Tài liệu Xây dựng bài thí nghiệm trên máy phay cnc phục vụ công tác đào tạo tại trường cao đẳng công nghiệp cẩm phả

.. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --------------------000------------------- THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Đề tài: “Xây dựng bài thí nghiệm trên máy phay CNC phục vụ công tác đào tạo tại trường Cao đẳng Công nghiệp Cẩm Phả”. Học viên : Vũ Thị Sử Lớp : Cao học K12 - CNCTM Chuyên ngành : Công nghệ chế tạo máy Giáo viên HD khoa học: GS.TS. Trần Văn Địch KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN GS.TS. TRẦN VĂN ĐỊCH VŨ THỊ SỬ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -1- http://www.lrc-tnu.edu.vn VŨ THỊ SỬ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --------------------------------------- VŨ THỊ SỬ LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY “Xây dựng bài thí nghiệm trên máy phay CNC phục vụ công tác đào tạo tại trường Cao đẳng Công nghiệp Cẩm Phả”. 2009 – 2011 Thái Nguyên 2011 THÁI NGUYÊN 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -2- http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --------------------------------------- LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT “Xây dựng bài thí nghiệm trên máy phay CNC phục vụ công tác đào tạo tại trường Cao đẳng Công nghiệp Cẩm Phả”. Ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Mã số:23.04.3898 Học Viên: VŨ THỊ SỬ Ngƣời HD Khoa học : GS.TS. TRẦN VĂN ĐỊCH THÁI NGUYÊN – 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -3- http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi là Vũ Thị Sử, học viên lớp Cao học K12 – CN CTM. Sau hai năm học tập nghiên cứu, đƣợc sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và đặc biệt là sự giúp đỡ của GS.TS. Trần Văn Địch, thầy giáo hƣớng dẫn tốt nghiệp của tôi, nên tôi đã đi đến cuối chặng đƣờng để kết thúc khoá học. Tôi đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là: “Xây dựng bài thí nghiệm trên máy phay CNC phục vụ công tác đào tạo tại trƣờng Cao đẳng Công nghiệp Cẩm Phả” Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dƣới sự hƣớng dẫn của GS.TS. Trần Văn Địch và chỉ tham khảo các tài liệu đã đƣợc liệt kê. Tôi không sao chép công trình của các cá nhân khác dƣới bất cứ hình thức nào. Nếu có tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. NGƢỜI CAM ĐOAN Vũ Thị Sử Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -4- http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn GS.TS. Trần Văn Địch, ngƣời đã hƣớng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hƣớng đề tài, đến quá trình viết và hoàn chỉnh Luận văn. Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo và phòng đào tạo Sau đại học, của Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành bản Luận văn này. Tác giả cũng chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trung tâm đào tạo và thực hành công nghệ Cơ khí, Trƣờng Cao đẳng Công nghiệp Cẩm Phả đã giúp đỡ tác giả thực hiện thí nghiệm tại trung tâm công nghệ cao của trƣờng. Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp. Tác giả Vũ Thị Sử Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -5- http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.......................................................................................................1 LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................2 MỤC LỤC .................................................................................................................. 3 CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................6 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ...............................................................................6 PHẦN MỞ ĐẦU .........................................................................................................7 1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................ 7 2. Lịch sử nghiên cứu.............................................................................................. 7 3. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu. ................. 8 3.1. Mục đích nghiên cứu.............................................................................. ..... 8 3.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu............................................................ ... 8 4. Tóm tắt nội dung thực hiện và đóng góp mới của tác giả .................................. 8 5. Phƣơng pháp nghiên cứu. ................................................................................... 9 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CNC .................................................10 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG. .................................................................................. 10 1.2. MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN SỐ ............................................................. 11 1.2.1. Các hệ thống dữ liệu cần nạp cho máy công cụ điều khiển số. ...... 11 1.2.2. Chuyển động của các trục và khái niệm về hệ tọa độ ............................ 11 1.2.2.1. Chuyển động các trục .................................................................. 11 1.2.2.2 . Hệ tọa độ ........................................................................................ 13 1.3. KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ CNC .............................. 17 1.3.1. Khái niệm về hệ thống điều khiển số........................... . .........................17 1.3.2. Các dạng điều khiển số.......................... ................................................. 17 1.3.3. Hệ điều khiển CNC ................................................................................ 17 1.3.3.1. Phân biệt hệ điều khiển NC và CNC .............................................. 17 1.3.3.2. Đặc trƣng cơ bản của hệ điều khiển CNC ...................................... 18 1.3.4. Một số hệ điều hành ............................................................................... 18 1.4. CÁC CHỈ TIÊU GIA CÔNG CỦA MÁY CNC ............................................ 19 1.4.1. Thông số hình học .................................................................................. 19 1.4.2. Thông số gia công .................................................................................. 19 1.4.3. Độ chính xác của máy CNC ................................................................... 21 1.4.4. Hƣớng phát triển của máy CNC trên thế giới và Việt Nam ................... 21 Chƣơng 2: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CÔNG NGHỆ CỦA MÁY PHAY CNC MICROMILL VÀ PHƢƠNG PHÁP LẬP TRÌNH GIA CÔNG ..............................24 2.1. KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CƠ BẢN CỦA MÁY PHAY CNC MICROMILL .............................................................................................. 24 2.1.1. Truyền động chính .................................................................................. 24 2.1.2. Động cơ chính ........................................................................................ 24 2.1.3. Động cơ bƣớc tiến .................................................................................. 24 2.1.4. Hƣớng chuyển động của các trục ........................................................... 24 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -6- http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.1.5. Hệ thống đo hành trình ........................................................................... 25 2.2. CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHAY MICROMILL 2.2.1. Các bộ phận chính của máy .................................................................... 25 2.2.2. Các phần tử điều khiển ........................................................................... 25 2.2.3. Bảng vận hành máy ................................................................................ 26 2.2.4. Tay quay điện tử HR 410 ....................................................................... 28 2.3. THAO TÁC SỬ DỤNG BẢNG ĐIỀU KHIỂN VÀ VẬN HÀNH MÁY..... 29 2.3.1. Màn hình và bàn phím ............................................................................ 29 2.3.1.1. Màn hình của TNC 426 ................................................................... 29 2.3.1.2. Bàn phím ......................................................................................... 31 2.3.2. Các chế độ vận hàn máy ......................................................................... 31 2.3.2.1. Chế độ vận hành bằng tay quay điện tử .......................................... 31 2.3.2.2. Lập trình và sửa đổi chƣơng trình ................................................... 32 2.3.2.3. Chạy thử chƣơng trình (Programm test) ......................................... 32 2.3.2.4. Chạy chƣơng trình........................................................................... 33 2.3.3. Phụ tùng kèm theo .................................................................................. 34 2.3.3.1. Hệ thống dò 3D ............................................................................... 34 2.3.3.2. Hệ thống đo dao tự động ................................................................. 34 2.3.3.3. Tay quay điện tử ............................................................................. 34 2.3.4. Khởi động máy và tắt máy ..................................................................... 35 2.4. PHƢƠNG PHÁP LẬP TRÌNH TRÊN MÁY PHAY MICROMILL ............ 36 2.4.1. Giới thiệu chung về hệ điều khiển Denfor ............................................. 36 2.4.2. Tạo và viết một chƣơng trình ................................................................. 38 2.4.2.1. Cấu trúc một chƣơng trình theo ngôn ngữ lập trình denfor ............ 38 2.4.2.2. Khai báo phôi BLK FORM............................................................. 38 2.4.3. Lập trình dụng cụ cắt .............................................................................. 39 2.4.3.1. Nhập các dữ liệu liên quan đến dụng cụ cắt ................................... 39 2.4.3.2. Dữ liệu dụng cụ cắt ......................................................................... 40 2.4.3.3. Hiệu chỉnh dụng cụ ......................................................................... 43 2.4.4. Lập trình CONTOUR ............................................................................. 48 2.4.4.1. Khái quát về các chuyển động của dao cắt ..................................... 48 2.4.4.2. Cơ sở của chức năng đƣờng dịch chuyển ....................................... 49 2.4.4.3. Tiếp cận và rời khỏi CONTOUR gia công ..................................... 51 2.4.4.4. Các đƣờng chuyển động trong hệ tọa độ vuông góc ...................... 52 2.4.4.5. Các đƣờng chuyển động trong hệ tọa độ cực .................................. 55 2.4.5. Lập trình Contour tự do – Free Contour FK........................................... 58 2.4.5.1. Cơ sở ............................................................................................... 58 2.4.5.2. Mở hội thoại lập trình FK ............................................................... 59 2.4.5.3. Lập trình tự do đoạn thẳng .............................................................. 59 2.4.5.4. Lập trình tự do đối với cung tròn .................................................... 60 2.4.6. Các chu trình gia công phay trong DENFOR......................................... 62 2.4.6.1. Khái quát về chu trình ..................................................................... 62 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -7- http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.4.6.2. Các chu trình khoan ........................................................................ 63 2.4.6.3. Các chu trình cho phay hố, phay ngõng và phay rãnh ................... 68 2.4.6.4. Các chu trình cho gia công các kiểu hàng lỗ ................................. 75 2.4.6.5. Chƣơng trình con và việc lặp lại một bộ phận chƣơng trình .......... 77 2.4.6.6. Dịch chuyển điểm 0- DATUM SHIFT (Cycle 7) ............................. 78 2.4.6.7. Chu trình đối xứng - MIRROR IMAGE (Cycle 8) ........................... 79 2.4.6.8. Chu trình xoay- ROTATION (Cycle 10) ......................................... 79 2.4.6.9. Hệ số tỷ lệ - SCALING FACTOR (Cycle 11) .................................. 80 Chƣơng 3: LẬP TRÌNH GIA CÔNG CHI TIẾT TRÊN MÁY PHAY CNC MICROMILL VỚI HỆ ĐIỀU KHIỂN DENFOR ....................................................81 3.1. Xác định chuẩn kỹ năng đối với sinh viên đại học về kỹ năng thực hành CNC tại trƣờng Cao đẳng công nghiệp Cẩm Phả. .........................................................81 3.2. Các bài tập lập trình gia công trên máy CNC-MICROMILL........................81 3.2.1. Lập trình gia công chi tiết 2D. ................................................................ 81 3.2.2. Lập trình gia công chi tiết 3D ................................................................. 91 Chƣơng 4: KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 4.1. Mục đích, nhiệm vụ, phƣơng pháp và đối tƣợng kiểm nghiệm…………103 4.1.1. Mục đích của kiểm nghiệm……………………………………………103 4.1.2. Nhiệm vụ kiểm nghiệm………………………………………………..103 4.1.3. Phƣơng pháp kiểm nghiệm……………………………………………103 4.2. Nội dung và tiến trình thực nghiệm……………………………………..104 4.2.1. Đối tƣợng thực nghiệm……………………………………………… 104 4.2.2. Chuẩn bị thực nghiệm…………………………………………………105 4.3. Đánh giá thực nghiệm…………………………………………………...105 4.3.1. Đánh giá định tính……………………………………………………..105 4.3.2. Đánhgiá định lƣợng………………………………………………….. 105 4.4. Đánh giá chuyên gia……………………………………………………..110 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................ 111 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................112 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -8- http://www.lrc-tnu.edu.vn CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT NC (Number Control) – Điều khiển số CNC (Computer Numerical Control) – Điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính CAD (Computer Aided Design) – Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính CAM (Computer Aided Manufacturing) – Sản xuất có sự trợ giúp của máy tính LAN (Local Area Netword) - Mạng cục bộ WAN (Wide Area Netword) - Mạng diện rộng CW (Counter clockwise) - Chiều quay thuận chiều kim đồng hồ DNC (Direct Numerical Control) - Hệ điều khiển DNC FMS (Flexible Manufacturing System ) - Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS FK (Free Contour Programing) - Lập trình Contour tự do Q Parameters - Lập trình tham số Q CHF (Chamfer) - Vát cạnh RND (Rounding) - Bo cung 1D, 2D, 3D - Điều khiển 1, 2, 3 chiều CC (Circle center) - Tâm cung DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TT Bảng số Nội dung Trang 1 2.1 Thông số kỹ thuật của máy phay CNC 24 2 2.2 Các chức năng đƣờng với tọa độ cực 54 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -9- http://www.lrc-tnu.edu.vn PHẦN MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài: Công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nƣớc đang đặt ra yêu cầu hết sức cấp thiết đối với ngành công nghệ chế tạo máy. Đó là phải xây dựng một nền công nghiệp hiện đại đủ để chế tạo ra các thiết bị máy móc cho các ngành kinh tế khác. Bên cạnh việc đầu tƣ các thiết bị máy móc hiện đại, thì việc ứng dụng công nghệ cao trong ngành cơ khí chế tạo máy là một vấn đề vô cùng quan trọng. Vì vậy việc khai thác có hiệu quả các máy móc thiết bị trong các nhà máy chế tạo cơ khí, trong đó có các loại máy phay CNC, tiện CNC, máy cắt dây điều khiển tự động đang là vấn đề cấp bách, đòi hỏi cao về đào tạo nguồn nhân lực khoa học công nghệ. Trƣớc tình trạng đó, hầu hết các trƣờng đã đầu tƣ một số máy CNC để phục vụ cho việc đào tạo chất lƣợng cao nhƣng lại chƣa có phƣơng pháp giảng dạy thực nghiệm hiệu quả. Chính vì thế cần phải có một nghiên cứu cụ thể và đầy đủ về lĩnh vực này, để giảng dạy cho học sinh-sinh viên hiểu rõ và áp dụng trong thực tế, đóng góp vào sự phát triển của ngành chế tạo máy. Xuất phát từ nhu cầu thực tế này mà đề tài:“Xây dựng bài thí nghiệm trên máy phay CNC phục vụ công tác đào tạo tại trƣờng Cao đẳng Công nghiệp Cẩm Phả” đã đƣợc chọn làm luận văn tốt nghiệp. 2. Lịch sử nghiên cứu. Việc xây dựng hệ thống các bài thực hành, thí nghiệm gia công trên các máy cắt gọt CNC sát với thực tế, sát với điều kiện sản xuất công nghiệp và phù hợp với điều kiện giảng dạy trong nhà trƣờng là một vấn đề rất quan trọng, để đảm bảo cho sinh viên sau khi tốt nghiệp ra trƣờng có thể thích nghi và đảm nhiệm tốt công việc tại các nhà máy, xí nghiệp. Việt Nam có xu hƣớng sử dụng máy CNC ngày càng nhiều, do yêu cầu cấp thiết của thực tế sản xuất, nên những đề tài nghiên cứu ứng dụng nhằm khai thác hiệu quả máy CNC là khá lớn trong các đề tài nghiên cứu khoa học, luận án tiến sỹ, luận văn thạc sỹ, có thể kể đến: Nguyễn Đình Vũ, Ứng dụng phần mềm TURBO- Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - 10 - http://www.lrc-tnu.edu.vn SPEED/CAM để lập trình gia công đĩa chia độ trên máy gia công trung tâm CNC TUNGIL-TVN-40A, Luận văn cao học, ĐHBKHN (2009) ; Phạm văn Bổng, Nghiên cứu xây dựng mô hình phòng thực hành về CAD/CAM-CNC với các hệ PHANUC; HEIDENHAIN phục vụ chương trình đào tạo hệ Cao đẳng kỹ thuật ngành Cơ khí, Luận văn cao học, ĐHBKHN (2000) 3. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu. 3.1. Mục đích nghiên cứu. - Mục đích nghiên cứu là: Xác định chuẩn kỹ năng đối với sinh viên về kỹ năng thực hành CNC. Xây dựng các bài thực hành, thí nghiệm lập trình và gia công trên máy MICROMILL với hệ điều khiển DENFOR phục vụ công tác đào tạo tại Trƣờng Cao đẳng công nghiệp Cẩm Phả. - Dùng làm tài liệu tham khảo cho giảng dạy và học tập. 3.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài là: - Khả năng công nghệ của máy CNC- MICROMILL - Cơ sở lập trình phay CNC với hệ điều khiển DENFOR. - Lập trình và gia công một số chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy phay CNCMICROMILL với hệ điều khiển DENFOR 4. Tóm tắt nội dung thực hiện và đóng góp mới của tác giả Nội dung nghiên cứu gồm: - Nghiên cứu khái quát về công nghệ CNC; - Nghiên cứu về khả năng công nghệ của máy phay CNC- MICROMILL với hệ điều khiển DENFOR - Lập trình và gia công một chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy phay CNC MICROMILL với hệ điều khiển DENFOR. - Xây dựng các dạng bài tập thực hành và thí nghiệm gia công cắt gọt trên máy MICROMILL với hệ điều khiển DENFOR Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - 11 - http://www.lrc-tnu.edu.vn Với ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tế của luận văn sau khi hoàn thành sẽ có những đóng góp đáng kể cho việc xây dựng chƣơng trình đào tạo CNC tại các trƣờng Cao đẳng, trung cấp dạy nghề. Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần bổ sung cho cơ sở lý thuyết về nghiên cứu máy CNC và lập trình gia công trên máy, ứng dụng vào giảng dạy, học tập và sản xuất một cách có hiệu quả. Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở để cải tiến chƣơng trình đào tạo theo hƣớng sát với thực tiễn sản xuất, đáp ứng nhu cầu xã hội. Đáp ứng đòi hỏi về nhu cầu nhân lực trình độ cao cho sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nƣớc. 5. Phƣơng pháp nghiên cứu. Đề tài đƣợc thực hiện bằng phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm: - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết. - Tiến hành thí nghiệm . - Phân tích và đánh giá kết quả. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - 12 - http://www.lrc-tnu.edu.vn Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CNC 1.1 Giới thiệu chung. Vào cuối những năm 40 học viện công nghệ MIT Hoa Kỳ bắt đầu thực hiện đề án nghiên cứu về kỹ thuật điều khiển số. Năm 1953 công bố sáng chế máy phay điều chỉnh theo chƣơng trình số NC. Vào năm 1959 triển lãm máy công cụ tại Paris trƣng bày những chiếc máy phay NC đầu tiên của châu Âu. Năm 1960 các hệ điều khiển số đƣợc chế tạo tƣơng ứng với trình độ kỹ thuật của các công nghệ bóng đèn điện tử và rơle (cơ/điện/thuỷ lực), máy kích thƣớc lớn, rất nhạy cảm với các điều kiện môi trƣờng khác nhau và giá cả thì rất đắt đỏ. Vì vậy máy không đƣợc sử dụng rộng rãi. Từ sau những năm 1960, bóng đèn điện tử đƣợc thay dần bằng các phần tử bán dẫn rời rạc, đi ốt, và tranzito ( đèn 3 cực), thế nhƣng những linh kiện đơn lẻ vẫn đòi hỏi có thể tích chiếm chỗ đủ lớn, còn rất nhiều mối hàn và các ổ cắm, các ghép nối vừa tốn kém khi chế tạo vừa hạn chế độ tin cậy khi vận hành điều khiển. Những thông tin điều khiển đƣợc ghi trên băng đục lỗ nên dung lƣợng thấp và phải đọc từng bƣớc trong quá trình gia công, khi gia công nhiều chi tiết giống nhau vẫn phải đọc băng đục lỗ cho từng lần gia công. Khi thay đổi chƣơng trình điều khiển chẳng hạn nhƣ muốn thay đổi chế độ cắt cho phù hợp đòi hỏi phải làm lại băng đục lỗ. Vào những năm 70, kỹ thuật điều khiển số nhanh chóng ứng dụng các tiến bộ của kỹ thuật vi điện tử, vi mạch tích hợp: những hệ NC sử dụng những bản mạch lôgíc đƣợc thay thế bởi các bộ nhớ có dung lƣợng đủ lớn; do nối ghép các cụm vi tính vào hệ điều khiển số mà những phần cứng trƣớc đây đƣợc thay thế bằng những phần mềm linh hoạt hơn. Dung lƣợng bộ nhớ ngày càng đƣợc mở rộng tạo điều kiện lƣu giữ trong hệ điều khiển số trƣớc hết là từng chƣơng trình đơn lẻ, sau đó là cả một thƣ viện chƣơng trình lại có thể sửa đổi chƣơng trình đã lập một cách dễ dàng thông qua việc cấp lệnh bằng tay, thao tác trực tiếp trên máy. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - 13 - http://www.lrc-tnu.edu.vn Cho đến ngày nay các chức năng tính toán trong hệ thống CNC ngày càng đƣợc hoàn thiện và đã đạt đƣợc tốc độ xử lý rất cao do tiếp tục ứng dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật phát triển của các bộ vi xử lý Các hệ thống CNC đƣợc chế tạo hàng loạt theo các công thức xử lý đa chức năng dùng cho nhiều mục đích điều khiển khác nhau. Từ chỗ những vật mang tin là những băng đục lỗ, băng từ, đĩa từ tiến tới đĩa compact (đĩa CD) có dung lƣợng nhớ ngày càng mở rộng độ tin cậy và tuổi thọ ngày càng cao. Việc cài đặt các cụm vi tính trực tiếp vào hệ NC để trở thành CNC (Computer Numerical Control) đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc ứng dụng, cho chúng ta có thể ứng dụng đƣợc máy công cụ điều khiển số CNC ngay cả trong các xí nghiệp vừa và nhỏ không có phòng lập trình riêng, điều đó có nghĩa là ngƣời điều khiển máy có thể lập trình trực tiếp trên máy. Những dữ liệu đƣợc nhập vào, nội dung lƣu trữ trên máy, thông báo về tình trạng hoạt động của máy cùng các chỉ dẫn cần thiết khác cho ngƣời điều khiển máy đều đƣợc hiển thị trên màn hình. Lúc đầu màn hình của các hệ điều khiển số chỉ là màn hình đen trắng với các ký tự chữ cái và con số nay đã sử dụng các màn hình mầu đồ hoạ với độ phân giải cao, biên dạng của chi tiết gia công, chuyển động của dao cụ đều đƣợc hiển thị, có thể mô phỏng chi tiết gia công theo 3 chiều kích thƣớc (3D). Trong những năm gần đây sự bùng nổ của ngành công nghệ thông tin, sự phát triển của công nghệ Hig-Tech ngày càng tạo ra đƣợc những thế hệ máy công cụ điều khiển số ngày càng ƣu việt hơn, đáp ứng đƣợc những yêu cầu cao của thị trƣờng. Ngoài những ƣu điểm cơ bản của máy và công nghệ CNC nhƣ độ chính xác cao của sản phẩm, đáp ứng nhanh về số lƣợng và thích ứng nhanh với thị trƣờng về mẫu mã sản phẩm thì những ƣu điểm nổi bật chỉ có ở máy CNC nữa là phƣơng thức làm việc với hệ thống xử lý thông tin “điện tử-số hoá”, cho phép nối ghép với hệ thống xử lý trong phạm vi toàn xí nghiệp tạo điều kiện mở rộng việc tự động hoá Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - 14 - http://www.lrc-tnu.edu.vn toàn bộ quá trình sản xuất, ứng dụng các kỹ thuật quản lý hiện đại thông qua mạng liên thông cục bộ (LAN) hay mạng liên thông toàn cầu (WAN). Xét về bản chất của các máy điều khiển theo chƣơng trình số, từ các máy NC đầu tiên với bộ xử lý là đƣợc áp dụng công nghệ đèn điện tử, rơle đến các phần tử bán dẫn rời rạc, điốt, và tranzito ( đèn 3 cực ) và sau đó là đã áp dụng các tiến bộ của kỹ thuật vi điện tử, vi mạch tích hợp và siêu vi mạch cũng chỉ là để xử lý các hệ thống dữ liệu đầu vào cho hệ thống điều khiển số. 1.2. Máy công cụ điều khiển số 1.2.1. Các hệ thống dữ liệu cần nạp cho máy công cụ điều khiển số. Một máy công cụ điều khiển số muốn hoạt động đƣợc thì nó yêu cầu phải đƣợc cung cấp các hệ thống dữ liệu, nó đƣợc coi nhƣ một thứ ngôn ngữ chung để giao tiếp giữa ngƣời với máy. Khi ta soạn thảo chƣơng trình cho một hệ thống điều khiển số thì có nghĩa là ta đƣa toàn bộ các thông tin cần thiết để chế tạo một chi tiết xác định trên máy công cụ trở thành dạng có thể hiểu đƣợc cho hệ điều khiển của máy và thông báo cho nó theo một hình thức thích hợp. Thực chất của việc lập trình là thu thập, xử lý và soạn thảo những dữ liệu thông tin yêu cầu. Các dữ liệu đó bao gồm: a- Các thông tin hình học ( đó là các dữ liệu tạo hình hay các số liệu về đƣờng dịch chuyển của dụng cụ cắt trong quá trình gia công ). b- Các thông tin công nghệ ( nhƣ số vòng quay trục chính, chiều quay, lƣợng chạy dao, chiều sâu cắt, gọi dao, hiệu chỉnh máy và dao và bơm dung dịch tƣới nguội…). 1.2.2. Chuyển động của các trục và khái niệm về hệ tọa độ 1.2.2.1 Chuyển động các trục Trên thực tế không cần xác định xem phải quay mô tơ bao nhiêu vòng. Chuyển động của các trục đƣợc điều khiển đơn giản hơn và logic hơn qua các tọa độ. Có hai hệ trục tọa độ hay đƣợc dùng nhất là hệ tọa độ vuông góc (hệ tọa độ Đề các) và hệ tọa độ cực (polar). Trong các máy gia công hệ tọa độ Đề các phổ biến Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - 15 - http://www.lrc-tnu.edu.vn hơn. Chúng ta đã đƣợc học về hệ tọa độ trong trƣờng phổ thông và những kiến thức đó đủ cho chúng ta tiếp tục hành trình tìm hiểu công nghệ CNC. Điểm khác so với đồ thị của điểm và đƣờng trong tọa độ toán học là với máy CNC, các giá trị tọa độ thực tế không liên tục mà thay đổi theo bƣớc (increment), hay còn gọi là độ phân giải. Ví dụ với hệ đo mét, bƣớc dịch chuyển tối thiểu thƣờng là 1/1000mm, tức 0.001mm, còn trong hệ đo inch, bƣớc dịch chuyển tối thiểu là 0.0001inch. Với chuyển động quay, bƣớc dịch chuyển của góc quay cho cả hai hệ đo thƣờng đƣợc lấy là 0.001°. Giống nhƣ hệ tọa độ toán học, mỗi trục trong hệ tọa độ của máy CNC đều có điểm gốc. Ứng với các bài toán kỹ thuật, chúng đƣợc gọi là điểm gốc (hay chuẩn, hay điểm 0) của chương trình, của phôi hay của chi tiết. Thuật ngữ tiếng Anh tƣơng ứng là program zero (hay program origin), work zero, part zero. 1.2.2.2 Hệ toạ độ Để xác định các tƣơng quan hình học trong vùng làm việc của máy, trong phạm vi chi tiết gia công một cách rõ ràng ta đƣa vào các hệ toạ độ và các điểm gốc chuẩn. Để thống nhất hoá mối tƣơng quan cho các máy công cụ điều khiển số khác nhau, ngƣời ta tiêu chuẩn hoá các trục của hệ toạ độ và chiều chuyển động của chúng. Ví dụ theo tiêu chuẩn ISO 841 hay tiêu chuẩn DIN 66127 thì hệ thống trục toạ độ cho các máy điều khiển số đƣợc xác định nhƣ sau: Các chiều chuyển động của máy công cụ điều khiển số đƣợc xác định bởi hệ toạ độ vuông góc của bàn tay phải (hình 1.1). Hệ toạ độ này luôn luôn đƣợc gán lên chi tiết gia công. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - 16 - http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 1.1 Ký hiệu các trục tọa độ trên máy CNC Khi lập trình, chi tiết luôn đƣợc coi là đứng yên. Các chuyển động luôn thuộc về dao cụ. Trong thực tế trên từng loại máy cụ thể thì việc quy định này không hoàn toàn đúng bởi vì có những chiếc máy trong quá trình gia công thì chi tiết có thể tham gia thực hiện một vài chuyển động, điều này dễ làm cho ngƣời vận hành nhìn nhận không chính xác về hƣớng chuyển động của các trục. Các trục quay tƣơng ứng với trục X,Y, Z đƣợc kí hiệu là A, B, C. Chiều quay dƣơng (positiv) tƣơng ứng với chiều quay thuận chiều kim đồng hồ (CW=Counter clockwise) khi ta nhìn theo chiều dƣơng của trục tịnh tiến. Để bố trí thứ tự của các trục toạ độ phù hợp với các chiều chuyển động của máy, tiêu chuẩn ISO 841 hay DIN 66127 qui định: Trục toạ độ Z Nếu các máy có trục chính không xoay nghiêng đƣợc thì trục Z nằm song song với trục chính công tác hoặc chính là đƣờng tâm trục đó. Nếu trục chính của máy xoay nghiêng đƣợc và chỉ có một vị trí xoay nghiêng song song với một trục toạ độ nào đó thì chính trục toạ độ là trục Z. Nếu trục chính xoay nghiêng đƣợc song song với nhiều trục toạ độ khác nhau thì trục Z chính là trục vuông góc với bàn kẹp chi tiết chính của máy. Nếu trục chính xoay nghiêng đƣợc theo một hƣớng nghiêng với chính nó thì trục này ký hiệu là W. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - 17 - http://www.lrc-tnu.edu.vn Nếu máy có nhiều trục chính công tác thì ta sẽ chọn một trong số trục đó làm trục chính theo cách ƣu tiên trục nào có đƣờng tâm vuông góc với bàn kẹp chi tiết. Còn nếu máy không có trục chính công tác thì trục Z cũng là trục vuông góc với bàn kẹp chi tiết. Trục toạ độ X Trục X là trục toạ độ nằm trên mặt định vị hay song song với bề mặt kẹp chi tiết, thƣờng đƣợc ƣu tiên theo phƣơng nằm ngang. Chiều của trục X đƣợc xác định nhƣ sau: Thứ nhất: Trên các máy có dao quay tròn + Nếu trục Z đã nằm ngang thì chiều dƣơng của trục X hƣớng về bên phải khi ta nhìn từ trục chính hƣớng vào chi tiết. + Nếu trục Z thẳng đứng và máy có một thân máy thì chiều dƣơng của trục X hƣớng về bên phải khi ta nhìn từ trục chính hƣớng vào chi tiết. Nếu máy có hai thân máy thì chiều dƣơng của trục X hƣớng về bên phải nếu ta nhìn từ trục chính hƣớng vào thân máy bên phải. Thứ hai: Trên các máy có chi tiết quay tròn + Trên các máy có chi tiết gia công quay tròn thì trục X nằm theo phƣơng hƣớng kính của chi tiết và chiều dƣơng của trục đi từ trục tâm chi tiết đến bàn kẹp dao chính. Thứ ba: Trên các máy không có trục chính công tác thì trục X đƣợc qui định là trục song song theo hƣớng gia công chính. Trục toạ độ Y Vị trí của trục toạ độ Y sẽ đƣợc xác định sau khi đã xác định đƣợc hai trục toạ độ Z và X. Các trục phụ. Nếu ngoài các trục X,Y,Z mà máy còn có các trục điều khiển độc lập khác thì ta cũng ký hiệu các trục nhƣ sau: Trục U(là trục // với trục X), V(là trục // với trục Y) và trục W(là trục // với trục Z). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - 18 - http://www.lrc-tnu.edu.vn Các trục song song khác so với trục toạ độ chính sẽ nhận các ký hiệu tiếp theo là P, Q, R. Hình 1.2 mô tả các trục chính, các trục phụ và các trục quay trên máy phay CNC Hình 1.2 Các trục toạ độ trên máy CNC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - 19 - http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.3. KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CNC 1.3.1. Khái niệm hệ điều khiển số Là hệ thống điều khiển đặc trƣng bởi các đại lƣợng đầu vào là những tín hiệu số nhị phân, chúng đƣợc đƣa vào hệ điều khiển dƣới dạng một chƣơng trình điều khiển có hệ thống.Trong hệ điều khiển số ứng dụng cho điều khiển máy công cụ,các đại lƣợng đầu vào là những thông tin,dữ liệu hay số liệu nạp vào. 1.3.2. Các dạng điều khiển số Khi gia công các chi tiết khác nhau thì các bề mặt tạo hình khác nhau đòi hỏi sự chuyển động khác nhau giữa dao và chi tiết. Qũy đạo của các chuyển động này đƣợc xác định chính xác thông qua các chỉ dẫn điều khiển. Tuỳ dạng chuyển động của điểm đầu, điểm cuối và quãng đƣờng dịch chuyển mà ta có các dạng điều khiển khác nhau. Các dạng điều khiển đó đƣợc phân ra thành: điều khiển điểm, điều khiển đoạn hay đƣờng thẳng và điểu khiển biên dạng phi tuyến 1.3.3. Hệ điều khiển CNC( Computer Numerical Control) 1.3.3.1. Phân biệt hệ điều khiển NC và CNC - Điều khiển NC (Numberical Control) Đặc tính của hệ điều khiển này là “chƣơng trình hoá các mối quan liên hệ” trong đó mỗi mảng linh kiện điện tử riêng lẻ đƣợc xác định một nhiệm vụ nhất định, liên hệ giữa chúng phải thông qua dây nối hàn cứng trên các mạch logic điều khiển. Chức năng điều khiển đƣợc xác định chủ yếu bởi phần cứng. - Điều khiển CNC(Computerized Numerical Control) Điều khiển CNC là một hệ điều khiển có thể lập trình và ghi nhớ. Nó bao gồm một máy tính cấu thành từ các bộ vi xử lý (microprocessor) kèm theo các bộ nhớ ngoại vi Đa số các chức năng điều khiển đều đƣợc giải quyết thông qua phần mềm nghĩa là các chƣơng trình làm việc có thể đƣợc thiết lập trƣớc. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - 20 - http://www.lrc-tnu.edu.vn