Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chi phí điện năng riêng và chất lượng bề mặt gia công trên máy phay CNC FNC - 125

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:147

Thêm vào BST

Báo xấu

38
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm xây dựng được các mô hình toán học mô tả mối quan hệ giữa các thông số công nghệ với chi phí điện năng riêng và độ nhám bề mặt làm cơ sở cho việc lựa chọn chế độ cắt hợp lý khi gia công trên máy phay CNC FNC 125. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chi phí điện năng riêng và chất lượng bề mặt gia công trên máy phay CNC FNC - 125

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP LÊ QUỐC MINH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHI PHÍ ĐIỆN NĂNG RIÊNG VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC FNC - 125 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CƠ KHÍ HÀ NỘI, 2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP LÊ QUỐC MINH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHI PHÍ ĐIỆN NĂNG RIÊNG VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC FNC - 125 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mã số: 60.52.01.03 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. LÊ VĂN THÁI HÀ NỘI, 2016
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chƣa công bố dƣới bất kỳ hình thức nào trƣớc đây. Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá đƣợc chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo. Ngoài ra, trong luận văn còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng nhƣ số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc. Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn của mình. Hà Nội, ngày...... tháng....... năm 2016 Tác giả luận văn LÊ QUỐC MINH
ii LỜI CẢM ƠN Qua quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, em xin kính gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến: Thầy PGS.TS. Lê Văn Thái - Thầy hƣớng dẫn thực hiện luận văn đã tận tình chỉ dạy, tạo điều kiện và động viên em trong suốt quá trình thực hiện. Quý thầy cô tham gia trong công tác giảng dạy và hƣớng dẫn em cũng nhƣ lớp cao học kỹ thuật cơ khí K22B - Đại học Lâm Nghiệp. Quý thầy, cô giảng dạy tại khoa Cơ điện - Công trình, phòng Đào tạo Sau Đại học - Trƣờng Đại học Lâm Nghiệp đã giúp đỡ ngƣời thực hiện trong thời gian học tập và nghiên cứu tại trƣờng. Kính chúc Quý thầy, cô dồi dào sức khỏe. Hà Nội, ngày...... tháng....... năm 2016 Tác giả luận văn LÊ QUỐC MINH
iii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii MỤC LỤC ........................................................................................................ iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................ vii DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................. ix DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................ xi MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu ........................................................ 1 2. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài ..................................... 2 Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU................................. 3 1.1. Tổng quan về công nghệ CNC ............................................................... 3 1.1.1. Giới thiệu chung về công nghệ CNC............................................... 3 1.1.2. Máy công cụ điều khiển số ............................................................. 5 1.1.2.1. Các hệ thống dữ liệu cần nạp cho máy công cụ điều khiển số 5 1.1.2.2. Chuyển động của các trục và khái niệm về hệ tọa độ............... 6 1.1.3. Khái quát về hệ thống điều khiển CNC ......................................... 10 1.1.3.1. Khái niệm hệ điều khiển số..................................................... 10 1.1.3.2. Các dạng điều khiển số ........................................................... 10 1.1.3.3. Hệ điều khiển CNC ................................................................. 10 1.1.3.4. Một số hệ điều hành ................................................................ 12 1.1.4. Các chỉ tiêu gia công của máy CNC .............................................. 12 1.1.4.1. Thông số hình học................................................................... 12 1.1.4.2. Thông số gia công ................................................................... 12 1.1.4.3. Độ chính xác của máy CNC ................................................... 14
iv 1.2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy phay CNC ............................... 15 1.2.1. Trên thế giới................................................................................... 15 1.2.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy phay kim loại ở trong nƣớc...... 22 1.3. Tổng quan về gia công cắt gọt bằng phay ............................................ 27 1.4. Kết luận chƣơng 1 ................................................................................ 31 Chƣơng 2. MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................................. 33 2.1. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................. 33 2.2. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu ............................................................ 33 2.2.1. Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài.................................................... 33 2.2.2. Phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 36 2.3. Nội dung nghiên cứu ............................................................................ 37 2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................................... 37 2.4.1. Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết ................................................ 37 2.4.2. Phƣơng pháp kế thừa ..................................................................... 37 2.4.3. Phƣơng pháp qui hoạch thực nghiệm ............................................ 37 2.4.4. Phƣơng pháp giải bài toán tối ƣu đa mục tiêu ............................... 41 Chƣơng 3. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN DỀ NGHIÊN CỨU ..................... 43 3.1. Động học và động lực học quá trình cắt gọt trên máy phay ................ 43 3.1.1. Động học của quá trình cắt ............................................................ 43 3.1.1.1. Chế độ cắt khi phay................................................................. 43 3.1.1.2. Thông số hình học lớp cắt khi phay ........................................ 45 3.1.2. Động lực học của quá trình cắt ...................................................... 51 3.1.2.1. Lực cắt khi phay...................................................................... 51 3.1.2.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến lực cắt khi phay ............................ 52 3.2. Chi phí điện năng riêng và các yếu tố ảnh hƣởng ................................ 62 3.2.1. Chi phí điện năng riêng ................................................................. 62
v 3.3.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến chi phí điện năng riêng ....................... 63 3.3. Độ nhám bề mặt chi tiết máy................................................................ 64 3.3.1. Khái niệm....................................................................................... 64 3.3.2. Ảnh hƣởng của độ nhám bề mặt. ................................................... 65 3.3.3. Các chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt ........................................... 67 3.3.4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến độ nhám bề mặt .................................. 70 3.4. Tối ƣu hóa quá trình cắt gọt ................................................................. 73 3.4.1. Các phƣơng pháp tối ƣu hóa quá trình gia công cắt gọt ................ 74 3.4.1.1. Tối ƣu hóa tĩnh ........................................................................ 74 3.4.1.2. Tối ƣu hóa động ...................................................................... 75 3.5. Kết luận chƣơng 3 ................................................................................ 76 Chƣơng 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM................................................. 78 4.1. Mục tiêu thực nghiệm và các tham số điều khiển ................................ 78 4.1.1. Mục tiêu thực nghiệm .................................................................... 78 4.1.2. Các tham số điều khiển và khoảng giới hạn của chúng ................ 78 4.2. Thiết bị đo và phƣơng pháp đo............................................................. 78 4.2.1. Thiết bị đo ...................................................................................... 78 4.2. Phƣơng pháp đo .................................................................................... 80 4.3. Kết quả thí nghiệm thăm dò ................................................................. 83 4.3.1. Xét đại lƣợng nghiên cứu là độ nhám bề mặt Ra. ........................ 83 4.3.2. Xét đại lƣợng nghiên cứu là chi phí điện năng riêng Nr. ............. 85 4.4. Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố .......................................................... 86 4.4.1. Ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt và chi phí điện năng riêng ................................................................................................ 86 4.4.2. Ảnh hƣởng của lƣợng chạy dao đến độ nhám bề mặt và chi phí điện năng riêng ........................................................................................ 90
vi 4.4.3. Ảnh hƣởng của chiều sâu cắt tới độ nhám bề mặt và chi phí điện năng riêng ................................................................................................ 94 4.5. Kết quả thực nghiệm đa yếu tố ............................................................. 99 4.5.1. Vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của các yếu tố ảnh hƣởng ... 99 4.5.2. Thành lập ma trận thí nghiệm ..................................................... 100 4.5.3. Tiến hành thí nghiệm theo ma trận Harley với số lần lặp lại của mỗi thí nghiệm m = 3............................................................................ 101 4.5.4. Xác định mô hình toán của hàm độ nhám bề mặt Ra ................. 101 4.5.5. Xác định mô hình toán của hàm chi phí điện năng riêng ........... 103 4.5.6. Chuyển phƣơng trình hồi quy của các hàm mục tiêu về dạng thực ... 104 4.6. Xác định các thông số công nghệ tối ƣu ............................................ 105 4.6.1. Lựa chọn phƣơng pháp giải bài toán tối ƣu đa mục tiêu ............. 105 4.6.2. Xác định giá trị tối ƣu của các thông số V, S và t ...................... 105 4.7. Thực nghiệm gia công chi tiết với các thông số tối ƣu ...................... 108 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ....................................................................... 109 1. Kết luận.................................................................................................. 109 2. Khuyến nghị .......................................................................................... 110 TÀI LIÊU THAM KHẢO PHỤ LỤC
vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên Đơn vị Nr Chi phí điện năng riêng Wh/cm3 Nđ Công suất chi phí của động cơ kW Tcv Thời gian làm việc để thực hiện đƣợc khối lƣợng công việc giây Nc Công suất của máy kW m Hiệu suất của máy Kt Hệ số quá tải cho phép Pz Lực tiếp tuyến N Py Lực hƣớng kính N Px Lực chạy dao N Vz Tốc độ cắt vòng/ph Vx Tốc độ chạy dao m/ph Cp Hệ số phụ thuộc tính chất của vật liệu gia công Cv Hệ số phụ thuộc vào vật liệu gia công Ra Sai lệch trung bình số học của profin (độ nhám bề mặt gia công) m Rz Chiều cao nhấp nhô trung bình của profin Vc Vận tốc cắt vg/ph fz Lƣợng ăn dao mm/ph t Chiều sâu cắt mm hz Mức độ mòn mặt sau của dao cắt  Góc nghiêng chính Độ 1 Góc nghiêng phụ Độ  Góc mũi dao Độ  Góc trƣớc Độ  Góc sau chính Độ  Góc cắt Độ  Góc sắc Độ
viii c Số lƣợng nhóm K Khoảng chia nhóm a Số tổ đƣợc chia n Số lần thí nghiệm xmax, min Trị số thu nhập lớn nhất, bé nhất của đại lƣợng nghiên cứu St Sai tiêu chuẩn S% Hệ số biến động R Phạm vi biến động Sk Độ lệch Ex Độ nhọn L Số tổ hợp m Số lần lặp % Sai số tƣơng đối Ῡ Giá trị trung bình của đại lƣợng nghiện cứu Gtt Tính đồng nhất theo tiêu chuẩn Kohren S2max Phƣơng sai lớn nhất trong N thí nghiệm F Giá trị tính toán theo tiêu chuẩn Fisher N Tổng số thí nghiệm e Khoảng biến thiên R Hệ số đơn định T Giá trị chuẩn Student
ix DANH MỤC CÁC BẢNG STT Tên bảng Trang 2.1. Thông số kỹ thuật của máy phay CNC FNC - 125 34 2.2. Thành phần hóa học của thép C45 35 3.1. Xác định hệ số cv 55 3.2. Các giá trị thông số độ nhám bề mặt (TCVN 2511 - 78) 69 3.3. Các giá trị tiêu chuẩn của Ra và RZ 70 4.1. Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm của Ra 84 4.2. Các đặc trƣng của phân bố thực nghiệm 84 4.3. Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm của Nr. 85 4.4. Các đặc trƣng của phân bố thực nghiệm 85 Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hƣởng của vận tốc cắt tới độ 4.5. 87 nhám bề mặt Ra và chi phí điện năng riêng Nr. Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm độ nhám bề mặt khi vận 4.6. 87 tốc cắt thay đổi. Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm độ chi phí điện năng 4.7. 89 riêng khi vận tốc cắt thay đổi Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hƣởng của lƣợng chạy dao 4.8. 90 đến độ nhám bề mặt Ra và chi phí điện năng riêng. Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm độ nhám bề mặt khi 4.9. 91 lƣợng chạy dao thay đổi Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí điện năng riêng 4.10. 93 khi lƣợng chạy dao thay đổi Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hƣởng của chiều sâu cắt tới độ 4.11. 94 nhám bề mặt Ra và chi phí điện năng riêng Nr Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm độ nhám bề mặt khi 4.12. 95 chiều sâu cắt thay đổi Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí điện năng riêng 4.13. 97 khi chiều sâu cắt thay đổi
x 4.14. Mã hoá của các thông số đầu vào 100 4.15. Ma trận thí nghiệm Hartley 100 4.16. Tổng hợp các giá trị xử lý đƣợc của hàm độ nhám bề mặt Ra 101 Tổng hợp các giá trị xử lý đƣợc của hàm chi phí điện năng 4.17. 103 riêng Nr 4.18. Kết quả thí nghiệm phay chi tiết theo chế độ tối ƣu 108
xi DANH MỤC CÁC HÌNH STT Tên hình Trang 1.1. Ký hiệu các trục tọa độ trên máy CNC 7 1.2. Các trục tọa độ trên máy CNC 9 1.3. Các dạng dao phay chủ yếu 29 1.4. Phay thuận 31 1.5. Phay nghịch 31 2.1. Máy phay CNC FNC - 125 33 2.2. Cấu tạo và thống số công nghệ dao phay dùng làm thí nghiệm 36 2.3. Khuôn đúc Roto 117 36 2.4. Tấm đế trên và chi tiết gia công 36 3.2. Thông số lớp cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu 44 3.3. Thông số lớp cắt khi phay (phay bằng dao trụ) 45 3.4. Phay đối xứng 46 3.5. Phay không đối xứng 46 3.6. Chiều dày cắt khi phay bằng dao phay trụ 47 3.7. Chiều dày cắt a, chiều rộng cắt b khi phay mặt đầu 49 3.8. Các thành phần lực cắt khi phay 51 3.9. Ảnh hƣởng của vật liệu dao tới lực cắt 56 Lực cắt PZ phụ thuộc vào tốc độ cắt v và góc trƣớc γ khi gia công 3.10. 57 thép 40X với chiếu dày cắt a = 0,2 mm và bề rộng cắt b = 4mm. 3.11. Lực cắt PZ phụ thuộc vào v khi gia công gang 58 3.12. Chiều dài đoạn tiếp xúc của dao và chi tiết theo mặt sau 58 3.13. Ảnh hƣởng của góc nghiêng λ đến các lực cắt PZ, PY, PX 60 3. 14. Ảnh hƣởng của vật liệu dao đến lực cắt 61 3.15. Các loại nhấp nhô trên bề mặt chi tiết 65 3.16. Ảnh hƣởng đến tính chống mòn 65 3.17. Ảnh hƣởng đến độ bền mỏi của chi tiết 66 3.18. Ảnh hƣởng đến tính chống ăn mòn 66
xii 3.19. Ảnh hƣởng đến tính chống ăn mòn 67 3.20. Prôphin bề mặt 68 3.21. Prôphin bề mặt 68 3.22. Kí hiệu độ bóng theo Ra và Rz 69 Ảnh hƣởng của tốc độ cắt đến độ nhám bề mặt khi gia công 3.23. 71 Thép. 3.24. Ảnh hƣởng của lƣợng chạy dao S tới chiều cao nhấp nhô tế vi Rz. 72 3.25. Sơ đồ áp dụng tối ƣu hóa quá trình cắt gọt trong sản xuất. 73 4.1. Thiết bị đo Fluke nối máy tính 79 4.2. Máy đo nhám TR 200 79 4.3. Thiết kế chi tiết và lập chƣơng trình trên máy tính 80 4.4. Cài đặt chế độ cắt 80 4.5. Chạy mô phỏng chƣơng trình phay chi tiết 81 4.6. Xuất code sang CIMCO 81 4.7. Gá đặt chi tiết và lắp dao cắt 82 4.8. Set tâm phôi 82 4.9. Đo chi phí điện năng riêng 83 4.10. Đồ thị ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt 88 4.11. Ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến chi phí điện năng riêng 90 4.12. Đồ thị ảnh hƣởng của lƣợng chạy dao S đến độ nhám bề mặt Ra 92 4.13. Đồ thị ảnh hƣởng của lƣợng chay dao tới Nr 94 4.14. Đồ thị ảnh hƣởng của chiều sâu cắt t cắt đến độ nhám bề mặt Ra 96 Đồ thị ảnh hƣởng của chiều sâu cắt t đến chi phí điện năng 4.15. 98 riêng Nr
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu Trong giai đoạn đất nƣớc đang trên con đƣờng đổi mới, để thực hiện đƣợc mục tiêu “Công nghiệp hoá, hiện đại hoá Đất nƣớc”, đƣa nƣớc ta trở thành nƣớc công nghiệp vào năm 2020 thì việc phát triển khoa học công nghệ nói chung và khoa học công nghệ trong cơ khí nói riêng càng trở nên quan trọng và cấp thiết hơn bao giờ hết. Trong những năm gần đây, sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật đã thúc đẩy các ngành công nghiệp sản xuất tự động phát triển theo. Trong lĩnh vực cơ khí chế tạo, sự ra đời của máy công cụ điều khiển bằng chƣơng trình số với sự trợ giúp của máy tính, gọi tắt là máy CNC (Computer Numerical Control), đã đƣa ngành cơ khí chế tạo sang một thời kỳ mới, thời kỳ sản xuất hiện đại. Sử dụng máy điều khiển số CNC cho phép giảm khối lƣợng gia công chi tiết, nâng cao độ chính xác gia công, mở rộng phạm vi công nghệ nhƣ có thể gia công đƣợc các bề mặt phức tạp. Tuy nhiên, còn có những khó khăn về hiệu quả kinh tế khi sử dụng các máy và thiết bị này bởi vì các nguyên nhân sau: - Việc chuyển giao công nghệ chƣa đầy đủ. - Đầu tƣ thiếu đồng bộ, nhập nhiều chủng loại và thế hệ máy khác nhau. - Chƣa chủ động đƣợc về bảo dƣỡng, bảo trì máy. - Sử dụng chế độ công nghệ chƣa hợp lý. - Do đó hiệu quả khai thác, sử dụng máy còn hạn chế. Với tinh thần đó, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chi phí điện năng riêng và chất lượng bề mặt gia công trên máy phay CNC FNC - 125” là cần thiết, góp phần vào việc nâng cao hiệu quả khai thác, sử dụng máy phay CNC trong đào tạo và gia công cơ khí.
2 2. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài  Ý nghĩa khoa học Bằng phƣơng pháp nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm, luận văn xây dựng đƣợc các mô hình toán học mô tả mối quan hệ giữa các thông số công nghệ với chi phí điện năng riêng và độ nhám bề mặt làm cơ sở cho việc lựa chọn chế độ cắt hợp lý khi gia công trên máy phay CNC FNC 125.  Ý nghĩa thực tiễn - Làm cơ sở cho việc nghiên cứu các khía cạnh khác của quá trình cắt. - Giúp cho việc lựa chọn các thông số công nghệ tối ƣu khi lập trình gia công trên máy phay CNC, góp phần nâng cao năng suất và hạ giá thành sản phẩm.
3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về công nghệ CNC 1.1.1. Giới thiệu chung về công nghệ CNC 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
4 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. 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.
5 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 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. 1.1.2. Máy công cụ điều khiển số 1.1.2.1. 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: - 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 ). - 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 trơn nguội…).
6 1.1.2.2. Chuyển động của các trục và khái niệm về hệ tọa độ a) 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 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 chƣơng trình, của phôi hay của chi tiết. Thuật ngữ tiếng Anh tƣơng ứng là program zero (hay program origin), work zero, part zero. b) 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: