu thập và phản hồi trên đường tác dụng “hở”. Đối với hệ lệnh đóng/ ngắt quá trình cũng diễn ra tượng tự, chúng được ghi nhớ, xử lý và truyền đạt tới các khâu điều chỉnh và những chu kỳ làm việc thích hợp . Các dạng điều khiển trong điều khiển số Các dạng máy công cụ khác nhau, các bề mặt tạo hình khác nhau đòi hỏi những chuyển động tương đối rất khác nhau giữa dao cụ và chi tiết gia công. Các dạng điều khiển số đó cũng được phân thành : _ Điều khiển điểm _ Điều khiển đoạn thẳng hay điều khiển đường thẳng _ Điều khiển biên dạng ( điều khiển contour) Điều khiển điểm Với các máy khoan, doa, cắt ren lỗ, chi tiết gia công phải được định vị tại một điểm cố định trên bàn máy.Trong quá trình định vị, dao không vào cắt, chuyển động trên các trục riêng lẻ, lúc này không có rằng buộc bởi các quan hệ hàm số,tốc độ của các yếu tố định vị không phụ thuộc vào yếu tố công nghệ .Nghĩa là khi đạt tới các điểm đích dao bắt đầu cắt.Tuy nhiên có trường hợp dao không dịch chuyển mà bàn máy dịch chuyển. Mục đích cần đạt là các kích thước a, b, c, d, e phải chính xác, còn các quỹ đạo chuyển động của dao hay bàn máy đều không có ý nghĩa lắm ( hình vẽ) Vị trí của các lỗ có thể được điều khiển đồng thời trên hai trục ( hình vẽ) hoặc điều khiển kế tiếp nhau ( hình vẽ).Trong trường hợp chạy dao đồng thới trên hai trục X,Y thì quỹ đạo trở thành một góc so với trục nào đó.trên hình vẽ góc hợp thành quỹ đạo chuyển động của dao và trục X là góc Hình 2 : Điều khiển điểm-điểm điều khiển đồng thời hai trục điều khiển kế tiếp Hình 1-3 : Các dạng chạy dao trong điều khiển điểm - điểm Trong trường hợp chạy dao độc lập thì trước hết dao chạy song song với trục Y tới điểm 1’ ( toạ độ X không đổi ) sau đó chạy dao theo trục X để tới điểm 2. Như vậy chuyển động dao theo các trục là hoàn toàn độc lập nhau Điều khiển đường thẳng Điều khiển đường thẳng là dạng điều khiển mà khi gia công dụng cụ cắt thực hiện một lượng chạy dao theo một đường thẳng nào đó. Trên máy tiện dụng cụ cắt chuyển động song song hoặc vuông góc trục của chi tiết ( trục Z) hình vẽ. Trên hình vẽ là máy phay dụng cụ cắt chuyển động song song với trục X. Trong cả hai trường hợp trên dụng cụ cắt chuyển động độc lập theo từng trục ( không có quan hệ ràng buộc khác ). Dạng điều khiển này dùng cho máy phay và máy tiện điều khiển theo chương trình số. Điều khiển theo biên dạng Điều khiển theo biên dạng (contour) cho phép chạy dao trên nhiều trục cùng một lúc, vị trí trên hình vẽ ở máy tiện và trên máy phay Trong cả hai trường hợp trên dụng cụ cắt chuyển động đồng thời theo hai trục để tạo ra một biên dạng vừa có phần thẳng vừa có phần cong . Trong đó các chuyển động theo các trục có quan hệ hàm số rằng buộc với nhau .Dạng điều khiển này ứng dụng trên các máy tiện và máy phay các trung tâm gia công, (máy công cụ tự động đa chức năng có quá trình trao đổi dao tự động,thực hiện nhiều công nghệ khác nhau như khoan,phay,cắt ren, tiện rộng,..).Tuỳ theo số trục được điều khiển đồng thời khi gia công để phân biệt thành điều khiển contour 2D, điều khiển contour 2,5D và điều khiển 3D (D= Đimension hay kích thước ) Chương II Khái niện về máy công cụ CNC I. Chức năng của CNC Để thực hiện các nguyên công gia công dự kiến trên máy CNC phải có đầy đủ trang thiết bị kỹ thuật bảo đảm chức năng của một máy gia công kỹ thuật số Các chuyển động thực hiện dịch chuyển tương đối Dao/Chi tiết một chương trình xác định Chuyển động đảm bảo tốc độ cắt hay năng lượng tạo hình Dụng cụ cắt phải đảm bảo chức năng sau : Truyền một chuyển động tạo ra tốc độ cắt trực tiếp . Truyền một chuyển động chạy dao với một tốc độ nhỏ hơn và theo một hướng khác với hướng tốc độ cắt. Truyền đồng thời cả hai tốc độ cắt và chạy dao theo phương pháp tổ hợp Giữa cố định trong phương án các chuyển động nói trên truyền cho chi tiết gia công Công suất đảm bảo năng lượng tạo hình thay đổi trong khoảng rộng từ vài trăm W đến vài trăm Kw Chuyển động chạy dao Đảm bảo các dịch chuyển cuả dụng cụ cắt hoặc chi tiết gia công trong các quỹ đạo tương đối giữa chúng. Những quỹ đạo này phụ thuộc vào biên dạng đường cắt của quá trình tạo hình,biên dạng của bản thân dụng cụ cắt và các yêu cầu kỹ thuật đạt ra cho chi tiết gia công. Công suất của chuyển động chạy dao thay đổi trong khoảng một vài Kw, trừ trường hợp máy gia công các chi tiết lớn. Tất cả các chuyển động nói trên đều được thực hiện bởi các động cơ riêng biệt, được điều khiển độc lập với nhau. Quá trình cấp dao Các thế hệ CNC ngày nay càng được trang bị các hệ thống cấp dao hoàn chỉnh, trong đó các quá trình cấp dao,chuyển đổi dụng cụ cắt đều được thực hiện một cách tự động. Một tổ hợp các nhóm dao, lựa chọn theo những nhiệm vụ công nghệ dự kiến trước, được xếp vào các ổ tích luỹ dao.Từ ổ này, dao được chuyển trực tiếp cho kết cấu kẹp trên đầu trục chính, hoặc thông qua một tay máy đổi dao, đảm bảo lấy dao vừa cắt xong từ trục chính trở lại ổ tích luỹ và thay vào một dao mới từ ổ dao lắp vào trục chính. Phổ biến có hai loại ổ dao tích lũy dao ( hình vẽ). Trong đó h1 là ổ dao dạng đĩa hoặc dạng tang quay. Hình 2 là ổ dao dạng xích. ổ tích lũy dao kiểu đĩa hoặc tang quay có một dung lượng cố định nhưng bản thân cả đĩa hoặc tang quay có thể thay đổi một cách tự động. ổ tích lũy dao kiểu xích thì có thể thay đổi được số dao chứa ở trong đó Quá trình cấp chi tiết Đối với nhóm có chi tiết quay thì việc tháo lắp ra chi tiết vừa gia công mới được thực hiện bởi một rô bốt gắn liền với máy . Kết cấu hợp thành toàn máy do đó phụ thuộc vào các chuyển động mà ta yêu cầu rô bốt thực hiện. Các chi tiết gia công xong cũng như các chi tiết thô được đặt trên giá đỡ di động có dạng một băng tải hoặc đặt trên các máng dẫn đảm bảo sự dịch chuyển của chúng theo nguyên tắc trọng lực Đối với nhóm máy có dao quay Các chi tiết được gá lắp cố định trên các bàn gá chuẩn (palette).các palette lại được đặt trên các băng tải và dịch chuyển động, chuyển dao cho bàn máy một cách tự động .Việc chuyển dao giữa băng tải và bàn máy cũng được thực hiện bởi các rô bốt trên (hình) là trình bày hệ thống chuyển dao palette Quá trình bôi trơn làm nguội và làm sạch Việc bôi trơn và làm nguội được thực hiện thông qua chương trình điều khiển máy. Nói cách khác các điều kiện phụ trợ của mỗi bước gia công trong quy trình công nghệ cũng được quan tâm khi khi lập trình như các thông số kỹ thuật cắt gọt và các dữ liệu công nghệ khác Việc làm sạch tự động tại các thời điểm thích hợp như các giai đoạn đổi dao, đổi bàn gá lắp hoặc đổi bàn kẹp chuẩn . Các máy CNC đều được trang bị hệ thống khai thác phoi cắt hoặc các phế liệu, phế thải một cách tự động không cần đến lao động của con người . II. Hệ thống điều khiển theo chương trình số Kỹ thuật điều khỉên theo chương trình số sau một giai đoạn dài ứng dụng của cáp logic, ngày nay các thế hệ máy mới ngày càng áp dụng giải pháp cài đặt các cụm vi tính, xử lý (Microprocessor) một cách rộng rãi. Các máy như vậy thuộc nhóm máy CNC ( computer Numerical Control). Chương trình điều hành cơ bản là (phần cứng = hard were ) được cài đặt để xử lý nhiệm vụ vốn có của một hệ thống điều khiển số bao gồm : Nạp dữ liệu chương trình Ghi nhớ các dữ liệu Xử lý các dữ liệu để nhận được chuyển động của máy và các chức năng phụ. Điều khiển các chuyển động trên máy Một phần không thể thiếu trong cấu trúc chương trình làm việc trên máy công cụ CNC là hệ thống toạ độ và các điểm chuẩn. Để xách định các tương quan hình học trong vùng làm việc của máy trong phạm vi của chi tiết gia công một cách rõ ràng, người ta đưa vào hệ toạ độ và các điểm chuẩn gốc của máy công cụ CNC như sau . 1. Hệ trục toạ độ của máy công cụ CNC . Các trục toạ độ của máy công cụ CNC cho phép xác định chiều chuyển động của cơ cấu máy và dụng cụ cắt (hình) các trục toạ độ đó là X,Y,Z chiều dương của X,Y,Z được xác định theo quy tắc bàn tay phải (hình) theo nguyên tắc này thì ngón tay cái chỉ chiều dương của trục X, ngón tay trỏ chỉ chiều dương của trục Y, ngón giữa chỉ chiều dương cuả trục Z,các trục quay tương ứng với các trục X,Y,Z được ký hiệu bằng các chữ cái 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. a) Trục Z Nói chung ở các máy trục Z luôn song song với trục chính của máy . Máy tiện : Trục Z song song với trục chính của máy và có chiều dương chạy từ mâm cặp tới dụng cụ (chiều từ trái sang phải ) Máy khoan đứng,máy phay đứng: Trục Z song song với các trục chính và có chiều dương hướng từ bàn máy lên phía trục chính. Các máy bào: Trục Z vuông góc với bàn máy và có chiều dương hướng từ bàn máy lên phía trên . Các máy phay có nhiều trục chính : Trục Z song song với đường tâm trục chính vuông góc với bàn máy ( chọn trục chính có đường tâm vuông góc với bàn máy làm trục Z ) chiều dương của trục Z trong trường hợp này hướng từ bàn máy tới trục chính. b) Trục X Trục X là trục nằm trên bàn máy và thông thường nó được xác định theo phương ngang. Chiều của trục X được xác định theo quy tắc bàn tay phải (ngón tay cái chỉ chiều dương của trục X ). Máy phay đứng,máy khoan đứng : nếu đứng ngoài nhìn vào trục chính thì chiều dương của trục X hướng về phía bên phải . Máy phay ngang : nếu đứng ngoài nhìn thẳng vào trục chính thì chiều dương của trục X hướng về phía bên trái còn nếu đứng ở phía trục chính để nhìn vào chi tiết thì có chiều dương của trục X hướng về phía bên phải. Máy tiện: Trục X vuông góc với trục máy và có chiều dương hướng về phía bàn kẹp dao ( hướng về phía dụng cụ cắt ). Như vậy bàn kẹp dao ở phía trước trục chính thì trục chiều dương của trục X hướng vào người thợ,còn nếu bàn kẹp dao ở phía sau trục chính thì chiều dương đi xa khỏi người thợ . Máy bào : Trục X nằm song song với mặt định vị của chi tiết trên bàn máy và chiều dương hướng từ bàn máy về thân máy . c) Trục Y : Trục Y được xác định sau khi xác định được trục X, Z theo quy tắc bàn tay phải, ngón tay trỏ chỉ chiều dương của trục Y. d) Các trục phụ Trên các máy CNC ngoài các trục X,Z,Y còn các trục toạ độ khác song song với chúng (các bộ phận máy khác dịch chuyển song song với các trục X,Y,Z ). Các trục này được ký hiệu là U,V,W trong đó U // X,V//Y,W//Z. Nếu có các trục khác nữa song song với toạ độ chính X,Y,Z thì các trục này được ký hiệu P,Q,R trong đó P//X,Q//Y,R//Z.Các trục U,V,W được gọi là trục thứ hai còn các trục P, Q, R được gọi là trục thứ ba .(hình vẽ) Khi chi tiết gia công cùng bàn máy tham gia chuyển động thay cho dụng cụ cắt thì các chuyển động ấy (chuyển động tịnh tiến theo ba trục và chuyển động quay quanh ba trục ) được ký hiệu bằng các chữ cái X’,Y’,Z’,và A’,B’,C’.Các chiều chuyển động này ngược chiều với chiều chuyển động của dụng cụ cắt. 2. Các điểm O và các điểm chuẩn . Vị trí chính xác của các hệ thống toạ độ do các điểm O quyết định và các điểm chuẩn cần xác định chính xác trong vùng làm việc của máy nhằm đảm bảo chính xác chi tiết khi gia công. a) Điểm O của máy M. Điểm O ( điểm chuẩn M của máy ) của máy là điểm gốc của hệ toạ độ máy. Điểm M được các nhà chế tạo quy định theo kết cấu của từng loại máy. Điểm M là điểm giới hạn của vùng làm việc của máy, ở các máy phay điểm M thường nằm ở điểm giới hạn dịch chuyển của bàn máy. Điểm chuẩn M ( điểm O của máy ) của máy khoan cần và máy khoan đứng được thể hiện trên hình vẽ . b) Điểm O của chi tiết. Điểm O của chi tiết là gốc của hệ toạ độ gắn lên chi tiết, vị trí của đỉêm W (hình 11) do người lập trình lựa chọn và xác định.Song người lập trình cần phải xác định sao cho các kích thước trên bản vẽ gia công trực tiếp là các giá trị toạ độ của hệ thống toạ độ. Nếu hệ thống của toạ độ chi tiết và hệ thống toạ độ máy khác loại thì các toạ độ của chi tiết phải chuyển sang hệ toạ độ của máy: ví dụ trong một bản vẽ chi tiết gia công vừa có toạ độ cực thì trước khi gia công phải tính toán và chuyển đổi các hệ toạ độ cực thành các toạ độ đề các. Đối với các chi tiết phay để hợp lý nên chọn điểm O của chi tiết tại điểm góc ngoài cùng của đường viền chi tiết,trên các chi tiết đối xứng nên chọn tại trục đối xứng. c) Điểm O của chương trình PO Điểm O của chương trình là điểm mà dụng cụ sẽ ở đó trước khi chi tiết gia công .Để hợp lý điểm O của chương trình được chọn sao cho chi tiết gia công hoặc dụng cụ có thể thay đổi một cách dễ dàng. d) Các điểm chuẩn của máy R Trong các máy có hệ thống đo dịch chuyển, các giá trị thực đo được khi bị mất nguồn điện do sự cố sẽ mất theo. Trong trường hợp này để đưa hệ thống đo trở lại trạng thái đã có trước đó thì điểm O của máy phải chạy bằng tất cả các trục của máy, trong nhiều trường hợp không thực hiện được điều này vì vướng các chi tiết vẫn còn kẹp chặt trên máy hoặc đồ gá. Do vậy cần thiết xác lập một điểm chuẩn thứ hai trên các trục đó là điểm chuẩn của máy R (hình vẽ) điểm chuẩn này có một khoảng cách nhất định so với điểm O của máy và đã được đánh dấu trên bàn trượt của máy . e) Điểm gá đặt ( điểm tỳ A) Điểm tỳ A là giao điểm của các đường trục mặt phẳng tỳ. Trên các máy tiện, mặt phẳng tỳ nằm ngay tại mâm cặp hoặc chấu cặp, có thể điểm A trùng lập với điểm W (hình 12) g) Điểm thay dao Ww Để tránh va đập vào chi tiết gia công khi thay dao tự động phải chạy đến điểm thay dao, hình 13. h) Điểm điều chỉnh dao E Khi sử dụng nhiều dao, các kích thước của dao phải được xác định bằng cơ cấu điều chỉnh dao,để có thông tin đưa vào trong hệ thống điều chỉnh nhằm hiệu chỉnh tự động kích thước dao. Khi dao được lắp vào giá dao thì điểm E và điểm N trùng nhau i) Điểm gá dao N và điểm chuẩn của giá dao T Điểm T dùng để xác định hệ trục toạ độ của dao, điểm T phụ thuộc vào việc gá đặt dao trên máy. Thông thương khi gá dao trên máy thì điểm T trùng với điểm gá dao N. j) Điểm cắt của dao P Điểm này là điểm đỉnh dao thực hay lý thuyết hình 14 k) Điểm chuẩn của bàn trượt F Tất cả các điểm ở trên bàn máy đều liên quan đến điểm chuẩn này để xác định các kích thước có liên quan. Chương III Lập trình và chương trình gia công trên máy cNC I. lập trình cho máy công cụ cnc Một chương trình gia công điều khiển CNC chứa đựng tất cả các thông tin cần thiết để thực hiện một hay nhiều công đoạn gia công xác định trên một máy công cụ CNC.NHư một máy phay thông thường thực hiện các nguyên công kế tiếp nhau do điều khiển tay của người vận hành. Trên máy phay CNC thì mọi quá trình gia công đều được thực hiện tự động.Một hệ thống điều khiển theo chương trình số CNC sẽ điều khiển và theo dõi quá trình. Hệ thống CNC do đó cần có một chương trình làm việc do người vận hành máy hoặc do một kỹ sư lập trình soạn thảo. Quá trình gia công được thực hịên như trên hình vẽ: Những điều khiện công nghệ khác như tốc độ chạy dao, số vòng quay trục chính, chọn dao hay dẫn dung dịch trơn nguội cũng được đưa vào chương trình.Toàn bộ quá trình gia công phải được viết vào chương trình theo dạng một ngôn ngữ lập trình mà cụm điều khiển số có thể xử lý được. 1. Địa chỉ chạy dao F Tốc độ mà bàn máy cần dịch chuyển được lập trình trực tiếp trong các hệ điều khiển CNC với địa chỉ F ( F = FEED) và đơn vị đo là mm/ph hoặc inch/min 2. Địa chỉ số vòng quay trục chính S Tuỳ theo cấu tạo của hệ điều khiển,số vòng quay trục chính có thể lập trình trực tiếp dưới địa chỉ S (S= SFEED) hoặc một mã số . 3. Địa chỉ dao T Địa chỉ dao T ( T = TOOL) đặc trưng cho một con dao xác định. Nó có những nhiệm vụ sau : nhớ các kích thước của dao, nhớ các giá trị chỉnh lý dao, gọi dao từ ổ tích chứa dao. 4. Các chức năng phụ M Các chức năng phụ,còn gọi lá chức năng trợ giúp,được lập trình với địa chỉ M. Nó bao gồm trước hết các công nghệ không lập trình dưới các địa chỉ F,S hoặc T . Các chức năng M cũng có hiệu lực tác dụng như các chức năng khác trong câu lệnh mà nó được lập trình Sau đây là một số câu lệnh M : M08 : Bơm dung dịch trơn nguội M00 : Dừng chương trình M01 : Chức năng này giống như M00 nhưng có khác là nó chỉ có hiệu lực tác dụng khi nút bấm OPIONAL STOP ( = ngừng lựa chọn) trên bảng điều khiển bị nhấn M02 : Được dừng lại sau khi các câu lệnh trong câu lệnh có M02 đã được thực hiện.Trên bảng điều khiển,thông thường tín hiệu END OF PROGRAM ( = kết thúc chương trình ) sẽ bật sáng M03 : trục chính quay phải ( theo hướng toạ độ dương trên trục Z) M05 : Dừng quay trục chính,chương trình làm việc phải dừng M06 : Đổi dao M30 : Chức năng này giống như chức năng M02 nhưng nó còn cho phép quay trở lại từ lệnh “ bắt đầu chương trình “ 5. Chương trình gia công. Chương trình gồm từ dấu hiệu “bắt đầu chương trình”; sau đó là một trình tự các câu lệnh. a) Câu lệnh. Câu lệnh là một tập hợp các thông tin cần cho hệ điều khiển để thực hiện một bước gia công . Kết thúc chương trình được đánh dấu bởi một chức năng phụ. Một câu lệnh chương trình bao gồm những thông tin riêng lẽ mà ta gọi là “từ lệnh”. b) Từ lệnh. Mỗi từ lệnh hàm chứa một thông tin về kỹ thuật lập trình, về hình học hoặc về công nghệ. Trong phương thức viết liên tục kiểu thông dụng,mỗi từ lệnh bao gồm một chữ cái và một con số. Khoảng cách giữa các từ lệnh bằng một dấu cách . Hệ điều khiển nhận biết dạng của từ lệnh nhờ chữ cái . Về con số, hệ điều khiển đọc là số dương nếu nó không có số âm đứng trước . Các từ lệnh của một câu lệnh được xếp vào câu lệnh theo một trình tự xác định gọi là cú pháp, ví dụ: N01 G00 X15 Z2 S + 1000 M08 Mỗi từ của câu lệnh là một lệnh điều khiển máy. Lệnh có hiệu lực tác dụng kéo dài cho đến khi nó bị xoá hoặc bị thay thế bởi một lệnh có cùng chữ cái và có cùng địa chỉ. 6. Mô tả từng từ lệnh riêng lẽ trong một câu lệnh a) Từ lệnh N : số câu lệnh Từ đầu tiên của một câu lệnh là số câu lệnh N.Nó đánh số cho câu lệnh. Mỗi câu lệnh phải có số đánh riêng cho nó,nhờ đó có thể tìm ra trong chương trình Trong một chương trình, số đánh dấu cho một câu lệnh đã định chỉ cho phép dùng một lần . b) Từ lệnh /N- ngắt câu lệnh: Một câu lệnh đứng trước địa chỉ số lệnh của nó còn có một gạch chéo “/ ” sẽ bị hệ điều khiển không cần biết tới nếu như trên bảng điều khiển, nút “ xoá câu lệnh “ bị nhấn c) Từ lệnh G : Điều khiển đường dịch chuyển Chữ cái địa chỉ G (viết tắt của chữ Geometric Function) thông báo cho hệ điều khiển lệnh chuẩn bị Một lệnh chuẩn bị có tác dụng đổi mạch cho hệ điều khiển sang một tiến trình tự động xác định . Lệnh chuẩn bị gồm chữ cái địa chỉ G và một mã số hai vị trí 00 đến 99 . d) Mô tả các điều kiện đường dịch chuyển: G00 : Đặc tính điều khiển điểm chạy dao nhanh . G01 : Nội suy thẳng . G02,G03 : Nội suy vòng, G04 : thời gian duy trì G17,G18,G19: Chọn mặt phẳng toạ độ G33 đến G35 : Cắt ren G41 đến G44 G44 : Chỉnh lý dao G54 đến G59 : Dịch chuyển điểm O G60,G61: Dừng xác định G81 đến G89 : Các chu kỳ công tác G90 : Các số liệu đo kiểu tuyệt đối G91 : Các số liệu kiểu tương đối G92 : Dịch chuyển điểm 0 e) Các lệnh về đường dịch chuyển. Dưới các điạ chỉ X, Y, Z, U, V, W, P, Q, R, A, B, C, hệ điều khiển nhận được các thông tin về những đoạn dịch chuyển trên từng trục riêng lẻ hoặc về các góc quay xung quanh các trục xác định . g) Các thông số nội suy. Khi dịch chuyển theo đường cong ( các điều kiện đường dịch chuyển là G02 và G03 ), I, J và K mô tả vị trí tâm của đường cong nội suy theo các hướng trục X,Y,Z . 7. Cấu trúch một chương trình. Biên dạng của một chia tiết được chia thành các đoạn thẳng và các đoạn cung tròn. Mỗi một yếu tố biên dạng hình học đơn giản này có thể điều khiển thực hiện trong từng bước gia công hay trong một câu lệnh của chương trình. Các câu lệnh cấp vào bộ điều khiển theo từng câu riêng lẻ như trên hình 17. Để thiết lập một chương trình gia công cần có các bước: + Chia biên dạng thành các yếu tố biên dạng hình học đơn giản. + Chia quá trình gia công thành các bước gia công. + Tạo lập chương trình. + Nạp trình vào bộ điều khiển. + Chạy thử chương trình. + Khởi động chương trình. + Bộ điều khiển thực hiện gia công chi tiết. II. Các chương trình gia công trên máy công cụ CNC 1. Ví dụ 1: Dùng dao phay trụ mặt đầu 40 mm và các khích thước được cho trên hình 18. %1 Số hiệu chương trình Số hiệu chương trình N1 G17 T1 Đổi dao, gọi các giá trị hiệu chỉnh dao, hiệu chỉnh chiều dài trục Z N2 G0 X-5 Y-22 Z2 Chạy nhanh vào vị trí khởi xuất F500 S +6000 N3 G0 Z – 7 Chạy nhanh điều chỉnh đến Z – 7 N4 G41 G45 A2 X16 Gọi hiệu chỉnh biên dạng, dao cắt bên trái biên Y16 G1 G60 M62 dạng theo hướng cắt phay. N5 G1 Y35 N6 G1 X53 Y65 N7 G1 X90 Y35 Phay cắt biên dạng N8 G1 Y16 N9 G1 X16 N10 G40 G45 A2 Xoá lệnh hiệu chỉnh biên dạng N12 G0 Y120 Z120 SO Dao ._.