BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
PHAN VĂN LIÊN
LẬP TRÌNH GIA CÔNG CHI TIẾT THÉP 45 CÓ
BỀ MẶT PHỨC TẠP TRÊN MÁY PHAY CNC
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHẾ TẠO MÁY
Hà Nội – Năm 2013
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
PHAN VĂN LIÊN
LẬP TRÌNH GIA CÔNG CHI TIẾT THÉP 45 CÓ
BỀ MẶT PHỨC TẠP TRÊN MÁY PHAY CNC
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHẾ TẠO MÁY
NGƯỜI HƯỚNG D N KHOA HỌC:
GS.TS TRẦN VĂN ĐỊCH
Hà Nội – Năm 2013
Hình 1.5. Lịch sử phát triển của CNC……………………………………...........
9
Hình 1.6. Chu trình điều khiển trong các hệ điều khiển NC……………….……
10
Hình 1.7. Các dòng thông tin trong điều khiển CNC…………………….……...
12
Hình 1.8. Phương án nhiều bộ vi xử lý………………………………………….
13
Hình 1.9. Hệ thống DNC……………………………………….………………..
14
Hình 1.10. Lịch sử phát triển của CNC………………………….………………
16
Hình 2.1. Người lập trình…………………………………………….………….
17
Hình 2.2. Chiều chuyển động trên máy CNC………………………………..…..
Hình 2.9. Dy chuyển dụng cụ nhanh…………………………………………….
33
Hình 2.10. Dy chuyển dụng cụ G02……………………………………………..
34
Hình 2.11. Dừng tạm thời………………………………………………………..
35
Hình 2.12.a. Bù bán kính………………………………………………………...
36
Hình 2.12.b. Bù bán kính theo G41, G42………………………………………..
36
Hình 2.13. Dừng chương trình……………………………………………...........
41
Hình 2.14. Kết thúc chương trình………………………………………………..
42
Hình 2.15. Chiều quay trục chính………………………………………………..
46
Hình 2.23. Tốc độ trục chính ……………………………………………………
46
Hình 2.24. Tốc độ tiến dao………………………………………………………
46
Hình 2.25. Địa chỉ bù bán kính…………………………………………………..
47
Hình 2.26. Offset dụng cụ......................................................................................
48
Hình 3.1. Trung tâm gia công TNV-40A………………………………………..
50
Hình 3.2. Bảng điều khiển trung tâm gia công TNV-40A………………………
51
Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc của hệ truyền động chạy dao………………………….
54
65
Hình 4.9. Xoay chi tiết…………………………………………………………...
67
Hình 4.10. Gốc chi tiết…………………………………………………………...
67
Hình 4.11. Mặt phẳng giới hạn…………………………………………………..
68
Hình 4.12. Chọn phương pháp gia công thô……………………………………..
69
Hình 4.13. Chọn các bề mặt cần gia công……………………………………….
69
Hình 4.14. Chọn đường biên giới hạn vùng chạy dao…………………………...
70
Hình 4.15. Chọn chế độ cắt……………………………………………………...
71
81
Hình 4.24. Đường chạy dao theo parallel………………………………………..
81
Hình 4.25. Đường chạy dao theo parallel steep………………………………….
81
Hình 4.26. Đường chạy dao theo radial………………………………………….
82
Hình 4.27. Đường chạy dao theo project………………………………………...
82
Hình 4.28. Đường chạy dao theo flowline……………………………………….
82
Hình 4.29. Đường chạy dao theo contour………………………………………..
82
Hình 4.30. Đường chạy dao theo shallow……………………………………….
83
88
Hình 4.39. Cắt tinh trên máy CNC………………………………………………
89
Hình 4.40. Sản phẩm bơm bánh răng thủy lực lệch tâm………………………...
90
Hình 4.41. Sản phẩm dao đột lỗ trên phong bì…………………………………..
91
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
NC
Nội dung từ viết tắt
Numerical Control
CNC
Computerized Numerical Control
DNC
Direct Numerical Control
1.1. Tổng quan về điều khiển số. .................................................................. 2
1.1.1. Điều khiển không theo số................................................................ 2
1.1.2. Điều khiển số................................................................................... 5
1.1.3. Mã hoá thông tin. ............................................................................ 5
1.2. Lịch sử phát triển của các máy CNC. .................................................... 6
1.3. Các hệ điều khiển số. ........................................................................... 10
1.4 Kết luận ................................................................................................. 16
Chương 2: LẬP TRÌNH TRÊN MÁY PHAY CNC ................................... 17
2.1. Chuẩn bị lập trình ................................................................................. 17
2.1.1. Những yêu cầu đối với người lập trình ......................................... 17
2.1.2. Các bước cần thiết khi lập một chương trình ................................ 17
2.1.3. Nhập chương trình vào máy .......................................................... 17
2.1.4. Các thuật ngữ trong lập trình ........................................................ 18
2.1.5. Điều khiển và định hướng các trục ............................................... 20
2.1.6. Điểm gốc phôi ............................................................................... 21
2.1.7. Tọa độ lập trình ............................................................................. 22
2.1.8. Xác định điều kiện cắt gọt............................................................. 23
2.1.9. Các dạng mã lệnh .......................................................................... 24
2.2. Mã lệnh G ............................................................................................. 27
2.2.1. Danh sách các mã G ...................................................................... 27
2.2.2. Các dạng tọa độ (G90, G91) ......................................................... 30
2.2.3. Bù chiều dài dụng cụ G43, G44, G49 ........................................... 31
2.2.4. Lựa chọn mặt phẳng gia công G17, G18, G19 ............................. 33
2.2.5. Di chuyển dụng cụ với tốc độ chạy không cắt G00 ...................... 33
2.2.6. Di chuyển dụng cụ theo đường thẳng với tốc độ chạy dao cắt gọt
G01 .......................................................................................................... 33
2.2.7. Di chuyển dụng cụ theo cung tròn với tốc độ tiến dao cắt gọt
G02,G03 .................................................................................................. 34
2.2.8. Lệnh dừng tạm thời G04 ............................................................... 35
2.2.9. Trở về điểm gốc chính của máy hoặc gốc thứ 2, 3, 4 ................... 35
3.3.3. Các công tắc .................................................................................. 52
3.4. Thông số kỹ thuật [11] ......................................................................... 53
3.5. Các chuyện động chính của máy.......................................................... 53
3.5.1. Chuyện động chạy dao .................................................................. 54
3.5.2. Các nhiệm vụ chuyển động chạy dao ........................................... 54
3.5.3. Kết cấu vít me - Đai ốc bi ............................................................. 55
3.5.4. Chuyển động của đầu trục chính ................................................... 56
3.6. Yêu cầu kĩ thuật của trục chính ............................................................ 57
3.7. Cấu hình chuẩn ..................................................................................... 57
3.8. Phần mềm điều khiển trên PC .............................................................. 58
3.8.1. Biên soạn chương trình ................................................................. 58
3.8.2. Mô phỏng ...................................................................................... 58
3.8.3. Thực hiện gia công ........................................................................ 58
3.8.4. Chế độ điều khiển bằng tay ........................................................... 58
3.8.5. Chức năng đặc biệt ........................................................................ 58
3.9. Kết luận ................................................................................................ 59
Chương 4: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MASTERCAM GIA CÔNG ........ 60
CHI TIẾT THÉP 45 CÓ BỀ MẶT PHỨC TẠP TRÊN ............................. 60
MÁY PHAY CNC TNV-40A ..................................................................... 60
4.1. Giới thiệu tổng quan về phần mềm Mastercam ................................... 60
4.2. Ứng dụng phần mềm Inventor tạo sản phẩm có bề mặt phức tạp ....... 61
4.2.1. Bản vẽ bơm bánh răng thủy lực lệch tâm, dao đột lỗ trên phong bì
. ................................................................................................................ 61
4.2.2. Thiết kế trên phần mềm Inventor profession 2008. ...................... 62
4.3. Ứng dụng Mastercam để biên dịch chương trình. ............................... 63
4.3.1. Chọn máy và định nghĩa phôi ....................................................... 64
4.3.2. Chọn phương pháp cắt để gia công thô ......................................... 68
4.3.3. Chọn dao và các thông số công nghệ. ........................................... 71
phức tạp trên máy phay CNC TNV-40A
Xin chân thành cảm ơn GS TS. Trần Văn Địch người đã tận tình hướng dẫn
em hoàn thành luận văn này. Chân thành cảm ơn Viện đào tạo sau đại học, Viện cơ
khí Trường ĐHBK Hà Nội. Cảm ơn Trường CĐN KTCN Việt Nam - Hàn Quốc,
Khoa cơ khí đã tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành đề tài này.
Tác giả rất mong muốn nhận được sự góp ý của quý thầy cô và các đồng
nghiệp để công trình được hoàn thiện hơn.
1
Chương 1:
TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY CNC
1.1. Tổng quan về điều khiển số.
Điều khiển số ra đời với mục đích điều khiển các quá trình công nghệ gia công
cắt gọt trên các máy công cụ. Về thực chất, đây là một quá trình tự động điều khiển
các hoạt động của máy (như máy cắt kim loại, robot, băng tải vận chuyển phôi liệu
hoặc chi tiết gia công, các kho quản lý phôi và sản phẩm...)trên cơ sở các dữ liệu
được cung cấp là ở dạng mã số nhị nguyên bao gồm các chữ số, số thập phân, các
chữ cái và một số ký tự đặc biệt tạo nên một chương trình làm việc của thiết bị hay
hệ thống.
Trước đây, cũng đã có các quá trình gia công cắt gọt được điều khiển theo
chương trình bằng các kỹ thuật chép hình theo dưỡng, chép hình bằng hệ thống thủy
lực, cam hoặc điều khiển bằng mạch logic... Ngày nay, với việc ứng dụng các thành
quả tiến bộ của Khoa Học – Công Nghệ, nhất là trong lĩnh vực điều khiển số và tin
học đã cho phép các nhà chế tạo máy nghiên cứu đưa vào máy công cụ các hệ thống
điều khiển cho phép thực hiện các quá trình gia công một cách linh hoạt hơn, thích
b - Khoảng cách giữa hai bộ chuyển hành trình.
* Hệ thống điều khiển thời gian
Trong hệ thống điều khiển này thì cơ
cấu chấp hành được điều khiển bằng bộ
điều khiển. Bộ điều khiển ở đây là một chi
tiết hình tang trống mà trên nó có một số
đường rãnh nhất định. Trên các đường rãnh
này có gá các cam. Các cam này được lắp
với các cữ hành trình (bộ chuyển hành
trình). Cữ hành trình điều khiển mỗi chu kỳ
gia công theo các lệnh điều khiển "dịch
Hình 1.3. Điều khiển thời gian
3
chuyển về bên trái" (theo cữ KBH) hoặc điều khiển "dịch chuyển về bên phải" (theo
cữ KBK).
Chiều dài hành trình được xác định theo công thức:
L
.V .T
(1.3)
360
Ở đây: T - thời gian quay một vòng của bộ điều khiển (ph);
- góc gá cam (0);
V - tốc độ trung bình của cơ cấu chấp hành (m/ph).
Cơ cấu chấp hành có thể dịch chuyển với một đại lượng bất kỳ nào ứng với giá trị
xung. Như vậy, khi biết giá trị xung q và đại lượng dịch chuyển L của cơ cấu chấp
hành, ta có thể xác định số lượng xung N cần thiết tác động để có lượng dịch
chuyển L:
L = q.N.
(1.4)
Số lượng xung N được ghi trên kênh thông tin được gọi là một chương trình
xác định đại lượng thông tin kích thước. Các thông tin cần thiết được ghi trên băng
đục lỗ hoặc băng từ. Số lượng thông tin được ghi trong một hệ thống mã hoá nhất
định [9].
1.1.3. Mã hoá thông tin.
Con người và máy quan hệ với nhau bằng một ngôn ngữ mà máy có thể hiểu
được. Máy phải đọc được chương trình do con người ghi và thực hiện theo chương
trình đó. Khi cơ cấu điều khiển số bị hỏng, chương trình có sai sót thì điều khiển số
sẽ truyền thông tin về nguyên nhân ngừng hoạt động.
* Chữ cái
Chữ cái của mã số là tập hợp các ký hiệu được dùng khi mã hoá. Các phần tử
mới hiện nay của tự động hoá chỉ có hai trạng thái ổn định: Công tắc kín hoặc công
tắc hở, trong mạng của băng đục lỗ có thể có hoặc không có lỗ.... Một trạng thái
ứng với ký hiệu 1 (cấp dòng năng lượng chẳng hạn), còn trạng thái khác ứng với ký
hiệu 0 (ngắt dòng năng lượng chẳng hạn). Vì vậy chữ cái của mã số chỉ chứa hai ký
hiệu {0,1} [11].
* Mã thập phân
Cơ sở của hệ thập phân (mã thập phân) là số 10. Hệ thống này có 10 ký tự:
0,1,2,3,4,5,6,7,8,9.
5
1863 M. Fourneaux đã sáng chế ra đàn Dương Cầm tự động, có dùng một bìa
giấy khổ 30cm với các lỗ tương ứng để điều tiết khí nén, tác động lên hệ phím ấn cơ
khí tạo ra nhạc điệu. Phương pháp này đã được tiếp tục phát triển để sau đó có thể
điều khiển cả âm lượng. Băng giấy đã trở thành vật mang tin và kỹ thuật điều khiển
các chức năng phụ đã được phát minh.
1938 Claude E. Shanon đã thành công việc tính toán và chuyển nhanh dữ liệu
ở dạng nhị phân có vận dụng lý thuyết đại số BOOL và xác nhận công tắc điện tử
là thành phần hiện thực duy nhất cho giải pháp này.
1946 Tiến sĩ John W.Mauchyly và J.Preper Eckrt đã cung cấp máy tính số
điện tử đầu tiên có tên là ENIAC cho quân đội Hoa Kỳ. Cơ sở của kỹ thuật xử lý dữ
liệu điện tử đã được tạo lập.
1949 - 1952 Jonh Parsons và viện công nghệ MIT đã nghiên cứu theo hợp
đồng của không lực Hoa Kỳ một hệ thống dùng cho các máy công cụ để điều khiển
trực tiếp vị trí của các trục vít - me bằng đầu ra của một máy tính và chứng minh
chức năng thông qua công một chi tiết. Parons đã công bố luận điểm cơ bản về ý
tưởng này như sau:
- Lưu trữ các vị trí đã tính toán ở bìa đục lỗ;
- Bìa đục lỗ được đọc tự đồng trên máy;
- Các vị trí đã được đọc phải được thông báo liên tục và các giá trị trung gian
bổ sung phải được tính toán cho các giá trị trung gian nội sao cho động cơ Servo
(vô tốc độ) có thể điều khiển chuyển động của các trục.
Với một máy như vậy cần phải chế tạo được các phần tử thích hợp ngày càng
phức tạp hơn. Những chi tiết đó vào thời kỳ này đã được miêu tả chính xác với một
số ít các dữ liệu toán học. Nhưng việc chế tạo chúng bằng tay rất khó khăn.
Năm 1952 Viện Công nghệ MIT đã vận hành máy công cụ điều khiển số đầu
tiên. Đó là máy Cincinati Hydrotel có trục vít - me thẳng đứng, hệ điều khiển có cấu
tạo gồm nhiều đèn điện tử, tạo khả năng chuyển động đồng thời ba trục, tức là nội
suy đường thẳng đồng thời theo ba trục và nhận dữ liệu thông qua băng đục lỗ mã
khiển có dùng cách nạp dữ liệu bằng tay.
1984 hệ điều khiển CNC mạnh, có các công cụ trợ giúp lập trình độ hoạ, đã
đạt những chuẩn mực mới cao hơn đối với việc lập trình tại xưởng sản xuất.
8
1985/1986 hệ điều khiển CNC với các lập trình tương tác đồ hoạ
(Graphicinteeractive progamming) tiến thêm một bước phát triển "lập trình tại phân
xưởng".
1986/1987 các dao diện tiêu chuẩn hóa (Standard interfaces) mở ra con đường
tiến tới công xưởng tự động hóa trên cơ sở một hệ thống trao đổi thông tin liên
thông CIM.
1990 Các giao điện số (Digital intefaces) giữa các hệ điều khiển NC và các hệ
khởi động, cải thiện độ chính xác và đáp ứng điều kiện của các trục NC và trục
chính của máy.
1992 Các hệ thống của CNC hở (Open - ended control) tạo khả năng và biến
đổi thích ứng theo yêu cầu sử dụng.
1993 Sử dụng theo tiêu chuẩn các hệ thống khởi động cơ tuyến tính ở các
trung tâm gia công MC (Manufacturing centres).
Hình 1.5. Lịch sử phát triển của CNC
1994 Kép khín chuỗi quá trình CAD/CAM/CNC bằng cách sử dụng hệ
NURBS (Not Uniforme Rationale B - Splines) làm phương pháp nội suy
(interpolation method) trong các hệ CNC. NURBS là phương pháp dùng để diễn tả
toán học đối với các bề mặt thông thường và các bề mặt đặc biệt bằng các điểm và
các thông số (parameters) tạo thành mô hình lưới gồm nhiều nút để diễn tả bề mặt
9
phát đo tốc độ lắp trong động cơ chạy dao.
+ Bộ thích nghi
Các thông tin hình học và thông tin công nghệ chuyển qua bộ thích nghi. Bộ
thích nghi có chức năng như một mắt xích nối giữa máy CNC và hệ thống điều
khiển. Kết nối các lệnh điều khiển NC với các thông báo từ máy trở lại. Chúng có
chức năng chính như là các chuyển đổi liên động, cho khả năng tránh được việc
thực hiện các lệnh không hợp lý. Ví dụ: khi mâm cặp của máy tiện chưa kẹp chặt.
Bộ thích nghi không phát lệnh chạy dao mặc dù hệ thống điều khiển có phát lệnh
dịch chuyển [3].
* Hệ thống điều khiển CNC
Điều khiển NC có nhược điểm là kém linh hoạt, tốn thời gian trong việc thay
đổi chương trình vì phải sửa lại các băng đục lỗ. Ngày nay hệ thống điều khiển NC
được thay thế rộng rãi bằng các hệ thống điều khiển CNC là có sự can thiệp của
máy tính. Trong các hệ thống điều khiển này có một chương trình hệ thống CNC do
nhà chế tạo cài đặt trong máy tính. Thông qua các phần mềm riêng lẻ, ví dụ: chương
trình giải mã và hệ điều hành chương trình mà các chức năng CNC riêng lẻ được
thực hiện.
+ Đưa dữ liệu vào hệ thống
Trong hệ thống NC thông thường chương trình gia công làm chỉ một lần trên
băng đục lỗ và nằm trong bộ phận lưu giữ chương trình. Hệ thống điều khiển CNC
chương trình gia công có thể đưa vào trong hệ thống điều khiển của hệ điều khiển
số khi lập trình, xử lý dữ liệu và đưa dữ liệu ra.
11
Hình 1.7. Các dòng thông tin trong điều khiển CNC
Chương trình gia công được đưa vào có thể gọi ra bất cứ lúc nào từ bộ phận
lưu trữ chương trình gia công. Việc sửa chữa, thay đổi và tối ưu một chưng trình có
thể tiến hành bất kỳ lúc nào ngay tại máy.
Hình 1.8. Phương án nhiều bộ vi xử lý
13
Trong các phân xưởng có hệ thống DNC các chương trình NC được lập và đưa
thẳng vào trong máy tính. Phần lớn các hệ điều khiển CNC có các ngôn ngữ lập
trình khác nhau vì vậy khi lập trình bằng tay cần có phần mềm tương ứng cho việc
biên dịch DNC cung cấp cho cho các máy CNC riêng biệt các thông tin điều khiển.
Hình 1.9. Hệ thống DNC
NC lập trình bằng máy đòi hỏi đối với từng kiểu điều khiển một chương trình
dịch riêng (Postprocessor). Trong phân xưởng có nhiều máy CNC, các trang bị công
nghệ được lưu giữ và điều hành trong một ngân hàng giữ liệu trung tâm của máy
tính [4].
Nhờ đó, các dữ liệu về dụng cụ và trang thiết bị công nghệ được gọi ra trên
màn hình. Các hệ thống DNC có các ưu điểm sau:
- Có một ngân hàng dữ liệu trung tâm cho biết các thông tin của chương trình,
chi tiết gia công và dụng cụ;
- Truyền dữ liệu nhanh, tin cậy phát huy tốt hiệu quả của các máy CNC;
- Điều khiển và lập kế hoạch gia công;
- Có khả năng ghép nối vào hệ thống gia công linh hoạt.
14
* Điều khiển thích nghi AC (Adaptive Control)
Điều khiển thích nghi AC là điều khiển tự động quá trình gia công không có
tác động của người vận hành máy. Nhằm tự động thay đổi các thông số gia công
theo ảnh hưởng không thể dự kiến trước trong quá trình gia công. Ví dụ: Kích thước
Copyright: Tài liệu đại học ©