Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình CNC
Lời nói đầu Ngày nay cuộc cách mạng khoa học kĩ thuật đang ngày càng phát triển rất mạnh mẽ không ngừng vươn tới những đỉnh cao mới trong đó có những thành tựu về khoa học kĩ thuật tự động hoá sản xuất . Khẳng định vai trò quan trọng của công nghệ tự động trong chiến lược công nghiệp hoá và hiện đại hoá nền kinh tế nước ta là một việc hết sức có ý nghĩa , tạo ra khả năng phát triển kinh tế với tốc độ cao, vững chắc và lâu dài. ở các nước có nền công nghiệp tiên tiến việc tự động hoá các n
Tóm tắt tài liệu Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình CNC, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ghành kinh tế, kĩ thuật trong đó có cơ khí chế tạo đã thực hiện từ nhiều thập kỉ trước đây .
Một trong những vấn đề quyết định của ngành tự động hoá ngành cơ khí chế tạo là kĩ thuật điều khiển số và công nghệ trên các máy điều khiển số .
Để góp phần vào việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ điều khiển số CNC và công nghệ gia công trên các máy điều khiển số, trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp với đề tài được giao là “Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình CNC” với nhiệm vụ đó chúng em phải tìm hiểu hệ thống điều khiển theo chương trình số và cách lập trình . Đây là một đề tài mới, tài liệu nghiên cứu và tham khảo còn hạn chế, cộng với sự thu nhận kiến thức của chúng em còn chậm nên trong quá trình thực hiện đề tài và hoàn thành đồ án, chúng em cũng không tránh khỏi những thiếu sót. Vậy chúng em kính mong nhận được sự đóng góp phê bình và chỉ bảo của các thầy cô. Để chúng em hoàn thành được đồ án này là nhờ sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Nguyễn Doãn ý, cùng sự giúp đỡ của thầy cô giáo trong bộ môn máy và ma sát học.
Vậy chúng em xin chân thành cảm ơn tới thầy cô giáo hướng dẫn và các thầy cô giáo trong hội đồng đã kí duyệt và cho chúng em ý kiến.
Chương I.
Khái niệm cơ bản về điều khiển số
1.Lịch sử phát triển
1. Cuối những năm 40 của thế kỉ XX ,viện công nghệ MIT (Massachusetts Institute of Technology) của Hoa Kì đã thực hiện dự án nghiên cứu kĩ thuật điều khiển số .
Năm 1948 Viện MIT tiến hành thành công nối ghép mạch giữa máy tính điện tử với máy công cụ để tự động hoá điều khiển gia công. Thành công này là bước mở đầu cho các chuyên gia ở lĩnh vực khác nhau tìm cách xây dựng như hệ thống điều khiển theo chương trình số đã được công bố
Năm 1957 tại Mỹ máy công cụ điều khiển theo chương trình số đã được sử dụng cho ngành hàng không. Năm 1959 triển lãm máy công cụ tại Pari trình bày những máy NC đầu tiên tại Châu Âu.
Năm 1960 các hệ điều khiển số được chế tạo tương ứng với trình độ kĩ thuật của công nghệ bóng đèn điện tử và rơle, kích thước còn lớn, nhạy cảm với các điều kiện môi trường và còn rất đắt, không thể dùng được trong các xưởng máy thông thường.
Máy NC ở thời kì này được ứng dụng chủ yếu trong ngành cơ khí phục vụ quân đội. Năm 1965 hệ thống tự động thay dụng cụ cắt xuất hiện trên các trung tâm gia công.
Năm 1972 nhờ sự phát triển của máy vi tính cùng kĩ thuật điện tử thì máy CNC ra đời làm thay đổi hẳn bộ mặt của ngành công nghệ chế tạo máy
Năm 1985 máy CNC đã có sự hỗ trợ của các phần mềm đồ hoạ mô phỏng quá trình gia công. Hệ thống đo bằng số hoá vật mẫu các máy đo hiển thị 3 chiều độ chính xác cao.
II.Nguyên tắc cấu trúc
Điều khiển theo chương trình số NC (Numerical control)là phương pháp tự động điều hành máy móc, trong đó các hành động điều khiển được sản sinh trên cơ sở cung cấp các dữ liệu ở dạng mã “chữ cái + con số” và các kí tự đặc trưng hợp thành một chương trình làm việc.
Điều khiển NC là phương pháp tự động hoá các chức năng của máy với tính linh hoạt cao để thích ứng dễ dàng với các công việc gia công khác nhau. Máy công cụ điều khiển theo chương trình số M-CNC là những máy công cụ làm việc với hệ lệnh “đóng ngắt” và hệ lệnh đường dịch chuyển trên cơ sở cung cấp các số liệu gia công cắt gọt. Những hệ lệnh này được tổ chức thành chu trình gia công chặt chẽ và chính xác. Nguyên tắc cấu tạo của M- CNC được mô tả như trong hình.
Từ bản vẽ chế tạo chi tiết và những số liệu kĩ thuật, số liệu công nghệ yêu cầu một chương trình gia công được thiết lập gồm những bước chương trình kế tiếp nhau, chương trình này được số hoá và được ghi vào vật mang tin bởi một cột mã tương thích ở các hệ máy công cụ NC ban đầu vật mang tin có thể là băng đục lỗ, băng từ , đĩa từ .Với sự phát triển các hệ máy tính công cụ NC,sau này người ta dùng chính bộ nhớ của máy tính trung tâm (trên nguyên tắc DNC (direct numerical control) hoặc bộ nhớ cụm máy vi tính cài đặt ngay bên trong máy công cụ (nguyên tắc CNC) để ghi lại chươg trình, quá trình ,xử lí số bước này được gọi là xử lí số bước bên ngoài.
Tiếp theo là quá trình xử lí số liệu bên trong, các dữ liệu ghi trên vật mang tin được tiếp nhận thông qua bộ đọc và chuyển đổi sang dạng tín hiệu tương tự (tín hiệu điêù). Tín hiệu này hình thành giá trị “cần” của vị trí bàn máy (trong hệ lệnh về hướng dịch chuyển ),nó được dẫn tới bộ so sánh theo một nhịp điều khiển xác định giá trị thực về vị trí bàn máy được thu thập qua hệ thống đo lường dịch chuyển và cũng được dẫn tới bộ so sánh.
Kết quả đ ưa ra từ bộ so sánh gặp giá trị "cần - thực " trở thành những tín hiệu điều khiển tự động cấp cho hệ chuyển động nhằm đạt tới vị trí chính xác mong muốn của bàn máy. Lúc đó kết quả so sánh gặp giá trị "cần -thực"bằng 0 tín hiệu điều khiển không còn nữa nên hệ chuyển động ngừng lại . Quá trình trên đ ược thực hiện theo nguyên tắc đư ờng tác dụng "kín". Ngoài ra còn có nguyên tắc đ ường tác dụng hở. ở đư ờng tác dụng hở, thông tin đã đ ược ghi nhận truyền thẳng tới hệ truyền động, thông qua cụm điều khiển đóng vai trò là những giá trị cần. Bàn máy thực hiện ra sao là phụ thuộc hoàn toàn vào cụm điều khiển. Giá trị "thực " không đ ược thu nhận vào và phản hồi nên đư ờng tác dụng là "hở". Đối với hệ đóng ngắt quá trình cũng diễn ra t ương tự chúng đ ược ghi nhớ, xử lí và truyền dẫn tới các khâu điều khiển với những chu kì làm việc thích hợp.
III. Các hệ thống điều khiển số.
1. Hệ thống điều khiển NC
Ngày nay các máy trang bị hệ điều khiển NC vẫn còn thông dụng. Đây là hệ điều khiển đơn giản với số l ượng hạn chế các lệnh thông tin. Trong hệ điều khiển NC các thông số hình học của chi tiết gia công và các lệnh điều khiển đ ược cho dư ới dạng dãy các con số. Hệ điều khiển NC làm việc theo nguyên tắc sau đây: Sau khi mở máy các lệnh thứ nhất và thứ hai nằm trong bộ nhớ. Chỉ sau khi quá trình đọc kết thúc ,máy mới bắt đầu thực hiệu lệnh thứ nhất trong thời gian này thông tin của lệnh của lệnh thứ hai nằm trong bộ nhớ của hệ thống điều khiển .Sau khi hoàn thành việc thực hiện lệnh thứ nhất ,máy bắt đầu thực hiện lệnh thứ hai lấy từ bộ nhớ ra trong khi thực hiện lệnh thứ hai ,hệ điều khiển đọc lệnh thứ ba đư ợc đ ưa vào chỗ của bộ nhớ mà lệnh thứ hai vừa đư ợc giải phóng ra. Nh ược điểm chính của hệ điều khiển NC là khi gia công chi tiết tiếp theo trong loạt hệ điều khiển lại phải đọc tất cả các lệnh từ đầu và như vậy sẽ không tránh khỏi những sai sót của bộ tính toán trong hệ điều khiển. Do đó chi tiết gia công có thể bị phế phẩm. Một nh ược điểm khác nữa là do cần rất nhiều lệnh chứa trong băng đục lỗ hoặc băng từ nên khả năng mà chư ơng trình bị dừng lại không chạy thư ờng xuyên có thể xảy ra. Ngoài ra với ch ương trình làm việc như vậy băng đục lỗ hoặc băng từ sẽ nhanh chóng bị bẩn và mòn, gây lỗi cho ch ương trình.
2.Hệ điều khiển CNC
Đặc điểm chính của hệ điều khiển CNC là sự tham gia của máy vi tính. Các nhà tạo máy CNC cài đặt vào máy tính một ch ương trình điều khiển cho từng loại máy. Hệ điều kiện CNC cho phép thay đổi và hiện chỉnh các ch ương trình gia công chi tiết và cả chư ơng trình hoạt động của bản thân nó.Trong hệ điều khiển CNC các ch ương trình gia công có đư ợc ghi nhớ lại.
Trong hệ điều khiển CNC ch ương trình có thể đ ược nạp vào bộ nhớ toàn bộ một lúc hoặc từng lệnh băng từ từ bàn điều khiển .Các lệnh điều khiển không chỉ đ ược viết cho từng chuyển động riêng lẻ mà còn cho nhiều chuyển động cùng lúc. Điều này cho phép giảm số câu lệnh của ch ương trình và như vậy có thể nâng cao độ tin cậy làm việc của máy. Hệ điều khiển CNC có kích th ước nhỏ hơn và giá thành thấp hơn so với hệ điều khiển NC nh ưng lại có những đặc lính mới mà các hệ điều khiển trư ớc đó không có. Ví dụ, nhiều hệ điều khiển loại này có khả năng hiệu chỉnh những sai số cố định của máy - những nguyên nhân gây ra sai số gia công.
3.Hệ điều khiển DNC( Direct Numerical Control)
Đặc điểm của hệ điều khiển DNC như sau:
hình 1 . 1
- Nhiều máy công cụ CNC đư ợc nối với một máy tính trung tâm qua đường dẫn dữ liệu. Mỗi một máy công cụ có hệ điều khiển CNC mà bộ tính toán của nó có nhiệm vụ chọn lọc và phân phối các thông tin (theo chiều 1
hình 3 ). Hay nói cách khác thì bộ tính toán là cầu nối giữa các máy công cụ và máy tính trung tâm.
- Máy tính trung tâm có thể nhận những thông tin từ các bộ điều khiển CNC (theo chiều 2 hình 1 .3) để hiệu chỉnh ch ương trình hoặc để đọc những dữ liệu từ máy công cụ.
- Trong một số trư ờng hợp máy tính đóng vai trò chỉ đạo trong việc lựa chọn những chi tiết gia công theo thứ tự ư u tiên để phân chia đi các máy khác nhau.
- Hệ DNC có ngân hàng dữ liệu trung tâm cho biết các thông tin của ch ương trình gia công chi tiết trên tất cả các máy công cụ.
- Có khả năng truyền dữ liệu nhanh và có khả năng nối ghép vào hệ thống gia công linh hoạt FMS.
4.Điều khiển thích nghi.
Hình 1 .2 Sơ đồ điều khiển thích nghi
Sử dụng hệ điều khiển thích nghi là một trong những phư ơng pháp hoàn thiện máy công cụ CNC. Các máy CNC thông thư ờng có chu kì gia công cố định (chu kì cứng) đã đ ược xác định ở phần tử mang ch ương trình và nh ư vậy cứ mỗi lần gia công chi tiết khác chu kì lại đư ợc lặp lại như cũ không có sự thay đổi nào. Ch ương trình điều khiển như vậy không đư ợc hiệu chỉnh khi có các yếu tố công nghệ thay đổi. Ví dụ khi gia công một chi tiết lư ợng d ư có thể thay đổi dẫn đến thay đổi biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ. Khi đó nếu hệ thống điều khiển không hiệu chỉnh lại lực cắt thì kích th ước gia công có thể v ượt ra ngoài phạm vi dung sai (nghĩa là sinh ra phế phẩm).
Trong tr ường hợp này để tránh phế phẩm ta phải giảm l ượng chạy dao hoặc thêm b ước gia công nghĩa là ta đã giảm năng suất gia công.Hệ thống điều khiển thích nghi là hệ thống điều khiển có tính đến những tác động bên ngoài của hệ thống công nghệ để hiệu chỉnh chu kì gia công (quá trình gia công )nhằm loại bỏ ảnh h ưởng của các yếu tố đó toạ độ chính xác gia công. Hình 1.2 là một ví dụ về sơ đồ điều khiển thích nghi .
Dao 2 gia công chi tiết 1 . Các yếu tố công nghệ không ổn định có thể gây ra sự thay đổi lực cắt Py( lực hư ớng kính ). Lực Py đư ợc datric 3 ghi lại. Tín hiệu của datric đi qua bộ biến đổi 4 tác động đến cơ cấu chạy dao (5-7) và làm ồn định lực cắt Py.Nếu lực cắt Py tăng thì lư ợng chạy dao sẽ giảm xuống và như vậy lực cắt Py sẽ giảm xuống. Ng ược lại nếu lực cắt Py sẽ giảm xuống thì lư ợng chạy dao sẽ tăng lên. ổn định lực cắt có nghĩa là ta giảm được giao động của kích th ước gia công (tăng độ chính xác và năng xuất gia công).Cũng tư ơng tự nh ư vậy hệ thống điều khiển thích nghi có thể ổn định đ ược công suất cắt, mômen cắt hay nhiệt độ cắt... Tuy nhiên hệ thống điều khiển thích nghi hay đư ợc dùng để ổn định kích thước gia công. ở đây cơ cấu kiểm tra tích cực (kiểm tra chủ động ) luôn luôn xác định đ ược kích thước gia công và tác động đến cơ cấu điều khiển để ổn định kích t hước của chi tiết
IV.Đặc trư ng của máy NC và CNC
1. Tính tự động cao
Các máy ứng dụng kĩ thuật số NC đạt tốc độ dịch chuyển lớn. Trong lĩnh vực gia công cắt gọt máy công cụ NC có năng suất cắt gọt cao và giảm tối đa thời gian phụ do mức tự động nâng cao v ượt bậc.
2. Nâng cao tính linh hoạt
Với một tổ chức tốt cho công tác chuẩn bị sản xuất và chuẩn bị môi trường xung quanh vùng làm việc, máy NC có thể dễ dàng thay đổi chương trình gia công thích hợp với các hoạt động gia công chi tiết khác nhau.
Trên bản thân máy NC,CNC thời gian hiệu chỉnh và thời gian làm việc tại khu vực làm việc giảm đáng kể, thời gian thay dao đ ược thực hiện nhanh chóng, chính xác, có thể chuẩn bị dao ở vùng ngoại vi và nạp trở lại ổ tích dao chuyển dùng trên máy.
Máy NC, CNC có thể thực hiện cùng lúc nhiều chuyển động khác nhau ,có thể tự động hiệu chỉnh sai số dao cụ, tự động kiểm tra kích thư ớc chi tiết và qua đó tự động điều khiển giữa dao và chi tiết.
Máy NC gia công được các loại chi tiết nhỏ, phản ứng một cách linh hoạt khi nhiệm vụ công có thể thực hiện bên ngoài máy,hay trong văn phòng có sự trợ giúp của kĩ thuật tin học, thông qua các thiết bị vi tính xử lí.
3.Tính tập trung nguyên công cao
Đa số các máy NC,CNC có thể thực hiện một số lớn các nguyên công khác nhau mà không cần thay đổi vị trí gá lắp chi tiết. Từ khả năng tập trung nguyên công các máy NC,CNC đã được phát triển thành các trung tâm CNC .
4.Nâng cao chất lượng
Độ chính xác lặp lại đặc trưng cho suốt quá trình gia công .Bản thân nguyên tắc điều khiển theo chương trình số đảm bảo cơ bản độ chính xác gia công trên máy. Ngoài ra máy CNC, NC còn có thể điều khiển khai thác tối chính xác cao và ổn định về chất lượng sản phẩm.
5.Nâng cao hiệu quả kinh tế.
Sự lựa chọn thế hệ máy NC,CNC ngày nay trở thành một đặc tính cần thiết có tính quyết định đối với các xí nghiệp , nhà máy, phân xưởng .Nhiều nghiên cứu đã dự báo về khả năng lợi nhuận và khả năng tái xuất tiềm năng đã thuyết phục giới công nghiệp càng tiến triển tới phổ cập đIều khiển số cho máy công cụ cùng với các quá trình thiết kế các moden sản phẩm mới.
V.Chỉ tiêu gia công của CNC.
1.Thông số hình học
Thông số hình học của máy CNC hay của vùng gia công là thông số của không gian mà trong đó dụng cụ cắt và chỉ tiêu gia công có thể tác động qua lại ở bất kì vị trí nào.Như vậy trên các máy gia công chi tiết quay vùng gia công là một khối lăng trụ được xác định bằng bán kính và chiều dài dịch chuyển của các toạ độ.Trên các máy gia công chi tiết hình hộp chữ nhật vùng gia công là một khối hình hộp ( đôi khi hình lăng trụ ) được xác định bằng các chiều dài dịch chuyển của các toạ độ. Các điểm giới hạn của vùng làm việc được đánh số tương tự kí hiệu số của ma trận. Để thuận tiện và dễ nhớ người ta đánh thứ tự theo các qui tắc sau: số thứ nhất của chữ số kí hiệu các điểm theo trục thẳng đứng, số thứ hai của các chữ số kí hiệu các điểm theo trục dọc (trục z) và số thứ ba của các số kí hiệu các điểm theo trục nằm ngang (trục x).
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 thông số hình học (vùng gia công ) như kích thước bàn máy phay hay chiều cao của tâm máy tiện để chọn công suất động cơ, tốc độ quay của trục chính và lượng chạy dao
3. Năng suất gia công
Năng suất gia công là số lượng chi tiết được gia công trong một đơn vị thời gian công thức tính năng suất gia công được viết dưới dạng.
Q==+
4. Độ tin cậy của máy CNC
Các máy công cụ CNC có giá thành rất cao, cho nên chúng chỉ mang lại hiệu quả kinh tế khi chúng được sử dụng liên tục (hai ca có khi cả ba ca và không có hỏng hóc nào trong khi làm việc. Ngoài ra trong quá trình làm việc các máy phải đảm bảo được độ chính xác gia công và nếu có bị hỏng hóc thì máy phải có khả năng được sửa chữa hoặc thay thế một số cơ cấu một cách dễ dàng, thuận tiện. Vậy độ tin cậy của máy CNC là tính chất thực hiện chức năng gia công, giữ đư ợc các chỉ tiêu công nghệ cũng nh ư sửa chữa theo một thời gian quy định. Độ tin cậy của máy đư ợc đặc trư ng bởi ba tính chất sau đây :
a) Tính làm việc không bị hỏng.
Tính chất này đ ược đặc trư ng bằng sự làm việc liên tục của máy trong một thời gian nhất định (thời gian chạy rà và làm việc của máy ).
b)Tuổi thọ của máy.
Tính chất này là sự ổn định làm việc cho tới lúc sửa chữa ( một phần tuổi thọ ) và sau đó máy lại tiếp tục hoạt động.
Như vậy hai tính chất này đều đặc tr ưng cho khả năng làm việc của máy(tính làm việc không bị hỏng ) tồn tại trong một khoảng thời gian nhất định, còn tính chất thứ hai (tuổi thọ) tồn tại trong suốt quá trình máy đ ược sử dụng, kể cả thời gian dừng đề sửa chữa. Đối với tính chất thứ nhất (tính làm việc không bị hỏng) còn có khái niệm về xác xuất P của tính chất này.
c)Khả năng sửa chữa.
Tính chất này có nghĩa là ng ười ta có khả năng phát hiện những khuyết tật, hỏng hóc đó. Đối với máy CNC thì hai tính chất là quan trọng nhất bởi vì các máy CNC có cấu trúc rất phức tạp và có rất nhiều cơ cấu có tác động qua lại lẫn nhau.
VI. Các dạng điều khiển
1. Điều khiển điểm
Điều khiển điểm đ ược ứng dụng khi gia công theo các toạ độ chính xác đơn giản dụng cụ sẽ thực hiện chạy dao nhanh đến điểm đã lập trình. Trong hành trình này dao cụ không cắt vào chi tiết. Chỉ khi đạt tới điểm đích quá trình gia công mới thực hiện theo ph ương chạy dao đã lập trình. Tuỳ theo dạng điều khiển mà các trục có thể chuyển động kế tiếp nhau hoặc tất cả các trục có chuyển động đồng thời song song không có mối quan hệ hàm số giữa các trụ. Khi các trục có chuyển động đồng thời h ướng chuyển động tạo thành góc 450. Khi một trong hai toạ độ của trục đã đạt đ ược thì trục thứ hai sẽ đ ược kéo đến điểm đích. Điều khiển điểm đ ược ứng dụng trên các máy khoan toạ độ và trên các thiết bị hàn điểm.
Hình vẽ: điều khiển điểm- điểm
2. Điều khiển đư ờng thẳng
Điều khiển đ ường thẳng tạo ra các đ ường chạy song song với các trục của máy. Trong khi chạy dao cụ cắt gọt liên tục tạo nên bề mặt gia công với các điều khiển đ ường mở rộng trên hai trục của máy chuyển động đồng thời với tốc dộ nh ư nhau, có thể gia công đ ược bề mặt côn có góc 450 Dạng điều khiển này ứng dụng ở máy phay và máy tiện.
a) b)
-Hình vẽ :Điều khiển đường thẳng
3. Điều khiển biến dạng phi tuyến
Áp dụng dạng điều khiển này để thực hiện gia công theo một quỹ đạo cong nào đó, chắc chắn phải có mối quan hệ hàm số giữa các toạ độ chính xác yêu cầu. Thường thì các dạng đục lỗ ngay cả các băng từ chỉ chứa được một lượng thông tin cho các điểm ở khoảng cách không lớn. Mật độ thông tin đông đủ chứa một quỹ đạo cong đảm bảo tính liên tục của nó. Bởi vậy đối với một lượng dày đặc các điểm trung gian, cần thiết nằm trên đường cong mong muốn người ta buộc phải dùng đến máy tính để thực hiện các tính toán chuyên dụng liên tục đưa ra các thông số cần thiết của điểm trung gian và gọi đó là bộ nội suy.Bội nội suy có thể một hay nhiều cụm vi sử lí MP (micrroprocessor) cài đặt trong hệ thống điều khiển máy được gọi là nội suy trong có thể là máy tính sử lí số liệu bên ngoài hệ điều khiển (nội suy ngoài ). Các giá trị đưa ra từ bộ nội suy đóng vai trò giá trị cần (hay đại lượng dẫn liên tục) điều khiển các mạch điều chỉnh hay điều khiển động cơ bước làm việc. Ta thường có điều khiển phi tuyến hai kích thước (2D) ba kích thước (3D) ứng dụng của nguyên tắc công tắc này vào trường hợp phay rãnh cong, phẳng và phay mặt cong không gian trên máy phay điều khiển theo chương trình số, ngoài ra nó còn áp dụng trên các máy tiện máy mài điều khiển theo chương trình số.
Quá trình điều khiển phi tuyến được biểu diễn bằng sơ đồ khối sau:
Chương II.
Nghiên cứu cơ bản về kĩ thuật
điều khiển theo chương trình số
I. Kĩ thuật tạo hình trên máy công cụ.
1 Truyền động chạy dao trên máy công cụ điều khiển số.
a. Nguyên tắc cấu trúc.
Truyền động chạy dao là chuyển động tạo ra biến dạng của chi tiết.Trong đó là sự nội suy các lệnh ghi bằng mã số chuẩn thành chuyển động phù hợp với tốc độ của các bàn chạy dao trong máy công cụ. Cấu trúc có tính nguyên tắc của một hệ thống truyền động chạy dao thể hiện trong (Hình vẽ2.1).Hệ thống truyền động bao gồm: một động cơ dẫn động qua một cặp truyền động nữa đi tới bộ vítme đai ốc, biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến. Đó là phương thức tiêu chuẩn của một hệ truyền động chạy dao hiện đại.
b. Các nhiệm vụ của truyền động chạy dao.
Nhiệm vụ chính của các hệ truyền động chạy dao là chuyển đổi các lệnh trong bộ điều khiển thành các chuyển động tịnh tiến hay quay tròn của những bàn máy mang dao hoặc chi tiết gia công trên máy công cụ.
Các chuyển động tịnh tiến là các chuyển động thẳng theo ba trục toạ độ của không gian ba chiều, còn các chuyển động quay tròn là chuyển động xung quanh trục toạ độ này, chuyển động chạy dao là chuyển động dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo một phương trình xác định và đảm bảo được tốc độ cắt, truyền động chạy dao phải đảm bảo dịch chuyển của dụng cụ trên quĩ đạo và đảm bảo các yếu tố: biên dạng đường cắt, biên dạng của dụng cụ cắt và các yêu cầu chi tiết gia công khác phải đạt được do đó sẽ có các động cơ khác nhau điều khiển chuyển động cắt. Hệ chuyển động chạy dao của một máy công cụ CNC phải thể hiện được những tính chất sau đây:
Có tính động cơ rất cao, nếu đại lượng dẫn biến đối, bàn máy phải theo kịp biến đổi đó trong thời gian ngắn nhất.
Có độ vững chắc số vòng quay cao, khi các lực chạy dao biến đổi cần hạn chế tới mức thấp nhất ảnh hưởng của nó đến sự chạy dao tốt nhất là không ảnh hưởng gì, ngay cả khi chạy dao tốc độ nhỏ nhất cũng đòi hỏi một quá trình tốc độ ổn định.
Phạm vi điều chỉnh số vòng quay cao nhất như có thể từ 1:10000 đến 1 :30000.
Phải giải quyết được những lượng gia tăng dịch chuyển nhỏ nhất(<= 1 Mm).
c.Mạch điều khiển cho các xích chạy dao
Truyền động chạy dao trong máy công cụ CNC có thể làm việc theo nguyên tắc như điều khiển vị trí kiểu mạch hở được đặc trưng bởi một quá trình tác dụng tuyến tính, mỗi một xung tác dụng tạo ra một bước chạy dao hưởng ứng. Điều khiển vị trí kiểu mạch hở có thể được ứng dụng trong các trường hợp lực cản trên đường dịch chuyển ổn định hoặc không đáng kể, hay không có tác dụng chuyển động chạy dao. Trong các máy công cụ cắt gọt kim loại thường không áp dụng được kiểu mạch hở này vì đây tồn tại hàng loạt các đại lượng ảnh hưởng tác động đến lực cản trong quá trình chạy dao,do đó các máy công cụ điều khiển theo chương trình hầu như chỉ ứng dụng chạy dao điều chỉnh vị trí kiểu mạch kín có phản hồi. Từ bộ nội suy mỗi giá trị vị trí cần là
đại lượng dẫn được cấp vào vòng mạch
Sơ đồ điều khiển vị trí điểm điều chỉnh vị trí.
A- Mạch hở B - Mạch kín có kết hợp nhiều mạch thứ cấp điều chỉnh vị trí. Từ hệ thống đó đến vị trí đếm thông tin phản hồi được đưa vào mạch điều chỉnh để tính toán các yếu tố ảnh hưởng khi gia công chi tiết. Kết quả so sánh là sai lệch điều chỉnh cũng là đại lượng điều chỉnh cho động cơ dẫn động.
Mạch điều chỉnh cần thoả mãn điều kiện sau:
Có độ khuếch tán tốc độ cao để giữ cho khoảng cách sai lệch điều chỉnh là thấp nhất.
- Bộ truyền có hằng số thời gian nhỏ.
- Tần số riêng về dao động cơ học cao
- Chi tiết cơ khí nằm trong dòng truyền lực có độ bền cao
- Yếu tố truyền động cơ khí có khe hở nhỏ
- Những động cơ dẫn động thẳng đứng như động cơ điện tuyến tính hoặc xy lanh thuỷ lực trên thực tế ít đ ợc ứng dụng cho truyền động chạy dao trên máy CNC.
2. Các xích động học cơ bản trên máy CNC.
Toàn bộ các đường truyền động đến từng cơ cấu chấp hành của máy CNC đều dùng nguồn động lực riêng biệt (truyền dẫn độc lập triệt để ) bởi vậy công xích động học của máy CNC gồm hai loại :
- Xích động công suất cắt gọt.
- Xích động học truyền động chạy dao.
Việc tính toán, thiết kế và chế tạo chúng đư ợc thực hiện theo nguyên tắc tiết modun hoá.
Nhìn tổng quát, xích công suất cắt gọt thư ờng bắt đầu từ một động cơ có thể thay đổi vô cấp, dẫn động trục chính thông qua một hộp tốc độ chỉ có hai đến ba cấp, nhằm khuyếch đại các mômen chi tiết đạt trị số chi tiết cần thiết trên cơ sở tốc độ ban đầu.
Xích động học chạy dao bao gồm những phần lử, những cụm kết cấu đảm bảo các truyền động của các xe dao trên máy. Về mặt chức năng xích chạy dao phải thoả mãn những yêu cầu đặt ra là:
- Truyền động cho bộ phận dịch chuyển với tốc độ đều, chạy dao êm và ổn định.
- Thực hiện các thay đổi vận tốc theo ch ương trình xác định cả về trị số và chiều, không có sự tháo lỏng chi tiết hoặc sai lệch vị trí tư ơng đối giữa dao và chi tiết gia công.
- Trư ờng hợp cần thiết một bộ phận nào đó của xích chạy dao cần phải đảm nhiệm nhiệm vụ chức năng đư ờng dịch chuyển của xe dao.
- Cung cấp lực cần thiết để những phần lực cắt theo chiều chuyển động.
Để thoả mãn hai yêu cầu đầu tiên, xích chạy dao cần có tần số dao động riêng lớn nhất theo điều kiện có thể, tính ngay từ đầu nguồn động lực của xích. Với giả định rằng khối lư ợng bàn máy và chi tiết gia công là một số dữ kiện ta cố gắng dùng những các cơ cấu có quán lính (quay và tịnh tiến ) nhỏ nhất có thể, đồng thời lại có độ cứng vững cao nhất.
Ta có thể thấy rằng mọi lí thuyết tính toán thiết kế động học xích truyền động trong máy công cụ vạn năng thông thư ờng đối với máy CNC không còn ý nghĩa nữa do các nguyên tắc như tr uyền dẫn vô cấp, truyền dẫn độc lập và nhất là mô đun hoá kết cấu cụ thể, đầu tư nghiên cứu theo chiều sâu và ứng dụng nhanh nhất các tiến bộ khoa học kĩ thuật trong khi chế tạo các môđun.
D ưới đây là mô tả đôi điều về hai cụm kết cấu quan trọng nhất của mô đun các xích động.
* Cụm cơ cấu.
Để truyền động từ động cơ chạy dao tới điểm tác dụng của dao cụ, người ta dùng cụm truyền động gọi chung là khâu truyền động cơ khí.
Phư ơng án bố trí các khâu truyền động ảnh hư ởng đến độ chính xác gia công,quan trọng nhất là phải kể tới các yếu tố sau:
- Sự cộng h ưởng giữa các tần số riêng của các khâu truyền động với tần số biểu kiến của truyền động. Sự cộng hư ởng này có thể gây ra dao động tại vị trí cần.
- Khe hở giữa trục vít với đai ốc.
- Tính tiềm hoá phụ thuộc lực thay đổi do nguyên nhân của những biến dạng khác nhau.
*Kết cấu vít me đai ốc bi:
Kết cấu này đư ợc áp dụng phổ biến trong xích động chạy dao, trong đó hầu hết bộ truyền vitme - đai ốc bi có ứng lực. Sơ đồ nguyên tắc trình bày trên hình 2.3a. Hiệu ứng lực tạo ra để khử các khe hở ngư ợc chiều và tuyến tính hoá đư ờng đặc tính tải trọng dịch động trong vùng tải trọng yếu.
Cơ cấu có ư u điểm là ma sát rất nhỏ và ít bị mòn. Như ợc điểm là có độ giảm chấn thấp. Nhờ một cặp đai ốc ghép cùng theo chiều trục có thể khử đ ược khe hở giữa trục vitme và bản thân đai ốc mà không làm tăng ma sát giữa chúng. Các vitme trong bộ truyền này bị hạn chế về chiều dài ở độ 3 hay 4m nó khó thực hiện đư ợc các tốc độ dịch động cao. Truyền động quay cho vít me được thực hiện theo một số các phương án sau.
Thông qua một hộp tốc độ gồm các bộ truyền bánh răng, trong đó phải dùng đến các kết cấu khử độ ăn khớp và dẫn động cơ cấu tốc độ cao (động cơ điện quán tính yếu hoặc động cơ thuỷ lực kiểu quay ).
Dựa vào khoảng cách giữa hai gối tựa, sử dụng một bộ truyền đai (có tỉ số giảm tốc lớn đ ược dẫn động bởi động cơ có tốc độ chậm).
Dùng các khớp nối trực tiếp với trục của động cơ dẫn động (động cơ dẫn động có tốc độ chậm ).
Đối với các hành trình lớn ngư ời ta thay vít me có chiều dài lớn bằng một vitme ngắn và thay đai ốc bằng một thanh răng xoắn.
*Kết cấu thanh răng - bánh đai.
Kết cấu này đư ợc áp dụng trư ớc hết cho máy CNC cỡ lớn, có hành trình chạy dao dài. ở đây không có sự hạn chế về tốc độ nh ở vítme đai ốc bi như ng các biện pháp khử khe hở ăn khớp bánh răng nhất thiết phải đư ợc thực hiện. Thông thường ngư ời ta thiết kế hai xích đồng nhất cùng làm việc như ng hư ớng đối ngư ợc nhau trên bánh răng. Các tốc độ dịch chuyển chậm của bàn máy cũng yêu cầu bánh răng quay với tốc độ thấp, buộc ta phải dùng các hộp giảm tốc để tạo ra vùng số vòng quay nhỏ này.
Cụm phát động lực:
Gồm các động cơ điện hoặc động cơ thuỷ lực. Động cơ thuỷ lực được dùng vào giai đoạn phát triển ban đầu của máy CNC, ngày nay chúng không còn đ ược sử dụng nhiều nữa mà thay vào đó là động cơ điện. Các động cơ điện đư ợc chia ra như sau :
Động cơ điện dòng một chiều:
Có hai dạng cơ bản đư ợc dùng là :
+ Động cơ dẹt: có tốc độ t ương đối cao, có quán tính nhỏ và hiệu ứng nhiệt động nhỏ. Động cơ th ường truyền qua một hộp giảm tốc trư ớc khi vào vitme. Hầu hết động cơ kiểu này đều có bộ phận cảm ứng là cảm nam châm vĩnh cửu.
+ Động cơ dài: có tốc độ tư ơng đối thấp có thể có quán tính nhỏ tuỳ theo mức tăng của tỷ lệ chiều dài đư ờng kính như ng chúng chịu hiệu ứng nhiệt động lớn. Động cơ này có thể trực tiếp khớp nối trục với vitme. Chúng có bộ phận cảm ứng là nam châm vĩnh cửu như ng thường có mật độ đư ờng sức lớn (ở điểm khởi động có thể đạt tới 7 đến 10 lần các mật độ thư ờng ) do đó tạo ra các mô men quay ổn định.
Động cơ xoay chiều:
Ta th ường gặp các động cơ đồng bộ đi kèm một hệ thống biến đổi tần số để điều khiển tốc độ động cơ. Hệ thống này ngày càng hoàn thiện không kém gì đặc tính của các động cơ điện một chiều.
Động cơ b ước:
+ Động cơ bước chạy điện thuần tuý: chúng hoạt động với một hệ thống các cực nam châm vĩnh cửu trong khoảng tần số tư ơng đối bé (<100 Hz ) công suất của các động cơ này chỉ dùng cho dịch động bàn máy của các máy nhỏ với khoảng tốc độ vài m/phút.
+ Động cơ có khuyếch đại mô men bằng thuỷ lực: Trong tr ường hợp này động cơ vừa nêu trên đóng một vai trò dẫn động điều khiển một động cơ thuỷ lực công suất lớn. Bản thân động cơ bước chạy điện thuần tuý có công suất thấp và thiết kế hoạt động trong vùng tần số 16 - 18 KHZ . Các hệ thống có b ước khuếch đại mô men bằng thuỷ lực thư ờng đư ợc dùng trong các máy CNC hạng nặng như ng vì lí do giá thành cao và những vấn đề có liên quan đến sử dụng hệ thống thuỷ lực lên ngày một hiếm thấy hơn các trư ờng hợp áp dụng.
3. Mô đun nội suy - so sánh - đo lư ờng tạo ra sự phân phối toạ độ vị trí
a. Vòng lặp điều khiển.
Sơ đồ điều khiển máy CNC đ ược cho trên (Hình 2.4) quá trình sử lí diễn ra bên trong của máy như sau: các dữ liệu về chư ơng trình gia công được tiếp nhận thông qua bộ lọc và chuyển đổi thành tín hiệu điện ( tín hiệu tư ơng tự ).Tín hiệu này hình thành giá trị danh nghĩa của vị trí bàn máy. Nó được dẫn đến bộ chuyển đổi kiểm tra. Giá trị thực của bàn máy đ ược thu qua hệ thống đo lư ờng dịch chuyển và phản hồi trở lại dẫn tới bộ so sánh.
Nhiệm vụ của bộ so sánh là so sánh thông tin đ ường dịch chuyển đ ưa ra từ ch ương trình (giá trị danh nghĩa ). Sự so sánh nhằm xác định sai lệch của cặp giá trị danh nghĩa - thực và cấp cho hệ truyền dẫn những tín hiệu cần khiển để điều khiển sao cho chênh lệch vị trí danh nghĩa và giá trị thực dần dần trở về O, nhằm đạt vị trí xác định của máy.
Sơ đồ chi tiết hơn về mạch điều khiển đư ợc cho trên hình 2.5. Ta thấy rõ ràng đây là mạch điều khiển đư ợc sắp xếp theo lớp (cascade control). Đó là nguyên tắc hoạt động chung của các máy công cụ điều khiển số. Mạch điều khiển vị trí là tiền đề cho các mạch điều khiển dòng. Điều khiển theo lớp có những lợi ích sau:
Có cấu trúc tổng quan về mỗi mạch cụ thể.
Nhiễu thông tin có thể nhanh chóng đ ợc bù bởi các hệ điều khiển tiếp theo sau.
Mạch điều khiển vòng ngoài t ương ứng bảo vệ mạ._.ch bên trong nó bằng cách hạn chế các giá trị gốc đầu vào.
b. Bộ nội suy.
Trong các máy công cụ điều khiển số, những đư ờng tác dụng giữa dao cụ và chi tiết đư ợc hình thành nhờ các dịch chuyển dịch chuyển toạ độ trên nhiều trục.
Trong ch ương trình bộ phận toạ độ các điểm trên đư ờng tác dụng tốc độ gia công đ ược xác định bởi điều kiện công nghệ cũng như qui luật chuyển động yêu cầu đư ợc đ ưa ra trư ớc. Bộ điều khiển phải xác định từ các dữ liệu những đại lư ợng vectơ tốc độ cũng như một trình tự các giá trị toạ độ vị trí trung gian có mật độ đủ dày dọc theo biên dạng cần, các điểm này phải nằm dày đặc đến mức sao cho đ ường cong đ ược mô tả đủ chính xác và không có vị trí nào vượt ra ngoài vùng dung sai cho phép. Khác với hệ điều khiển đơn giản dạng điểm và đư ờng các dữ liệu tăng rất lớn.
VD: cần tới 20000 điểm cho một vùng tròn bán kính 100 mm và dung sai 0,01 mm, việc sản sinh một số l ượng các điểm như vậy chỉ có thể giải quyết bằng máy tính. Những giá trị trung gian này hình thành các đại lư ợng dẫn của mạch điều chỉnh vị trí trên từng trục chạy dao riêng lẻ.
Giá trị toạ độ vị trí trung gian đư ợc tìm ra trong một cụm chức năng của hệ điều khiển số mà ta gọi là bộ nội suy, nó có các nhiệm vụ sau đây: Tìm ra vị trí các điểm trung gian cho phép hình thành một biên dạng cho trư ớc trong một giới hạn dung sai xác định trư ớc. Có thể nội suy một cách thích hợp với các yếu tố biên dạng đòi hỏi.Thông th ường những yếu tố biến dạng cơ bản có trong các chi tiết kĩ thuật là những đoạn đường cong, tư ơng ứng với thực tế đó, các bộ nội suy của hệ điều khiển số thư ờng chỉ giới hạn trong nội suy tuyến tính và nội suy cung tròn.Tốc độ đ ưa ra toạ độ vị trí trung gian phù hợp với tốc độ chạy dao cho tr ước, đi tới một cách chính xác các điểm kết thúc chư ơng trình đã đư a ra tr ước trong ch ương trình. Nội suy chỉ có thể làm việc theo nguyên tắc số. Nó có thể đư ợc thực hiện hoặc bằng các mạch logíc nối cứng (chư ơng trình hoá các mối liên hệ NC) hoặc bằng các phần mềm nội suy đư ợc lập trình (CNC). Bộ nội suy có thể là một hay nhiều cụm từ vi xử lí cài đặt trong hệ điều khiển máy (đối với nội suy trong ) hoặc là máy tính xử lí số liệu bên ngoài hệ điều khiển khiển máy (nội suy ngoài ) các giá trị đư a ra từ bộ nội suy đóng vai trò là các giá trị danh nghĩa đối với điều khiển các mạch điều chỉnh hay điều khiển động cơ b ước làm việc.
Các hệ thống CNC hiện đại thực hiện nội suy ở hai mức.
Một phần mềm nội suy xác định toạ độ các điểm trung gian giữa điểm đầu và điểm cuối của đoạn biên dạng đã đ ược đư a ra trư ớc trong chư ơng trình (nội suy thô).
Một mức nội suy chính xác đư ợc thực hiện tiếp theo đó là nội suy tuyến tính giữa các điểm trung gian này.
c. Hệ thống đo l ường dịch chuyển.
Đại bộ phận máy CNC làm việc bằng nguyên tắc liên hệ ngư ợc hay đư ờng truyền động kín, trong đó đ ường dịch chuyển đư ợc nhờ một hệ thống đo thu thập định l ượng
Độ chính xác của máy CNC bởi thế phụ thuộc rất lớn vào hệ thống đo. Ngoài việc thiết lập chi phí cho bộ điều khiển, đặc biệt là bộ so sánh trong modun điều khiển, cũng do hệ thống đo xác định. Có rất nhiều thiết bị đo đư ợc thiết kế, chế tạo mà sự khác biệt giữa chúng chủ yếu để giải pháp kĩ thuật linh kiện. Trên cơ bản chúng đều dựa theo vài nguyên tắc mà theo đó ta có thể chia các hệ thống đo lư ờng dịch chuyển thành nhóm sau:
Theo hình thức truyền động, từ đó trích lấy giá trị đo, kiểu đo tịnh tiến hoặc kiểu quay.
Theo hình thức định lượng giá trị đo kiểu số hoặc kiểu tương tự.
Theo nguyên tắc đo, kiểu gia số hoặc tuyệt đối.
d. Bộ so sánh.
Nhiệm vụ của bộ so sánh là so sánh thông tin dịch chuyển đưa ra từ Chương trình (giá trị danh nghiã )với đoạn dịch chuyển đo được trên máy (giá trị thực ). So sánh là nhằm xác định sai lệch của cặp giá trị danh nghĩa thực và cấp cho hệ truyền dẫn những tín hiệu cần thiết để điều khiển sao cho chênh lệch giữa các giá trị cần và và giá trị thực dần dần trở về O. Cấu trúc của mỗi bộ so sánh đ ược xác định trước hết do nguyên tắc đo dịch chuyển cũng như dịch chuyển dạng điều khiển cần thiết. Các bộ so sánh nh vậy về cơ bản cũng đ ược phân chia như các nguyên tắc đo lư ờng dịch chuyển. Ngoài ra còn có thể phân biệt dịch chuyển mang tín hiệu điều khiển truyền động. Ta có :Bộ so sánh chỉ đ ưa ra tín hiệu điều khiển khi giá trị danh nghĩa và giá trị thực đồng nhất (tín hiệu sai khác hay tín hiệu chênh lệch). Trong quá trình đi tới đồng nhất giữa các giá trị danh nghĩa và giá trị thực, các tín hiệu sai khác nhỏ dần đi liên tục và hoàn toàn triệt tiêu khi gặp giá trị danh nghĩa thực được đồng nhất không có tín hiệu liên tục do vậy chỉ được ứng dụng trong điều khiển điểm hoặc điều khiển đường.
Bộ so sánh kiểu thứ nhất chỉ cho phép xây dựng dịch chuyển mạch điều khiển ngắt, đo tín hiệu đồng nhất không có tín hiệu liên tục do vậy chỉ đư ợc ứng dụng trong điều khiển điểm hoặc điều khiển đ ường.Trái lại bộ so sánh thứ hai có tín hiệu chênh lệch liên tục cũng đư ợc dùng vào mạch điều khiển và điều chỉnh vị trí, do đó có thể thiết lập hệ điều khiển phi tuyến.
II. ứng dụng kỹ thuật CNC trên trung tâm gia công
1.Trung tâm gia công là gì?
Trung tâm gia công (manufacturing centre) đây là một máy công cụ có ít nhất ba trục điều khiển số có thể thực hiện công việc cắt gọt cần thiết trên ít nhất bốn mắt của phoi có hình khối vuông mà không có tác động của con người. Thiết bị thay đổi dụng cụ tự động thay đổi đư a các dụng cụ cần thiết, điều khiển theo chư ơng trình ,theo thứ lự lần lư ợt từ một ổ tích dụng cụ tới trục chính của máy và ngư ợc lại, khi các khối chi tiết gia công đư ợc kẹp chặt trên đầu gá lắp lên bệ phiến gá chuẩn đ ược chuyển tới và chuyển đi tự động thì trung tâm gia công t ương ứng và hệ cung ứng phôi, dụng cụ tự động như vậy sẽ tạo thành một tế bào gia công.
2. Phân loại trung tâm.
+ Ngư ời ta đ ưa ra phân loại trung tâm gia công theo dạng kết cấu của chúng nh ư sau :
- Theo vị trí của trục máy có:Trung tâm gia công ngang hay trung tâm gia công đứng.
Trung tâm gia công có bàn toạ độ nghĩa là chạy truyền động x/y của phôi và truyền động z của dụng cụ.
Trung tâm gia công có trụ đứng chuyển dịch, ở đây dụng cụ thực hiện các chuyển động x, y và z còn phôi thì tuỳ theo yêu cầu, nghiêng hoặc quay theo 1 hoặc 2 trục (ở các trung tâm gia công có 5 trục điều khiển số).
- Trung tâm gia công có dịch chuyển bàn ngang cố định hoặc dịch chuyển.
- Các dịch ngang kết cấu này có một hoặc nhiều trục có thể gia công đồng thời nhiều chi tiết giống, khác nhau, đặc biệt ở dạng sản xuất hàng loạt lớn thư ờng sử dụng các trung gia công có hai hoặc ba trục chính.
3. Yêu cầu đặt ra với trung tâm gia công.
Trung tâm gia công điều khiển theo chư ơng trình số là phư ơng tiện thực hiện mục tiêu thông qua gia công toàn bộ các chi tiết tư ơng tự với nhau biện pháp công nghệ trong phạm vi một lần gá kẹp, đạt tới năng suất cao và tính kinh tế ưu việt. Phạm vi ứng dụng của trung tâm gia công NC phải có những đòi hỏi sau:
- Thực hiện đư ợc nhiều biện pháp công nghệ khác nhau.
- Bàn kẹp chi tiết phải có khả năng quay và lật để thực hiện gia công trên nhiều mặt toạ độ.
- Thực hiện việc tự động đổi dao, đổi chi tiết giảm bớt thời gian phụ một cách hữu ích.
- Có kết cấu hai trục chính một để thực hiện quá trình gia công tinh và xác định chính xác nhằm đảm bảo độ chính xác gia công cao.
- Có thể thực hiện mọi công việc gia công (phay bào khoan, tiện, cán )với kết cấu mở rộng phù hợp có thể phay biên dạng khoan nghiêng hoặc tiện ren.Tốc độ quay và tốc độ tiện dao đ ược lập trình cho từng dụng cụ.Các dụng cụ đư ợc đ ưa vào ổ tích dao nối ghép với máy gia công, đư ợc truy nhập theo ch ương trình và thay đổi trục chính của máy. Kết cấu và khả năng thu nhận ổ tích dụng cụ rất khác nhau. Trong thực tế thư ờng sử dụng các ổ tích dụng cụ dạng băng xích, dạng đĩa tròn và dạng hộp casette. Có thêm các tay máy thay đổi phôi thư ờng là thiết bị thay đổi bệ hoặc phiếm gá, những trung tâm gia công phức tạp còn có thêm các thiết bị khác như có thêm bàn tròn thứ hai quay đ ược, có thêm gá nghiêng dành cho phoi hoặc có thêm đầu lắp dao ngang.
Ngày nay ng ười sử dụng có thể lựa chọn trung tâm gia công từ nhiều dạng và cỡ kết cấu khác nhau. Trư ớc hết cần lựa chọn giữa hai dịch chuyển kết cấu: trục chính thẳng đứng và trục chính nằm ngang. Trong trung tâm gia công có dạn trục chính thẳng đứng th ường thích hợp chi tiết gia công dạng tấm, thì để gia công 4-5 mặt của phôi, có dịch chuyển khối vuông là chủ yếu sử dụng các trung tâm gia công có trục chính nằm ngang ,chuyển động y,x dọc và chuyển động quay chủ yếu phôi thực hiện đó kí hiệu các trục là x y z B" ở các trung tâm gia công có trục chính thẳng đứng thì chủ yếu có các chuyển động x" y" A" tức là chỉ có chuyển động thẳng góc là chủ yếu của trục chính theo trục z do dụng cụ thực hiện còn lại do phôi thực hiện.
Tính vạn năng của một trung tâm gia công chỉ đư ợc tận dụng nhờ điều khiển theo quỹ đạo. Trong đó nhiều trư ờng hợp điều khiển 2.1/2d là đủ. Do đó độ phức tạp của chi tiết cơ khí là tăng lên, những trung tâm gia công hiện nay cần có ít nhất là các trục có thể nội suy tuyến tính. Các bảng hiệu chỉnh ứng với chiều dụng cụ, đ ường kính dao phay, tuổi bền và chế độ cắt cho các dụng cụ, một yêu cầu thường được đặt ra cho phạm vi sử dụng có giới hạn.ở các máy hơi hệ CNC cũng phải có khả năng l ưu trữ các thông số về trọng lượng, dụng cụ, biên dịch chuyển dụng cụ và những dữ liệu đặc trưng khác
để có thể quản lí dụng cụ tốt.
III. Các hệ thống thành phần của một trung tâm gia công.
1. Hệ thống thay dụng cụ tự động.
Nhiều máy CNC yêu cầu sử dụng nhiều dụng cụ theo thứ tự gia công.Các đầu dao Revolver từ lâu đã đư ợc sử dụng theo mục đích này từ trư ớc khi có máy NC, đặc biệt là các máy khoan và máy tiện. Sau một nguyên công đầu. Revolver tự động xoay theo một vị trí không lắp dụng cụ sẽ đ ược nhảy qua. ở các máy NC có đầu dao Revolver dụng cụ yêu cầu phải đư ợc lập trình qua vị trí t ương ứng của đầu dao Revolver dạng đĩa tròn. ở những trung tâm gia công số lư ợng của vị trí dụng cụ cần thiết hơn nhiều. ở các tr ường hợp đặc biệt là 100 hoặc nhiều hơn. Vì vậy nhiều dạng kết cấu ổ tích dao khác nhau đã đ ược thiết kế, chế tạo và sử dụng.
2. Mã hiệu dụng cụ và dạng nhận dụng cụ.
Trên máy CNC mỗi dụng cụ đặc trưng bởi một mã riêng đó cùng với các thông số bù dao đư ợc l ưu trữ trong một cơ sở dữ liệu đặc biệt. Bình thường các dao được lắp sẵn trên đầu dao tại một vị trí xác định khi dao đư ợc đưa vào vị trí làm việc thì bộ điều khiển phải tham chiếu đến dữ liệu của nó để tính toán lư ợng bù. Để mã hiệu dụng cụ có nhiều cách khác nhau như ng tr ước hết cần phải nhận biết ư u điểm và hạn chế của từng dụng cụ hiện đ ược áp dụng, đó là mã hiệu vị trí, mã hiệu dụng cụ theo cách cơ khí mã hiệu dụng cụ theo điện tử, mã hiệu vị trí thay đổi. ở các mã hiệu vị trí, các vị trí trong ổ tích dao từ 1 đến n đư ợc đánh số vào trong ch ương trình gia công, chi tiết không phải là dụng cụ mà là vị trí đư ợc lập trình. Sau khi sử dụng, dụng cụ lại trở về vị trí quy định của nó trong ổ tích dao, ưu điểm của cách này là tìm kiếm vị trí nhanh, xác nhận vị trí năng động bằng hệ thống thích hợp như dùng cam mã hiệu dài và dùng các, vì vậy tốc độ tìm kiếm có thể cao dụng cụ tìm kiếm có thể nhận vị trí bất kì ,các vị trí lân cận là để trống ,hiện tượng va đập không xuất hiện .Nh ược điểm của cách này là: Khi thay đổi chư ơng trình phải xác định lại vị trí của chi tiết gia công bất kỳ có thể xuất hiện các vấn đề, nếu theo chư ơng trình gia công lại có nhiều dụng cụ khác nhau nhận vị trí như nhau, việc điền đầy ổ tích dao với những dụng cụ cùng họ là vấn đề phức tạp và chỉ có thể thực hiện đ ược bằng các thủ thuật đặc biệt trong hệ thống CNC. Mã hiệu dụng cụ theo cách cơ khí là cách mà từng dụng cụ, ví dụ ở các hình trụ của cơ cấu tiếp nhận dụng cụ có các vòng mã hiệu ưu điểm của cách này là: sắp xếp các dụng cụ được lập trình, xác định vị trí của ổ dụng cụ trong ổ tích dao, hiệu dụng cụ, hạn chế của cách này: tốn thời gian và sai số khi lắp ghép các các vòng mã hiệu cơ cấu giữ đư ợc mã hoá không có khả năng sử dụng cho mọi loại máy thời gian tìm kiếm dài, vì quãng đ ường ngắn nhất không được biết. Để tránh điều đó các dụng cụ đư ợc sắp xếp theo số hiệu tăng dần và những vị trí đó phải giữ nguyên, nếu sử dụng các mã hiệu mỏng dán lên dụng cụ mã hiệu thì cũng không khắc phục đ ược vấn đề đó. Mặt khác các dải mã hiệu lại dễ bị bong ra do tác động của chất làm mát, ở cách mã hiệu dụng cụ điện tử từng vị trí tiếp nhận dụng cụ hoặc các dữ liệu dụng cụ. Ưu điểm của cách này là quá trình mã hóa và đọc đ ược thực hiện tự động, không có tác động bằng tay, ít sai số, từng dụng cụ cả dữ liệu hoặc mang số hiệu dụng cụ. Trong tr ường hợp này, máy tính sau khi đọc số hiệu dụng cụ sẽ cung cấp mọi dữ liệu dụng cụ thông qua đ ường dẫn dữ liệu tới hệ CNC đảm nhận việc xử lí dữ liệu dụng cụ đã thay đổi tới con chíp dữ liệu hoặc tới máy tính mới đ ược thực hiện. Với cách mã hiệu vị trí thay đổi ngư ời vận hành máy nạp từng dụng cụ vào từng vị trí bất kì trong ổ tích dao và cung cấp thông tin này cho hệ CNC. Hệ CNC tiếp nhận ngay và thực hiện tiếp khâu quản trị dữ liệu. Cách này càng chiếm ưu thế vì nó tận dụng các tính chất ư u việt của hệ điều khiển số và tránh các điểm hạn chế. Ưu điểm của cách này là: Sử dụng các dụng cụ không mã hoá hoặc các dụng cụ mã hoá điện tử, tận dụng các mã hiệu vị trí tin cậy của ổ tích dao. Lập trình số hiệu dụng cụ trong chư ơng trình tiến trình tìm kiếm có quãng đường ngắn nhất, thời gian thay đổi dụng cụ ngắn vì tốn kém, trao đổi hai dụng cụ giữa vị trí ổ tích dao và vị trí trục chính điều khiển ứng với các mã hiệu vị trí thay đổi là một hệ CNC có phần mềm cần thiết, hệ CNC này phải:
- Tạo lập đư ợc sự sắp xếp đúng của các dữ liệu trong từng lần thay đổi dụng cụ và l ưu giữ (nhớ) các dữ liệu đó toàn vẹn.
- Cung cấp các dao diện dữ liệu tương ứng cho thiết bị đọc, ghi của linh kiện dữ liệu và cho máy tính dữ liệu dụng cụ khi sử dụng hệ thống mã hiệu điện tử.
Hỗ trợ khâu thay đổi dụng cụ bằng tay bằng cách hệ CNC đ a dụng cụ tìm kiếm tới một trạm lấy dụng cụ và hiển thị số hiệu dụng cụ để kiểm tra
- Giữ chỗ cố định cho các dụng cụ quá cỡ và để trống các chỗ bên cạnh
3. Thay đổi phôi và chi tiết gia công.
- Với thiết bị thay đổi phôi và chi tiết gia công tự động có thể tránh đ ược thời gian phụ để điều chỉnh, kẹp chặt, gá lắp tháo đỡ phôi chi tiết gia công bằng cách thực hiện các thao tác đó ngoài phạm vi thời gian cắt vật liệu Tiền đề ở đây là máy được trang bị một cơ cấu thay đổi palete.Palete là Phương tiện mang phôi, trên bề mặt và các phần tử chức năng để định vị và kẹp chặt một cách chính xác lên bàn trung tâm gia công. Palete này đ ược thiết bị thay đổi chuyển động từ chờ tới phạm vi gia công của máy và sau khi gia công xong, chi tiết lại đ ược chuyển đi. Nhờ vậy các phôi chỉ được thay đổi chỉ trong vài giây. Khi có thêm ổ tích palete hoặc hệ vận chuyển khép kín có thể tự động thay đổi phôi và chi tiết gia công trong thời gian gia công dài bất kì.
- Thay đổi palete tự động là điều kiện bắt buộc đối với giải pháp tích hợp hoá các trung tâm gia công để thiết lập các hệ thống gia công linh hoạt. Đối với tr ường hợp ứng dụng này, palete phải đ ược ứng dụng thêm các hệ thống mã hiệu chỉnh nạp và đọc tự động chẳng hạn có thế cho biết trước số hiệu phôi hoặc chi tiết, số hiệu máy và thứ tự cần đảm bảo khi gia công trên máy CNC. ở các thiết bị mã hoá này còn có yêu cầu phải tạo khả năng xác định rõ sau khi gia công là các palete các máy nào trong hệ thống gia công linh hoạt. Yêu cầu này là cần thiết khi có sai số gia công xuất hiện, khi giới hạn dung sai bị v ượt qua hoặc có phế phẩm thì người vận hành máy dễ dàng phát hiện ra máy hoặc dụng cụ gia công nào đó có sai số.
Chương III.
NHũNG Khái NIệM CƠ BảN Về LậP TRìNH
Gia CÔNG TRÊN MáY CNC.
1. Các chương trình lập trình.
1. Các định nghĩa.
Trên các máy CNC quá trình gia công đư ợc thực hiện một cách tự động. Hệ thống điều khiển số của máy sẽ điều khiển quá trình gia công theo một Chương trình đã lập sẵn chương trình NC đóng một vai trò rất quan trọng trong quá trình gia công, đó là một mắt xích của quá trình chuẩn bị sản xuất
Vị trí của chương trình NC đ ược thể hiện trong sơ đồ sau:
Lập trình NC
Chuẩn bị công nghệ
Thiết kế
Máy công cụ NC
Chương trình NC
Quá trình hình thành chư ơng trình NC đ ược hiểu như sau: Từ bản vẽ thiết kế ng ười lập trình có các thông tin hình học để tính toán sắp xếp cáclệnh điều khiển theo trình tự nhất định, đồng thời ng ười lập trình phải cung cấp các thông tin công nghệ (chế độ công nghệ dụng cụ, các chức năng phụ) để hình thành ch ương trình NC. Nh ư vậy ch ương trình NC chứa toàn bộ các thông tin hình học và thông tin công nghệ của quá trình gia công.
Trên cơ sở phân tích về quá trình hình thành ch ương trình NC ta có định nghĩa sau: quá trình thiết lập các lệnh cho dụng cụ cắt trên cơ sở bản vẽ chi tiết và các thông tin công nghệ rồi chuyển các thông tin này sang bộ phận mang dữ liệu đư ợc mã hoá và sắp xếp theo dạng mà máy hiểu đ ược gọi là lập trình.
Tuy nhiên để có thể lập trình gia công trên máy CNC chúng ta phải nắm đ ược những khái niệm cơ bản.
2 . Hệ toạ độ .
- Để xác định các tư ơng quan hình học trong vùng làm việc của máy,trong phạm vi chi tiết gia công một cách rõ ràng, ta đư a vào các hệ toạ độ và các điểm gốc chuẩn.
- Để thống nhất hoá mối quan hệ t ương quan cho các máy công cụ điều khiển số khác nhau ng ười ta tiêu chuẩn hoá các trục toạ độ và chiều chuyển động của chúng.
- Các chiều chuyển động của máy công cụ điều khiển số đư ợc xác định bởi hệ toạ độ vuông góc của bàn tay phải.Hệ toạ độ này luôn đ ược gắn trên chi tiết. Khi lập trình chi tiết đ ược coi là đứng yên, các chuyển động thuộc về phần dao cụ.
- Chiều quay dư ơng ứng với chiều quay thuận của chiều kim đồng hồ. Khi ta nhìn tổng thể chiều dư ơng của trục tịnh tiến.
- Để bố trí thứ tự của các trục toạ độ hợp với các chiều chuyển động của máy, tiêu chuẩn DIN66217 xác định:
*Trục Z:
Nếu máy có trục chính cố định không xoay nghiêng đ ược thì trục nằm song song với trục chính công tác hoặc chính là đư ờng tâm trục đó. Nếu trục chính xoay nghiêng đ ược và chỉ một vị trí xoay nghiêng song song với một trục toạ độ nào đó, thì chính trục toạ độ đó là trục Z.
Nếu trục chính xoay nghiêng đư ợc song song với nhiều trục toạ độ khác nhau thì trục Z là vuông góc với bàn kẹp chi tiết chính của máy.
Nếu trục chính xoay nghiêng đ ược theo một hư ớng nghiêng với chính nó thì trục này kí hiệu là W.
Nếu máy có nhiều trục chính công tác, ta sẽ chọn một trong số đó là trục chính theo cách ưu tiên trục nào có đư ờng tâm vuông góc với bàn kẹp chi tiết. Nếu máy không có trục chính công tác ( máy bào , máy gia công điện hoá...) thì trục Z cũng là trục vuông góc với bàn kẹp chi tiết.
*Trục X.
Trục X là trục toạ độ nằm trên mặt định vị hay song song với bề mặt kẹp chi tiết, thư ờng ư u tiên theo phư ơng nằm ngang. Chiều của trục X đư ợc xác định nh ư sau.
2.1 Trên các máy có dao quay tròn.
a.Nếu trục Z đã nằm ngang thì chiều dư ơng của trục X h ướng tới về bên phải khi y ta nhìn từ trục chính h ướng vào chi tiết.
b. Nếu trục Z thẳng đứng và máy có một thân máy thì chiều d ương của trục X h ướng về bên phải khi ta nhìn từ trục chính h ướng vào chi tiết. Nếu máy có hai thân máy thì chiều dư ơng của trục X h ướng về bên phải nếu ta nhìn từ trục chính h ướng vào trục chính thân máy trái.
2.2 Trên máy có chi tiết quay tròn.
Trục X nằm theo phư ơng h ướng kính của chi tiết và đi từ trục chi tiết đến bàn kẹp dao chính.
2.3 Trên các máy không có trục chính công tác.
Trục X chạy song song theo h ướng gia công chính.
*Trục Y
Vị trí của trục Y xác định sau khi các trục X và trục Z đã đ ược định nghĩa.
2.4 Các điểm chuẩn.
Trong vùng làm việc của máy công cụ CNC, cần xác định các điểm chuẩn sau đây.
- Điểm gốc 0 của máy (ký hiệu M).
- Điểm 0 của máy M là điểm gốc của hệ toạ độ máy. Nó đ ược nhà chế tạo máy quy định theo một quan điểm có mục đích (VD: ở các máy tiện CNC đó là dao diện của trục quay (trục Z), với mặt tỳ của mâm cặp trên mặt bích của trục chính).
- Điểm 0 của chi tiết (ký hiệu: W).
- Điểm 0 của chi tiết W là điểm gốc của hệ toạ độ chi tiết W có thể đ ược ng ười lập trình lựa chọn tuỳ ý trên chi tiết.
- Điểm gá đặt A.
A là điểm lựa chọn tuỳ ý trên mặt gá chi tiết gia công. Mặt gá chi tiết là mặt chuẩn, đặt tiếp xúc với các vấu tỳ trên bàn máy hoặc đồ gá. Nếu mặt gá là một mặt đã gia công hoặc giữ nguyên là mặt thô ch ưa gia công, có thể điểm A trùng lặp với điểm W.
- Điểm chuẩn R
Điểm chuẩn R là điểm xác định trong vùng làm việc của máy công cụ mà khoảng cách từ nó đến điểm 0 của máy M cần đ ược chính xác
+ Điểm chuẩn đư ợc đặt mốc trên mỗi trục (như một phần cứng ) nhớ cữ chặn cố định hoặc cữ chặn có thế chỉnh theo từng bư ớc không đổi Điểm chuẩn là cần thiết trong trư ờng hợp hệ điều khiển dùng phép đo vị trí kiểu gia số.
ở đây, cứ mỗi lần đóng mạch , hệ điều khiển thì các trục phải đư ợc chạy về điểm chuẩn của nó ,có như vậy hệ điều khiển mới có một điểm khởi xuất ,từ đó bắt đầu đếm các khoảng gia số. Nếu chỉ dùng các cữ chặn và công tắc ngắt hành trình thì không đảm bảo đ ược độ chính xác đòi hỏi khi đi tới điểm chuẩn ( độ chính xác thư ờnglà 0,0005 hoặc 0,001 mm)
Bởi vậy cụm tổ hợp ,cữ chặn và công tắc ngắt hành trình chỉ báo cho hệ điều khiển vùng lân cận điểm dừng vùng đó nằm trư ớc điểm D của tín hiệu đo biểu thị điểm chuẩn
Để khắc phục các sai số cắt gọt ,khi đảo chiều trục công tác, dịch chuyển trở về điểm chuẩn R luôn luôn thực hiện theo cùng một chiều và theo chế độ chạy dao chậm Khoảng cách của điểm chuẩn R và điểm 0 của máy M đ ược thông báo cho hệ điều khiển thông qua dữ liệu điều chỉnh máy
Các giá trị tốc độ chạy về điểm chuẩn cũng như tốc độ của hành trình chạy dao chậm trên từng trục ,phụ thuộc và các số liệu kĩ thuật của máy nh ư khối l ượng bàn máy .Chiều dài đoạn dịch chuyển trở về điểm chuẩn R cũng đ ược thông báo cho hệ điều khiển thông qua dữ liệu điều chỉnh máy
Dịch chuyển trở về điểm chuẩn đư ợc thực hiện hoặc là nhờ một lệnh ch ương trình chuyên dụng ,hoặc là nhờ một công tắc chuyên dụng trên bảng điều khiển.
- Điểm chuẩn của dao P
Để có thể xác định vị trí của dao trong vùng làm việc của máy ,ta xác định điểm chuẩn P của dao
Các điểm chuẩn của dao P trên các dao khác nhau
- Các điểm chuẩn khác
Tuỳ theo dạng máy công cụ ta còn có các điểm chuẩn khác ,xác định có mục đích
3. Nội dung của ch ương trình NC.
Nội dung của ch ương trình đư ợc tạo thành từ một số khối mô tả quá trình hoạt động của máy bởi các bư ớc hoặc các câu. Mỗi một khối đại diện cho một b ước gia công hình học hoặc một chức năng gia công cụ thể nào đó. Các khối riêng biệt đ ược đánh số liên tiếp và đư ợc phân cách với nhau bởi mã kết thúc khối .
Mỗi một khối đư ợc lập nên bởi các từ, th ường bao gồm các kí tự chữ thêm bởi giá trị số để tạo nên các chuyển động gia công và các chức năng chuyển dịch. Mỗi một khối có thể bao gồm những lệnh khác nhau có các kiểu lệnh sau:
- Các lệnh hình học điều khiển chuyển động t ương đối giữa dao và phôi là x, y, z, A, B, C, U, V, W, P, M, R.. . .
- Các lệnh công nghệ qui định tỷ số tiến (F), số vòng quay của trục chính (s) và các loại dao (t).
- Các lệnh hành trình quyết định kiểu chuyển động (G) chẳng hạn như hành trình nhanh nội suy đ ường thẳng, nội suy đư ờng tròn.
- Các lệnh chuyển dịch lựa chọn dụng cụ (T), các lệnh trợ giúp (M) đại diện cho các mục nh ư bật tắt dung dịch, quay dừng trục chính, chiều quay trục chính, các lệnh hiệu chỉnh để bù chiều dài dụng cụ, bán kính dao cắt ,bán kính mũi dao và độ lệch điểm O .
- Các lệnh chu trình hay chư ơng trình con thư ờng hay gọi là các phần ch ương trình tiếp theo.
- Các địa chỉ thư ờng là một chữ cái qui định các giá trị số đi theo sau phải lư u trữ vào đâu, nghĩa là vào khối thông tin nào.
- Mỗi địa chỉ đ ược xuất hiện trong một khối việc lập trình điểm thập phân đại diện cho dữ liệu hành trình kiểu số với dấu chấm thập phân đư ợc xử lí bởi các số O đi tr ước hay theo sau tuỳ theo chiều dài từ và khả năng di chuyển cho phép của việc điều khiển (độ phân giải điều khiển)
Để xác định giá trị thực của một số với kiểu điều khiển không biểu diễn giá trị của chúng theo kiểu thập phân, các số 0 phải đ ược viết phù hợp với các lệnh đặc biệt mà ứng dụng vào thiết bị điều khiển đư ợc dùng.
4) Thủ tục lập trình
Sự khác nhau giữa các thủ tục lập trình dựa trên các yếu tố sau :
- Vị trí lập trình
- Mức độ tự động hoá đã có
- Kiểu của máy tính đư ợc sử dụng
- Các ph ương tiện hỗ trợ lập trình đã có
- Các ph ương tiện hỗ trợ điều khiển và kiểm tra
a) Lập trình bằng tay
- Khi lập trình chi tiết bằng tay, ngư ời lập trình hoàn thành ch ương trình không có sự giúp đỡ của máy tính. Ph ương tiện hỗ trợ duy nhất đ ợc sử dụng là bảng số liệu, một máy tính tay, các lệnh lập trình cho một máy công cụ, thiết bị điều khiển cụ thể, một thiết bị chuẩn bị băng và kinh nghiệm
b) Lập trình có sự trợ giúp của máy tính
- Khi lập trình có sự trợ giúp của máy tính, ng ười lập trình mô tả chi tiết cho máy tính bằng một ngôn ngữ mà máy tính có thể hiểu đ ược đó là ch ương trình gốc. Nó có thể đ ược đư a vào theo một trong hai cách:
Tách rời: Ch ương trình gốc đư ợc đ ưa vào máy tính thông qua một bộ phận mang dữ liệu( VD: nh ư thẻ đục lỗ). Dữ liệu đ ược đục ở trên có thể đ ược đọc theo trình tự vào máy tính thông qua một thiết bị không nối trực tiếp với máy tính.
- Liên kết dữ liệu đ ược đ ưa trực tiếp vào máy tính qua một cổng sử dụng một ngôn ngữ lập trình phù hợp.
Nhiệm vụ của ngôn ngữ lập trình là giúp đỡ việc mô tả chi tiết nghĩa là chuyển động giữa dao và phôi để đạt đư ợc hình dạng yêu cầu trên máy NCđư ợc trang bị cho công việc đó.
c)Sự kết hợp với hệ thống thiết kế có sự trợ giúp của máy tính (CAD) .
Ngày nay cùng với sự phát triển của các lĩnh vực tự động hoá, ngư ời ta đã tiến hành kết hợp việc lập trình bộ phận NC với hệ thống CAD với CAM. Nh ưng do giá trị đầu t ư còn quá cao nên các hệ thống kết hợp kiểu này còn rất hiếm tuy nhiên trong các lĩnh vực chuyên môn hoá cao, chẳng hạn nh ư việc thiết kế và chế tạo các bảng mạch in thì kiểu liên kết này đang đư ợc sử dụng ngày càng nhiều.
d) Điều khiển đầu vào dữ liệu bằng tay
- Việc điều khiển dữ liệu bằng tay không khó khăn đối với các thiết bị điều khiển hiện đại chúng đ ược cung cấp một cách thuận tiện để tạo nên một kiểu đối thoại thân thiện giữa ngư ời sử dụng với máy thông qua các phím dành riêng và các chu trình, ch ơng trình con đ ược l ưu giữ. Nhờ các thiết bị hiển thị lỗi đầu vào và việc tính toán dữ liệu hành trình cắt cục bộ trong máy CNC, số l ượng các dữ liệu vào cần thiết lúc này nhỏ hơn nhiều so với khi lập trình đ ược làm bằng tay trong phòng kĩ thuật.
5) Lựa chọn hệ thống lập trình.
a. Sự da dạng của các chi tiết liên quan.
- Sự phức tạp của hình dáng chi tiết
- Hình dạng phôi
- Nỗ lực cần thiết để quyết định các số liệu công nghệ
- Độ giống nhau của phôi
b. Các máy NC
- Số các máy NC đã có
- Sự đa dạng của các kiểu máy NC đang sử dụng
- Qui trình chế tạo đang dùng
- Phạm vi của các thiết bị NC đang sử dụng
c. Các thông số về nhịp sản xuất
- Số các ch ương trình chi tiết NC mới yêu cầu hàng năm
- Số các ch ương trình chi tiết NC đã l ưu trữ
- Tần số lặp lại của chi tiết
- Loạt sản xuất
d. Các thông tin bối cảnh
- Khả năng tính toán hiện có
- Năng lực của đội ngũ nhân viên
- Kinh nghiệm về NC của những ngư ời vận hành và lập trình
6) Các ưu điểm của việc lập trình bằng máy
- Việc sử dụng các thiết bị tính toán hay các thiết bị lập trình có sự trợ giúp của máy tính đã giảm đáng kể khối lư ợng công việc cho ngư ời lập trình chi tiết. Máy tính nhận và phân tích số liệu riêng kiểm tra các lỗi đầu vào, tiến hành tất cả các tính toán cần thiết, sắp xếp các kết quả theo một hình thức tối ưu và giữ các dữ liệu theo một chuỗi lôgíc tất cả đều không có sự can thiệp của con ng ười, lập trình chi tiết phải tính toán vấn đề gia công và sau đó lập trình trong một ngôn ngữ tư ợng tr ư ng gần với ng ười sử dụng.
- Các ưu điểm do khuynh hư ớng này tạo ra là:
- Dùng một ngôn ngữ tư ợng trư ng tư ơng đối dễ nh ư là một bàn phím các kí tự để đư a ra số liệu hình học và công nghệ.
- Tiết kiệm thời gian đáng kể khi mô tả chi tiết và quá trình gia công cần thiết.
- Số lư ợng các lỗi giảm x uống khi lập trình chi tiết do giảm số l ượng dữ liệu đầu vào không có hay có rất ít việc tính toán bên ngoài máy lính, việc kiểm tra tính đúng đắn nhờ máy tính.
- Giảm đáng kể về thời gian và giá thành so với ph ương pháp chuẩn bị sản xuất thông thư ờng.
- Sử dụng một ngôn ngữ lập trình thông dụng.
II. Các hình thức tổ chức lập trình
1 ) Lập trình trong chuẩn bị sản xuất.
Còn gọi là hình thức tổ chức lập trình ngoại tuyến
Phân ra làm: Lập trình bằng tay
Lập trình bằng máy
2) Lập trình phân xư ởng.
Khi lập trình phân xư ởng ngư ời ta vận hành máy lập chư ơng trình gia công tại máy NC. Để giảm thời gian dừng máy cho lập trình và điều chỉnh máy cần phải cung cấp cho ng ười vận hành máy phải có trình độ nghề nghiệp cao .
III. Cách viết một chư ơng trình cho máy điều khiển số
1 . Mã hoá dữ liệu và thiết lập ngôn ngữ lập trình.
- Từ lệnh (địa chỉ / cú pháp ).
Để lập ch ương trình gia công trên máy CNC có rất nhiều phư ơng pháp
- Các ph ương pháp lập trình
+ Lập trình trực tiếp trên máy CNC: là quá trình tìm ra thông số điều khiển nhập chúng vào hệ điều khiển trực tiếp trên máy thông qua bảng điều khiển.
+ Lập chư ơng trình bằng tay là quá trình thu thập sắp xếp xử lí các dữ liệu cần thiết cho công việc gia công trên máy CNC không có sự trợ giúp của các loại máy tính đó là bư ớc quá độ bằng tay sang lập trình bằng máy.
Lập trình với sự trợ giúp của máy tính làm giảm đáng kể công sức của ng ười lập trình. Máy tính phân tích xử lí các dữ liệu kiểm tra lỗi, làm các tính toán cần thiết tạo ra dữ liệu hình học và công nghệ cho hệ điều khiển. Quá trình tự động hoá trong gia công CNC để từ lập trình bằng tay đến lập trình có sự trợ giúp của máy tính và tiến tới toàn lập trình tự động bằng máy tính.
2) Cấu trúc một chư ơng trình gia công.
Cấu trúc ._. ười sử dụng có thể chọn kích cỡ máy.Cung cấp các chức năng báo chuông cắt bớt quá trình khi gặp trục trặc (nh ư khi bị chạm ,quá tải ...).
- Các dụng cụ và chức năng đơn giản đ ược thiết lập bằng cách sử dụng
hộp thoại .
- Đ ường cắt và đ ường pháp tuyến của nó đư ợc hiển thị cùng lúc.
2.3 Chức năng kiểm tra của NC.
- Chỉ ra giá trị các toạ độ và các giá trị độ cong (bán kính R) của chi tiết
- Chức năng hiển thị một khu vực gia công bất kì.
- Có thể dùng chuột để sử dụng chức năng xoay động cho phép nhìn vật cắt dư ới nhiều góc độ.
- Chức năng hiển thị kích thư ớc, cho phép so sánh và kiểm tra các chi tiết gia công có kích thư ớc khác nhau.
- Chức năng in nhanh và kiểm tra kết quả đạt đ ược.
2.4 Chức năng hỗ trợ đào tạo.
- Chế độ Follow me cho phép những ng ười mới bất dầu thực hiện chương trình đơn giản nhất.
- Chức năng tự động cho việc tính toán tr ước các mã của sản phẩm sau khi tiện.
- Chức năng tạo không gian hai chiều khi phay với thiết kế cài sẵn.
- Thiết kế t ương tác (bằng mô hình ).
- Có thể thiết kế điều kiện cắt thông qua bảng điều khiển.
- Hỗ trợ việc tạo ra các đ ường, lỗ, lỗ khoan trong quá trình cắt.
2.5 Giao diện và các chức năng khác.
- Chức năng trợ giúp rất tiện ích, nó giúp cho ng ười sử dụng có thể tự học vận hành chư ơng trình và cách lập trình kĩ thuật NC.
- Chức năng điều khiển cho phép kiểm tra trạng thái việc học tập của sinh viên thông qua việc vận hành toàn bộ hệ thống.
- Chuyển tải thông tin và chức năng cắt bằng kĩ thuật số.
- Chức năng hiển thị đư ờng cắt thông qua việc sử dụng máy vẽ.
- Chức năng in màn hình.
3. Các chức năng bổ trợ của V-CNC phiên bản 2.0.
a) Phát triển chức năng DNC.
Có thể đư ợc thực hiện trực tiếp từ bộ điều khiển.
b) Hoà nhập với môi trư ờng xung quanh.
Thế hệ trư ớc đây đòi hỏi các công cụ và giá trị sai số phải đư ợc lồng tách riêng biệt. Tuy nhiên thế hệ này cho phép tất cả các thông tin đư ợc hiện ra đồng thời bằng lệnh 'SET'.
c) Chư ơng trình tìm kiếm và thay đổi .
Trư ớc đây chư ơng trình tìm kiếm và thay đổi chức năng không đư ợc cung cấp cho sentrol. Tuy vậy thế hệ này chỉ cung cấp các chức năng có tiếng danh sách hệ thống sentrol.
d) Chức năng h ướng dẫn mã NC.
- Chức năng đư ợc bổ xung mới này nhằm thực hiện việc phát triển mã NC của sản phẩm trên một màn hình thông qua việc sử dụng chức năng "Follow me mode" lấy từ thanh công cụ.
e) Thay đổi UI.
- Trong khi thế hệ trư ớc đây chỉ cung cấp cửa sổ chính của máy và cửa sổ kiểm tra thì thế hệ hiện nay đã hợp nhất hai cửa sổ này trong cửa sổ chính và kích th ước của nó có thể đư ợc điều chỉnh dễ dàng hơn.
g) Chức năng kiểm tra mạnh hơn.
Thế hệ trư ớc đây chỉ có thể vẽ theo giá trị cho tr ước như ng hiện nay thế hệ này cho phép tăng c ường chức năng thông qua việc cho phép hiển thị các giá trị chiều cao và thêm vào đó là hiển thị các trị số.
f) Hệ thống giám sát.
Giáo viên có thể kiểm tra và giám sát hiện trạng PC của các sinh viên trong mạng bằng PC của giáo viên.
g) Chức năng cho giá trị kích thư ớc.
Chức năng mới này nhằm lựa chọn, so sánh chi tiết với các chi tiết chuẩn đã được định kích thước và cho phép in các giá trị kích thước có trên màn hình.
h) G.CO DE giúp đỡ.
Chức năng này cho phép xem và sao chép các dạng hộp thoại / hộp lệnh từ các màn hình hướng dẫn soạn thảo chương trình.
4. Lập trình NC .
4. 1 . Hệ thống toạ độ.
- Điểm gốc chương trình.
Các điểm gốc của cấu trúc toạ độ và của chương trình được xác định sao cho thuận tiện trước khi bắt đầu trình bày chương trình. Điểm gốc chương trình được xác định tổng quát nhằm thuận tiện cho sự trình bày và xử lí cắt của nó. Trong hầu hết trường hợp, một giao điểm giữa trục Z và X được coi như là điểm gốc chương trình.
+ Thiết lập cấu trúc toạ độ
Cấu trúc toạ độ được xác định trước hết đối với sự trình bày chương trình. Quan hệ giữa điểm gốc chương trình và điểm bắt đầu của công cụ được gọi là cấu trúc toạ độ, và quan hệ này nếu được nhập vào trong thiết bị NC khi thực hiện chương trình và quá trình này có thể được chỉ định dùng lệnh G50. Công cụ nên được định vị trong vùng vị trí được chỉ rõ khi bắt đầu quá trình vận hành của chính nó, bởi vì cấu trúc toạ độ vùng làm việc và sự xác định vị trí bắt đầu công cụ được thiết lập khi quá trình tiến hành thay đổi công cụ được thực hiện trên điểm đó được gọi là điểm bắt đầu.
Lập trình cấu trúc toạ độ tuyệt đối / độ tăng.
Máy tiện NC mang hai lưỡi cắt điều khiển và có hai phương pháp lập trình cho hai lưỡi cắt này, một phương pháp toạ độ lệnh tuyệt đối và phương pháp lệnh toạ độ tăng. Mặt khác các phương pháp này có thể được tổ hợp trong một câu lệnh, các địa chỉ của trục Z và X yêu cầu các lệnh tăng là U và W
5. Các mã lệnh G.
5. 1 Các định nghĩa và nhóm mã G.
Mã G nhóm Chức năng.
G00 01 Vị trí (dịch chuyển nhanh).
G01 01 Cắt đường thẳng.
G02 01 Vẽ hình cung (cw).
G03 01 Vẽ hình cung ccw.
G04 00 Lệnh dừng (dừng tạm thời).
G09 00 Dừng vị trí chính xác.
G20 06 Đầu vào inch.
G21 06 Đầu vào mét.
G22 04 Giới hạn di chuyển bên trong ON.
G23 04 Giới hạn di chuyển bên trong OFF.
G27 00 Kiểm tra khai báo điểm liên quan.
G28 00 Khai báo điểm liên quan.
G29 00 Khai báo từ điểm liên quan.
G30 00 Khai báo điểm liên quan thứ hai.
G32 01 Cắt ren.
G40 07 Tạm dừng thông số bán kính đầu.
G41 07 Công cụ bán kính đầu (kích thước trái ).
G42 07 Công cụ bán kính đầu (kích thước phải ).
G50 00 Thay đổi toạ độ của vật cắt, thiết lập trục lớn nhất PRM
G52 00 Thiết lập khung toạ độ cục bộ.
G53 00 Thiết lập khung tọa độ của máy.
G70 00 Kết thúc cắt vòng.
G71 00 Đường kính trong và ngoài của đường cắt vòng.
G73 00 Hình dạng của vòng cắt.
G74 00 Hướng cắt Z của mũi khoan.
G75 00 Hướng X đường rãnh.
G76 00 Cắt ren vòng.
G90 01 Cắt vòng( đường kính trong và ngoài ).
G92 01 Cắt ren vòng.
G94 01 Cắt vòng (khu vực ).
G96 12 Kiểm soát đều tốc độ bề mặt.
G97 12 Tạm dừng kiểm soát đều tốc độ bề mặt.
G98 05 Mô tả chuyển động trên giây.
G99 05 Mô tả chuyển động trên vòng xoay.
*G01 lệnh vẽ đường thẳng.
- Lệnh vẽ đường thẳng là một chức năng chuyển đổi công cụ từ vị trí chỉ định với tốc độ chuyển đổi được chỉ định trong một dạng thẳng.
G01 X (U) -Z (W) -F;
X,Z: giá trị toạ độ tuyệt đối của vị trí thay đổi .
U, W: Giá trị toạ độ tăng của vị trí thay đổi.
VD: (1). Chương trình toạ độ tuyệt đối. (2) Chương trình tạo độ tăng thêm.
G01 X50 Z75 F0.2; G01 U0.0 W-75 F.2;
X100 U50
*G02/G02.
-Lệnh vẽ đường cong
G02 (G03) X (U) - Z (W) - 1 - K - F ;
Hoặc G02 (G03) X (U) - Z(W) - R – F;
G02: Theo chiều kim đồng hồ (cw).
G03: Đếm theo chiều kim đồng hồ (cc).
X, Z: Điểm kết thúc trong cấu trúc toạ độ.
U, W: Khoảng cách từ điểm bắt đầu đến điểm kết thúc.
I, K: Giá trị véc tơ thực( giá trị bán kính ) từ điểm bắt đầu tới điểm trung tâm.
R: Bán kính của trung tâm đường cong (lên tới 180).
VD:
(1). Chương trình tạo độ tuyệt đối .
G02 X100 Z90 I50 F0.2;
Hoặc G02 X100 Z90 R50 F02;
(2.) Chương trình toạ độ tăng thêm.
G02 U20 W-30 I50 K0 F0.2;
Hoặc G02 U 2(-) U-30 R50 F0.2;
G32: Cắt ren.
Cắt ren nên được chỉ định sử dụng trục quay chức năng điều khiển đều đặn RPM(G97) và xét một số đoạn ren đối với lập trình. Chức năng điều khiển tốc độ chuyển đổi và chức năng điều khiển tốc độ trục quay sẽ được qua trong suốt quá trình tạo ren và khi nút Feet Hold được kích hoạt, quá trình chuyển đổi dừng lại sau khi hoàn thành một chu kì cắt.
G32 X(U) - Z(W) -F- ;
G32 X(U) -Z(W) - E;
F: Độ sâu rãnh.
E: Mật độ (mm).
VD:
G00 X29.4; (cắt vòng 1).
G32 Z-23 F0.2;
G00 X32;
Z4;
X29; ( cắt vòng 2).
G32 Z-23 F0.2 ;
G00 X32;
Z4
* G30 khai báo điểm gốc 2.
Cấu trúc toạ độ có thể được thiết lập bằng cách sử dụng điểm gốc số 2.
1.Thiết lập các giá trị toạ độ một điểm bắt đầu của công cụ, với a ,b , là các thông số về khoảng cách điểm gốc của thiết bị và điểm bắt đầu.
2. Thiết lập cấu trúc toạ độ sử dụng lệnh G30 ngược với G50 khi lập trình.
3. Sau khi xử lí với điểm gốc số 1, cấu trúc công cụ được dịch tới điểmgốc số 2 khi nó bắt gặp lệnh này, bất chấp vị trí thực của nó.
4. Quá trình thay đổi công cụ cũng được thực hiện trong điểm gốc số 2 này.
* G98/G99. Thiết lập số lượng chuyển đổi.
- Chuyển đổi bản cắt có thể thực hiện được chỉ định với chuyển động trên phút (mm/phút) của mã G98 với chuyển động trên vòng (mm/vòng) của mã G99, ở đây chuyển đổi tiện NC trên vòng của G98 được sử dụng cho lập trình.
Hình vẽ: Mô tả lượng dịch chuyển.
Tốc độ chuyển đổi trên phút (mm/phút) - tốc độ chuyển đổi trên vòng (mm/vòng) trục quay RPM.2.
*G96/G97: Điều khiển tốc độ bề mặt.
Máy tiện NC có 2 vùng tốc độ thấp và cao sử dụng các hộp số và thay đổi RPM trong mỗi giai đoạn của dãy đạt được nhờ thay đổi số.
G96: Là một chức năng xoá bỏ sự điều chỉnh tốc đô bề mặt, và chỉ điều khiển RPM là kiểu đáng tin cậy.
4. Tự động cắt bề mặt và cắt góc bán kính R.
- Chức năng này được lập trình sử dụng các biến số I, K, và R, biểu diễn các giá trị bán kính để mang quá trình cắt bề mặt ngoài hoặc cắt các góc R khi hai bề mặt giao nhau.
5.Quá trình cắt vòng cơ sở.
5.1) Vòng cố định (G90, G92, G94 ).
Cắt vòng đường kính trong và ngoài (G90).
+ Đường cắt vòng:
G90X(U)-Z(W) -F - ;
Nhấn công tắc ở chế độ khối đơn, nó hoàn thành một khối vòng theo thứ tự 1 - 2 -3 -4 như hình 9.7. Dấu (+) của U và W được thay đổi theo các hướng của 1 và 2 trong chương trình toạ độ tăng.
R:Dịch chuyển nhanh F: Mô tả
Hình vẽ : Đường cắt vòng ren thẳng.
b) Vòng cắt nhọn.
G90X(U)-Z(W)-I-F,
Giá trị nhọn "I" phải được chỉ định. Phương pháp cắt giống như cắt vòng thẳng.
*G92. Vòng cắt ren.
1. Vòng cắt ren thẳng.
G92 X(W)-Z(W)-F-;
Vùng ren và điều khiển quay đều trục RPM(G97) giống như G32.Trong vòng cắt ren này độ vát của ren có thể thực hiện như Hình 9.9 và độ dài của mặt vát được thiết lạp bằng các đơn vị 0, 1 L trong khoảng 0,1 dài của mặt vát được thiết lập bằng các đơn vị 0,1 L trong khoảng 0,1L-12,7L phụ thuộc thông số chỉ định.
2. Vòng cắt ren nhọn.
G92 X (U) - Z (W) - I -F - ;
* G94 vòng cắt đoạn.
1. Vòng cắt đoạn thẳng.
G94 X(U) - Z(W) -F ;
2 . Vòng cắt đoạn nhọn .
G94 X(U)-Z-K-F-;
b) Các vòng lặp lại bội số (G70- G76).
Các vòng lặp lại bội số cho phép người sử dụng phát triển các chương trình NC dễ dàng hơn các vòng cố định, các vòng này có thể chỉ được thực hiện trong hoạt động nhớ.
* G71
Vòng cắt theo đường kính trong và ngoài .
G71 P(ns) Q(nf) U(Du) D( Dd) F(f) S(s) T(t);
P: Số lần thực hiện khối đầu tiên để thành hình dáng.
Q: Số lần thực hiện khối cuối cùng để thành hình dáng.
U: Hoàn thành độ dày và hướng trục X (lệnh đường kính ).
W: Hoàn thành độ dày và hướng trụcZ.
D: Độ cắt sâu( dấu và số thập phân không được sử dụng ).
F, S, T, : Chuyển đổi cắt RPM và lựa chọn công cụ cắt thô.
- Chỉ định quá trình hoàn thành dạng cắt A-A-B, cắt vòng được chia ra lệnh với độ sâu d, yêu cầu độ cắt dày (u/2/w) và chỉ thị lượng thoát (thiết lập các thông số) sau đó công cụ trở lại chu trình điểm bắt đầu sau khi hoàn toàn sử lí cắt vòng.
* G70 Hoàn thành cắt vòng.
G70 P(ns) Q(nf) ;
P: Số lần thực hiện khối đầu tiên để hoàn thành hình ảnh.
Q: Số lần thực hiện khối cuối cùng được hoàn thành hình ảnh.
1. Hoàn thành cắt có thể được thực hiện bằng cách sử dụng mã G70 ,sau khi xử lí cắt thô thực hiện bằng các vòng G71 , G72 và G73.
2.F, S,T tại G70 có hiệu lực với các giá trị được chỉ định giữa các con số được chỉ định là ns, và nf, bỏ qua các lệnh chỉ định trong G71 , G72 và G73.
3. Chương trình trợ giúp có thể được gọi trong suốt chế độ cắt vòng.
4. Nhờ sự hoàn thành của quá trình cắt G70 công cụ trở lại điểm bắt đầu và quá trình chuyển đổi nhanh.
* G72 vòng cắt thô đoạn.
G72 p(ns) Q(nf) U( Du) W(w) D(Dd) F (f) S (s);
Các chức năng giống như vòng cắt thô bán kính trong và ngoài (G17), ngoại trừ quá trình cắt được mang ra ngoài song song với trục X.
*G73 Kiểu vòng lặp.
G73 P (ns) Q(nf) I ( D i) K (k) U (Du) W(Dw) D (Dd) F (f) S(s);
P: Số lần thực hiện khối đầu tiên để hoàn thành hình ảnh.
Q: Số lần thực hiện khối cuối cùng để hoàn thành hình ảnh.
I: Lượng rời bỏ và hướng của trục Z (lệnh bán kính ).
K: Lượng rời bỏ và hướng của trục Z.
U: Độ dày cắt theo trục X (lệnh đường kính ).
W: Độ dày cắt theo trục Z.
D: Phần chia lần lặp của quá trình cắt thô.
Như ở hình dưới đây, chức năng này tiến bộ cho quá trình cắt lặp dạng cố định. Do đó điều này có hiệu quả kinh tế trong việc xử lí các sản phẩm nhẵn hay các sản phẩm lặp lại. Phương pháp lập trình khác giống với G71 vàG72.
*G74 chu trình khoan đoạn.
G74 -X(u) - Z(w) - I(D i) - K( Dk) - F - D ( Dd);
X: Tạo độ trên trục X của điểm B (giá trị tăng từ U- A- tới B).
Z: toạ độ trên trục Z của điểm C ( giá trị tăng từ W - A tới C).
I: Lượng chuyển đổi của hướng X ( không dấu ).
K: MRR ( tốc độ dịch chuyển thành phần ) của hướng Z ( không dấu )
D: Lượng co vào công cụ từ điểm cuối cắt (0 nếu "D" không làm tròn).
F: Tốc độ chuyển đổi.
E: Lượng đệ quy( thiết lập bằng các tham số 0)
Lưu ý : Để thực hiện khoan trong điểm trung tâm đoạn, các lệnh không làm tròn của X và I(i) từ sự trình bày ở lệnh trên.
*G75
Chu trình cắt rãnh hướng trục X.
G75 X(u) Z(w) I( Di) K (Dk) F D ( Dd)
X: Đường kính trong của đường rãnh.
Z: Vị trí cuối cùng của rãnh.
I: Lượng cắt theo hướng trục X(không dấu ).
K: Khoảng cách giữa các rãnh ( không dấu ).
D: lượng co vào công cụ( nói chung đưa ra đối với quá trình cắt rãnh)
F: lượng hoàn lại (thiết lập bằng các thông số ).
*G76. Chu trình cắt ren.
G76 X - {Z -I - K - D( Dd) -F -A -P -;
- E _ _
X,Z: Giá trị toạ độ cuối đường ren.
I: Lệnh bán kính và các bán kính ren nhọn khác nhau.
K: Chiều cao đường ren (lệnh bán kính ).
D: Độ sâu thành phần loại bỏ đầu tiên ( giá trị bán kính và các giá trị thập phân không sử dụng ).
F(E): Bước ren .
A : Góc ren .
P: Phương pháp cắt.
R: Lượng cắt bề mặt ( thiết lập bằng các thông số ).
3. Các chức năng trợ giúp ( chức năng M).
Đây là một chức năng trợ giúp hoạt động máy như: Bắt đầu trục chính dừng hoạt động, dừng chương trình tra dầu, cắt ON/OFF v.v....
Mã Chức năng.
M00 Dừng chương trình.
M01 Dừng chương trình tự chọn 1 .
M02 Kết thúc chương trình.
M30 Kết thúc chương trình và khởi động lại.
M03 Quay trục theo hướng cũ.
M04 Quay trục theo hướng ngược lại.
M05 Dừng trục.
M08 Khởi động động cơ cắt bằng dầu.
M09 Dùng động cơ cắt bằng dầu.
M40 Đồ gá trục ở vị trí trung bình.
M41 Đồ gá trục ở khu vực tốc độ chậm.
M42 Đồ gá trục ở khu vực tốc độ cao.
M68 Giữ mâm cặp thuỷ lực.
M69 Mở mâm cặp thuỷ lực.
M78 Đưa đoạn vật liệu cắt còn lại lên.
M79 Bỏ 1 đoạn cắt vật liệu cắt còn lại.
M98 Gọi chương trình phụ.
M99 Kết thúc chương trình phụ.
Chương V.
Lập trình tự động cho máy CNC.
Để hiểu chi tiết về lập trình tự động và khả năng ứng dụng trong thực tế sản xuất chúng ta phải nghiên cứu sâu một số vấn đề đồng thời phân tích một số ví dụ cụ thể.
1. Phân loại hệ thống tự động hoá lập trình.
- Được phân loại theo các dấu hiệu sau:
- Dựa vào các thiết bị và khả năng tự động hoá chuẩn bị công nghệ: Tự động hoá công nghệ và không tự động hoá công nghệ.
- Dựa vào chức năng: chuyên dùng; vạn năng; tổ hợp. Hệ thống tự động hoá lập trình chuyên dùng được lập trình cho một số loại chi tiết và một số loại máy nhất định. Hệ thống tự động hoá lập trình vạn năng được lập cho nhiều loại chi tiết và nhiều loại máy khác nhau. Hệ thống tự dộng hoá lập thành tổ hợp được lập cho nhiều nhóm máy khác nhau trên cơ sở một ngôn ngữ đầu vào đề thực hiện những nhiệm vụ đồng nhất.
- Dựa vào phạm vi ứng dụng: Để gia công các mặt phẳng song song vớicác mặt phẳng toạ độ, để phay 2.5 D; Để gia công trên máy lia lửa điện; Để gia công chi tiết trên các máy phay nhiều toạ độ; Để gia công trên máy tiện,để gia công lỗ trên máy khoan; để gia công các chi tiết dạng hộp trên các máy khoan - doa và các trung tâm gia công. Dựa vào mức độ tự động hoá: Mức độ thấp; Mức độ trung bình, Mức độ cao. Hệ thống tự động hoá lập trình mức độ thấp thực hiện các phép tính hình học trên máy vi tính ( xác định toạ độ các điểm của quỹ đạo dụng cụ cắt ) và thực hiện các chỉ dẫn về thành phần chương trình. Hệ thống tự động hoá lập trình mức độ trung bình cho phép chọn thứ tự các bước công nghệ khi gia công từng bề mặt chi tiết. Hệ thống tự động hoá lập trình mức độ cao cho phép thiết kế nguyên công, điều chỉnh dao thứ tự các bước công nghệ và chế độ cắt. Lập trình tự động có hiệu quả cao hơn hẳn so với lập trình bằng tay.
VD: Khi lập trình bằng tay để gia công cánh tua bin trên máy phay cần thực hiện 8000 phép tính đó người công nhân phải mất 8,5 ngày. Nếu dùng máy tính và ngôn ngữ APT thì chuẩn bị thông tin cho máy tính mất 30 phút và thực hiện các phép tính trên máy tính mất 3 phút.
VD2: Gia công đĩa có 73 lỗ nằm cách đều trên vòng tròn đường kính250 mm. Mỗi lỗ cần gia công theo 3 bước: khoan tâm. khoan, doa. Khi lập trình bằng tay cần phải tính 146 toạ độ ( mỗi lỗ cần tính 2 toạ độ ) với 438 câu lệnh ( mỗi lỗ cần ba bước công nghệ ). Để hoàn thành công việc này phải mất 8 giờ, nếu lập trình tự động ta cần 45 phút để chuẩn bị thông tin và 15 phút để thực hiện các phép tính trên máy vi tính.
2. Máy tính dùng cho lập trình tự động.
Tốc độ và dung lượng bộ nhớ của máy tính có ảnh hưởng quyết định đến chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật của việc lập trình tự động ( lập trình bằng máy ). Ngoài những máy tính vạn năng lớn người ta đã và đang dùng những máy tính nhỏ đặt ngay trong phân xưởng gia công để thực hiện việc lập trình .Hiện nay người ta còn trang bị cho mỗi máy một máy tính riêng. Như vậy hệ thống điều khiển có phức tạp hơn nhưng nó lại cho phép ta dự đoán tình trạng máy và lập trình gia công trực tiếp tại chỗ làm việc. Một ưu điểm khác của máy tính cỡ nhỏ là giá thành thấp và khi hỏng ta có thể sửa chữa hoặc thay thế dễ dàng.
3. Cấu trúc của hệ thống tự động hoá lập trình.
Thông thường chương trình điều khiển được hình thành qua ba chương trình.
3. 1 Chương trình tiền xử lí (preprocessor).
Là chương trình dịch những thông tin từ ngôn ngữ đầu vào sang ngôn ngữ của máy tính. Chức năng của chương trình này bao gồm:
+ Tính toán các thông tin ban đầu của chi tiết gia công.
+ Cho các thông tin ban đầu của cho tiết gia công lên màn hình điều khiển hoặc in ra giấy.
+ So sánh những thông tin nạp vào với kết quả in ra để phát hiện sai sót.
+ Chuyển những thông tin đầu vào thành những số thực còn các từ thành những mã quy định.
3.2 chương trình sử lí (processor).
- Có các chức năng sau:Chuyển tất cả các dữ liệu hình học về dạng công thức toán học.
- Xác định các điểm và các đường cắt nhau của các yếu tố hình học.
- Xấp xỉ hoá các đường cong khác nhau với dung sai nào đó.
-Dự đoán các sai số hình học.
- Xây dựng các đường cách đều có tính đến phương dịch chuyển và bán kính của dao.
3.3 Chương trình hậu sử lí (postprocessor)
Có các chức năng sau:
- Tính toán tất cả các dữ liệu của chương trình sử lí.
- Chuyển đổi các dữ liệu đó sang hệ toạ độ máy.
- Kiểm tra theo giới hạn của máy.
- Tạo các lệnh cho chu kì thay dao.
- Mã hoá và cho các giá trị tốc độ và lượng chạy dao.
- Cho lệnh mở dung dịch trơn nguội.
- Xác định lượng chạy dao có tính đến giới hạn của máy.
- Tạo lệnh hiệu chỉnh dao.
- In ra chương trình gia công chi tiết dự đoán các sai số.
- Xác định thời gian gia công, tuổi bền của dao để định mức và tổ chức công việc trên máy.
4. Các ngôn ngữ lập trình tự động.
- Hiện nay trên thế giới có khoảng hơn 100 ngôn ngữ lập trình tự động. Các ngôn ngữ này được triển khai để áp dụng vào thực tế sản xuất. Tuy nhiên một số ngôn ngữ không được sử dụng rộng rãi vì chúng có nhược điểm nhất định.
Ưu điểm của các ngôn ngữ lập trình tự động :
- Xác định bài toán một cách đơn giản.
- Các ngôn ngữ dễ hiểu và dễ nhớ, phù hợp với các khái niệm của công nghệ chế tạo máy.
- Với ít dữ liệu đầu vào có thể sản sinh được nhiều dữ liệu đầu ra.
- Những tính toán cần thiết đều do máy tính thực hiện.
- Hạn chế các lỗi lập trình.
+ Sau đây là các ngôn ngữ được sử dụng rộng rãi ở các nước công nghiệp phát triển.
* APT (Automatically programmed tool ). Ngôn ngữ lập trình này được xây dựng ở Mỹ. Nó cho phép giải quyết nhiều bài toán hình học khác nhau khi lập trình gia công trên máy phay nhiều toạ độ. Ngôn ngữ này là cơ sở cho các ngôn ngữ của ISO .Trên cơ sở của APT đã hình thành các ngôn ngữ sau đây:
*ADAPT để lập trình gia công trên máy phay 2,5 D.
*AUTOSPOT để lập trình cho nguyên công khoan.
*EXAPT-1; EXAPT-2;EXAPT-3 ( Đức ) có thể thực hiện chọn dao và xác định thông số chế độ cắt.
*NELNC( Anh ).
*IFAPT (Pháp ).
*FAPT(Nhật ).
*MODAPT(ý).
*PROGRAMAT(Đức).
Các ví dụ lập trình tự động :
Dưới đây ta nghiên cứu một số ví dụ lập trình tự động bằng các ngôn ngữ khác nhau .
Ví Dụ:
- CP PC,CAP-2,CPTC. Các ngôn ngữ này được xây dựng vào những năm đầu của thập niên 60.
Ngôn ngữ CP PC được sử dụng để lập trình gia công các bề mặt chi tiết 2,5 D.
Ngôn ngữ CAP- 2 được sử dụng để lập trình gia công các contur chi tiết trong mặt phẳng song song với các mặt phẳng toạ độ.
Ngôn ngữ CP PC được sử dụng để lập trình gia công các chi tiết dạng trục trên các máy tiện .
- CPC-T được xây dựng trên cơ sở của CPTC để lập trình gia công trên các máy tiện.
- CAPC được xây dựng trên cơ sở của APT, có khả năng phát hiện lỗi và chỉ ra cách sửa chữa các lỗi đó.
- CPC-K để lập trình gia công trên các máy khoan - doa và các trung tâm gia công.
- ECPC-TAY để lập trình gia công trên các máy phay 2,5D
- TAY- C để lập trình gia công lỗ.
- TAY- CPf để lập trình gia công trên máy khoan, máy doa và gia công lỗ trên máy phay 2,5D.
-TAY- C để lập trình gia công trên máy tiện.
CAP-EC để lập trình gia công trên các máy tiện, phay, khoan, doa bằng một dao hoặc nhiều dao.
-TEXTPAH để lập trình gia công trên nhiều loại máy khác nhau.
ECP P để lập trình gia công trên các nhóm máy khoan, máy tiện và máy phay.
5. Các khai báo định nghĩa.
Nhìn chung các chương trình được viết bằng ngôn ngữ lập trình tự động đều bao gồm các khai báo định nghĩa như: Khai báo số hiệu chương trình khai báo số học, khai báo định nghĩa hình học, khai báo chế độ gia công, khai báo chuyển động của dao ... v.v. Dưới đây ta nghiên cứu các khai báo định nghĩa nói lên.
5. 1 Khai báo PARTNO,MACHIN và CLPRNT
- Bắt đầu chương trình được xác định (khai báo) bằng từ (thuật ngữ ) PARTNO và sau từ này có kí hiệu / với các chữ và số khác nhau. Ví dụ PARTNO/PRN1.
- Lệnh MACHIN/... cho biết bộ hậu xử lí nào phải gọi ra sau bộ xử lí.
- Lệnh này được đặt sau lệnh PARTNO hoặc trước lệnh FINI ở cuối chương trình
- Lệnh CLPRNT cho phép file CL(hay CLDATA) được in ra ở dạng thống kê mà ta có thể quan sát được. Lệnh này được xác định bằng một từ CLPRNT.
5.2 Khai báo số học.
Để thực hiện các phép tính người ta sử dụng các hàm số lượng giác như : SIN (sin), COSF (cosin),TANF (tang), ATANF(arctang) và SQRTF (căn bậc hai ), ABSF (giá trị tuyệt đối ) ví dụ B=20*SINF(30.5) có nghĩa là giá trị biến đổi trong toạ độ cực B bằng 20 nhân với sin 30030'.
5.3 Khai báo hình học.
Các khai báo hình học được bắt đầu bằng một từ, sau đó là kí hiệu /, sau kí hiệu này là phần xác định cụ thể yếu tố hình học. Dạng chung của khai báo hình học được viết như sau:
A = B/C
ở đây: A- kí hiệu của giá trị biến đổi hình học.
B - từ chính.
C- từ cấp hai xác định yếu tố hình học.
5.4 Khai báo xác định điểm.
Khai báo hình học xác định điểm được kí hiệu bằng từ POINT với các phương pháp sau đây:
5.4. 1 Điểm được xác định bằng các toạ độ (hình 14.1 a).
Điểm =POINT / X, Y,Z.
P1=POINT / 50.24, 63.8
P10= POINT / 50.24, 63.8,100
5.4.2 Điểm dược xác định bằng các toạ độ cực (hình 14.1 b).
P1=POINT / RTHETA, XYPLANE cho biết điểm được xác định bằng toạ độ cực trong mặt phẳng XOY. Thông số modun của vectơ xuất phát từ gốc toạ độ còn góc là góc giữa vectơ và trục X.
5.4.3 Điểm được xác định bằng giao nhau của hai đường thẳng (hình 4.1c).
P2 = POINT/ INTOF,L1 , L2.Từ INTOF cho biết điểm được xác định bằng điểm giao nhau của các đường thẳng. Các đường thẳng được kí hiệu bằng L1 và L2.
5.4.4.Điểm được xác định bằng giao nhau của đường thẳng với đường tròn (hình 14.1d).
Điểm = POINT / ,INTOF, đường thẳng, đường tròn.
Toạ độ X nhỏ được kí hiệu XSMALL; Y nhỏ-YSMALL;X lớn -
XLARGE và Y lớn -YLARGE.
Hình 14.1 Khai báo định nghĩa các điểm
Điểm P7 và P25 trên hình 14.1 được viết như sau:
P7=POINT / YSMALL, INTOF, L9, C6
P25=POINT / YLARGE, INTOF, L9, C6
Các trường hợp đặc biệt:Đường thẳng nằm ngang ta có XSMALL và
XLARGE; Đường thẳng đứng -YSMALL và YLARGE.
5.4.5 Điểm được xác định bằng điểm giao nhau của hai đường tròn (hình 14.1d).
Điểm = POINT / ,INTOF, đường tròn 7, đường tròn 2.
Các kí hiệu XSMALL, XLARGE,YSMALL và YLARGE, đồng thời cho biết giao nhau của hai đường tròn. Điểm P3 và điểm P1 được xác định như sau:
P3=POINT/YSMALL,INTOF,C7,C2.
P1=POINT/YLARGE,INTOF,C7,C2.
5.4.6 Điểm trên đường tròn được xác định bằng góc ở tâm (hình 14.2e). điểm=POINT/tên đường tròn , ATANGL, góc.
P5=POINT /C10, ATANGL, 45 .
Từ ATANGL cho biết điểm được xác định bằng góc giữa bán kính (nối tâm đường tròn với điểm)và trục X.
6. Các ví dụ về lập trình tự động.
Dưới đây là nghiên cứu một số ví dụ lập trình tự động bằng các ngôn ngữ khác nhau.
Ví dụ 1 : Lập trình cho nguyên công tiện chi tiết trên Hình 14.5 .Hình 14.6 là kí hiệu các yếu tố hình học của contour chi tiết. Trong ví dụ này ta lập trình gia công bước 1 (tiện đầu phải của chi tiết như sơ đồ gá đặt trên hình 14.5.Như vậy ở bước 1 ta chỉ gia công được 3 đoạn với chiều dài là 110 mm.
Hình 14.5 Sơ đồ lập trình bằng ngôn ngữ EXAPT-2.
Chương trình được viết bằng ngôn ngữ EXAPT-2 như sau:
1 PARTNO/ WALSZ
2 MACHLN/16K20F3-N221
3 PART/MATERL,4
4 CONTOUR/BLANCO
5 BEGLN/0,0,XLARGE,PLAN,0
6 RGT/DLA,60
7 RGT/PLAN,210
8 RGT/DIA,0
9 TERMCO
10 CONTUR/PARTCO
11 BEGIN/0,0 XLARGE,PLAN ,0,BEVEL,2
12 M1,RGT/DIA,30
13 LFT/PLAN,40
14 P1 POINT/40,(40/2)
15 A=ATAN ( 1/ l0)
16 L1=LINE/P1 ,ATANGL,A
17 RGT/L1
18 LFT/PLAN,85
19 RGT/DIA ,54
20 M2,RGT/PLAN
21 LFT /,DIA,50,BEVEL,1
22 RGT/PLAN ,(210-75,4)
23 LFT/DIA, 38,BEVEL, 1
24 RGT/PLAN(2l0-30)
25 LFT/DIA,23,BEVEL,l
26 M3 ,RGT/PLAN,210
27 RGT/DIA ,0
28 TERMCO
29 CLDIST/2
30 SAFPOS/220,50,
31 0VSIZE/FIN,0,5
32 CHUCK/810006, 180,100,30,40,30,
33 CLAMP/0
34 A1=TURN/SO,LONG ,TOOL,1,1,OSETNO,SETANG,90,ROUGH
35 A2=CONT/SO,TOOL,2,2,OSETNO,2,SETANG,90,FIN,
36 CUTLOG/BIVORE
37 COOLNT/ ON
38 WORK/ A1,A2
39 CUT/ M2 ,TO,M3
Giải thích chương trình :
Các khai báo ( 1-3 ): 1 - số chi tiết (trục);2-máy (16K2O. . .3H221 );3-chi tiết vật liệu, mã 4.
Các khai báo (4-9):4-contour phôi ;5-điểm gốc (X=0,Z=0,X lớn hơn chiếu theo mặt đầu ,Z=0);6-bên phải ,đường kính 60 ;7- bên phải ,chiếu theo mặt đầu ,z=210;8-bên phải ,đường kính 0 (đoạn ảo để khép kín contour); 9- kết thúc contour.
Các khai báo (10-28): mô tả contour chi tiết (hình 14.6).Trong đó :14- điểm P1 có toạ độ Z=40,X=40/2; 15 xác định số học A=arctg(1/10); 16- đường thẳng L1 được xác định bằng điểm P1 và góc có giá trị bằng góc ở khai báo 15 ; trong các dòng 11- 1 3 và 17 -27 là các định nghĩa hình học của contour chi tiết.
Các kí tự M1 ,M2 và M3 được dùng cho các contour giới hạn trong các khai báo theo thực hiện các chỉ dẫn công nghệ .
Khai báo 29: khoảng an toàn để dao không đi vào vùng gia công khi dịch chuyển nhanh .
Khai báo 30 :vị trí an toàn (tại đó thực hiện thay dao )
Khai báo 31 : Xác định lượng dư gia công.
Khai báo 32: Các thông số của đồ gá.
Khai báo 33: Gá phôi và kẹp chặt ở bước thứ nhất.
Khai báo 34: Xác định nguyên công tiện (A1), phương chạy dao song song trục quay, dao số một được gá ở vị trí thứ nhất của đài gá dao số hiệu chỉnh 1 , góc gá dao 900, tiện thô (ROUGH)
Khai báo 35: bước gia công dọc theo contour (A2), dao số 2 được gá ở Vị trí thứ hai của đài gá dao , số hiệu chỉnh 2 , góc gá dao 900, tiện bán tinh.
Khai báo 36 :(Vị trí của dao trước trục quay)
Khai báo 37: Mở dung dịch trơn nguội.
Khai báo 38: Gia công đoạn từ M2 đến M3.
Kết luận
Sau một khoảng thời gian thu thập và tìm hiểu những tài liệu có liên quan đến đề tài tốt nghiệp, cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Nguyễn Doãn ý cùng các thầy giáo trong bộ môn Máy- Ma sát học. Trên cở đó,với sự nỗ lực của bản thân,chúng em đã cố gắng tổng hợp các kiến thức và hoàn thành đồ án đúng hạn định và nội dung đề tài đặt ra. Cụ thể, chúng em đã trình bày thành 5 chương và chia thành các phần như sau:
Chương I: Khái niệm cơ bản về điều khiển số.
Chương II: Nghiên cứu cơ bản về kỹ thuật đIều khiển số theo chương trình số.
Chương III:Những khái niệm về lập trình gia công trên máy CNC.
Chương IV: Lập trình cho các trung tâm CNC.
Chương V: Lập trình tự động cho máy CNC.
Công nghệ gia công trên máy điều khiển số đã phát triển rộng rãi trong những năm gần đây. Tuy nhiên, công cụ phục vụ cho việc lập trình còn quá hạn hẹp. Ngoài một số hệ thống CAM có mặt tại các nhà máy, công ty và các trường đại học lớn, thì hầu hết phải lập trình bằng tay. Mà lập trình bằng tay chi phí rất lớn vì tiêu hao rất nhiều thời gian tại vị trí lập trình ( đặc biệt khó khăn với các bài toán gia công chi tiết phức tạp). Để khai thác tốt các máy CNC những người kỹ sư công nghệ phải biết về cơ sở xây dựng hệ thống và đặc tính công nghệ của từng máy. Có như vậy mới khai thác một cách sáng tạo và triệt để mọi khả năng công nghệ của hệ thống công nghệ không chỉ trên máy công cụ mà còn trên mọi lĩnh vực khác.Điều khiến số ngày càng phát triển và hoàn thiện hơn về khả năng làm việc, do đó những kiến thức cơ bản về CNC không đủ đáp ứng nhu cầu làm việc. Bởi vậy cần phải có kiến thức sâu rộng hơn như công nghệ CAD-CAM , tự động hoá,… để phục vụ và đáp ứng được nhu cầu của điều khiến nói chung và điều khiển số nói riêng. Chúng em hy vọng rằng, Đồ án này sẽ đóng góp một phần vào việc tạo bước đầu cho quá trình lập trình bằng máy ở Việt Nam và còn là tài liệu tham khảo của các bạn sinh viên muốn nghiên cứu về lĩnh vực điều khiển số.
Với khả năng và trình dộ có hạn, tài liệu tham khảo còn hạn chế. Do đó, Đồ án này không tránh khỏi sự thiếu sót, chúng em hy vọng rằng trong tương lai gần sẽ có dịp nghiên cứu và hoàn thiện thêm để từ đó khai thác một cách có hiệu quả cao trong công nghệ gia công trên máy CN, CNC.
._.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
24766.doc
