Tài liệu Bài giảng cnc chương 4

CHƯƠNG IV: CÁC MÁY CỘNG CỤ CNC 4.1 Các khai niệm cơ bản 4.1.1 . Máy công cụ thông thường Máy công cụ thường: do công nhân có tay nghề điều khiển bằng tay. Do phải đọc bản vẽ chi tiết, sử dụng các thông số của máy dựa trên kinh nghiệm bản thân, nên chất lượng và năng suất gia công phụ thuộc rất nhiều vào kỹ năng của người vận hành máy hay tay nghề của người công nhân. Mặc dù còn nhiều hạn chế so với máy NC và máy CNC nhưng các máy công cụ thông thường vẫn còn được sử dụng rất rộng rãi với lí do là giá thành thấp và thuận tiện cho việc sửa chữa và cho nền sản xuất ở trình độ thấp. 4.1.2 . Máy công cụ NC Đối với các máy NC thì việc điều khiển các chức năng của máy được quyết định bởi các chương trình đã được lập sẵn. Các máy công cụ NC rất thích hợp cho dạng sản xuất loạt nhỏ và trung bình. Hệ thống điều khiển của máy NC là mạch điện tử. Thông tin đầu vào chứa trên các băng từ hoặc băng đục lỗ, thực hiện chức năng theo từng khối, khi khối trước kết thúc, máy đọc tiếp các khối lệnh tiếp theo để thực hiện các dịch chuyển cần thiết. Máy công cụ NC chỉ thực hiện các chức năng nội suy thẳng, nội suy cung tròn và chạy doc theo băng. Các máy NC không có chức năng lưu giữ chương trình. 4.1.3 . Máy công cụ CNC Máy CNC là bước phát triển cao của máy NC. Các máy CNC có một máy tính để thiết lập phần mềm dùng để điều khiển các chức năng dịch chuyển của máy. Các chương trình gia công được đọc cùng một lúc và được lưu trữ vào bộ nhớ. Khi gia công, máy tính đưa ra các lệnh điều khiển máy. Máy công cụ CNC có khả năng thực hiện các chức năng nội suy đường thẳng, nội suy cung tròn, mặt xoắn, mặt parabol và bất kì mặt bậc3 nào. Máy công cụ CNC cũng có khả năng bù chiều dài và đường kính của dụng cụ. Như vậy máy CNC có tính linh hoạt cao- thay đổi nhanh các chương trình gia công với sự can thiệp tối thiểu bằng tay của con người 4.1.4 . Hệ trục tọa độ trên máy công cụ CNC +Y +Z +X +C +Z Khi trôc Z n»m ngang +Y -X +B +Z +Y -Y -Z +X Khi trôc Z th¼ng ®øng Hình 4.1. Hệ tọa độ 2 +A +X Ký hiệu các trục NC và chiều các chuyển động trên máy CNC đã được tiêu chuẩn hóa theo ISO R841 như sau: Các chuyển động chính của máy công cụ ĐKS thiết lập theo các trục tọa độ X,Y và Z Trong đó - Trục Z chạy song song trục chính của máy, có chiều dương chạy từ chi tiết đến dụng cụ (hay dụng cụ chạy xa khỏi chi tiết ) - Trục có phương theo phương bàn trượt dài nhất và luôn luôn vuông góc với trục Z - Trục Y cùng với các trục X và Z lập thành hệ trөc tọa độ tuân theo quy tắc bàn phải Trên các máy công cụ ĐKS còn có các trục quay như trục của bàn quay, ụ quay … Ngoài các chuyển động tịnh tiến X,Y và Z còn có các trục quay tương ứng:. - 3 trục quay cơ bản A, B, C tương ứng quay xung quanh các trục X, Y, Z. Chiều dương được quy ước như sau: nếu ta nhìn theo hướng dương của 1 trục thẳng (X, Y, Z) thì chuyển động quay thuận chiều kim đồng hồ là dương. - 3 trục thẳng NC thứ 2 là U, V, W, trong đó các trục U, V, W theo thứ tự bắt buộc phải song song với 3 trục thẳng cơ bản X, Y, Z. - 3 trục thẳng NC thứ 3 là P, Q, R, trong đó các trục P, Q, R theo thứ tự không nhất thiết phải song song với 3 trục thẳng cơ bản X, Y, Z. - Ngoài ra có thể còn có: trục NC thứ 4 (D), thứ 5 (E)…có đường tâm quay song song với các trục quay cơ bản A, B… Tuy nhiên các quy ước trên chỉ áp dụng được khi ta coi chi tiết đứng yên và dao cắt chuyển động. Lý do ở đây là hệ tọa độ cơ bản được gắn liền với chi tiết và thường là cố định. Ví dụ trên máy phay, rõ ràng chi tiết thực hiện chuyển động chính, nhưng để đơn giản hóa việc lập trình, ta coi chi tiết đứng yên còn dụng cụ cắt thì dịch chuyển. Ta gọi đó là chuyển động tương đối của dụng cụ cắt. Dưới đây là mô tả cụ thể hệ thống các trục tọa độ và chuyển động trên máy phay CNC và máy tiện CNC. Trên máy phay CNC, trục X là trục chính trong mặt phẳng định vị (khoảng dịch chuyển dài nhất), nằm song song với bàn máy (bàn kẹp chi tiết). Trục Y là trục thứ hai trong mặt phẳng định vị, nằm vuông góc với bàn máy. Chuyển động của các trục X, Y đều do bàn máy thực hiện, nếu nhìn từ phía trước bàn máy thì chiều dương trục X hướng sang trái, chiều dương trục Y hướng về phía người vận hành máy. Trục Z luôn trùng với chuyển động chính (do nhà chế tạo máy quy định sẵn). Chiều dương của trục Z hướng từ chi tiết tới dao cắt, nghĩa là trong chuyển động theo chiều âm trục Z (do đầu trục chính thực hiện), dao cắt sẽ đi tới bề mặt chi tiết. 3 Máy phay trục đứng 3D CNC: có một trục chính cứng (phương thẳng đứng) và 3 trục NC X, Y, Z được điều khiển theo các lệnh số. S Z Dao phay Y Ph«i Bµn m¸y X Hình 4.2. Các trục NC trên máy phay đứng 3D Ứng dụng chính của máy phay 3D là để phay các bề mặt cong lồi lõm 3D. Nếu máy có trục Z được cố định theo từng nấc thì gọi là máy phay 2 ½ D CNC. Nó được ứng dụng để gia công các bề mặt có đáy phẳng. Trên máy tiện CNC, trục Z nằm trùng với trục chính công tác, trục X chạy ngang qua điểm 0 chi tiết W (được xác định bởi người lập trình, thông thường nằm trên mặt giới hạn bên phải của biên dạng gia công chi tiết). Ở các máy có đầu kẹp dao rơvonve nằm phía trước đường tâm trục máy thì chiều dương trục X hướng vào người vận hành, còn trên máy có đầu rơvonve nằm về phía sau đường tâm trục thì chiều dương trục X ngược lại. Có thể nhận biết chiều dương của các trục X, Z theo cách đơn giản sau: trục X dương theo phương đường kính gia công tăng lên, trục Z dương theo phương dao cắt dời xa trục chính. Các chuyển động theo hai trục X, Z đều do đầu dao rơvonve thực hiện. Máy tiện 2 trục NC với trục X theo phương kích thước đường kính, trục Z theo phương kích thước chiều dài. Đây đều là các dịch chuyển thẳng. Ngoài ra, nếu là máy tiện 3D CNC còn được bổ sung thêm một trục NC thứ ba: đó là chuyển động quay C do trục chính thực hiện, C theo chiều âm khi nhìn dao cắt từ trục chính thì chuyển động cái đinh ốc tiến về phía trước. +X Dao tiÖn n»m phÝa trªn ® ¦ êng t©m trôc chÝnh M©m cÆp +X +Z W +Z Dao tiÖn n»m phÝa d ¦ íi ® ¦ êng t©m trôc chÝnh W W +Z Ph«i -C +X Hình 4.3. Các trục NC trên tiện 3D 4.1.5 . Các điểm chuẩn trên máy công cụ CNC 4 Để xác định vị trí gốc hệ tọa độ cơ bản gắn lên chi tiết trên vùng làm việc của máy, cần có các điểm chuẩn sau: Hình 4.4. Các điểm chuẩn trên máy phay Hình 4.5. Các điểm chuẩn trên máy tiện - Điểm chuẩn của máy R: Trong các máy có hệ thống đo dịch chuyển, các giá trị thực đo được khi bị mất nguồn điện do sự cố sẽ mất theo. Trong những trường hợp này, để đưa hệ thống đo về trạng thái đã có trước đó thì điểm 0 của máy phải được chạy đến bằng tất cả các trục của máy. Nhưng thực tế nhiều khi điều này không thực hiện được do vướng phải chi tiết được kẹp chặt trên bàn máy hoặc đồ gá. Do vậy cần thiết phải xác định một điểm chuẩn thứ hai trên các trục, đó là điểm chuẩn của máy R. Điểm chuẩn này có một khoảng cách xác định với điểm 0 của máy M và được đánh dấu trên bàn trượt của máy. R Z Y W M X Hình 4.6. Điểm chuẩn của máy R 5 Trên máy tiện CNC, điểm chuẩn R là một vị trí đặt mốc cố định thông qua công tắc cữ chặn hành trình của bàn dao ngang, trên đó đầu dao rơvonve (có điểm gốc của dao E) được định vị. Vị trí này sau mỗi lần đóng mạch hệ điều khiển phải được người vận hành máy đưa bàn dao đi tới. Chỉ sau khi bàn dao đã tới được điểm chuẩn so, hệ điều khiển mới có thể làm việc được với các hệ thống đo và tất cả các giá trị tọa độ vị trí trên hệ tọa độ máy mới được chuyển giao. Độ chính xác định vị là 0.001 mm (= 1 m). - Điểm tỳ A Điểm tỳ A là giao điểm của các đường trục và mặt phẳng tỳ. Trên các máy tiện, mặt phẳng tỳ nằm ngay tại mâm cặp hoặc chấu cặp. - Điểm thay dao Ww Để tránh va đập vào chi tiết gia công thì khi thay dao tự động, dao phải chạy tới điểm thay dao Ww. WW Hình 4.7. Điểm thay dao Ww - Điểm điều chỉnh dao E L R L Q Q §iÓm ®iÒu chØnh dao E Hình 4.8. Điểm điều chỉnh dao E 6 Khi sử dụng nhiều dao, các kích thước của dao phải được xác định trước trên thiết bị điều chỉnh dao để có thông tin đưa vào trong hệ thống điều khiển nhằm hiệu chỉnh tự động kích thước dao. Các kích thước hiệu chỉnh này (Q và L) gắn với điểm điểu chỉnh dao E nằm trên chuôi dao. Trên máy tiện CNC, điểm này nằm trên vị trí tiếp nhận dao của đầu rơvonve. Vị trí của nó trong hệ tọa độ máy có thể được hệ điều khiển xác định ở bất cứ thời điểm nào bằng hệ thống đo lường. Vị trí của điểm E phụ thuộc vào dạng cấu trúc của đầu rơvonve và kết cấu tiếp nhận gá dao của nó. Nhờ việc nạp các dữ liệu đo dao như X, Z (ví dụ thông qua hệ thống thay dao tự động ATC), hệ điều khiển sẽ tính toán khoảng cách của mũi dao so với điểm gốc của dao, sao cho khi gia công biên dạng chi tiết, đầu rơvonve được điều khiển chuyển động một cách chính xác. - Điểm gá dao N Khi dụng cụ cắt được lắp vào giá dao, điểm gá dao N và điểm điều chỉnh dao E sẽ trùng nhau. Trên các máy phay, điểm gá dao N nằm tại vành trục chính. Còn ở các máy tiện, điểm N nằm trên các mặt phẳng của đầu rơvonve. - Điểm chuẩn của dao P Điểm chuẩn của dao P là điểm mũi dao thực hoặc lý thuyết. Dao tiÖn Khoan ruét gµ P P Hình 4.9. Điểm chuẩn của dao P - Điểm chuẩn của bàn trượt F Tất cả các điểm trên bàn trượt đều liên quan đến điểm chuẩn này. - Điểm chuẩn của giá dao T Điểm chuẩn của giá dao (đầu dao rơvonve) được xác định nhờ điểm này. Nó được dùng như là một điểm xuất phát của tất cả các kích thước trên đầu rơvonve. Dưới đây là hình minh họa vị trí các điểm 0 và các điểm chuẩn trên máy tiện và bảng ký hiệu của chúng. 7 M A M §iÓm 0 cña m¸y W §iÓm 0 cña chi tiÕt PO §iÓm 0 cña chu ¬ng tr×nh R §iÓm chuÈn cña m¸y A §iÓm tú Ww §iÓm thay ®æi dông cô E §iÓm ®iÒu chØnh dông cô N §iÓm ®ãn dông cô P §iÓm c¾t cña dông cô F §iÓm chuÈn cña bµn tru ît T §iÓm chuÈn cña gi¸ dao W Ww R P, PO N, E F T Hình 4.10. Vị trí các điểm không và điểm chuẩn trên máy tiện 4.1.6 . Điều khiển trên máy công cụ CNC * Lập trình bằng tay. Khi lập trình bằng tay, người lập trình căn cứ vào bản vẽ của chi tiết để nhập các dữ liệu theo các lệnh từ bàn phím của máy vào bộ nhớ. Như vậy, việc lập trình bằng tay tốn nhiều thời gian, dễ nhầm lẫn đặc biệt là đối với các chi tiết phức tạp. Do những nhược điểm đó mà phương pháp lập trình bằng tay được dùng cho các chi tiết có quy trình công nghệ đơn giản hoặc để điều chỉnh những chương trình sẵn 8 có. Phương tiện hỗ trợ cho người lập trình băng tay là các bảng tra số liệu, catalô máy và máy tính cá nhân hay máy tính bỏ túi. Các máy tính cá nhân hay máy tính bỏ túi chỉ giúp cho người lập trình tính toán hình học (các điểm trên biên dạng chi tiết) và tính toán công nghệ. Lập trình bằng tay đòi hỏi người lập trình ngoài việc làm chủ phương pháp lập trình còn phảI co kiến thức toán học và kiến thức về công nghệ chế tạo máy. Cơ sở của lập trình bằng tay. - Cơ sở hình học: Đương dịch chuyển được xác định bởi điểm đầu, cuối và các điều kiện đường dịch chuyển. Xác định toạ độ của các điểm. - Giao của đường thẳng và đường thẳng. - Giao của đường thẳng và đường cong. - Giao của đường cong và đường cong. - Tiếp điểm của đường thẳng và đường cong. - Tiếp điểm của đường cong và đường cong. Cơ sở công nghệ: - Dữ liệu máy: Đặc tính kỹ thuật (công suất, tốc độ , chạy dao, ổ dao, hệ điều khiển,…) - Dữ liệu dụng cụ: Các loại dao, thụng số hình học, cụng nghệ,… - Dữ liệu đồ gá: các thông số hình học , vựng kẹp. - Dữ liệu cắt gọt: tốc độ, chạy dao, chiều sâu cắt,… - Trong lưới điểm theo một quy luật. - Cách mô tả biên dạng: Trong điều khiển CNC, với kỹ thuật lập trình mụ tả biên dạng cú thể bỏ qua nhiều tính toán phụ trợ về lượng giác. Với vát cạnh,vê tròn, tiếp xúc…: Toạ độ của các điểm chuyển tiếp không lấy trực tiếp từ bản vẽ. Theo các tiêu chuẩn và hệ thống lập trình khác nhau. - Phân chia lớp cắt. Các chu kỳ gia cụng thụ sinh ra loạt các lớp cắt phự hợp với chiều sâu cắt tối đa đó lập trình. Song song với một trục. Đồng dạng với biên dạng gia công. - Lập trình toạ độ cực. Hiệu quả khi phay các hình thể đối xứng hay khoan các lỗ trên vũng trũng. 9 - Các chu kỳ - Kỹ thuật chương trình con. - Lập trình tham số. * Lập trình bằng máy. CAD CAM CNC Khi lập trình bằng máy (lập trình có sự giúp đỡ của máy tính) người lập trình mô tả hình dang hình học của chi tiết gia công, các quỹ đạo của dụng cụ cắt và các chức năng của máy theo một ngôn ngữ mà máy có thể hiểu đựơc. Lởp trình bằng máy có ưu điểm là không cần thực hiện các phép tính bằng tay, chỉ cần truy nhập một ít dữ liệu nhưng có thể sản sinh ra một lượng lớn các dữ liệu cho các tính toán cần thiết, đồng thời hạn chế được các lỗi lập trình. Mô tả hình dáng hình học của chi tiết, quỹ đạo của dụng cụ, các chức năng của máy theo một ngôn ngữ lập trình định hướng bằng các ký hiệu. - Thực hiện nhiệm vụ gia công đơn giản, không cần các tính toán bằng tay. - Dữ liệu truy cập nhanh, tạo ra số liệu gia công lớn (1:100). - Hạn chế các lỗi khi lập trình. - Tiết kiệm thời gian về mụ tả chi tiết, chu kỳ gia cụng. - Các ngôn ngữ dễ học. Các ngôn ngữ lập trình bằng máy. Có nhiều ngôn ngữ: Chuyên dụng hoặc vạn năng. Ngôn ngữ APT(Atomatically Programed Tool). - Phát triển ở Mỹ năm 1955 - Cho phép thiết lập tạo hình gia công trên máy 5 trục.Khoảng 3000 từ lệnh. Mỗi yếu tố hình học của chi tiết được xác định khi bắt đầu chương trình bằng một ký hiệu. 10 Ngôn ngữ EXAPT: Tệp mở rộng của APT. Có 3 loại: EXAPT1:Lập trình cho điều khiển điểm và đường. EXAPT2:Điều khiển phi tuyến trên tiện. EXAPT3: Điều khiển phi tuyến 2,5D. Ba ngôn ngữ này có thể nối ghép với nhau. +Ngôn ngữ MiniAPT: Tệp con của APT. +Ngôn ngữ COMPACTII. 4.2 Các đặc tính kỹ thuật của máy công cụ CNC 4.2.1 . Thông số hình học (không gian gia công) Thông số hình học của máy CNC hay của vùng gia công là thông số không gian mà trong đó dụng cụ cắt và chi tiết gia công có thể tác động qua lại ở bất kì vị trí nào. Trên các máy gia công chi tiết tròn xoay vùng gia công là một lăng trụ được xác định bằng bán kính và chiều dài dịch chuyển của các tọa độ. Hình 4.11: Vùng gia công của máy CNC Trên các máy gia công chi tiết hình hộp chữ nhật vùng gia công là khối hộp được xác định bằng các chiều dài dịch chuyển của các tọa độ. Các điểm giới hạn của vùng làm việc được đánh số theo quy tắc sau: Số thứ nhất của chữ số kí hiệu các điểm theo trục thẳng đứng, số thứ 2 của các chữ số ký hiệu các điểm theo trục dọc (trục Z) còn số tứ 3 ký hiệu các điểm theo trục nằm ngang (trục X) 4.2.2 . 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 các thông số hình học như kích thước bàn máy phay hay chiều cao của tâm máy tiện để chọn động cơ, tốc độ quay của trục chính và lượng chạy dao. Ví dụ, đối với các máy nhiều dao để gia công các chi tiết hình hộp chữ nhật người ta chọn các thông số gia công như sau: 11 Bề rộng của bàn máy (mm) 400-630 630-1000 Công suất của động cơ (KW) 5-11 9-15 Tốc độ quay trục chính (Vg/ph) 3150-4000 3150-4000 Tốc độ chạy dao (m/ph) 1-10 2,4-8 Tốc độ chạy dao nhanh (m/ph) 6-10 5-10 Thời gian thay dao tự động (s) 3-7 3-10 4.2.3 . Độ chính xác gia công Sai số gia công trên máy CNC xuất hiện trên các hệ thống truyền động của máy, trong các hệ thống điều khiển và kiểm tra và trong bản than chi tiết gia công. Các sai số được kí hiệu như sau:  1 ,  2 ,  3 ,  4 : Các sai số lập trình, nội suy, hiệu chỉnh nội suy  5 ,  6 : Sai số của bước bên trong và sai số tích lũy  7 : Sai số của các cơ cấu chuyển đổi tín hiệu  8 : sai số về thời gian phát xung  9 ,  10 ,  11 : Các sai số truyền lực, mômen, tốc độ  12 : Sai số trục vít me đai ốc bi  13 : sai số hình học máy  14 ,  15 : biến dạng đàn hồi của máy và đồ gá  16 : Sai số kích thước gá đặt dao  17 : Sai số do mòn dao  18 : Biến dạng đàn hồi của dao  19 : Sai số gá đặt chi tiết gia công  20 : Biến dạng đàn hồi của chi tiết gia công  21 : Biến dạng nhiệt của chi tiết gia công Hình 4.12. Sai số tổng cộng trên máy CNC 12 Sai số gia công tổng cộng trên máy gia công CNC được xác định như sau:    1   2   3   4   5   6 Trong đó: 1   1   2   3   4 2  5  6  7  3   8   9  10  11   12  4   13   14   15  5   16   17   18  6   19   20   21 Hình 4.13. Sơ đồ hình thành sai số gia công trên máy CNC 4.2.4 Năng suất máy CNC Năng suất máy CNC cũng được tính là số lượng chi tiết được gia công trong một đơn vị thời gian. Công thức tính: i 1 k  1  m  Q   .t cbkt  t ct   t o   t tđ   t kt  Ttc  n  1 1  1 Ttc : thời gian gia công 1 chi tiết (ph) m: Số loạt chi tiết được sản xuất trong 1 năm n: Số lượng chi tiết sản xuất trong 1 năm 13 i: Số lượng nguyên công cần thiết để gia công một chi tiết k: Số lượng các nguyên công kiểm tra t ct : Thời gian thay đổi chi tiết gia công t td : Thời gian thay dao t o : Thời gian cơ bản t kt : Thời gian kiểm tra t cbkt : Thời gian chuẩn bị, kết thúc Để tăng năng suất phải giảm t cbkt . Muốn giảm t cbkt phải dùng đồ gá và giảm số lượng các loạt chi tiết gia công trên máy. Để tăng năng suất phải giảm t td . Phương pháp giảm t td là dùng hệ thống thay dao tự động. Trên các máy thay dao bằng tay nên sử dụng cơ cấu kẹp nhanh. Để tăng năng suất còn phải giảm thời gian thay đổi các chi tiết gia công. Việc này có thể đạt được nhờ các cơ cấu nhiều vị trí và đồ gá vệ tinh. Đồng thời để tăng năng suất phải giảm thời gian cơ bản t o . Có nhiều cách để giảm t o : tăng tốc độ cắt, sử dụng dao có khả năng cắt với tốc độ cao, gia công với tốc độ cắt tối ưu và gia công đồng thời bằng nhiều dao. Một phương pháp nữa để nâng cao năng suất là giảm thời gian phụ bằng cách tăng tốc độ chạy nhanh của cơ cấu chấp hành hoặc của dao (10-15 m/ph) 4.2.5 . Độ tin cậy Các máy CNC có giá thành cao, cho nên chúng chỉ mang lại hiệu quả kinh tế khi chúng được sử dụng liên tục 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 sửa chữa hoặc thay thế một cách dễ dàng, thuận tiện. Vậy độ tin cậy của máy CNC là tính chất thực hiện chức năng gia công, giữ được các chỉ tiêu công nghệ cũng như sửa chữa theo một thời gian quy định. Độ tin cậy của máy được đặc trưng bởi 3 tính chất sau: - Tính làm việc không bị hư hỏng: Tính chất này được đặc trưng bằng sự làm việc liên tục của máy trong một thời gian nhất định (thời gian chạy và làm việc của máy). - Tuổi thọ của máy: Tính chất này là sự ổn định làm việc cho tới lúc sửa chữa và sau đó tiếp tục hoạt động. Tính chất này tồn tại trong suốt quá trình máy được sử dụng, kể cả thời gian máy dừng để sửa chữa. - Khả năng sửa chữa: Tính chất này có nghĩa là người ta có khả năng sửa chữa những khuyết tật và hỏng hóc đó. 14 4.2.6 . Tính vạn năng của máy công cụ CNC Tính vạn năng của máy CNC được xác định bằng chi phí cần thiết để chuyển công nghệ gia công nhóm chi tiết này sang nhóm công nghệ gia công nhóm chi tiết khác. Mỗi loại máy hoặc mỗi máy có tính vạn năng riêng, nghĩa là có điều kiện tối ưu để sử dụng máy. Hình 4.2.6 biểu diễn quan hệ giữa chi phí gia công và số chi tiết được gia công sau khi phải điều chỉnh máy. Đường 1: Chi phí khấu hao để gia công các loạt chi tiết. Đường 2,4: chi phí cho việc điều chỉnh máy để thay đổi công nghệ gia công các loạt chi tiết. Đường cong 3,5: Chi phí tổng cộng. Như vậy N01 và N02 là số chi tiết trong loạt tối ưu khi gia công trên máy CNC. Hình 4.14. Số chi tiết tối ưu trong loạt khi gia công trên máy CNC Nhưng tính vạn năng và năng suất của máy lại có ý nghĩa trái ngược nhau: Tính vạn năng của máy giảm (Giảm số loạt chi tiết được gia công trên máy) thì năng suất của máy lại có thể tăng lên (do ít phải điều chỉnh máy). Khi sử dụng máy CNC có thể xác định số chi tiết trong loạt là bao nhiêu thì việc gia công trên máy có hiệu quả kinh tế. Số lượng chi tiết A trong loạt được xác định như sau: A  Co E1  E 2 C o : chi phí cho lập trình để gia công một loạt chi tiết nào đó E1 : Tiết kiệm chi phí tiền lương cho gia công một chi tiết. E 2 : Chi phí bổ sung cho việc sử dụng máy CNC và các trang bị công nghệ đối với một chi tiết gia công. Tiết kiệm tiền lương do việc sử dụng máy CNC cho gia công một chi tiết được xác định như sau: E1  C1 .(1  K ) C1 : Chi phí cho gia công một chi tiết trên máy vạn năng thông thường K: Hệ số giảm khối lượng gia công khi chi tiết được gia công trên máy CNC 4.3 Truyền dẫn chuyển động của máy công cụ CNC 4.3.1 . Truyền dẫn chính Truyền động chính dùng động cơ dòng một chiều DC hoặc xoay chiều AC. Trong đó các động cơ DC được điều chỉnh vô cấp bằng dòng kích từ. 15 Còn động cơ AC được điều chỉnh vô cấp tốc độ bằng bộ biến đổi tần số, ngoài ra nó có một số đặc tính khác như: khả năng thay đổi số vòng quay đơn giản, mômen truyền tải cao, khi lực tác dụng thay đổi thì số vòng quay vẫn giữ không đổi. 4.3.2 . Truyền dẫn chuyển động chạy dao Chuyển động chạy dao là chuyển động tạo ra biên dạng của chi tiết, trong đó nội suy các lệnh ghi bằng mã số chuẩn, thành chuyển động phù hợp với tốc độ các bàn chạy dao trong máy công cụ. Hệ truyền động bao gồm: một động cơ dẫn động qua một cặp truyền động nữa đi tới bộ vít me đai- ốc bi biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến. Đó là phương thức tiêu chuẩn của một hệ truyền động chạy dao hiện đại. 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 phương ba trục toạ độ của không gian ba chiều, còn các chuyển động quay tròn là các chuyển động xung quanh các 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 phải đảm bảo được tốc độ cắt. Truyền động chạy dao phải đảm bảo dịch chuyển của dụng cụ cắt theo quỹ 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. Truyền động chạy dao dùng động cơ DC và AC với bộ truyền vítme- đai ốc- bi cho từng trục chạy dao độc lập X, Y, Z. Động cơ DC có đặc tính động học tốt cho các quá trình gia tốc và quá trình phanh hãm, mômen quán tính nhỏ, độ chính xác điều chỉnh cao cho những đoạn đường dịch chuyển chính xác (từng trục độc lập và cho đồng thời nhiều trục chuyển động). Bộ truyền vítme- đai ốc- bi có khả năng truyền dẫn dễ dàng (mômen truyền lớn), ma sát nhỏ, tránh được hiệu ứng stick-slip (hiện tượng trượt lùi do lực cản ma sát) và không có khe hở khi truyền dẫn với tốc độ cao. Phương thức tác dụng của bộ truyền vítme- đai ốc- bi: các viên bi nằm trong rãnh vítme và đai ốc đảm bảo truyền lực ít ma sát qua đai ốc vào bàn máy. Nhờ hai nửa đai ốc lắp theo chiều dài, giữa chúng có vòng cách nên có thể khử khe hở theo hai chiều đối ngược. Trong một số giải pháp kết cấu nâng cao của bộ truyền này, người ta còn thay đổi bước nâng của rãnh vít trên trục và trên đai ốc. Việc dẫn bi hồi rãnh được thực hiện nhờ các rãnh dẫn hướng bố trí bên trong hoặc các ống dẫn hồi bi bao ngoài trục. 16 Truyền dẫn chạy dao không khe hở trên các máy phay CNC cho phép cắt theo chu trình phay thuận mà vẫn êm. Ngoài ra còn phải kể đến bộ phận dẫn hướng đã được tôi cứng và mài chính xác. Sống trượt được phủ một lớp chất dẻo trên bề mặt trượt của đường hướng đồng thời sống lăn với bi đũa đã làm giảm ma sát, độ mòn, có khả năng chạy dao nhanh không cắt... 4.3.3 . Các chức năng phụ Định hướng trục chính: Thông thường là trục quay nhằm tạo ra tốc độ cắt chính. Đối với máy tiện trục chính của máy là trục mang phôi còn đối với máy phay trục chính là trục mang dao. Đưa ra tín hiệu đo. 1- Đại lượng đầu vào 1 2- Đại lượng đầu ra 2 5 4 3- Đại lượng nhiễu 7 4- Động cơ 3 3 5- Vít me bi 6 6- Thiết bị đo 7- Đại lượng đầu ra (giá trị vị trí thực) 1 2 3 4 Hình 4.15. Đo hành trình tương đối. . 1 012345678 M Hình 4.16. Đo hành trình tuyệt đối 17 2 4.4 Các máy công cụ CNC 4.4.1 . Máy khoan: Drilling machines. Cấu trúc máy khoan CNC có trục chính nằm theo phương thẳng đứng trùng với trục Z. Bàn máy bố trí vuông góc với trục chính và thực hiện hai chuyển động X (chạy dọc) và Y (chạy ngang). Hình 4.17. Máy khoan CNC 4.4.2 . Máy tiện: Turning machines Các máy tiện CNC có nhiều cỡ khác nhau. Có loại nhỏ để bàn dùng để giảng dạy trong trường học nhưng cũng có những máy tiện có chiều dài rất lớn dùng trong công nghiệp nặng. Đặc điểm của máy cũng thay đổi đáng kể theo quy mô của máy. Số lượng trục chính và số đầu rơ-vôn-ve cũng như cỡ kích thước phủ bì của khu vực gia công được kết hợp để cho các máy được thiết kế có thể gia công một loại chi tiết, cấp độ chất lượng và năng suất gia công cụ thể. Trên bảng 1 trình bày một số thông số tiêu biểu của máy tiện CNC. Trên hình 1 là hình dáng bên ngoài của một máy tiện CNC kiểu để bàn và hình 2 là một máy cỡ lớn. Hình 4.18. Trung tâm tiện Meteor (kiểu để bàn) của hãng Denford 18 Hình 4.19. Máy tiện CNC TUR1550 cỡ lớn của hãng TOOLMEX. Kết cấu máy tiện CNC thay đổi đáng kể tùy thuộc vào lực cắt, lượng chạy dao và tốc độ cắt. Loại máy với kiểu thiết kế có bệ máy phẳng (flat-bed) truyền thống đã được thay thế bởi loại bẹ máynghiêng (slant-bed) và thẳng đứng (verticalbed). Các loại này đạt độ cứng vững cao hơn và cũng cho phép một thể tích lớn phoi cắt đổ xuống bên dưới khu vực gia công tại hệ thống thu gom phoi. Số lượng trục trên các máy tiện CNC từ 2-6. Theo quy ước thông thường cho máy tiện CNC thì: Trục Z: trùng với trục chính và chiều dương của nó hướng ra xa khỏi ụ trục chính Hình 4.20. Các trục X,Z và C Hình 4.21. Collect gá lắp đa giác côn 19  Trục X: vuông góc với trục z thường là trục cho chuyển động của bàn trượt ngang.  Trục C: trục có chuyển động quay quanh trục z, được dùng để xác định vị trí hướng trục cho công việc gia công thứ hai. Cho đến nay, kiểu máy tiện CNC truyền thống với hai trục X và Z vẫn phổ biến nhất. Tuy nhi ngày càng xuất hiện nhiều máy tiện đa chức năng với giải pháp gia công tối ưu để gia công các chi tiết tròn xoay. Một số máy được trang bị trục dao quay, trục C, trục chính thứ cấp (subspindle) và trục Y, có khả năng khoan và phay hướng tâm, đáp ứng nhiều nhu cầu gia công chi tiết chỉ trong một lần gá đặt. Một số máy đa chức năng có trục B (quay xung quanh trục Y) có thể thực hiện nguyên công khoan nghiêng một góc hoặc pha biến dạng. Với việc tích hợp thêm trục chính thứ hai, trục quay trên đầu rơ-von-ve, máy tiện CNC có thể khoan, phay và thậm chí mài và lúc này máy tiện đã biến thành trung tâm tiện CNC. 4.4.3 . Máy doa : Boring machines Trục chính có thể nằm ngang hay thẳng đứng. Đặc điểm của công nghệ doa đòi hỏi máy doa phải có độ chính xác cao về vị trí. Vì vậy máy thường được trang bị hệ thống điều khiển với mức độ tự động hoá cao và được trang bị hệ thống thay phôi, dụng cụ tự động. Hình 4.22. Máy doa CNC 4.4.4 . Máy phay Cấu trúc của máy phay có thể trục chính nằm ngang hay thẳng đứng. Trên máy phay CNC được trang bị hệ thống lưu trữ dụng cụ, thiết bị thay dụng cụ, cơ cấu kẹp, tháo phôi và thay phôi tự động. 20