Tài liệu ứng dụng phần mềm mastercam tạo lập chương trình để gia công chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy phay cnc arimony

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN .. TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP TRẦN CÔNG CHÍNH ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MASTERCAM TẠO LẬP CHƯƠNG TRÌNH ĐỂ GIA CÔNG CHI TIẾT CÓ BỀ MẶT PHỨC TẠP TRÊN MÁY PHAY CNC - ARMONI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN, NĂM 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP TRẦN CÔNG CHÍNH ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MASTERCAM TẠO LẬP CHƯƠNG TRÌNH ĐỂ GIA CÔNG CHI TIẾT CÓ BỀ MẶT PHỨC TẠP TRÊN MÁY PHAY CNC - ARMONI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Mã số: Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. TRẦN VĂN ĐỊCH THÁI NGUYÊN, NĂM 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ..................................................................................................3 MỞ ĐẦU .............................................................................................................................5 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC ............................... 6 1.1. Khái quát máy công cụ thông thƣờng và máy công cụ CNC .............................. 6 1.1.1. Đặc điểm máy cắt kim loại CNC ........................................................................ 6 1.1.2. Cấu tạo của máy công cụ CNC ......................................................................... 9 1.2 . Hệ thống điều khiển CNC ................................................................................... 19 1.2.1 Kết cấu và chức năng điều khiển CNC .............................................................. 19 1.2.2. Phần cứng – Máy tính ....................................................................................... 20 1.2.3. Các dạng điều khiển hình học trên máy công cụ CNC ..................................... 20 1.3. Dụng cụ cắt trên máy phay CNC ....................................................................... 25 1.3.1. Dao phay ngón .................................................................................................. 25 1.3.2.Dao phay mặt đầu............................................................................................... 27 1.4. Khái quát về phƣơng pháp lập trình gia công trên máy công cụ CNC ............ 28 1.4.1 Ngôn ngữ lập trình CNC. ................................................................................... 28 1.4.2. Cơ sở hình học của lập trình ............................................................................. 32 1.5. Các hình thức tổ chức lập trình gia công CNC. .................................................. 41 1.5.1. Lập trình bằng tay trực tiếp trên máy CNC ...................................................... 42 1.5.2. Lập trình bằng tay trên cụm CNC khác ............................................................ 42 1.5.3. Lập trình bằng tay trong chuẩn bị sản xuất. ...................................................... 42 1.5.4. Lập trình với sự trợ giúp của máy tính.............................................................. 42 CHƢƠNG 2 MÁY PHAY CNC - ARMONI VÀ PHƢƠNG PHÁP LẬP TRÌNH GIA CÔNG. ..... 43 2.1. Giới thiệu chung về máy phay CNC – ARMONI ............................................... 43 2.2. Đặc tính kỹ thuật máy phay CNC – ARMONI ................................................... 45 2.3. Phần mềm điều khiển và tập lệnh gia công trên máy ......................................... 45 2.3.1. Các chuyển động chạy dao. ............................................................................... 45 2.3.2. Các lệnh gia công dịch chuyển ( mã G) ............................................................ 46 2.3.3. Các lệnh gia công theo chu trình (từ G81 đến G89) ......................................... 48 2.3.4. Các lệnh phụ trợ (M) ........................................................................................ 48 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1 2.3.5. Cấu trúc của các lệnh gia công.......................................................................... 49 2.4. Quy trình thao tác máy ......................................................................................... 68 2.5. Các chƣơng trình làm việc trong hệ điều khiển .................................................. 68 2.5.1. Chức năng của các menu chính ......................................................................... 68 2.5.2. Thao tác sử dụng các menu chính ..................................................................... 70 CHƢƠNG 3 PHẦN MỀM MASTERCAM VÀ KHẢ NĂNG TỰ ĐỘNG TẠO LẬP CHƢƠNG TRÌNH GIA CÔNG ......................................................................................................... 86 3.1. phần mềm Master CAM........................................................................................ 86 3.1.1. MasterCAM Design .......................................................................................... 86 3.1.2. MasterCAM Mill ............................................................................................... 99 3.2. phƣơng pháp Lập trình gia công và khả năng tự động tạo lập chƣơng trình gia công trong MasterCAM ....................................................................................... 105 3.2.1 . Thiết kế bản vẽ chi tiết gia công .................................................................... 105 3.2.2. Chọn phôi ........................................................................................................ 106 3.2.3. Chọn dụng cụ cắt ............................................................................................. 106 3.2.4. Tự động tạo lập chương trình gia công trong MasterCAM ........................... 106 CHƢƠNG 4 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MASTERCAM TẠO LẬP CHƢƠNG TRÌNH NC ĐỂ GIA CÔNG CHI TIẾT PHỨC TẠP TRÊN MÁY PHAY CNC - ARMONI. .......... 109 4.1. Chi tiết gia công.................................................................................................... 109 4.2. Trình tự các bƣớc gia công chi tiết ..................................................................... 110 4.2.1. Thiết đặt các tham số phôi .............................................................................. 110 4.2.2. lập các bước để gia công chi tiết ..................................................................... 111 4.3. Chƣơng trình gia công ......................................................................................... 115 4.3.1. Chương trình gia công phay hạ bậc đường tròn ngoài .................................... 116 4.3.2. Chương trình gia công phay thô hạ bậc mặt trên ........................................... 117 4.3.3. Chương trình gia công phay tinh hạ bậc mặt trên ........................................... 119 4.3.4. Chương trình gia công phay chữ và hình các hình elips ................................. 120 KẾT LUẬN ..................................................................................................................... 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................. 121 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Cấu tạo máy phay thông thường và máy phay CNC ............................................ 8 Hình1.2: Bộ truyền chạy dao với trục vít me - đai ốc - bi .................................................. 10 Hình 1.3: Kết cấu chính khe hở vít me đai ốc bi ................................................................ 11 Hình 1.4: Rãnh dẫn hướng ................................................................................................. 12 Hình 1.5: Các phương thức đo ........................................................................................... 14 Hình 1.6: Đài dao................................................................................................................ 16 Hình 1.7: Magazin dụng cụ ................................................................................................ 17 Hình 1.8: Sơ đồ thay thế dao động ..................................................................................... 18 Hình 1.9: Hệ thống điều khiển CNC .................................................................................. 19 Hình 1.11: Các dạng chạy dao trong điều kiện điểm - điểm. ............................................. 21 Hình 1.12: Điều khiển đường thẳng ................................................................................... 22 Hình 1.13: Điều khiển theo contour ................................................................................... 23 Hình 1.14: Điều khiển contour ......................................................................................... 24 Hình 1.16: Dao phay ngón chuôi trụ và dao phay ngón chuôi côn .................................... 26 Hình 1.17: Một số kết cấu đặc biệt của dao phay ngón ...................................................... 27 Hình 1.18: Một số loại dao phay mặt đầu .......................................................................... 28 Hình 1.19a: Hệ 2 trục ( phẳng ) ......................................................................................... 32 Hình 1.20: Hệ toạ độ cực .................................................................................................... 33 Hình 1.21: Hệ trục toạ độ của máy CNC............................................................................ 34 Hình 1.23: Hệ toạ độ của máy CNC khi chi tiết chuyển động thay cho dụng cụ cắt ......... 36 Hình 1.24: Điểm M của máy khoan cần (a) và của máy phay đứng (b) ............................ 36 Hình 1.25: Một điểm W (a) và nhiều điểm W (b) .............................................................. 37 Hình 1.27: Điểm chuẩn của dao ......................................................................................... 39 Hình 1.28: Điểm của giá dao T ......................................................................................... 39 Hình 2.1: Dịch chuyển dao theo lệnh G01 ......................................................................... 49 Hình 2.2: Dịch chuyển dao theo lệnh G02 ......................................................................... 50 Hình 2.3: Dịch chuyển dao theo lệnh G03 ......................................................................... 51 Hình 2.4: Dịch chuyển dao theo lệnh G08 ......................................................................... 51 Hình 2.5: Dịch chuyển dao theo lệnh G09 ......................................................................... 52 Hình2.6: Dịch chuyển dao theo lệnh G11, G12, G13 .......................................................... 1 Hình 2.7: Lựa chọn mặt phẳng làm việc theo G17, G18, G19. .......................................... 53 Hình 2.8: Dịch chuyển dao theo lệnh G33 ......................................................................... 54 Hình 2.9:Dịch chuyển dao theo lệnh G36 .......................................................................... 55 Hình 2.11: Dịch chuyển dao theo lệnh G38 ......................................................................... 1 Hình 2.12: Dịch chuyển dao theo lệnh G39 ....................................................................... 56 Hình 2.13: Lệnh bù trái G41................................................................................................. 1 Hình 2.14: Dịch chuyển dao theo lệnh G41 ....................................................................... 57 Hình 2.15: Lệnh bù phải G42 ............................................................................................... 1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 Hình 2.16: Dịch chuyển dao theo lệnh G42 ....................................................................... 58 Hình 2.17: Toạ độ zê rô của các điểm offset ...................................................................... 58 Hình 2.18: Dịch chuyển dao theo lệnh G73 ....................................................................... 59 Hình 2.19: Chu trình khoan lỗ - lệnh G81 .......................................................................... 60 Hình 2.20: Chu trình khoan lỗ G81 kết hợp với lệnh G93 ................................................. 60 Hình 2.21: Chu trình khoan lỗ sâu G83 .............................................................................. 61 Hình 2.23: Chu trình ta rô với lệnh G84............................................................................. 63 Hình 2.24: Chu trình khoét lỗ với lệnh G85 ....................................................................... 63 Hình 2.25: Chu trình doa với lệnh G86 .............................................................................. 64 Hình 2.26: Chu trình doa với lệnh G86 .............................................................................. 64 Hình 2.29: Các chức năng sử dụng phần mềm ................................................................... 68 Hình 2.30: Lựa chọn chương trình đã có sẵn hoặc tạo file mới ......................................... 70 Hình 2.31: Soạn thảo hoặc sửa đổi chương trình ............................................................... 72 Hình 2.32: Các thông tin trợ giúp ....................................................................................... 73 Hình 2.33: Cấu trúc câu lệnh phay hốc hình chữ nhật ......................................................... 1 Hình 2.34: Đặt giá trị giữa các câu lệnh ............................................................................ 75 Hình 2.35: Các chức năng trong chương trình mô phỏng ................................................. 77 Hình 2.36: Hộp hội thoại khai báo kích thước phôi ........................................................... 78 Hình 2.37: Các chức năng của chế độ gia công trên máy công cụ ..................................... 79 Hình 2.38: Lựa chọn chiều quay của trục chính ................................................................ 80 Hình 2.39: Chọn % lượng chạy dao ................................................................................... 80 Hình 2.40 : Các chức năng điều khiển theo chế độ bằng tay ............................................. 81 Hình 2.41: Các chức năng dịch chuyển .............................................................................. 81 Hình 2.41: Các chức năng thay đổi lượng chạy dao .......................................................... 82 Hình 2.42: Các chức năng thay đổi trục chính ................................................................... 82 Hình 2.43: Bảng ghi giá trị toạ độ các trục X,Y,X sau khi rà. ........................................... 84 Hình 3.1: Giao diện của MasterCAM................................................................................. 86 Hình 4.1: Mô hình lô gô trường Đại học sư phạm kỹ thuật Nam Định ........................... 109 Hình 4.2: Bước phay hạ bậc đường bao ngoài ................................................................. 113 Hình 4.3: Bước phay thô hạ bậc mặt trên ......................................................................... 114 Hình 4.4: Bước phay tinh hạ bậc mặt trên ........................................................................ 115 Hình 4.5: Bước phay chữ và các hình elip ....................................................................... 115 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 MỞ ĐẦU Công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước đang đặt ra yêu cầu hết sức cấp thiết đối với ngành cơ khí chế tạo máy. Đó là phải xây dựng cho được nền công nghiệp cơ khí chế tạo máy hiện đại đủ khả năng chế tạo ra các thiết bị máy móc cho các ngành kinh tế khác [1], [3], [8] đáp ứng yêu cầu công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Bên cạnh việc đầu tư các thiết bị máy móc hiện đại, ứng dụng công nghệ cao cho ngành cơ khí chế tạo máy thì một vấn đề vô cùng quan trọng là đầu tư khai thác có hiệu quả hệ thống máy móc hiện đại và công nghệ cao đó [3], [7] , [8] . Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định là một trung tâm đào tạo cán bộ kỹ thuật và giáo viên dạy nghề, đáp ứng yêu cầu sự nghiệp công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước. Trong những năm qua Nhà trường luôn quan tâm chú trọng đầu tư hệ thống thiết bị máy móc hiện đại cho các phòng thí nghiệm, xưởng thực tập nhằm đáp ứng ngày càng cao yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo - nghiên cứu khoa học - chuyển giao công nghệ của trường trong giai đoạn đổi mới giáo dục. Xưởng Cơ khí thuộc Bộ môn Cơ khí Chế tạo máy có nhiệm vụ thực hiện đào tạo công nghệ và tay nghề cho các sinh viên. trong những năm qua được sự quan tâm của Nhà trường đầu tư nhiều thiết bị máy móc hiện đại. Xưởng Cơ khí đã được nhà trường trang bị một máy phay CNC - ARMONI [12] nhằm đáp ứng yêu cầu đào tạo công nghệ và tay nghề cho sinh viên trong giai đoạn mới. Máy phay CNC - ARMONI đã được xưởng cơ khí khai thác rất có hiệu quả trong những năm vừa qua. Song cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ và yêu cầu ngày càng cao của công tác đào tạo công nghệ và tay nghề thì việc xây dựng môđun đào tạo và ứng dụng các công nghệ CAD/CAM [4], [10], [11] tiên tiến để gia công các chi tiết trên máy phay CNC – ARMONI là một vấn đề rất khoa học và thiết thực để mở rộng khả năng công nghệ của máy, nâng cao hiệu quả khai thác máy. Ngoài ra, đây còn là kênh thông tin hữu ích cho các sinh viên là các giáo viên tương lai trong việc tìm hiểu, thực hành về công nghệ CNC cũng như xây dựng môđun đào tạo cho các đối tượng khác nhau khi ra trường [2], [10]. Nhưng cho đến nay chưa có một đề tài nào nghiên cứu về vấn đề trên. Nhận thức được điều đó, tôi đã mạnh dạn đặt vấn đề " Ứng dụng phần mềm Mastercam tạo lập chương trình gia công chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy phay CNC – ARMONI ". Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC 1.1. Khái quát máy công cụ thông thƣờng và máy công cụ CNC 1.1.1. Đặc điểm máy cắt kim loại CNC Máy cắt kim loại CNC cho phép tập trung nguyên công ở mức độ cao nhất, do máy có khả năng công nghệ cao, trên máy có thể thực hiện các nguyên công như: Tiện, Phay, Khoan, Doa, Ta rô... Quá trình thay dao thực hiện tự động nhờ vào cơ cấu thay dao Tốc độ trục chính và tốc độ chạy dao được điều chỉnh vô cấp do vậy việc lựa chọn chế độ cắt rất hợp lý Kết cấu cơ khí máy CNC gọn nhẹ hơn máy vạn năng cùng loại, Máy CNC cho độ chính xác gia công cao, nó thực hiện lượng dịch chuyển chính xác tới 0,001 mm. Đối với các máy công cụ thông thường để thực hiện gia công chi tiết người công nhân thường dùng tay để điều khiển máy (có một số chuyển động cắt và chuyển động chạy dao do máy thực hiện). Người công nhân căn cứ vào phiếu công nghệ để thực hiện gia công chi tiết đạt các yêu cầu kỹ thuật đặt ra. Đối với máy công cụ thông thường năng suất và chất lượng sản phẩm phụ thuộc rất nhiều vào tay nghề của công nhân. Mặc dù còn nhiều hạn chế nhưng các máy công cụ thông thường hiện nay vẫn còn được sử dụng rất rộng rãi với lý do là vốn đầu tư thấp và phù hợp với nền sản xuất cơ khí nhỏ. Đối với các máy công cụ NC thì việc điều khiển các chức năng của máy được quyết định bằng các chương trình đã lập sẵn. Hệ thống điều khiển của máy NC là mạch điện tử. Thông tin vào chứa trên băng từ hoặc băng đục lỗ, thực hiện chức năng theo từng khối, khi khối chưa kết thúc, máy đọc tiếp các khối lệnh tiếp theo để thực hiện các dịch chuyển cần thiết. Các máy NC chỉ thực hiện các chức năng như: nội suy đường thẳng, nội suy cung tròn, chức năng dọc theo băng. Các máy NC không có chức năng lưu trữ chương trình. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 Máy công cụ CNC là bước phát triển cao từ máy NC. Các máy CNC có một máy tính để thiết lập phần mềm 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 các lệnh điều khiển máy. Máy công cụ CNC có khả năng thực hiện các chức năng như: nội suy đường thẳng, cung tròn, mặt xoắn, mặt parabol và bất kỳ mặt bậc ba nào. Máy CNC cũng có khả năng bù chiều dài và đường kính dụng cụ. Tất cả các chức năng trên đều được thực hiện nhờ một phần mềm của máy tính. Các chương trình lập ra có thể được lưu trữ trong đĩa cứng hoặc đĩa mềm. Hình 1.1 cho thấy sự khác nhau về mặt cấu tạo giữa máy công cụ thông thường và máy công cụ CNC . Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 7 Hình 1.1. Cấu tạo máy phay thông thường và máy phay CNC - Những đặc trưng khác nhau về mặt cấu tạo như bảng sau: Máy công cụ truyền thống Truyền động Động cơ AC chính Truyền động - Thủ công (máy phay). chạy dao - Truyền động qua hộp số. - Truyền động vít me - đai ốc Điều khiển - Thủ công- vô lăng. Máy công cụ CNC Động cơ AC hoặc DC, động cơ servo - Động cơ AC hoặc DC, động cơ servo tịnh tiến bước. - Truyền động vít me - đai ốc bi. - CNC - Về các chức năng cơ bản giữa máy công cụ thường và máy công cụ NC, CNC như bảng sau: Máy công cụ truyền Máy công cụ NC Máy công cụ CNC thống Dữ liệu vào: Chỉnh thủ Dữ liệu vào: Chương Dữ liệu vào: Chương trình NC công máy công cụ theo trình NC truyền vào bộ nhập vào bộ điều khiển qua bàn bản vẽ, kẹp phôi, dụng điều khiển thông qua phím, đĩa hoặc giao diện dữ cụ và sắp xếp tương bảng giao diện của máy. liệu ( Serial, bus). Một số quan giữa chúng chương trình NC được lưu ở bộ nhớ trong. Điều khiển thủ công: Điều khiển NC: Bộ điều Điều khiển CNC: Cụm vi tính Công nhân đặt thủ công khiển NC xử lý thông tin tích hợp trong bộ điều khiển các giá trị công nghệ về tốc độ, lượng chạy dao CNC và phần mềm tương ứng (số vòng quay, lượng ăn hành trình của chương quản lý tất cả các chức năng dao, lượng chạy dao), trình và truyền các tín điều khiển của máy CNC. Các điều khiển bằng các vô hiệu điều khiển tương bộ nhớ trong được sử dụng để lăng tay gạt. ứng tới các thành phần lưu chương trình, dữ liệu về tương ứng của máy NC. thiết bị, dụng cụ; số liệu bù dao; chu kỳ tự do và chu kỳ cố định. Phần mềm kiểm lỗi được tích hợp trong bộ điều khiển Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 8 CNC. Kiểm tra kích thước : Kiểm tra kích thước: Máy Kiểm tra kích thước: Máy CNC Công nhân thỉnh thoảng NC đảm bảo độ ổn định đảm bảo độ ổn định kích thước chi tiết gia công nhờ có sự phản đo kiểm tra kích thước kích thước chi tiết gia hồi liên tục của hệ thống đo và của chi tiết, trong trường công nhờ có sự phản hồi các động cơ servo. Các cảm hợp cần thiết chi tiết liên tục của hệ thống đo biến tích hợp, tạo khả năng kiểm soát kích thước trong quá được gia công lại. và các động cơ servo trình gia công. Song song với trong quá trình gia công. gia công, bộ điều khiển CNC có khả năng hoạt động liên tục kiểm nghiệm và tối ưu chương trình NC mới. 1.1.2. Cấu tạo của máy công cụ CNC Các thành phần chủ yếu của máy công cụ CNC bao gồm: - Trục chính. - Các trục quay và các trục chạy dao phụ. - Thiết bị kẹp phôi. - Các phương tiện thay đổi dao cụ. 1.1.2.1. Trục chính - Trục chính của máy CNC cần để truyền công suất cần thiết gia công chi tiết, tạo ra chuyển động quay chi tiết trên máy tiện và quay dao trên máy phay. Máy CNC cần có một bộ truyền có tính ổn định cao để định vị gia công không bị thay đổi khi tải gia công lớn và phải có tính động lực học đủ làm chủ sự thay đổi tốc độ nhanh mà không bị quá đích. Để hiệu quả, động cơ cần phải đạt được momen max trên toàn bộ khoảng thay đổi tốc độ. Điều này khó đạt vì thường momen của động cơ giảm tại tốc độ cao ( động cơ không đồng bộ), một số động cơ không có khả năng cho momen cực đại tại điểm có tốc độ thấp ( động cơ một chiều). - Nhờ tiến bộ của công nghiệp vi điện tử ngày nay động cơ điện xoay chiều (AC) 3 pha thường được sử dụng để chạy trục chính máy CNC. Nhược điểm điều khiển phức tạp, Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 9 số vòng quay của AC trở nên không đáng kể do sự giảm giá nhanh chóng các bộ điều khiển điện tử (điều khiển tốc độ nhờ bộ chuyển đổi – convertor ). Lợi thế đáng kể của AC so với động cơ DC như: cùng kích thước nhưng số vòng quay cao hơn tới 3 lần và công suất đầu ra tốt hơn. Động cơ này hoạt động không có chổi than, vòng góp nên không cần những bảo dưỡng tương ứng. 1.1.2.2. Các trục chạy dao Các trục chạy dao thường đặt với kí tự X, Y, Z. Máy tiện CNC có ít nhất 2 trục chạy dao X, Z có thể điều khiển, đó là chuyển động kết hợp của bàn trượt. Máy phay CNC có 3 trục X,Y,Z, có thể điều khiển CNC, hai trong số đó là chuyển động của bàn máy và trục thứ 3 là chuyển động trục chính . * Truyền động chạy dao - Các truyền động chạy dao tạo nên các chuyển động bàn trượt dao (máy tiện) và bàn (máy phay). Bộ truyền chạy dao yêu cầu phải cung cấp một tốc độ thay đổi liên tục (0 100m/phút) với độ chính xác lặp lại (chuyển động êm, phản ứng nhanh với sự thay đổi tốc độ). Các chuyển động của từng trục phải được thực hiện với tốc độ ăn dao lớn nhất và thời gian định vị bé nhất (tính động ). Để thoả mãn những điều kiện này, một bộ truyền động chạy dao CNC gồm những thành phần sau: 1-Động cơ 2-Bàn máy 3-Hệ thống đo 4-Vít me bi 5-Đai ốc bi Hình1.2 – Bộ truyền chạy dao với trục vít me - đai ốc - bi + Động cơ và các bánh răng chống lại quá tải nhờ điều khiển điện tử. + Bộ truyền vít me bi truyền lực không khe hở. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 + Hệ thống đo đường dịch chuyển và sensor thường được lắp tại các mút còn lại của trục. Động cơ cho truyền động chạy dao có thể là : động cơ servo thuỷ lực ( Cho các máy to), động cơ bước, động cơ một chiều hoặc xoay chiều điều khiển điện tử. Truyền động từ động cơ (1) qua hệ thống truyền động vít me - đai ốc - bi. Để định vị chính xác bộ chạy dao (2) phải được nối với hệ thống đo (3). Mỗi trục điều khiển của máy CNC có một hệ thống đo tự động hiểu các tín hiệu đo để định vị chính xác bộ truyền chạy dao. Thường độ phân giải được sử dụng để đo chiều dài là 0,01 mm. * Hệ truyền động vít me- đai ốc – bi: là hệ truyền động chạy dao. Khi động cơ quay trục các viên bi nằm trong rãnh giữa vít me- đai ốc ren cầu đảm bảo truyền lực với ma sát thấp từ trục vít me qua đai ốc vào bàn máy. Để đảm bảo ren khớp bi không rơ, hai nửa đai ốc được kẹp chặt đối với nhau qua vòng cách căng trước khử khe hở. Sự truyền động không rơ đảm bảo truyền động êm và di chuyển với độ chính xác cao. Bi tuần hoàn đến rãnh nhờ các rãnh hồi dẫn hướng nằm bên trong hoặc ngoài đai ốc. vßng c¸ch ®Ó b¾t c¨ng tr-íc §ai èc cã r·nh bi xo¾n vÝt viªn bi Trôc vÝtme cã r·nh bi xo¾n vÝt H×nh khehở hëvít vÝtme ®aiốcècbibi Hình1.3: 1.3:KÕt KếtcÊu cấu chÝnh chính khe me đai Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 11 R·nh ®æi h-íng bi (bªn trong) R·nh håi bi (bªn ngoµi) Hình hướng H×nh1.4: 1.4: Rãnh R·nh dẫn dÉn h-íng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 12 * Hệ thống đo Phƣơng thức đo Gồm đo trực tiếp hoặc đo gián tiếp + Đo vị trí trực tiếp: Thang đo được gắn trực tiếp trên bàn máy/ bàn chạy dao. Mọi sự thiếu chính xác liên quan tới trục chính và bộ truyền không ảnh hưởng tới giá trị đo được. Các giá trị đo được xác định bởi bộ thu nhận thông qua sự quét quang học trên thang đo. Bộ thu nhận chuyển các giá trị này thành tín hiệu điện và đưa vào bộ điều khiển – Phương pháp đo chính xác. + Quãng đường dịch chuyển được xác định bởi sự quay của vít me bi được gắn với một đĩa xung đóng vai trò thang đo. Một bộ sinh tín hiệu ghi số vòng quay của đĩa xung và truyền chúng vào bộ điều khiển. Khi đó bộ điều khiển sẽ tính chính xác chuyển động của bàn trượt hoặc vị trí hiện thời của nó dựa vào nhịp quay tròn. a-Đo trực tiếp 1-Thước đo 2- Hệ thống đo vị trí b-Đo vị trí gián tiếp thông qua trục vít me chạy dao Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 13 3-Cảm biến góc quay. 4- Vít me đai ốc bi. c-Đo vị trí gián tiếp thông qua bộ bánh răng thanh răng 5-Cảm biến góc quay. 6- Thanh răng. Hình 1.5 Các phương thức đo Hệ thống đo Tuỳ thuộc vào thiết bị đo sử dụng mà có sự khác nhau của đo vị trí tuyệt đối và đo vị trí gia số. + Đo vị trí theo tuyệt đối: Thang đo được mã hoá chỉ thị vị trí tức thời của bàn trượt khi có kích thích quang điện tử ứng với một tín hiệu đo so với một điểm cố định điểm zêro máy. Phương pháp này giả định số đọc trong vùng thước đo là rộng như vùng gia công và mã của thang đo nhị phân, điều này tạo cho bộ điều khiển thể hiện tại mỗi vị trí đọc một giá trị số. + Đo theo vị trí gia số: Thang đo với một lưới chia đơn giản gồm các vùng tối sáng. Khi chuyển động chạy dao đi qua cảm biến, cảm biến đếm số lượng vùng sáng tối và tính ra vị trí hiện thời của bàn trượt dựa vào sự chênh lệch kể từ vị trí trước đó của bàn máy. Để đảm bảo phép đo gia số đúng, vị trí của bàn trượt phải được so ngay với một điểm khi bộ điều khiển được bật – gọi là điểm tham chiếu máy (R), điểm đó có khoảng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 14 cách cố định tới điểm ZERO máy. Điểm R là chuẩn khi tính vị trí hiện thời của bàn theo phương pháp đo vị trí gia số. Khi tắt máy bộ điều khiển mất thông tin điều khiển về các chuyển động cơ khí. Vị trí điểm gốc phải được khôi phục khi mỗi lần bật lại bộ điều khiển. * Đầu trục chính: là bộ phận rất quan trọng. - Ở máy tiện mâm cặp hoặc chấu bóp mang phôi được siết chặt vào đầu trục chính. - Ở máy phay có lỗ để lắp dụng cụ cắt. Do đó đầu trục chính được chuẩn hoá để đảm bảo khả năng thay thế của dụng cụ kẹp là lớn nhất. 1.1.2.3. Các trục quay và trục chạy dao phụ Bên cạnh các chuyển động thẳng dọc trục X, Y, Z máy CNC còn có thể thực hiện điều khiển chuyển động quay quanh các trục. Các trục quay này được ký hiệu là A, B, C. Một số máy CNC có bàn máy hoặc đầu trục quay. Trên đó phôi có thể được gia công theo một số góc nghiêng phù hợp. Các trục này được điều khiển như các trục quay độc lập hoặc như các trục quay phối hợp tạo nên những điều khiển 4,5 hoặc 6 trục. Các trung tâm gia công ngoài các trục quay cơ bản cho bàn máy và đầu các trục chính, còn có các trục chạy dao bổ xung. Các trục chạy dao bổ xung chỉ có thể được điều khiển khi các bộ truyền động của trục X, Y, Z ở trạng thái tĩnh. Chuyển động trục W chỉ có thể được sử dụng để gia công lỗ khoan theo mọi hướng. Các trục chạy dao bổ xung cho các trục X, Y, Z được đặt là U, V, W. * Thiết bị kẹp phôi Thiết bị kẹp phôi giữ chi tiết gia công ở vị trí đúng và chính xác trên trục chính công tác để tiện hoặc trên bàn công tác để phay. Chi tiết phải được kẹp sao cho không có độ rơ, định vị đúng và chính xác, bền đối với ứng suất động. Số lượng chức năng có thể điều khiển được trong mối quan hệ đến thiết bị kẹp phôi phụ thuộc vào phôi được đưa vào trong máy như thế nào (thủ công hoặc tự động) và vào độ phức tạp của sự bố trí cặp phôi. Trên máy tiện CNC, chấu cặp được điều khiển (đóng mở bằng chương trình NC), thiết lập với một số áp lực kẹp . Trong tương lai, kẹp và rút phôi trên máy tiện sẽ được thực hiện bằng robot. Đa số các chấu cặp được thiết kế cho phép nạp liệu tự đông, được Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 15 điều khiển thuỷ lực hoặc khí nén. Lực kẹp có thể điều chỉnh (phụ thuộc vào trọng lượng, vật liệu, quan hệ chiều dài / đường kính, chiều sâu kẹp và các điều kiện gia công khác). Chức năng chính của dụng cụ kẹp phôi trên máy phay CNC là định vị chính xác, tạo khả năng thay phôi nhanh. Đối với các gia công đơn giản, có thể sử dụng gá kẹp thủ công, bàn từ hoặc mâm cặp điều khiển thuỷ lực. Đối với gia công đa mặt, có thể cần loại dụng cụ cho phép một số lần kẹp lại. Đối với chi tiết phay phức tạp, định vị phay cố định có thể sử dụng một gá quay tự động, tích hợp hoặc lắp ngoài các hệ thống sẵn có, cho phép phay không cần kẹp lại. Các bàn nâng chi tiết tiếp theo, được lắp ngoài khu vực gia công để đưa chi tiết tự động vào vị trí gia công ngày càng được sử dụng nhiều. 1.1.2.4. Các phương tiện thay dao cụ Máy công cụ CNC thường được trang bị với bộ thay đổi tự động. Tuỳ theo phạm vi áp dụng và kiểu mà các bộ dụng cụ này có thể đồng thời lấy một số dao cụ khác nhau và việc đặt dao cụ vào vị trí làm việc được gọi bởi câu lệnh của chương trình NC. Bộ thay đổi dụng cụ có thể ở dạng đài dao (như hình 1.5) hoặc magazin dụng cụ (như hình 1.6). Hình 1.6- Đài dao Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 16 Hình 1.7 - Magazin dụng cụ Đài dao được sử dụng cho máy tiện CNC còn magzin cho máy phay CNC. Khi chương trình NC gọi một dụng cụ mới, đài dao quay cho tới khi con dao đó đến được vị trí làm việc. Kiểu thay dao như vậy hiện nay thực hiện rất nhanh, hàng phân số của giây. Phụ thuộc vào kiểu và kích thước, đài dao của máy CNC có 8 hoặc 16 ổ để dao. Trong một trung tâm phay lớn có thể đến 3 đài dao được sử dụng đồng thời và các magazine của các trung tâm này cho phép chứa 100 hoặc nhiều hơn các loại dụng cụ khác nhau. Đó có thể là loại magazine dọc, vòng tấm hoặc magazin băng truyền. * Hệ thống thay dao tự động Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 17 H×nh S¬Sơ ®åđồ thay thÕthế dao tù động ®éng Hình1.7: 1.8: thay dao Thay thế dụng cụ nhờ một hệ thống tay tóm . Việc thay đổi dụng cụ được thực hiện với dụng cụ cánh tay kẹp khi một dụng cụ mới được gọi trong chương trình NC như sau: - Dụng cụ mong muốn trong Magazin được định vị vào vị trí thay đổi. Trục công tác về vị trí thay đổi. - Tay tóm xoay đến dụng cụ cũ trên trục và dụng cụ mới trong Magazin lấy dụng cụ tương ứng trên đầu trục chính và hốc dụng cụ. Xoay tay tóm đưa dụng cụ mới vào đầu trục chính và dụng cụ cũ vào magazine, quay tay tóm về vị trí ban đầu. Quá trình thay đổi dụng cụ chỉ kéo dài trong 6  10s, có hệ thống chỉ trong vòng 1s. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 18