ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GIA CÔNG CNC 4 TRỤC TRÊN MÁY PHAY (PRO WILDFIRE)
PHẦN 1
CÔNG NGHỆ CAD/CAM-CNC VÀ PHẦN MỀM PRO WILDFIRE
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM-CNC
- Tổng quan về công nghệ CAD/ CAM
Những năm cuối thế kỷ 20, công nghệ CAD /CAM đã trở thành một lĩnh vực đột phá trong thiết kế chế tạo và sản xuất sản phẩm công nghiệp. CAD (Computer Aided Design)là thiết kế trợ giúp bằng máy tính. CAM (Comptuter Aided Manufactuer) là sản xuất với sự trợ giúp của máy tính. Hai loại hình này đã nối ghép với nhau đã trở thành một loại hình công nghệ cao, một lãnh vực tổng hợp của liên nghành Cơ Khí-Tin Học- Điện Tử- Tự Động Hoá. Cùng với sự phát triển của khoa học máy tính CAD/CAM đã được nhận thức và chấp nhận nhanh chóng trong công nghiệp vì nó là hạt nhân chính để sáng tạo và sản xuất sản phẩm, để tăng năng suất lao động, giảm cường độ lao động, và tự động hoá quá trình sản xuất, nâng cao độ chính xác chi tiết và đạt hiệu quả cao.
Computer–Aided–Design (CAD) và Computer–Aided–Manufacturing (CAM) đã làm một cuộc cách mạng về thiết kế và các phương pháp sản xuất. Người thiết kế không cần phải tính toán các phương trình toán học phức tạp về các vấn đề như tiếp tuyến, giao tuyến, các vị trí tâm hoặc các bề mặt phức tạp. Việc sử dụng máy vi tính để thiết kế hình dáng hình học và phát sinh ra chương trình điều khiển số (NC) với công cụ mô phỏng sẽ cho ta nhìn trước kết quả gia công. Công nghệ CAD/CAM tiết kiệm thời gian và giá thành sản phẩm nhờ vào hiệu quả và sự chính xác của nó.
Công việc chuẩn bị sản xuất có vai trò vô cùng quan trọng trong việc hình thành bất kỳ sản phẩm cơ khí nào. Công việc này bao gồm các khâu chuẩn bị thiết kế, chuẩn bị công nghệ thiết kế và chế tạo các trang bị công nghệ và dụng cụ phụ … kế hoạch hoá quá trình sản xuất và chế tạo sản phẩm trong thời gian ấn định.
Ngày nay khoa học kỹ thuật phát triển như vũ bão đòi hỏi người kỹ sư phải không ngừng nâng cao lượng công nghệ thông tin trong tất cả các khâu của quá trình sản xuất. Theo các nhà khoa học đã phân tích thì tình hình thiết kế hiện nay cho thấy 90% khối lượng thời gian thiết kế là để tra cứu số liệu cần thiết cho việc tính toán, chỉ có 10% lao động sáng tạo và quyết định. Cho nên khoảng 90% khối lượng công việc trên có thể thực hiện bằng máy tính điện tử hoặc máy vẽ tự động. Việc này vừa chính xác hơn, vừa chất lượng hơn.
CAD/CAM là một lĩnh vực nghiên cứu nhằm tạo ra hệ thống tự động thiết kế và chế tạo. Nó dùng máy tính điện tử để thực hiện một chức năng nhất định để thiết kế và chế tạo sản phẩm. Tự động hoá là dùng máy tính điện tử để kế hoạch hoá, điều khiển quá trình sản xuất, điều khiển quá trình cắt gọt kim loại và kiểm tra nguyên công gia công.
CAD/CAM kết nối với nhau tạo ra mối quan hệ mật thiết giữa hai dạng hoạt động là thiết kế và chế tạo mà lâu nay người ta coi là khác nhau và không phụ thuộc vào nhau. Tự động hoá thiết kế là dùng các hệ thống và phương tiện tính toán giúp người kỹ sư để thiết kế mô phỏng, phân tích và tối ưu hoá giải pháp thiết kế. Phương tiện bao gồm máy tính điện tử và các máy vẽ,máy in thiết bị đục lỗ băng … phương tiện lập trình bao gồm chương trình máy cho phép đảm bảo giao tiếp với máy vẽ và các chương trình ứng dụng để thực hiện chức năng thiết kế.
Mỗi một hãng, viện nghiên cứu hoặc cơ sở sản xuất có những tập hợp chương trình ứng dụng khác nhau tuỳ thuộc vào điều kiện sản xuất…
Hệ thống CAD/CAM là một sản phẩm của CIM (Computer Integrated Enufacturing). Hệ thống này được quản lý và điều hành dựa trên cơ sở dữ liệu trung tâm, hệ thống còn được dùng để lập kế hoạch, biểu đồ, đưa ra các chỉ dẫn và thông tin đảm bảo mục đích kế hoạch sản xuất của nhà máy …. Mô hình hệ thống như sau:
CIM (COMPUTER INTEGRATED MENUFACTURING)
CAD Computer Aided Deisgn Thiết kế với sự trợ giúp của MTĐT
CAE Computer Aided Engineering Phân tích kỹ thuật với trợ giúp của MTĐT
CAPP Computer Aided Process Planning Lập phương án chế tạo với trợ giúp MTĐT
CAM Computer Aided Manufacturing Chế tạo với sự trợ giúp của MTĐT
CNC Computer Numberical Control Máy điều khiển bằng chương trình số
CAQ Computer Aided Quality Control Kiểm tra chất lượng với trợ giúp MTĐT
NRPII Menufacturing Resources Plannig Hoạch định nguồn sản xuất
PP Production Planning Lập kế hoạch sản xuất
Trong đó:
Computer–Aided–Design (CAD): là đồ hoạ máy tính mà cơ bản là sự sáng tạo và điều khiển các hình ảnh trên thiết bị hiển thị với sự trợ giúp của máy tính. CAD có thể chuyển thông tin trên không gian hai chiều sang không gian ba chiều và có được không gian khung dây (Wire frame), bề mặt (Surface), hoặc vật thể rắn (Solid).
Computer–Aided–Manufacturing (CAM) là thực hiện chế tạo với sự trợ giúp của máy tính điện tử, sử dụng máy tính để lập kế hoạch sản xuất. CAM là sử dụng hệ thống phần mềm thích hợp để lập kế hoạch, quản lý và điều khiển các hoạt động của một nhà máy thông qua giao diện trực tiếp hoặc gián tiếp giữa máy tính với tài nguyên sản xuất của nhà máy đó. CAM có hai loại:
- Theo dõi và điều khiển: đây là những ứng dụng trực tiếp của CAM. Theo dõi được thực hiện thông qua việc thu nhập số liệu từ quá trình sản xuất. Điều khiển là dựa vào số liệu thu nhập được từ quá trình sản xuất để xử lý và đưa ra những tính hiệu điều khiển trực tiếp từ các quá trình trên cơ sở thuật toán của phần mềm.
- Trợ giúp sản xuất: đây là ứng dụng gián tiếp trong đó máy tính đã dùng để lập kế hoạch, tiến độ, dự báo, cung cấp thông tin đưa ra các chỉ thị quản lý và điều hành công việc sản xuất. Trong trường hợp này máy tính chỉ có chức năng trợ giúp nên nằm ngoài hệ thống còn con người thì thường xuyên phải có mặt thực hiện các công việc theo dõi và điều khiển quá trình.
- Lịch sử phát triển của CAD / CAM
Lúc đầu CAD/CAM là hai ngành phát triển tách biệt độc lập nhau trong khoảng 30 năm nhưng hiện nay chúng được tích hợp thành một hệ trong đó thiết kế có thể lựa chọn phương án tối ưu quá trình sản xuất có thể được giám sát và điều khiển từ khâu đầu đến khâu cuối.
Phần mềm CAD đầu tiên là SKETCHPAD xuất hiện vào năm 1962 được viết bởi Ivan Sutherland thuộc trường kỹ thuật Masschusetts (MIT-Masschusetts in stitute of Technology). Hiện nay trên thế giới đã có hàng ngàn phần mềm CAD và một trong những phần mềm thiết kế nổi tiếng nhất là AutoCAD. AutoCAD phiên bản đầu tiên (Release 1) được công bố tháng 12/1982. cho đến năm 1997 thì có phiên bản thứ 14 (Release 14). Từ năm 2000 đến nay gần như mỗi năm đều có ra đời phiên bản mới.
Cũng như hệ CAD hệ CAM được phát triển ứng dụng đầu tiên tại MIT cho các máy gia công điều khiển số CNC bằng máy tính vào những năm 70.
Hệ tích hợp CAD CAM ra đời vào những năm 70 và 80
Dưới đây là sơ đồ phát triển của hệ thống CAD CAM:NC (Numerical Control): Điều khiển bằng số.
- CNC (Numerical Control with integrated computer): Điều khiển bằng số với sự tích hợp của máy tính.
- FFS (Flexible manufacturing system): Hệ thống sản xuất linh hoạt.
- CAD (Computer Aided Design): Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính điện tử.
- CIM (Computer Intergnated Manufacturing): Sản xuất với sự trợ giúp của máy tính với chức năng lập kế hoạch, thiết kế và tự động sản xuất
- Định nghĩa các công cụ CAD/CAM
- Định nghĩa công cụ CAD
Để tạo thành một sản phẩm hoàn chỉnh cần thực hiện hai công đoạn chính là: thiết kế và chế tạo.
Ơ công đoạn thiết kế trên cơ sở thu thập thông tin, xử lý kết hợp với khả năng sáng tạo của người thiết kế phân tích toàn bộ tập hợp các phương án và chọn ra một phương án tối ưu.
Đối với sản phẩm có cấu trúc phức tạp, đòi hỏi những chỉ tiêu cao về thông số kỹ thuật cũng như kinh tế, để đạt được giải pháp tối ưu, trong nhiều trường hợp công việc thiết kếvà chế tạo không thể thực hiện một cách hoàn chỉnh bởi những phương pháp và công cụ thông thường .
Thiết kế với sự hỗ trợ của máy tính điện tử - CAD là sự ứng dụng có hiệu quả các phương tiện công nghệ của kỹ thuật tin học , điện tử…để giải quyết các công việc liên quan tới công việc thiết kế.
Quá trình thiết kế nói chung bao gồm việc xác định và mô tảcác giải pháp kỹ thuật cụ thể thỏa mãn tất cả các yêu cầu kỹ thuật tin học. Chỉ tiêu kinh tế và có thể phân chia làm 6 giai đoạn chính.
Việc sử dụng công cụ tin học và điện tử trong việc thết kế với sự trợ giúp của máy tính điện tử ( CAD ) có thể chia thành bốn công đoạn chính bao gồm:
- Mô hình hoá học.
- Tính toán kỹ thuật.
- Thiết kế tối ưu.
- Lập tài liệu kỹ thuật tự động từ mô hình đã được thiết kế.
- Mô hình hình học : Ứng dụng hệ thống CAD để phát triển việc mô tả toán học của các vật thể hình học . Các mô hình hình học này được lưu trữ trong hệ cơ sở dữ liệu ( trong bộ nhớ máy tính ) cho phép người sử dụng biểu diễn hình ảnh của mô hình trên các thiết bị đồ hoạ và thực hiện các thao tác thiết kế.
- Tính toán phân tích kỹ thuật : sau giai đoan thiết kế mô phỏng hình học, vật thể hình học và mô hình hình học của đối tượng thiết kế cần phải được tính toán phân tích ( để đảm bảo các thông số kỹ thuật ) , ví dụ : kiểm tra độ bền, biến dạng, quá trình trao đổi nhiệt . Qúa trình tính toán phân tích kỹ thuật được thực hiện thông qua các phần mềm, ví dụ: phần mềm tính toán phân tích theo phương pháp phân tích theo phần tử hữu hạn; phần mềm thiết kế động học; phần mềm khảo sát các quá trình truyền nhiệt…
- Lập tài liệu thiết kế tự động : Đây là công việc thể hiện kết quả thiết kế- tự động tạo các hình chiếu, tạo bản vẽ kỹ thuật bao gồm cả ghi kích thước từ mô hình 3D đã được thiết kế.
- Định nghĩa công cụ CAM
Thực hiện quy trình sản xuất vớ sự trợ giúp của máy tính đện tử là sử dụng máy tính để lập kế hoạch sản xuất và điều khển sản xuất . Sơ đồ các lĩnh vực ứng dụng trong hệ CAM có thể được biểu diễn theo sơ đồ sau:Lập kế hoạch sản xuất được thực hiện ở văn phòng cho các công việc cụ thể sau đây:
- Tự động hóa thiết kế quy trình công nghệ , có nghĩa là hình thành các trình tự nguyên công để gia công chi tiết cụ thể. Muốn thực hiện công việc này ngoài các dữ liệu về hình học, còn cần các dữ liệu về công nghệ như: thông số kỹ thuật của máy, thông số về dao cắt , thông số về gá lắp, thông số chế độ cắt và tiêu chuẩn hoá các nguyên công.
- Tự động lập chương trình gia công cho máy điều khiển theo chương trình số. Ngôn ngữ lập trình của CAM là ATP (Automatically Programed Tool). Với ATP người lập trình có thể xác định hình dạng dụng cụ, dung sai, yếu tố hình học chuyển động dụng cụ.
- Nhược điểm của ATP là thời gian tính toán lớn cho những chi tiết đơn giản. Ưu việt lớn nhất của ATP là nó đã trở thành chuẩn cho thế giới rộng lớn của máy NC.
- Hệ CAM được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam là MILLCAM, LATHECAM
- Tự động hoá lập các định mức kỹ thuật để thực hiện từng nguyên công công nghệ.
- Tự động lên kế hoạch nhu cầu về cơ sở vật chất, mua bán thành phẩm và nguyên vật liệu .
- Tự động lập kế hoạch sản xuất có xét tới yêu cầu và điều kiện cụ thể .
- Việc điều khiển quá trình sản xuất được thực hiện dưới mặt bằng phân xưởng của xí nghiệp hay nhà máy. Bao gồm các công việc điều khiển tự động các trang thiết bị như máy công cụ, dây chuyền sản xuất, robot vận chuyển, robot vận chuyển, robot cấp phôi, lấy chi tiết…điều khiển, giám sát hoạt động của xưởng như: chất lượng sản phẩm cung cấp vật tư, lưu kho…
Trong tất cả những công việc áp dụng của máy tính điện tử trên đây đòi hỏi có sự tham gia của con người hoặc để nhập dữ liệu đảm bảo cho chương trình làm việc hoặc để giám sát các kết quả thực hiện .
- Định nghĩa công cụ CAD/CAM
Tổ hợp CAD/CAM là một hệ thống mà ở đó mối liên kết giữa thiết kế và chế tạo được hoàn thiện dựa trên cơ sở sử dụng thông tin và dữ liệu của quá trình CAD trực tiếp trong thủ tục CAM. Như vậy tránh được sự hình thành một cách độc lập các dữ liệu cho chương trình của máy tính trong lĩnh vực sản xuất. Mô hình công cụ CAD/CAM như sau:
Mối quan hệ CAD CAM và tự động hoá sản xuất thể hiện như hình sau là phần giao của năm phần :Trong đó:
- Mạng làm việc là các hệ thống tổ chức sản xuất hệ thống này cung cấp vật liệu và những công việc thực hiện trên sàn máy, xí nghiệp .
- Công cụ sản xuất như máy CNC, robot công nghiệp .
- Công cụ thiết kế như máy tính, máy vẽ và các phần mềm ứng dụng .
- Mô hình hình học là những thực thể hình học cơ sở, được sử dụng trên bản vẽ kỹ thuật trên màn hình máy tính như:
Điểm Point – được mô tả bởi giá trị toạ độ
Đường cong (Curve), bao gồm cả đoạn thẳng (Line) - được mô tả bằng chuỗi điểm hay phương trình.
Mặt cong (Surface), bao gồm cả mặt (Face) – được mô tả bởi tập hợp điểm, hoặc phương trình.
Khối (Solid) –được định nghĩa bởi các mặt cong bao quanh.
Hệ CAD CAM kỹ thuật được ứng dụng cho cơ khí một vài năm trước trong một số lĩnh vực trong công nghiệp hàng không. Hệ tích hợp CAD/CAM đã có tại Việt Nam là CIMATRON, MASTERCAM, PROENGINEER, DELCAM, ANPHACAM, VISI…
Để đánh giá tầm quan trọng của CAD CAM trong chu kỳ sản xuất chúng ta nên phân tích các phạm vi hoạt động khác nhau và chức năng tương ứng để thực hiện việc nghiên cứu và chế tạo sản phẩm.
Chu kỳ hoạt động theo nhu cầu của khách hàng và thị trường tiêu thụ. Chu kỳ sản xuất có thể thay đổi tuỳ theo nhu cầu của khách hàng.
Có trường hợp công việc thiết kế là do khách hàng thực hiện cho nên nhà máy chỉ có nhiệm vụ chế tạo sản phẩm đã được thiết kế đó.
Trường hợp thứ hai là nhà máy đảm nhận luôn cả công việc thiết kế và chế tạo sản phẩm. Tuy nhiên tổng quát mà nói thì xuất phát từ ý đồ tạo ra sản phẩm mới. Dựa vào ý đồ tạo ra sản phẩm đó mới thiết kế sản phẩm, hoàn tất bản vẽ.
Trên bản vẽ sản phẩm phải nêu rõ các yêu cầu kỹ thuật cần phải đảm bảo trong quá trình chế tạo. Trên cơ sở các bản viết phải lập quy trình công nghệ chế tạo sản phẩm và lập kế hoạch sản xuất. Để tạo sản phẩm phải lập nhu cầu về trang thiết bị công nghệ và các dụng cụ cần thiết. Kế hoạch sản xuất phải chỉ rõ thời gian và sản lượng xuất xưởng trong thời gian đã định. Tiếp theo là công đoạn đưa vào sản xuất, chế tạo xong phải kiểm tra và tiến hành thử nghiệm sản phẩm, cuối cùng là bàn giao cho khách hàng.
Trong giai đọan thiết kế sản phẩm mới, áp dụng máy tính điện tử cho phép tự động thiết kế, in các bản vẽ và tài liệu kỹ thuật.
Giai đoạn chuẩn bị công nghệ, nghĩa là thiết kế quy trình công nghệ và lập biểu đồ sản xuất với sự trợ giúp của máy tính điện tử. Ngoài ra máy tính điện tử còn có thể áp dụng điều khiển quá trình chế tạo chi tiết dùng tay máy, các máy điều khiển theo chương trình số (CNC). Công đoạn cuối cùng là kiểm tra thử nghiệm cũng có thể tự động hoá nhờ máy tính điện tử.
Qua đây ta thấy hệ thống CAD/CAM đóng vai trò quan trọng trong nền sản xuất hiện đại trong tương lai, và đặc biệt là các lĩnh vực chuyên môn hoá cao, chẳng hạn việc thiết kế và chế tạo các bản mạch in thì kiểu liên kết này sử dụng ngày càng mạnh. Từ hình trên rõ ràng CAD/CAM bao trên hầu hết các dạng hoạt động và chức năng của quá trình sản xuất. Trong công đoạn thiết kế và chế tạo ở các nhà máy hiện đại, kỹ thuật tính tóan phải phát huy tác dụng và là nhu cầu không thể thiếu đựơc.
- Tổng quan về máy công cụ điều khiển bằng chương trình số (máy CNC)
Ơ các máy cắt thông thường, việc điều khiển các chuyển động cũng như thay đổi vận tốc của các bộ phận máy đều được thực hiện bằng tay. Với cách điều khiển này, thời gian phụ quá lớn, nên không thể nâng cao năng suất lao động.
Để giảm thời gian phụ, cần thiết tiến hành tự động hoà quá trình điều khiển. Trong sản xuất hàng khối, hàng loạt lớn, từ xưa ngưới ta dùng phương pháp gia công tự động với phương pháp gia công tự độngvới việc tự động hoá quá trình đều khiển bằng các vấu tỳ, bằng mẫu chép hình, bằng cam trên trục phân phối… Đặc điểm của các loại máy tự động này là rút ngắn được thời gian phụ , nhưng thời gian chuẩn bị sản xuất quá dài (như thời gian thiết kế và chế tạo cam, thời gian điều chỉnh máy…).Nhược điểm của phương pháp này là không đáng kể nếu như sản xuất với khối lượng lớn. Trái lại, với sản xuất nhỏ, mặt hàng thay đổi thường xuyên, loại máy tự động này trở nên không kinh tế. Do đó cần phải tìm ra phương pháp điều khiển mới. Yêu cầu này được thực hiện với việc điều khiển theo chương trình số.
Đặc điểm quan trọng của việc tự động hoá quá trình gia công trên máy CNC là đảm bảo cho máy có tính vạn năng cao. Điều đó cho phép gia công nhiều loại chi tiết, phù hợp với dàng sản xuất hàng loạt nhỏ và hàng loạt vừa, mà trên 70% sản phẩm của ngành chế tạo máy được chế tạo trong điều kiện đó.
Máy công cụ điều khiển bằng chương trình số viết tắt là máy NC (Numerical Control) là máy tự động điều khiển (vài hoạt động hoặc toàn bộ hoạt động), trong đó các hành động điều khiển được sản sinh trên cơ sở cung cấp các dữ liệu ở dạng: LỆNH, các lệnh hợp thành chương trình làm việc. Chương trình làm việc này được ghi lên một cơ cấu mang chương trình dưới dạng mã số. Cơ cấu mang chương trình có thể la: băng đột lỗ, băng từ, hoặc chính bộ nhớ máy tính .
Các thế hệ đầu, máy NC còn sử dụng các cáp logic trong hệ thống. Phương pháp điều khiển theo điểm và đoạn thẳng , tức là không có quan hệ hàm số giữa các chuyển động theo toạ độ. Việc điều khiển còn mang tính “cứng” nên chương trình đơn giản như gia công lỗ, gia công các đường thẳng song song với các chuyển động mà máy có.
Các thế hệ sau, trong hệ thống điều khiển của máy NC đã được cài đặt các cụm vi tính, các bộ vi sử lý và việc điều khiển lúc này phần lớn hoặc hoàn toàn “mềm”. Phương pháp điều khiển theo đường biên, tức là có mối quan hệ hàm số giữa các chuyển động theo hướng các toạ độ. Các máy NC này được gọi là CNC (Computer Numerical Control). Chương trình này được soạn tỷ mỉ hơn và có thể gia công được những chi tiết có hình dáng phức tạp. Hiện nay các máy CNC được dùng rất phổ biến.
4.1 Lịch sử phát triển của máy CNC
Năm 1947, John Parsons nảy ra ý tưởng áp dụng điều khiển tự động vào quá trình chế tạo cánh quạt máy bay trực thăng ở Mỹ. Trước đó, việc gia công và kiểm tra biên dạng cánh quạt phải dùng các mẫu chép hình, sử dụng dưỡng, do đó rất lâu và không kinh tế. Y định dùng bìa xuyên lỗ để doa các lỗ bằng cách cho tính hiệu để điều khiển hai bàn dao, đã giúp Pasons phát triển hệ thống Digital của ông.
Với kết quả này , năm 1949 ông ký hợp đồng với USAF (US air Force) nhằm chế tạo một loại máy cắt theo biên dạng tự động. Pasons yêu cầu trợ giúp để sử dụng phòng thí nghiệm điều khiển tự động của viện Công nghệ Massachusetts (M.I.T) nơi được chính phủ Mỹ tài trợ để chế tạo một loại máy phay 3 toạ độ điều khiển bằng chương trình số.
Trong những năm 60, thời gian chín mùi cho việc phát triển và đã sản sinh ra thế hệ máy mới (CNC) cho phép phay các biên dạng phức tạp, tạo hình với hai, ba hoặc bốn và năm trục (ba tịnh tiến và hai quay).
Các nước Châu Au và Nhật bản phát triển có chậm hơn một vài năm, nhưng cũng có những đặc điểm riêng, chẳng những về mặt kỹ thuật, mà cả về kết cấu như kết cấu trục chính, cơ cấu chứa dao, hệ thống cấp dao v.v…
Từ đó đến nay, hàng loạt máy CNC ra đời với đủ chủng loại và phát triển không ngừng. Sự phát triển đó dựa vào thành tựu của các ngành: máy tính điện tử, điện tử công nghiệp và điều khiển tự động … Nhất là trong thập niên 90, máy CNC đã đổi mới nhanh chóng chưa từng có trong lĩnh vực tự động .
4.2 Đặc trưng cơ bản của máy CNC
4.2.1 Tính năng tự động cao
Máy CNC có năng suất cắt gọt cao và giảm được tối đa thời gian phụ, do mức độ tự động được nâng cao vượt bậc. Tuỳ từng mức độ tự động, máy CNC có thể thực hiện cùng một lúc nhiều chuyển động khác nhau, có thể tự động thay dao, hiệu chỉnh sai số dao cụ, tự động kiểm tra kích thước chi tiết và qua đó tự động hiệu chỉnh sai lệch vị trí tương đối giữa dao và chi tiết, tự động tưới nguội, tự động rút phôi ra khỏi khu vực cắt…
4.2.2 Tính năng linh hoạt cao
Chương trình có thể thay đổi dễ dàng và nhanh chóng, thích ứng với các loại chi tiết khác nhau. Do đó rút ngắn được thời gian phụ và thời gian chuẩn bị sản xuất, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tự động hoá sản xuất hàng loạt nhỏ.
Bất cứ lúc nào cũng có thể sản xuất nhanh chóng những chi tiết đã có chương trình. Vì thế không cần phải sản xuất chi tiết dự trữ, mà chỉ giữ lấy chương trình của chi tiết đó.
Máy CNC gia công được những chi tiết nhỏ, vừa phản ứng một cách linh hoạt khi nhiệm vụ công nghệ thay đổi và điều quan trọng nhất là việc lập trình gia công có thể thực hiện ngoài máy, trong các văn phòng có sự hỗ trợ của tin học thông qua các thiết bị vi tính, vi xử lý…
4.2.3 Tính năng tập trung nguyên công
Đa số máy CNC có thể thực hiện được số lượng lớn các nguyên công khác nhau mà không cần thay đổi vị trí gá đặt của chi tiết. Từ khả năng tập trung các nguyên công, các máy CNC đã được phát triển thành các trung tâm gia công CNC.
- Tính năng chính xác, đảm bảo chất lượng
Giảm được hư hỏng do con người. Đồng thời cũng giảm được cường độ chú ý của con người khi làm việc.
Có khả năng gia công chính xác hàng loạt. Độ chính xác lặp lại, đặc trưng cho mức độ ổn định trong suốt quá trình gia công là điểm ưu việt tuyệt đối của máy CNC .
Máy CNC với hệ thống điều khiển khép kín có khả năng gia công được những chi tiết chính xác cả về hình dáng lẫn kích thước. Những đặc điểm này thuận tiện cho việc lắp lẫn, giảm khả năng tổn thất phôi liệu ở mức thấp nhất.
- Gia công biên dạng phức tạp
Máy CNC là máy duy nhất có thể gia công chính xác và nhanh các chi tiết có hình dáng phức tạp như các bề mặt 3 chiều.
- Tính năng hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao
- Cải thiện tuổi bền dao nhờ điều kiện cắt tối ưu. Tiết kiệm dụng cụ cắt gọt, đồ gá và các phụ tùng khác.
- Giảm phế phẩm.
- Tiết kiệm tiền thuê mướn lao động do không cần yêu cầu kỹ năng nghề nghiệp nhưng năng suất gia công cao hơn.
- Sử dụng lại chương trình gia công.
- Giảm thời gian sản xuất.
- Thời gian sử dụng máy nhiều hơn nhờ vào giảm thời gian dừng máy.
- Giảm thời gian kiểm tra vì máy CNC sản xuất chi tiết chất lượng đồng nhất.
- CNC có thể thay đổi nhanh chóng từ việc gia công loại chi tiết này sang loại chi tiết khác với thời gian chuẩn bị thấp nhất.
Tuy nhiên máy CNC không phải không có những hạn chế. Dưới đây là một số hạn chế:
- Sự đầu tư ban đầu cao: Nhược điểm lớn nhất trong việc sử dụng máy CNC là tiền vốn đầu tư ban đầu cao cùng với chi phí lắp đặt.
- Yêu cầu bảo dưỡng cao: Máy CNC là thiết bị kỹ thuật cao và hệ thống cơ khí, điện của nó rất phức tạp. Để máy gia công được chính xác cần thường xuyên bảo dưỡng. Người bảo dưỡng tinh thông cả về cơ và điện.
- Hiệu quả thấp với những chi tiết đơn giản.
4.3 Mô hình khái quát hoá của một máy CNC
Máy gồm hai phần chính:
4.3.1 Phần điều khiển:
Gồm chương trình điều khiển và cơ cấu điều khiển.
- Chương trình điều khiển: là tập hợp các tín hiệu (gọi là lệnh) để điều khiển máy, được mã hoá dưới dạng chữ cái, số và một số ký hiệu khác như dấu cộng, trừ, dấu chấm, gạch nghiêng… Chương trình này được ghi trên cơ cấu mang chương trình dưới dạng mã số (cụ thể là mã thập – nhị phân như băng đục lỗ, mã nhị phân như bộ nhớ của máy tính).
- Các cơ cấu điều khiển: Nhận tín hiệu từ cơ cấu đọc chương trình, thực hiện các phép biến đổi cần thiết để có được phép tính phù hợp với điều kiện hoạt động của cơ cấu chấp hành, đồng thời kiểm tra sự hoạt động của chúng thông qua các tín hiệu được gởi về từ các cảm biến liên hệ ngược. Bao gồm các cơ cấu đọc, cơ cấu giải mã, cơ cấu chuyển đổi, bộ xử lý tín hiệu, cơ cấu nội suy, cơ cấu so sánh, cơ cấu khuyếch đại, cơ cấu đo hành trình, cơ cấu đo vận tốc, bộ nhớ và các thiết bị xuất nhập tín hiệu.
Đây là thiết bị điện – điện tử rất phức tạp, đóng vai trò cốt yếu trong hệ thống điều khiển của máy NC. Việc tìm hiểu nguyên lý cấu tạo của các thiết bị này đòi hỏi có kiến thức từ các giáo trình chuyên ngành khác, cho nên ở đây chỉ giới thiệu khái quá.
4.3.2 Phần chấp hành:
Gồm máy cắt kim loại và một số cơ cấu phục vụ vấn đề tự động hoá như các cơ cấu tay máy, ổ chứa dao, bôi trơn, tưới trơn, hút thổi phoi, cấp phôi…
Cũng như các loại máy cắt kim loại khác, đây là bộ phận trực tiếp tham gia cắt gọt kim loại để tạo hình chi tiết. Tuỳ theo khả năng công nghệ của loại máy mà có các bộ phận hộp tốc độ, hộp chạy dao, thân máy, sống trượt, bàn máy trục chính, ổ chứa dao, các tay máy…
Kết cấu từng bộ phận chính chủ yếu như máy vạn năng thông thường, nhưng có một vài khác biệt nhỏ để đảm bảo quá trình điều khiển tự động được ổn định, chính xác, năng suất và đặc biệt là mở rộng khả năng công nghệ của máy.
- Hộp tốc độ: Phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn, thường là truyền động vô cấp, trong đó sử dụng các ly hợp điện từ để thay đổi tốc độ được dể dàng.
- Hộp chạy dao: Có nguồn dẫn động riêng, thường là các động cơ bước. Trong xích truyền động, sử dụng các phương pháp khử khe hở của các bộ truyền như vít me – đai ốc bi …
- Thân máy cứng vững, kết cấu hợp lý để dễ thải phoi, tưới trơn, dễ thay dao tự động. Nhiều máy có chứa ổ dao, tay máy thay dao tự động, có thiết bị tự động hiệu chỉnh khi dao bị mòn…
Trong các máy CNC có thể sử dụng các dạng điều khiển thích nghi khác nhau bảo đảm một hoặc nhiều thông số tối ưu như các thành phần lực cắt, nhiệt độ cắt, độ bóng bề mặt, chế độ cắt tối ưu, độ ồn , độ rung…
|
Máy tiện CNC |
Máy phay CNC |
||
4.3.3 Ưu điểm của máy CNC:
Tính kinh tế đạt được cao với máy công cụ CNC bởi tốc độ nâng cao cũng như thời gian gia công cơ bản, thời gian phụ, thời gian chuẩn bị và thời gian kết thúc giảm. Các nhân tố ảnh hưởng sau đây tác động mạnh tới kinh tế của máy CNC:
- Lập trình trực tiếp trên máy bởi khả năng nhập bằng tay.
- Việc đảm trách ở bộ phận chuẩn bị chuẩn bị sản xuất cho việc lập trình, sẵn sàng vật liệu cũng như dụng cụ cắt và nhập các dữ liệu được thực hiện tại chỗ làm việc.
- Lưu trữ trong các trường hợp gia công lập lại của một chương trình gia công chi tiết đặc biệt dưới dạng chương trình con.
- Tối ưu hoá chương trình NC trong hệ điều khiển.
- Mô tả hình dạng chi tiết gia công thông qua việc cho dạng hình học đơn giản.
- Chạy dao tự động cho đến khi đạt kích thước.
- Tự động vận hành các chức năng của máy và trực tiếp can thiệp khi xảy ra lỗi hoặc bị nhiễu.
- Quan sát tự động quá trình gia công thông qua hệ điều khiển CNC (đo và kiểm tra tự động).
- Hệ thống ổ dao chứa nhiều dao.
- Có khả năng chuẩn bị dụng cụ cắt bên ngoài máy mà không ảnh hưởng đến quá trình gia công.
- Chất lượng chi tiết gia công ổn định, ít phế phẩm.
- Làm tăng chính xác gia công, do cấp chính xác của máy cao (1/1000mm độ chính xác đo).
- Thời gian gia công ngắn thông qua việc tổ chức sản xuất và trùng lắp công việc.
- Thời gian vận hành máy cao.
- Tính linh hoạt trong sản xuất cao bởi hệ thống gia công và do vậy gia công hợp lí cho loạt nhỏ hoặc gia công đơn chiếc với độ phức tạp cao.
4.3.4 Yêu cầu khi vận hành máy CNC:
Để vận hành và lập trình trên máy công cụ CNC, nhất thiết đòi hỏi người vận hành máy phải có trình độ và hiểu biết về lập trình gia công CNC. Nhiều kinh nghiệm từ gia công trên máy thông thường không thể ứng dụng cho gia công CNC do tốc độ cắt cao hơn rất nhiều. Các yêu cầu về kỹ thuật an toàn gồm:
- Phải cài then an toàn để chống lại việc gia công các chi tiết tiết bị gá đặt sai hoặc không đủ cứng vững, để tránh văng của các phần tử chuyển động.
- Phải khoá các thiết bị kẹp chi tiết trên máy CNC.
- Giữ khoảng cách an toàn giữa các bộ phận nhô xa của các máy CNC lân cận trong hệ thống mạng máy CNC.
- Tránh phoi văng cũng như tia phun của nước trơn nguội.
- Hút bụi không khí trong không gian máy.
PHẦN 2
LẬP TRÌNH GIA CÔNG CHI TIẾT TRÊN MÁY PHAY CNC 4 TRỤC VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA PRO WILDFIRE
CHƯƠNG 1
KHÁI QUÁT TRÌNH TỰ TẠO MỘT CHU TRÌNH PHAY
TRÊN MÁY PHAY CNC 4 TRỤC
Trước tiên, để có thể tiến hành thiết lập một chu trình phay với sự trợ giúp của phần mềm Pro WILDFIRE, ta phải có một mô hình chi tiết cần gia công có kích thước trong Part. Sau đó ta mở chương trình Pro WILDFIRE và tiến hành tạo chu trình phay như sau:
1Vào môi trường gia công của phần mềm:
Để bắt đầu công việc gia công chi tiết, ta phải vào môi trường làm việc. Trình tự làm như sau:
1.1Chọn New từ menu File và chọn MANUFACTURE trong option TYPE
1.2Chọn NC ASSEMBLY trong hộp thoại Sub-Type.
1.3Trong ô Name ta đặt tên (ví dụ: PHAY_BON_TRUC) àOK.
2Đặt chi tiết vào môi trường làm việc:
Để đưa chi tiết cần gia công lên màn hình thiết kế ta làm như sau:
2.1Trong menu MANUFACTURE àMfg Model àxuất hiện menu MFG MDL
2.2Chọn Assembly àchọn Ref Modelàxuất hiện hộp thoại Open.
2.3Khi đó chọn chi tiết cần gia công. Chọn Open àchi tiết cần gia công sẽ xuất hiện trên màn hình.
3Tạo phôi (workpiece):
3.1Trong menu MANUFACTURE àMfg Model àxuất hiện menu MFG MDL
3.2Chọn Create àchọn Workpiece.
3.3Enter Part name [PRT000]: Đặt tên cho phôi (ví dụ Trajectory)
3.4Từ menu FEAT CLASS chọn Solid àProtruction àxuất hiện SOLID OPTS
3.5Từ menu SOLID OPTS chọn phương pháp tạo thể tích àDone.
Sau khi được tạo ra, phôi trên màn hình có màu xanh lá cây. Như vậy, ta đã tạo xong phôi cho chi tiết.
4Thiết lập các thông số công nghệ:
Sau khi tạo xong phôi ta tiến hành thiết lập các thông số về máy gia công, dao, đồ gá. Trình tự thiết lập như sau:
4.1Từ menu MANUFACTURE, chọn Machining > Operation (hoặc Mfg Setup à Operation).
4.2Xuất hiện hộp thoại Operation Setup
4.2.1Thiết lập máy gia công:
4.2.1.1Từ menu MFG SETUP, chọn Workcell hoặc click trên Operation Setup
4.2.1.2Click vào OK hay Apply để xác nhận máy gia công.
4.2.2Thiết lập đồ gá
Trên Operation Setup, Click .
4.2.3Thiết lập hệ trục toạ độ cho chương trình:
4.2.3.1Click bên cạnh Machine Zero trong Operation Setup àxuất hiện menu MACH CSYS:
- Create: tạo một hệ truc toạ độ mới
- Select: chon một hệ trục toạ độ
4.2.3.2Click vào phôi, phôi sẽ chuyển sang màu đỏ àxuất hiện hộp đối thoại
4.2.3.3Click vào một đỉnh để làm gốc toạ độ
Lần lượt click vào ô Use trong Orientation tab để chọn hai trục của hệ trục toạ độ.
Lưu ý: trục X của chu trình phải trùng với đường tâm của phôi (cho máy phay CNC có trục thứ tư quay quanh trục X)
4.2.4Thiết lập mặt phẳng lùi dao:
4.2.4.1Click vào bên cạnh Surface trong Retract, xuất hiện hộp đối thoại Operation Setup.
4.2.4.2Ta chọn Cylinder, khi đó hộp đối thoại Cylinder Radius bật sáng, ta nhập giá trị bán kính .
4.2.4.3Ta chọn trong Csys là X Axis as Cylinder Axis
4.2.4.4Sau khi OK mặt phẳng lùi dao sẽ xuất hiện với tên như hình sau:
Như vậy là ta đã tạo xong mặt phẳng lùi dao.
4.3Thiết lập dụng cụ cắt
5Thiết lập các thông số cho từng chu trình gia công cụ thể
5.1Từ menu MANUFACTURE. Ta chọn NC Sequence từ menu Machining để thiết lập trình tự gia công
5.2Xuất hiện menu MACH AUX àchọn Machining àxuất hiện Submenu với các phương pháp gia công trên máy phay như sau
5.3Sau khi chọn phương pháp phay, chọn Done àxuất hiện menu NC SEQUENCE và menu Seq Setup.
5.4Từ menu MFG PARAMS ta chọn Set để khai báo quy trình công nghệ à xuất hiện hộp thoại Param Tree:
5.5Sau khi khai báo xong các thông số NC, ta chọn File àSave àxuất hiện hộp thoại Save Parameters:
5.6Ta nhập tên cho thông số vừa thiết lập và chọn OK để lưu lại các thông số đó.
6Mô phỏng quá trình gia công:
6.1Trong menu MANUFACTURE àMACHINING àNC SEQUENCE:
6.2Ta chọn vào Play Path để hệ thống tính toán đường chạy dao chính để hoàn thành chương trình NC Sequence.
6.3Chọn NC check để xem mô phỏng kiểu Solid
CHƯƠNG 2
CÁC THÔNG SỐ NC
(MANUFACTURING PARAMETER)
lược các thông số NC
Bất kỳ chu trình gia công nào cũng có vài phương pháp để chọn lựa cách định nghĩa đường chạy dao. Tùy từng cách chọn lựa mà đường chạy dao sẽ khác, có nghĩa là ứng với mỗi phương pháp chọn lựa trong một chu trình mà có những thông số NC (manufacturing parameter) khác nhau.
Ta có thể thiết lập các thông số NC cho từng chu trình riêng biệt hoặc thiết lập các thông số NC như một dữ liệu cơ sở (database) để sử dụng cho nhiều chu trình về sau.
Tất cả các thông số này liên quan mật thiết với nhau và nó là yếu tố quan trọng cho dữ liệu đường chạy dao (CL-Data). Quyết định chất lượng bề mặt gia công.
Chú ý:
Người lập trình phải nhập một giá trị bằng số cụ thể cho các thông số NC có giá trị mặc định là -1. Nếu để giá trị mặc định là -1 thì xem như thông số này không được thiết lập bởi hệ thống.
1Các thông số NC
Các thông số NC được chia làm 5 phần chính:
1.1Các thông số liên quan đến cách quét dao (Cut Option)
1.2Các thông số liên quan đến chiều sâu cắt và bước dịch dao ngang (Cut Param)
1.3Các thông số liên quan đến vận tốc cắt (Cut Feed)
1.4Các thông số liên quan đến máy (Machine)
1.5Các thông số liên quan đến vào (Entry) và thoát dao (Exit)
1.1Các thông số liên quan đến cách quét dao (Cut Option)
Ưng dụng cho các chu trình phay Volume, Surface, Face, Pocket, và Plunge.
1.1.1SCAN_TYPE
1.1.1.1Với chu trình phay kiểu Volume
Hộp thoại SCAN_TYPE mô tả cách quét dao và tránh đảo trên mặt phẳng nằm ngang như sau:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
TYPE_1_CONNECT: Dụng cụ cắt chỉ gia công theo một hướng. Khi kết thúc một pass (tương ứng một lần dịch dao ngang B), dao sẽ lùi về mặt phẳng retract và xuống lại phía đối diện của phôi tại vị trí bắt đầu của pass trước đó, sau đó thực hiện chuyển động cắt theo hướng tương tự
|
|
|
|
|
|
|
|
- SPIRAL_MAINTAIN_CUT_TYPE: Gia công theo đường xoắn ốc với cung đảo chiều giữa các đường chuyển động cắt.
- SPIRAL_MAINTAIN_CUT_DIRECTION: Gia công theo đường xoắn ốc với cung hình chữ S nối giữa các chuyển động cắt.
Trong chu trình phay kiểu Surface, có ba cách định nghĩa đường chạy dao thông dụng là ,về cơ bản giống như chu trình phay kiểu Volume vừa đề cập ở trên :
1.1.1.2Với cách định nghĩa đường chạy dao là Straight Cut:
- TYPE_1: dụng cụ cắt gia công liên tục trên mặt đã chọn, lùi về retract khi gặp đảo và tiếp tục gia công trên bề mặt đã chọn (giống với phay kiểu Volume)
- TYPE_3: nếu bề mặt được chọn gồm nhiều phân vùng, thì dao sẽ gia công hoàn thành từng phân vùng một, trước khi di chuyển qua gia công vùng khác.
1.1.1.3Với cách định nghĩa đường chạy dao là Isolines:
- TYPE_1: dao lùi về retract khi gặp đảo và tiếp tục gia công trên bề mặt đã chọn
- TYPE_2: dao liên tục gia công trên bề mặt đã chọn và đi vòng sang bên hông khi gặp đảo
- TYPE_3: nếu bề mặt dược chọn gồm nhiều phân vùng thì dao sẽ gia công hoàn thành một vùng trước khi di chuyển qua vùng khác.
- TYPE_ONE_DIR: trong quá trình gia công dao di chuyển theo một chiều (cuối mỗi pass dao lùi về retract và xuống lại ở đầu của pass)
1.1.1.4Với cách định nghĩa đường chạy dao là Cut Line:
- TYPE_1: dao di chuyển tới lùi theo đường cut line (đường chạy dao chuẩn được tạo ra.
- TYPE_3: nếu bề mặt dược chọn gồm nhiều phân vùng thì dao sẽ gia công hoàn thành một vùng trước khi di chuyển qua vùng khác.
- TYPE_SPIRAL: dao di chuyển theo đường xoắn ốc.
- TYPE_ONE_DIR: trong quá trình gia công dao di chuyển theo một chiều (cuối mỗi pass dao rút về retract và xuống lại ở đầu của pass)
- TYPE_HELICAL: đường chạy dao kiểu xoắn ốc theo phương Z, chỉ có hiệu lực cho Closed Cut Line và khi thông số CUTLINE_TYPE được thiết lập FLOWLINES
1.1.1.5Dùng trong chu trình phay kiểu Swarf có:
- TYPE_1: dao di chuyển tới lùi trên bề mặt đang gia công.
- TYPE_ONE_DIR: trong quá trình gia công dao di chuyển theo một chiều (cuối mỗi pass dao lùi về retract và xuống lại ở đầu của pass)
- TYPE_HELICAL: đường chạy dao kiểu xoắn ốc theo phương Z, chỉ dùng cho mặt khép kín (closed loop)
1.1.1.6Dùng trong chu trình phay kiểu Face có:
- TYPE_1: dao di chuyển song song liên tục trên mặt đã chọn
- TYPE_3: dao di chuyển song song và gia công hoàn thành từng vùng trên mặt đã chọn
..........................................................
CHƯƠNG 2
GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PRO WILDFIRE
- Giới thiệu về Pro WILDFIRE:
Phần mềm Pro WILDFIRE là một phần mềm CAD/CAM trợ giúp ta giải quyết từ đầu đến cuối công việc chế tạo ra một sản phẩm công nghiệp hoặc tiêu dùng một cách chính xác và hiệu quả.
Trước tiên, Pro WILDFIRE hỗ trợ người dùng thiết kế ra sản phẩm từ trong ý tưởng.
Tiếp theo, từ sản phảm thiết kế đó (có thể là chi tiết máy, sản phẩm tiêu dùng….) Pro WILDFIRE dẫn dắt chúng ta qua công đoạn thiết kế các bộ khuôn.
Và cuối cùng, khi hoàn thành khâu thiết kế nó phải được đưa đi chế tạo, Pro WILDFIRE lại giúp ta thực hiện việc lập trình gia công này một cách hiệu quả và nhanh chóng.
Trong phần mềm Pro WILDFIRE, ngành Cơ Khí Chế Tạo Máy có thể sử dụng hiệu quả những modul sau:
Part: Giúp xây dựng mô hình hình học thật trong không gian 3D, gồm mô hình khối rắn (Solid) và mô hình mặt (Surface).
Drawing: Giúp tạo các hình chiếu từ mô hình 3D, tạo ra kích thước, các yêu cầu kỹ thuật và ghi chú cho hồ sơ thiết kế.
Assembly: Giúp lắp ráp các chi tiết đã được thiết kế.
Moldeign: Giúp thiết kế khuôn nhựa để tạo ra các sản phẩm.
Manufacturing: Giúp thiết kế đường chạy dao để gia công các chi tiết đã được thiết kế trong phần Part hay hình thành trong phần Moldesign.
Với modul Manufacturing của Pro WILDFIRE (Pro/MFG) còn hỗ trợ việc mô phỏng và xuất chương trình NC để điều khiển máy CNC.
- Phần gia công của Pro WILDFIRE:
Pro/MFG là một modul của Pro WILDFIRE cung cấp các dữ liệu cần thiết cho quá trình gia công.
Để gia công được một chi tiết bất kỳ nào, một quy trình công nghệ trước tiên phải có phôi, máy, đồ gá, dao và các trang bị kỹ thuật khác. Trong Pro WILDFIRE, trình tự thực hiện cũng tương tự như vậy. Những thông số cần thiết cho quá trình gia công được định nghĩa nhanh chóng và có thể được hiệu chỉnh linh hoạt và trình tự đó có thể được tóm tắt qua sơ đồ sau:
