ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa
Tập bài giảng
Môn học
Máy Công Cụ
Điều Khiển Chương Trình Số
Biên soạn theo đề cương môn học
chuyên ngành cơ khí ĐHBK ĐN
Người biên soạn : Bùi trương Vỹ
Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa
Đại học Đà nẵng.
Đà Nẵng - Năm 2007
2
MỤC LỤC
Phần mở đầu 3
Chương 1 Điều Khiển Số ( ĐKS ) và hệ thống ĐKS Máy Công Cụ
1.1. Các khái niệm 8
1.2. Hệ thống ĐKS Máy công cụ 9
1.2.1. Các đặc điểm tạo hình bề mặt trên các máy công cụ ĐKS 9
1.2.2. Hệ thống dữ liệu ĐKS 13
1.2.3. Hệ thống đo vị trí trên máy công cụ ĐKS 17
1.2.4. Các nguồn động lực dùng cho máy công cụ ĐKS 22
Chương 2 Lập trình các máy công cụ ĐKS
2.1. Mở đầu về điều khiển các máy công cụ ĐKS 29
2.2. Lập trình gia công trên máy công cụ ĐKS 33
2.2.1. Cấu trúc chương trình 33
2.2.2. Lập trình nâng cao 46
Chương 3 Máy công cụ ĐKS- Phân tích động học và kết cấu
3.1. Cấu trúc tổng thể các máy công cụ ĐKS 54
3.2. Phân tích đặc điểm động học Máy 54
3.3. Phân tích đặc điểm kết cấu 58
3.4. Các máy 4 và 5 trục - Các trung tâm gia công ĐKS 76
Chương 4 Chế tạo được hỗ trợ bằng máy tính
4.1. Ngôn ngữ APT 80
4.2. Các hệ thống liên kết CAD/CAM/CNC 87
4.3. Chế tạo liên kết qua máy tính- CIM 91
Chương 5 Truyền dữ liệu đến các Máy công cụ ĐKS 94
Tài liệu tham khảo 102
Chương 6 Phụ chương: Bảng phụ lục- Bài tập thực hành 1 và 2- Phụ lục I & II
Bảng phụ lục mã máy G & M (Máy PC Mill 155) 103
Bài tập thực hành 1- Bài tập thực hành 2 106
Phụ lục I & II : Bảng tra chế độ cắt & Hướng dẫn sử dụng Máy 118
3
Phần mở đầu
NC,CNC
CNC viết tắt của các từ Computer Numerical Control, xuất hiện vào khoảng đầu thập
niên 1970 khi máy tính bắt đầu được dùng ở các hệ điều khiển máy công cụ thay cho
NC, Numerical Control (Điều Khiển Số). Trước khoảng thời gian nầy, các chương
trình NC thường phải được mã hoá và xử lý trên các băng đục lỗ, hệ điều khiển phải
có bộ đọc băng để giải mã cung cấp tín hiệu điều khiển các trục máy chuyển động.
Cách nầy đã cho thấy nhiều bất tiện, chẳng hạn khi sữa chữa, hiệu chỉnh chương trình,
băng chóng mòn, khó lưu trữ, truyền tải, dung lượng bé... Hệ điều khiển CNC khắc
phục các nhược điểm trên nhờ khả năng điều khiển máy bằng cách đọc hàng ngàn bít
thông tin được lưu trong bộ nhớ, cho phép giao tiếp, truyền tải và xử lý, điều khiển các
quá trình một cách nhanh chóng, chính xác.
Cho đến nay, các máy CNC đã có mặt ở hầu hết các ngành công nghiệp. Đây có thể
nói là một lĩnh vực mới có sự kết hợp chặc chẽ giữa máy tính và máy công cụ, điều
khiển các hoạt động gia công trên máy dựa vào việc khai thác các thành tựu kỹ thuật
số hiện đại, mở ra nhiều triển vọng phát triển sản xuất. Tuy mục đích và phạm vi ứng
dụng của từng loại máy công cụ CNC có thể khác, các lợi ích mà các máy nầy mang
lại khá giống nhau.
Lợi ích đầu tiên là nâng cao mức độ tự động hóa. Sự tham gia của người trong quá
trình chế tạo được giảm bớt hay loại trừ. Nhiều máy CNC có thể hoạt động suốt cả chu
trình gia công không cần đến sự có mặt của người thợ, như vậy giúp làm giảm sự mệt
mỏi, ít lỗi sai sót gây ra do người. Thời gian máy cho mỗi sản phẩm hầu như xác định.
Máy hoạt động tự động theo chương trình nên không cần đến bậc thợ cao mỗi khi gia
công các chi tiết phức tạp trên máy truyền thống.
Lợi ích thứ 2 của công nghệ CNC là cung cấp sản phẩm bảo đảm, tin cậy. Một khi
chương trình đã qua kiểm tra được đưa vào sản xuất, hàng loạt các chi tiết cùng loại có
thể được tạo ra một cách chính xác và ổn định.
Một lợi ích nữa mà các máy CNC mang lại là tính linh hoạt. Gia công các chi tiết
khác nhau trên máy chỉ cần thay đổi chương trình. Cũng có thể lưu, sữa đổi và dùng
chương trình cho lần khác khi cần đến, làm dễ thay đổi mặt hàng. Ngoài ra, không
phải mất nhiều thời gian chuẩn bị gia công trên các máy CNC, do vậy rất phù hợp với
kỹ thuật sản xuất hiện đại.
4
Máy CNC và máy truyền thống
Các máy CNC thay thế cho các thao tác bằng tay của quá trình sản xuất trên các máy
truyền thống. Lấy 1 ví dụ đơn giản nhất: trường hợp khoan lỗ .
Một máy khoan thông thường, muốn khoan lỗ trước hết phải gá, kẹp chặc mũi khoan
vào đầu trục chính, sau đó lựa chọn (bằng tay) số vòng quay mong muốn cho trục
chính ( ví dụ đổi vị trí dây đai trên puly bậc) và bật trục chính. Để khoan lỗ, phải di
chuyển đầu khoan đến vị trí tâm lỗ chi tiết (chẳng hạn xoay tay gạt dịch chuyển đầu
khoan) trước khi thực hiện ăn dao. Nói một cách khác, muốn khoan lỗ cần đến nhiều
động tác can thiệp của người. Nếu số lượng lỗ tăng lên hoặc loạt chi tiết lớn, công việc
trở nên tẻ nhạt, mệt mỏi. Hơn thế nữa, nếu là công việc phức tạp, rõ ràng trên các máy
truyền thống không những đòi hỏi kỹ năng người thợ mà còn tiềm ẩn nhiều nguy cơ
mắc lỗi, dễ gây phế phẩm do phải lặp đi lặp lại một cách đơn điệu .
Trong khi đó một máy khoan CNC để khoan lỗ, các thao tác cần thiết đều có thể lập
trình được, ví dụ ở đây bao gồm: gá đặt mũi khoan vào đầu trục chính, bật trục chính,
đưa mũi khoan định vị tâm lỗ gia công, thực hiện khoan lỗ, và dừng trục chính.
Vài nét về hoạt động của CNC
Như đã đề cập, hầu hết các thao tác trên máy truyền thống đều lập trình được với các
máy CNC. Sau khi chuẩn bị, công việc còn lại khá đơn giản với người vận hành,
chẳng hạn đo đạc, kiểm tra và hiệu chỉnh máy bảo đảm chất lượng gia công. Các chức
năng có thể được lập trình trên các máy CNC:
Lập trình điều khiển chuyển động
Các kiểu máy CNC đều có 2 hay nhiều trục chuyển động theo lập trình. Một trục
chuyển động có thể là thẳng (dọc theo một đường thẳng) hay tròn ( xoay quanh 1 trục).
Một trong những đặc điểm kỹ thuật đầu tiên cho biết độ phức tạp của một máy CNC
chính là số trục chuyển động nó hiện có. Nói chung, càng nhiều trục, máy có độ phức
tạp càng cao, dụng cụ càng dễ tiếp cận với bề mặt gia công có hình dạng bất kỳ.
Số trục của một máy CNC dùng để cung cấp chuyển động chạy dao cần thiết trong
quá trình gia công. Ở ví dụ khoan lỗ, cần 3 trục: Định vị dụng cụ cắt ( mũi khoan) ở
tâm lỗ theo 2 trục và gia công lỗ (với trục thứ 3). Các trục được ký hiệu với các chữ
cái. X, Y, Z là 3 trục tịnh tiến và A, B, C là 3 trục quay.
Lập trình theo chức năng cho các trang bị, cơ cấu máy
Khả năng công nghệ của một máy CNC bị giới hạn nếu chỉ có thể dịch chuyển chi tiết
5
theo 2 hay nhiều trục, do vậy, cần phải lập trình được cho nhiều chức năng khác nữa.
Hầu hết các máy phay CNC chứa nhiều dụng cụ trong ổ trữ và khi cần, một dụng cụ
bất kỳ trong ổ trữ có thể được gá đặt một cách tự động vào trục chính. Điều khiển thay
đổi tốc độ trục chính (v/ph) cũng như đổi chiều quay dễ dàng. Bật, tắt trục chính cho
phép thực hiện qua lập trình. Nhiều nguyên công gia công cần đến dung dịch làm
nguội, và thao tác nầy phải được cấp, ngắt một cách tự động trong quá trình gia công.
Chương trình CNC
Một chương trình CNC là 1 tập hợp các chỉ dẫn gia công theo từng bước, được viết
dưới dạng câu chữ và hệ điều khiển thực hiện chương trình theo trình tự đó.
Một số các từ CNC (mã CNC) quy định các chức năng cần thiết của máy. Các mã
CNC bắt đầu với các địa chỉ theo chữ cái ( như F-tốc độ chạy dao, S-số vòng quay trục
chính, và X,Y & Z với chuyển động trục...). Khi được đặt cùng nhau theo thứ tự, nhóm
các mã CNC tạo thành lệnh.
Hệ điều khiển CNC
Hệ điều khiển CNC nhập và cắt nghĩa 1 chương trình CNC để thực hiện các lệnh theo
thứ tự đã được thiết lập. Khi đọc chương trình, hệ điều khiển kích hoạt thích hợp các
chức năng máy, tạo chuyển động trục và thực hiện theo các chỉ dẫn cho trước trong
chương trình. Các hệ điều khiển CNC hiện đại đều cho phép sữa đổi các chương trình
nếu tìm thấy lỗi, thực hiện các chức năng kiểm tra (như chạy mô phỏng) trước khi gia
công thật trên máy, ngoài ra còn cho phép tách 1 số dữ liệu quan trọng không cần đưa
vào chương trình, chẳng hạn các giá trị chiều dài, bán kính dụng cụ... Nói chung hệ
điều khiển CNC cho phép người sử dụng lập và kiểm tra chương trình gia công, cũng
như điều khiển máy một cách thuận tiện nhất.
Hệ thống CAM
Ở các ứng dụng đơn giản ( như ví dụ khoan lỗ), chương trình CNC có thể được lập
bằng tay. Với các ứng dụng phức tạp, nếu thường xuyên phải lập các chương trình
mới, viết chương trình bằng tay trở nên bất tiện. Để làm đơn giản quá trình lập trình,
cần đến một hệ thống hỗ trợ chế tạo qua máy tính (CAM). Đây là 1 chương trình phần
mềm chạy trên máy tính ( ví dụ máy tính cá nhân) giúp người lập trình thực hiện lựa
chọn, kiểm tra các phương án gia công trước khi chế tạo.
Các hệ thống CAM thường phối hợp với bản vẽ thiết kế từ hệ thống CAD, nhờ đó
loại trừ sự cần thiết phải chuẩn bị lại dữ liệu về kích thước và biên dạng hình học chi