THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT BÁNH VÍT SPKT

LỜI NÓI ĐẦU

          Trong thời đại công nghiệp hóa,hiện đại hóa đất nước,nền kinh tế của đất nước chủ yếu vẫn là nông nghiệp.Tuy nhiên để thúc đẩy nền kinh tế đi lên thì chủ trương phát triển đất nước chính là phát triển công nghiệp.Các nhóm ngành công nghiệp mũi nhọn tập trung phát triển giai đoạn 2016-2020: Công nghiệp thiết bị điện tử - viễn thông - công nghệ thông tin; công nghiệp cơ khí chế tạo (ôtô, đóng tàu, thiết bị toàn bộ, máy nông nghiệp, cơ điện tử); công nghiệp sản xuất sản phẩm từ công nghệ mới (năng lượng mới, năng lượng tái tạo, công nghệ phần mềm, nội dung số).

          Cơ khí chế tạo là một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn mà chúng ta cần phát triển.Như ta đã biết nền công nghiệp cơ khí của đất nước ta còn non trẻ các thiết bị đòi hỏi độ chính xác cao,kích cỡ lớn thường phải nhập khẩu,các chi tiết máy thường được gia công trên các máy vạn năng hoặc chuyên dùng do đó độ chính xác không được cao và tốn nhiều thời gian.Chính vì thể nên việc áp dụng công nghệ mới vào sản xuất là điều hết sức cần thiết.

Việc đưa công nghệ CNC vào gia công sản xuất là hết sức cần thiết vì công nghệ CNC có 3 ưu điểm là:

-Linh hoạt

-Tự động hóa sản xuất

-Độ chính xác vị trí và độ chính xác lặp lại cao của sản phẩm.

          Chính vì lý do đó nên chúng em đã lựa chọn đề tài Tìm hiểu, khai thác, hướng dẫn sử  dụng máy tiện CNC Takamaz EM- 1A.Ứng dụng công nghệ truyền thống và công nghệ CNC để gia công bánh vít.Vừa áp dụng công nghệ truyền thống để sản xuất và công  nghệ CNC để việc gia công sản phẩm chi tiết trở nên đơn giản hơn,tự động hóa sản xuất linh hoạt hơn mà đạt được độ chính xác cần thiết.

Trong quá trình làm đồ án mặc dù em đã cố gắng hết sức nhưng do hạn chế về kiến thức, tài liệu nên sẽ không tránh được những thiếu sót. Em rất mong được sự góp ý, bổ sung, nhận xét của các thầy cô và các bạn đọc để bản đồ án hoàn thiện tốt hơn.

Em cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn đến Th.s Đoàn Thị Hương cùng toàn thể các thầy cô trong khoa Cơ khí đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo và tạo điều kiện trong suốt thời gian qua để em hoàn thành nhiêm vụ.

CHƯƠNG 1. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

1.1.Ý nghĩa thực tiễn

           Thực tế trong quá trình tự động hóa sản xuất máy điều khiển số CNC (Computer Numerical Control) đóng vai trò quan trọng, sử dụng máy điều khiển số CNC cho phép giảm khối lượng gia công chi tiết, nâng cao độ chính xác gia công và hiệu quả kinh tế đồng thời cũng rút ngắn được chu kỳ sản xuất.

            Chính vì vậy, nghành cơ khí chế tạo đa số các nước phát triển trên thế giới cũng như trong nước ta hiện nay đầu tư các dây chuyền CNC ứng dụng vào sản xuất với hiệu quả kinh tế rất cao. Vấn đề tài chính không còn là vấn đề đáng quan tâm của các doanh nghiệp khi đầu tư vào các máy công cụ điều khiển theo chương trình số, ngay cả các doanh nghiệp loại vừa và nhỏ cũng đều có thể trang bị được.

1.2. Ý nghĩa đào tạo:

          Song song với việc phát triển công nghệ máy điều khiển số CNC thì việc đào tạo kỹ năng công nghệ cho người thợ, người kỹ sư, làm chủ vận hành máy điều khiển số CNC cũng rất quan trọng.

           Để sản xuất ra được những sản phẩm thì bên cạnh việc gia công chi tiết trên máy thì công việc lập trình khai thác những đặc tính của máy cũng rất là quan trọng, đó là công việc cần người thợ tìm hiểu , nghiên cứu và sử dụng máy

          Tóm lại việc việc tìm hiểu, khai thác và hướng dẫn sử dụng các máy điều khiển số nói chung và máy tiện TAKAMAZ EM - 1A nói riêng là quan trọng và cần thiết trong thời buổi hiện nay đặc biệt là với những sinh viên nghành cơ khí chế tạo.

CHƯƠNG 2.TỔNG QUAN VỀ MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN CNC

2.1. Khái quát về điều khiển số

Ở 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 khá lớn, nên không thể nâng cao năng suất lao động.

Để giảm thời gian phụ, cần thiết tiến hành tự động hóa quá trình điều khiển. Trong sản xuất hàng khối, hàng loạt lớn, từ lâu người ta dùng phương pháp gia công tự động với việc tự động hóa quá trình điều 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 này là không đáng kể nếu như sản xuất với khối lượng lớn. Trái lại, với lượng 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 hóa quá trình gia công trên các 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 dạng 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 viêc. 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 là 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 (hình 1-7a và hình 1-7b), tức là không có quan hệ hàm số giữa các chuyển động theo tọa độ. Việc điều khiển còn mang tính “cứng “ nên chương trình đơn giản và cũng chỉ gia công được những chi tiết 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 (hình2.1c), tức là có mối quan hệ hàm số giữa các chuyển động theo hướng các tọa độ. Các máy NC này được gọi là CNC (Computer Numerical Control). Chương trình được soạn thảo tỉ mỉ hơn và có thể gia công được những chi tiết có hình dáng rất phức tạp. Hiện nay các máy CNC đã được dùng phổ biến.

2.2. 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 của cánh quạt phải dùng các mẫu chép hình, sử dụng dưỡng, do đó rất lâu và không kinh tế. Ý định dùng bìa xuyên lỗ để doa các lỗ bằng cách cho tín hiệu để điều khiển hai bàn dao, đã giúp Parsons 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. Parsons 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 tọa độ điều khiển bằng bằng chương trình số.

Sau 5 năm nghiên cứu, J. Parsons đã hoàn chỉnh hệ thống điều khiển máy phay và lần đầu tiên trong năm 1954, M.I.T. đã sử dụng tên gọi “Máy NC”.

Trong những năm 60, thời gian đã chín mùi cho việc phát triển và ứng dụng các máy NC. Rất nhiều thành viên của ngành công nghiệp hàng không Mỹ đã nhanh chóng ứng dụng, 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 Âu 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 lãnh vực tự động.

2.3. Đặc trưng cơ bản của máy CNC

2.3.1 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 hút phoi ra khỏi khu vực cắt…

2.3.2 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 lơi cho việc tự động hóa 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 kỹ thuật tin học thông qua các thiết bị vi tính, vi xử lý ...

2.3.3 Tính năng tập trung nguyên công

Đa số các máy CNC có thể thực hiện 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.

2.3.4 Tính năng chính xác, đảm bảo chất lượng cao

Giảm được hư hỏng do sai sót của 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 đến kích thước. Những đặc điểm này thuận tiện cho việc lắp lẫn, giảm khả năng tổn thất phôi liệu ở mức thấp nhất.

2.3.5 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.

2.3.6 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 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

- 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 phải tinh thông cả về cơ và điện.

- Hiệu quả thấp với những chi tiết đơn giản.

2.4. Mô hình khái quát của một máy CNC

Hình 2.1 Mô hình khái quát của một máy CNC

Máy gồm hai phần chính:

2.4.1 Phần điều khiển: Gồm chương trình điều khiển và các cơ cấu điều khiển.

- Chương trình điều khiển: Là tập hợp các tín hiệu (gọi là lệnh – được trình bày kỹ ở chương II) để điều khiển máy, được mã hóa dưới dạng chữ cái, số và môt số ký hiệu khác như dấu cộng, trừ, dấu chấm, gạch nghiêng ... Chương trình này được ghi lên 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 tín hiệu 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 gửi 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 quát.

2.4.2 Phần chấp hành: Gồm máy cắt kim loại và một số cơ cấu phục vụ vấn đề tự động hóa 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. Tùy theo khả năng công nghệ của loại máy mà có các bộ phận : Hộp tốc độ, hộp chạy dao, thân máy, sống trược, 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 dễ 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 ổ chứa 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 ...

2.5. Các phương pháp điều khiển

Hình 2.2 Các phương pháp điều khiển

2.4.1 Điều khiển điểm (hay điều khiển theo vị trí) được dùng để gia công các lỗ bằng các phương pháp khoan, khoét, doa và cắt ren lỗ. Ở đây chi tiết gia công được gá cố định trên bàn máy, dụng cụ cắt thực hiện chạy dao nhanh đến các vị trí đã lập trình. Khi đạt tới các điểm đích dao bắt đầu cắt (hình 2.2a), tuy nhiên cũng có trường hợp dao không dịch chuyển mà bàn máy dịch chuyển. mục đích chính cần đạt là các kích thước vị trí của các lỗ phải chính xác, còn quĩ đạo chuyển động là của dao hay của bàn máy điều không có ý nghĩa lắm.

Vị trí của các lỗ có thể được điều khiển đồng thời theo hai trục hoặc điều khiển kế tiếp nhau.

2.4.2  Điều khiển đường thẳng (hình2.2b) là dạng điều khiển mà khi gia công dụng cụ cắt thực hiện lượng chạy dao theo một đường thẳng nào đó song song với một trục tọa độ.Dạng điều khiển này được dùng cho các máy phay và máy tiện đơn giản.

2.4.3  Điều khiển theo đường viền (theo contour, hình 2.2c) cho phép thực hiện chạy dao trên nhiều trục cùng lúc. Tùy theo số trục được điều khiển đồng thời khi gia công người ta phân biệt: điều khiển đường viền 2D, điều khiển đường viền 2.5D và điều khiển đường viền 3D, 4D, 5D.Điều khiển đường viền 2D cho phép thực hiện chạy dao theo hai trục đồng thời trong một mặt phẳng gia công, ví dụ, trong mặt phẳng XZ hoặc XY trên hình 2.3a. Trục thứ ba được điều khiển hoàn toàn độc lập với hai trục kia. Điều khiển đường viền 2.5D (hình 2.3b) cho phép ăn dao đồng thời theo hai trục nào đó để gia công bề mặt trong một mặt phẳng nhất định. Trên máy CNC có 3 trục X, Y, Z ta sẽ điều khiển được đồng thời X và Y; X và Z hoặc Y và Z.

Hình 2.3 Điều khiển đường viền 2D và 2 1/2D

Điều khiển đường viền 3D cho phép đồâng thời chạy dao theo cả 3 trục X, Y, Z. Cả ba trục chuyển động hòa hợp với nhau hay có quan hệ ràng buộc hàm số, (hình 2.4).

Ta thấy đường viền được gia công do cả 3

 lượng chạy dao theo trục X, Y, Z tạo thành.

 Điều khiển đường viền 3D được ứng dụng

để gia công các khuôn mẫu, gia công các chi

tiết có bề mặt không phức tạp.

Điều khiển 4D (hình 2.5a)và điều khiển

Hình 2.4 Điều khiển đường viền 3D

5D (hình 2.5b): Ngoài các trục tịnh tiến X, Y

và Z ở đây còn các trục quay cũng được điều

khiển số. Nhờ điều khiển 4D và 5D người ta có thể gia công các chi tiết phức tạp như các khuôn rèn dập, các khuôn đúc áp lực hoặc các cánh tuabin.

Hình 2.5 Điều khiển đường viền 4D và 5D

Theo tiêu chuẩn ISO, các chuyển động cắt gọt khi gia công chi tiết trên máy CNC phải nằm trong một hệ trục tọa độ Descarte theo nguyên tắc bàn tay phải. Trong đó có ba chuyển động tịnh tiến theo các trục và ba chuyển động quay theo các trục tương ứng.

Hình 2.6 Hệ trục tọa độ trong máy điều khiển số

- Trục Z tương ứng với phương trục chính của máy CNC, chiều dương là chiều làm tăng khoảng cách giữa dao và chi tiết gia công. Chiều quay dương cùng chiều kim đồng hồ (nhìn từ gốc tọa độ).

- Trục X tương ứng chuyển động tịnh tiến lớn nhất của máy CNC. Ví dụ trên máy phay là chuyển động chạy dao dọc, trên máy tiện là chuyển động chạy dao ngang. Chiều dương là chiều làm tăng khoảng cách giữa dao và chi tiết.

- Trục Y hình thành với hai trục trên trong hệ trục tọa độ. Ví dụ trên máy phay chính là chuyển động chạy dao ngang của bàn máy, trên máy tiện không có trục này. Lưu ý khi xét hệ trục tọa độ của máy CNC phải coi như chi tiết đứng yên, còn dao chuyển động theo các phương của hệ trục tọa độ.Hệ trục tọa độ của máy CNC được đặt vào các loại chuẩn cơ bản sau: M (Machine Point): Chuẩn máy. Máy sẽ đo lường từ vị trí này đến các vị trí khác khi làm việc. Không thể thay đổi.

R (Reference Point): Chuẩn quy chiếu của máy, dùng để đóng kín không gian làm việc của máy. Không thể thay đổi.

T (Tool Offset): Chuẩn dao. Để xác định vị trí dao cắt sau khi đã lắp dao vào ổ

dao. Không thể thay đổi.

W ( Work Point): Chuẩn chi tiết. Dùng làm gốc của hệ tọa độ làm việc trong quá

trình gia công. Có thể thay đổi theo ý muốn của người công nghệ. Chuẩn này chính là

chuẩn công nghệ vì vậy phải được chọn trong không gian làm việc của máy.

P ( Program Point): Chuẩn thảo chương. Dùng làm gốc của hệ tọa độ trong quá

trình soạn thảo chương trình. Có thể thay đổi theo ý muốn của người lập trình. Chuẩn này

nên trùng với chuẩn thiết kế trên bản vẽ chi tiết

2.6. Các bước thực hiện gia công trên máy CNC

2.6.1  Nghiên cứu công nghệ gia công chi tiết

- Đọc hiểu bản vẽ chi tiết: Hình dáng, độ chính xác, độ bóng và vật liệu.

- Chọn phôi, chọn máy và cách gá lắp.

- Chọn tiến trình công nghệ hợp lý. Chọn dao và xác định chế độ cắt gọt cho từng bước công nghệ. Lập phiếu nguyên công.

2.6.2  Thiết kế quỹ đạo cắt

- Lập quỹ đạo chuyển động của dao thật chi tiết, hợp lý và chính xác.

- Tính toán tọa độ của các điểm chuyển tiếp trên quỹ đạo chuyển động của dao.

Hình 2.7 ví dụ khi phay

Trên hình quỹ đạo chuyển động của dao phay là quỹ đạo chuyển động của điểm tâm và mặt đầu dao phay. Để xác định quỹ đạo chuyển động đó, không phải biên dạng cắt gọt nào cũng xác định dễ dàng mà chỉ gặp những biên dạng song song với các tọa độ của máy CNC mà thôi. Trường hợp đối với các biên dạng phức tạp hơn (2D hoặc 2,5D) người lập trình có thể dùng biên của chi tiết yêu cầu làm quỹ đạo chuyển động của dao nhưng lúc này phải hiệu chỉnh bán kính dao phay. Vấn đề hiệu chỉnh bán kính dao như  thế nào cho biên dạng được cắt gọt ra cho đúng, kỹ thuật lập trình NC sẽ giải quyết ở chương sau.

Đối với các bề mặt gia công phức tạp hơn (3D, 4D hoặc 5D) quỹ đạo chuyển động của dao phay phải được xác định nhờ trợ giúp của máy tính và các phần mềm chuyên dụng.

Hình 2.8 ví dụ khi tiện

Dao tiện luôn luôn có bán kính cong R ở mũi dao. Để gia công chính xác, ta phải quan tâm đến kích thước này. Khi chương trình chỉ thị dao tiện đến tọa độ các điểm chuyển tiếp thì điểm đo dao sẽ đến các tọa độ đó, vì vậy khi gia công những đường cong hoặc nghiêng (không song song với hai chuyển động chạy dao của máy tiện) sẽ gặp phải sai số. Để khắc phục sai số đó phải hiệu chỉnh bán kính mũi dao.

Ví dụ: Để tiện tinh biên dạng (0-1-2-3-4-5) của một chi tiết, hình vẽ dưới minh họa cho thấy nếu không hiệu chỉnh bán kính mũi dao, biên dạng chi tiết sau gia công sẽ mắc phải sai số.

Hình 2.9 ví dụ về hiệu chỉnh bán kính mũi dao

Vị trí đo dao là điểm nối của hai phương đo theo tọa độ của máy tiện CNC (ZT và XT). Khi chương trình chỉ thị dao đến các điểm chuyển tiếp trên biên cắt của chi tiết (0-1-2-3-4-5) thì điểm đo dao sẽ đến các vị trí (0-1-2-3-4-5). Như vậy trên hình thấy rất rõ điểm 1, 2, 3 của chi tiết không nằm trên lưỡi cắt khi mũi dao có bán kính cong R. Kết quả biên dạng chi tiết sau khi cắt sẽ mắc phải sai số (đoạn có tuyến ảnh). Để xác định được vị trí đo dao, người ta dùng cơ cấu đo dao sau khi đã lắp dao vào cơ cấu mang dao. Ví dụ một cơ cấu đo dao:

Hình 2.10 ví dụ về dụng cụ đo dao

2.6.3  Lập chương trình điều khiển NC

Đây là bước quan trọng nhất để gia công được trên máy CNC. Có hai phương pháp lập trình :

- Phương pháp lập trình thủ công (Manual Programming): Là phương pháp lập trình không có sự trợ giúp của máy tính, người lập trình có thể tự biên soạn chương trình NC trên cơ sở nhận dạng hoàn toàn chính xác tọa độ chạy dao. Khả năng lập trình thủ công được coi là yêu cầu cơ bản đối với người lập trình NC, bởi vì có kỹ năng lập trình này, người lập trình mới có khả năng hiểu, khả năng đọc và sửa đổi chương trình khi trực tiếp vận hành máy CNC.

-Phần lớn các phần mềm lập trình NC là sản phẩm của chính nhà sản xuất hệ điều khiển, thường cung cấp kèm theo máy CNC. Khả năng lập trình của những phần mềm này nói chung rất hạn chế. Phần lớn chỉ có khả năng lập trình cho những quỹ đạo cắt 2D; 2,5D đơn giản và chu trình gia công cơ bản.

-Phương pháp lập trình này có thể kiểm tra biên dạng cắt bằng cách mô phỏng trên máy tính với phần mềm NC hoặc trực tiếp trên hệ điều khiển của máy CNC. Để truyền chương trình NC vào hệ điều khiển máy ta có thể thực hiện bằng hai cách:

 

C1. Nhập từ vật mang tin trung gian như bìa đục lỗ, băng đục lỗ, băng từ, đĩa từ…

 

C2 . Nhập từ panel điều khiển theo chế độ MDI (Manual Data Input) trên máy

Hầu hết các cơ sở sản xuất sử dụng máy NC/CNC kết hợp hai cách trên để lập trình. Phương pháp ghi chương trình trên băng đục lỗ, băng từ hiện nay chỉ còn sử dụng cho các thế hệ máy NC cũ.

- Phương pháp lập trình tự động (Automatically Programming): Là phương pháp lập trình nhờ sự trợ giúp của máy tính. Phương pháp lập trình này bằng ngôn ngữ xử lý hình học (APT – Automatically Programmed Tool) hoặc phần mềm CAD/CAM tích hợp như công cụ trợ giúp để chuyển đổi tự động dữ liệu hình học và dữ liệu công nghệ thành chương trình NC. Ngày nay phương pháp lập trình bằng các phần mềm CAD/CAM đã được sử dụng khá phổ biến và rất có hiệu quả, đặc biệt cho các trường hợp gia công mặt cong phức tạp.

2.5.4  Kiểm tra chương trình điều khiển NC

Chương trình sau khi soạn thảo cần phải kiểm tra, hiệu chỉnh. Đây cũng là khâu quan trọng trước khi gia công trên máy. Có hai cách kiểm tra như sau :

- Kiểm tra thủ công: Dò chương trình bằng mắt và vẽ ra chi tiết gia công bằng tay.Cách này thực hiện khi điều kiện máy tính và phần mềm không có.

- Kiểm tra bằng máy tính: Chương trình soạn thảo được nhập vào máy tính, cho chạy mô phỏng trên phần mềm phù hợp. Dựa trên quỹ đạo chuyển động của dao và hình dáng chi tiết hình thành mà sửa đổi chương trình hay dao cắt, chế độ cắt ...Các phần mềm CAD/CAM đều có chức năng kiểm tra và mô phỏng trên phần mềm.

2.5.5  Điều chỉnh máy CNC

-Đây là công việc làm sao cho máy CNC biết được chi tiết gia công được đặt ở đâu trên máy và dụng cụ cắt có kính thước ra sao ? Hay nói cách khác, muốn gia công được chính xác thì chuỗi kích thước công nghệ của hệ thống công nghệ (bao gồm: Máy - Dao - Gá - Chi tiết) phải được khép kín. Có nghĩa là:

                                                        

Trong đó:

                                 Ki - Các kích thước trong chuỗi kích thước công nghệ

                                                         n - Số khâu trong chuỗi kích thước công nghệ

Khi thiết kế và chế tạo một máy CNC, người ta đã xác định cho máy một điểm chuẩn đo lường. Điểm chuẩn đó có thể cố định tại một vị trí nhưng cũng có thể không cố định tùy vào hệ điều khiển và cấu trúc của máy.Khi gia công chi tiết trên máy CNC, việc chuẩn bị công nghệ (trong đó có gá lắp,dụng cụ cắt) và chương trình điều khiển được thực hiện bên ngoài máy CNC. Vậy khi nối kết chúng lại (Máy – Dao – Gá – Chi tiết) phải tuân theo một chuỗi kích thước công nghệ khép kín. Lúc đó máy CNC mới điều khiển gia công theo chuẩn của nó một cách chính xác được.

Hình 20.11 :Ví dụ về mối quan hệ giữa các chuẩn trên hệ tọa độ máy tiện CNC

ZM – Độ lệch giữa chuẩn máy và chuẩn thay dao theo phương Z. Máy đã biết.

ZW – Độ lệch giữa chuẩn máy và chuẩn chi tiết theo phương Z. Người gia công phải xác

định và báo cho máy biết.

Z1 – Tọa độ Z của điểm 1 do người lập trình soạn thảo trong chương trình.

R – Bán kính của mũi dao tiện. Người gia công phải báo cho máy biết.

ZT – Độ lệch giữa chuẩn dao với vị trí đo dao sau khi lắp dao vào cơ cấu mang dao theo

phương Z. Người gia công phải xác định và báo cho máy biết.

Zo – Khoảng cách di chuyển của dao từ vị trí thay dao tới vị trí chuẩn bị gia công theo

phương Z. Máy tự tính toán khi chuỗi kích thước công nghệ được kép kín.

Z0 = ZM – ZW – Z1 – R – ZT

Tương tự như vậy cho phương X.

Để thực hiện được công việc điều chỉnh máy CNC, ta phải:

- Chuẩn bị phôi, dao cắt và đồ gá. Đồ gá được cố định trong không gian gia công

trên bàn máy (phải được rà vuông góc hoặc song song với các phương chuyển động của máy).

- Định vị và kẹp chặt phôi trên đồ gá.

- Thực hiện các bước “Vận hành máy” cho từng máy CNC cụ thể.

2.5.6  Gia công chi tiết trên máy CNC

- Đưa chương trình gia công ra màn hình điều khiển, kiểm tra lại chương trình một lần nữa và đặc biệt phải kiểm tra các đường chạy dao không cắt thật kỹ.

- Gia công.

2.6. Khái quát về máy tiện CNC

2.6.1. Sơ lược về máy tiện CNC

       Máy tiện CNC xuất hiện đã nhanh chóng thay đổi việc sản xuất công nghiệp.Việc tiến hành tiện các đường cong, hình phức tạp được thực hiện dễ dàng như đường thẳng, các cấu trúc phức tạp 3 chiều cũng dễ dàng thực hiện, và một lượng lớn các thao tác do con người thực hiện được giảm thiểu.

Hình 6.1: Máy tiện CNC

       Đặc điểm gia công trên máy tiện CNC.

- Mức độ tự động hoá rất cao:

            + Tự động thay dao

            + Tự động điều chỉnh quá trình cắt gọt.

            + Tự động bôi trơn vùng cắt gọt và hệ thống máy

            + Tự động bảo vệ an toàn khi máy làm việc

            + Tự động hiển thị vị trí gia công, toạ độ gia công (x, y, z)

            + Tự động báo lỗi

- Tốc độ cắt rất lớn ( Từ 1000 – trên 8000 vg/ph)

            + Độ chính xác kích thước gia công đạt tới 0,001mm

            + Năng suất gia công gấp 3 lần so với máy thông thường.

     + Tính linh hoạt cao, thích nghi với nhiều loại sản xuất.

2.6.2. Các bộ phận chính trên máy tiện CNC

+  Ụ tĩnh hay hộp tốc độ trục chính

+ Ổ tích dao

+ Gía đỡ ổ tích dao

+ Bảng điều khiển

+ Cửa đóng mở khu vực gia công

+ Ụ  động

+ Mâm cặp

2.6.2.1. Ụ tĩnh (Hộp tốc độ trục chính)

Tạo ra các tốc độ cắt gọt khác nhau

- Kết cấu: Gồm  trục chính, đầu trục chính lắp với mâm cặp được dẫn động bởi động cơ Secvo.

- Được điều chỉnh và thay đổi tốc độ, chiều quay tuỳ theo yêu cầu, phía sau trục chính là hệ thống truyền động thuỷ lực để đóng mở hoặc kẹp chi tiết.

2.6.2.2. Ổ tích dao

Ổ tích dao có hai loại:

 -Đầu Rơvônve: Là một bộ phận được tiêu chuẩn hoá, có thể gá được 12 con dao khác nhau.

+ Trên đầu Rơvônve có lắp với các khối mang dao và trực tiếp lắp với các dụng cụ cắt tương ứng.           

       a.Các loại dụng cụ cắt         b.Các khối mang dao          c. Đầu Rơvônve kiểu đĩa

Hình 6.2: Đầu Rơvônve có lắp với các khối mang dao

+ Đầu Rơvônve thay đổi dao bằng cách thay đổi vị trí của dao theo chương trình đã được lập sẵn.

Hình 6.3: Đầu Rơvônve thay đổi dao theo chương trình đã được lập sẵn.

2.6.2.3. Giá đỡ ổ tích dao

- Nhiệm vụ: Để lắp với ổ tích dao, thực hiện các chuyển động tịnh tiến ra, vào, vuông góc với trục chính của máy, những chuyển động này được lập trình sẵn.

Dao cắt

Nắp trên khối mang dao

Nắp trên ổ tích dao

Nắp trên giá đỡổ tích dao

 

- Cửa đóng mở khu vực gia công: Hệ thống máy chỉ hoạt động khi cửa được đóng đúng quy định.

2.6.2.4. Mâm cặp

       Quá trình đóng mở và hãm mâm cặp để tháo lắp chi tiết bằng hệ thống thuỷ lực, lực phát động nhỏ và an toàn. Đối với máy tiện CNC thường được gia công với tốc độ rất cao. Số vòng quay của trục chính lớn ( có thể lên tới 8000 vg/ph – khi gia công kim loại màu). Do đó lực ly tâm là rất lớn nên các mâm cặp thường được kẹp chặt bằng hệ thống thuỷ lực ( hoặc khí nén) tự động thông qua chương trình.

Hình 6.4: Mâm cặp thủy lực

2.6.2.5. Ụ động

Được thiết kế với vai trò là trục thứ hai đầu ngoài trục có mâm cặp thứ hai để kẹp chi tiết gia công. Trục này có cùng tốc độ với trục chính và trục có thể tịnh tiến theo trục Z.

Hình 6.5: Ụ động chống tâm thủy lực

          2.6.2.6. Thân máy

      Để đỡ toàn bộ các bộ phận khác lên trên nó.Thân máy có kết cấu và hệ thống truyền động kép hai phía. Do thân máy có độ cân bằng tốt, phản hồi truyền động chính xác và cắt rất êm ở mọi thời điểm.

2.6.2.7. Bảng điều khiển

Là nơi thực hiện sự giao diện (thao tác) giữa người với máy.

Bảng điều khiển máy gồm  có hai phần:

- Bảng điều khiển màn hình (CRT): Bảng điều khiển này để điều khiển màn hình CRT. Trên bảng có các nút, các ký tự, các nút chữ số, các nút chức năng để soạn thảo chương trình.

Hình 6.6: Bảng điều khiển màn hình

Gồm hai bộ phận nhỏ: Màn hình và các loại nút bấm.

- Bảng điều khiển máy: Bảng điều khiển này để điều kiển máy. trên bảng có các nút chức năng để điều khiển máy.

Hình 6.7: Bảng điều khiển máy

Các vùng lựa chọn chế độ hoạt động: