máy nc thế hệ đầu s h i u khi n máy...

Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP.HCM approved by : Dr HN Hoàng Trung tâm công nghệ cao written by : HDS Toàn

1

CNC TURNING BASIS

Chương 1: Giới thiệu về máy CNC 1. Giới thiệu Năm 1949, John Parson bắt đầu nghiên cứu máy phay NC 3 trục tại phòng thí

nghiệm cơ điện tử của học viện công nghệ Masachusette Năm 1954, máy NC được ứng dụng vào sản xuất. Tuy nhiên, thế hệ máy NC đầu sử

dụng các cáp logic trong hệ thống. Phương pháp điều khiển theo điểm và đường thẳng. Việc điều khiển mang tính cứng. Không có quan hệ hàm số giữa chuyển động và tọa độ. Do đó chỉ gia công được các chi tiết đơn giản.

Với sự phát triển của ngành khoa học máy tính, người ta đã tích hợp bộ điều khiển máy NC bằng một máy tính (computer), và một thế hệ máy mới ra đời lấy tên là máy điều khiển chương trình số CNC. Việc điều khiển trở nên mềm hóa. Phương pháp điều khiển theo đường biên được thực hiện bằng bộ nội suy. Có quan hệ hàm số giữa chuyển động và tọa độ. Chương trình được soạn thảo tỉ mỉ hơn và có thể gia công được các chi tiết phức tạp.

Máy NC thế hệ đầu Sơ đồ hệ điều khiển máy CNC


2

2. Các hệ thống điều khiển trên máy CNC

2.1 Hệ điều khiển hở Sử dụng động cơ bước để tạo ra vị trí. Động cơ bước quay một bước khi

nhận được một xung từ bộ điều khiển MCU. Việc điều khiển đơn giản. Không có hồi tiếp vị trí đạt được thực tế về bộ điều khiển. Độ chính xác phụ thuộc vào số bước của động cơ và vitme đai ốc bi.

Máy tiện 3 trục Concept TURN 250


3

2.2 Hệ điều khiển kín Sử dụng động cơ AC, DC hoặc Servo thủy lực để tạo ra chuyển động. Tốc

độ động cơ thay đổi và được điều khiển bằng dòng điện hay dòng dầu thủy lực. Vị trí thực tế của bàn máy được hồi tiếp về bộ điều khiển MCU thông qua Resolver hay Encoder.

3. Các ưu điểm của máy CNC Máy CNC sử dụng bộ nội suy bằng phần mềm, tạo ra các đường chạy dao linh hoạt

và chính xác hơn. Chương trình được mã hóa bằng các file, chứa các câu lệnh điều khiển máy. Người

sử dụng dễ dàng viết và chỉnh sửa các chương trình dạng mã G-code. Điều này giúp tiết kiệm thời gian chuẩn bị sản xuất và dễ dàng thay đổi các chủng loại chi tiết.

Chương trình có thể được sửa ngay trên máy. Khả năng lưu trữ các file chương trình trên máy được tăng lên rất nhiều. Hệ thống điều khiển có thể được nâng cấp nếu cần. Các máy CNC hiện đại hỗ trợ lập trình giao diện đồ họa và mô phỏng được chương

trình gia công. Hiện tại các nhà khoa học đang nghiên cứu một thế hệ CNC mới có khả năng tự lập

trình từ dữ liệu hình học của chi tiết. Ngày nay, các máy CNC sử dụng các mã lập trình G-code như một ngôn ngữ

tiêu chuẩn trên thế giới. Tất cả các phần mềm hỗ trợ gia công đều xuất ra file mã G-code để máy hiểu. Do đó người lập trình gia công CNC trước tiên cần phải có kiến thức cơ bản về các mã lập trình. Từ đó mới có thể sử dụng các phần mềm máy tính hỗ trợ để lập trình gia công các chi tiết phức tạp.


4

4. Trục trên máy tiện CNC


5

Chương 2: Chuẩn trên máy CNC

a. Chuẩn máy M = Machine zero point

Do nhà sản xuất quy định. Là gốc tọa độ của máy để từ đó tính tọa độ của dao. Chuẩn máy là gốc tọa độ để biết được phôi nằm ở đâu, dao nằm ở đâu trong

không gian làm việc của máy. b. Chuẩn tham khảo R = Reference point

Do nhà sản xuất quy định. Là điểm khi ta cho máy về HOME. Được xác định chính xác bằng các công tắc hành trình (limit switches). Thường là điểm nằm xa chuẩn máy nhất. Cần phải được set khi có sự cố về điện hoặc lỗi.

c. Chuẩn dao N = Tool mount reference point Do nhà sản xuất quy định. Là điểm mà từ đó máy hiện tọa độ trên màn hình. Chuẩn dao là để đo dao trước khi gia công. Và để biết được dao nằm ở đâu

trong không gian làm việc. Các offset dao sẽ được so với chuẩn dao

d. Chuẩn phôi W = workpiece zero point Chuẩn phôi do người lập trình quy định. Là gốc tọa độ để người lập trình thiết kế chi tiết cần gia công.


6

Thực tế, để gia công chi tiết ta chỉ cần quan tâm đến chuẩn máy, chuẩn dao và chuẩn lập trình.

Chương 3: Các lệnh cơ bản của máy tiện CNC

1. Tổng quan Tất cả các hoạt động đều được điều khiển bằng các lệnh trên máy. Một lệnh bao gồm tập hợp ký tự (một địa chỉ và các con số). Nó cung cấp cho máy

CNC một thông tin đầy đủ để thực hiện một chức năng. Một khối lệnh là một hoặc một nhóm lệnh thực hiện cùng lúc được viết cùng một

hàng trong chương trình. Nó có thể chứa một hoặc nhiều chức năng. Một chức năng có thể có một hoặc nhiều lệnh. Khối lệnh được kết thúc bằng ký hiệu EOB (end of block) ( hệ Fanuc là dấu chấm phẩy “;” còn hệ Sinumerik là LF ).

Cấu trúc một khối lệnh:

N.. G.. X.. Y.. Z.. F.. S.. T.. M.. ;

Trong đó, N.. là số thứ tự khối lệnh. Không nhất thiết phải có trong chương trình. VD: N5 G54 G17 G80 G49 G40; 2. Nhóm lệnh

Các nhóm lệnh bao gồm: - Lệnh di chuyển dao: G00, G01, G02, G03 - Lệnh về tọa độ: G90, G91 - Lệnh về đơn vị: G70, G71 - Lệnh về mặt phẳng gia công: G17, G18, G19 - Lệnh về các hệ tọa độ làm việc (work offset): G54, G55 … G59 - Lệnh về tốc độ chạy dao: F.., G94, G95, G96 - Lệnh về tốc độ trục chính: S.., G97, M3, M4, M5


7

- Lệnh gọi chương trình con: M98, M99, MCALL, M17 - Lệnh kết thúc chương trình: M30 - Lệnh về HOME thông qua điểm trung gian: G28 G91 Z0, X0 a. Lệnh về chuẩn phôi và dao

a.1 Chuẩn phôi (Work offset) Khi vào đầu chương trình, trước tiên ta phải gọi work offset (chuẩn phôi mà

ta lập trình) để từ đó máy so các tọa độ trong chương trình với nó. Đối với máy hệ Fanuc ta sẽ nhập giá trị vào work shift (giá trị luôn âm). * Ghi chú :

Các work offset trong máy tiện chỉ khác nhau về gốc trục Z so với chuẩn máy. Còn gốc trục X thì luôn luôn nằm ở đường tâm của trục chính.

a.2 Dao (Tool) Sau khi gọi work offset ta phải gọi dao và offset của mũi dao đó so với

chuẩn dao. Với máy hệ Fanuc ta nhập Txxxx. Trong đó, 2 chỉ số đầu là số thứ tự dao,

hai chỉ số sau là số của tool offset. Vd: T0505

b. Lệnh về chế độ cắt • Tốc độ cắt ta có hai lựa chọn: m/min (mét/phút) hoặc rev/min (vòng/phút)

Chọn m/min G96 Chọn rev/min G97 VD: Muốn chọn vận tốc cắt 200 m/min ta gõ: G96 S200 Muốn chọn vận tốc cắt 1500 rev/min ta nhập: G97 S1500 Công thức giữa tốc độ cắt Vc và số vòng quay trục chính: Vc = π x D x n / 1000

• Tốc độ ăn dao (feedrate) ta cũng có 2 lựa chọn: mm/min hoặc mm/rev Chọn mm/min G94 (thường dùng cho phay) Chọn mm/rev G95 (thường dùng cho tiện) • Chiều quay trục chính: (nhìn từ sau trục chính ra trước) Quay theo chiều kim đồng hồ M3 Quay ngược chiều kim đồng hồ M4

Ghi chú: Vào đầu chương trình ta phải khai báo tốc độ trục chính, tốc độ ăn dao và chiều quay trục chính Vd1: G97 S1500 G95 F0.5 M3 Vd2: G96 S300 G95 F0.8 M4


8

c. Lệnh chạy dao nhanh không cắt và nội suy đường thẳng

• Để chạy dao nhanh không cắt ta dùng lệnh G0 CT: G0 X.. Z..

• Để chạy dao cắt theo đường thẳng ta dùng lệnh G1 CT: G1 X.. Z..

Bài tập 1: Gia công chi tiết theo bản vẽ Các bước công nghệ: - Vạt mặt đầu - Tiện trụ trơn * Hướng dẫn: Chọn gốc tọa độ là điểm giao giữa mặt đầu chi và đường tâm trục chính.


9

d. Lệnh chạy dao nội suy đường tròn

• Để chạy nội suy đường tròn theo chiều kim đồng hồ G3 CT: G3 X(U) Z(W) I.. K.. hoặc G3 X(U) Z(W) R..

• Để chạy nội suy đường tròn theo chiều kim đồng hồ G2 CT: G2 X(U) Z(W) I.. K.. hoặc G2 X(U) Z(W) R..

e. Phương thức lập trình tương đối

- Tuyệt đối :

G0 X40 Z56 - Tương đối :

G0 U-30 W-30.5 Khi gọi lệnh G91, tất cả các tọa độ sau đó đều theo tương đối

G91 G0 X-30 Z-30.5

Lệnh G91 sẽ bị hủy bỏ khi gọi G90, tất cả các tọa độ sau đó đều theo giá trị tuyệt đối Bài tập 2: Gia công chi tiết theo bản vẽ - Tiện trơn biên dạng cong của chi tiết


10

* Các bước công nghệ - Đặt chuẩn phôi là điểm giao giữa mặt đầu chi tiết và đường tâm trục chính. - Vạt mặt đầu.

Chương 4: Các lệnh chu trình gia công

1. Giới thiệu

Chu trình là một chương trình con được viết sẵn trên máy để tiện lợi cho người sử dụng. Chu trình sẽ giúp người lập trình dễ dàng gia công các biên dạng cần phải gia công với nhiều đường chạy dao mà không cần phải tính tọa độ từng đường chạy.

Người lập trình chỉ cần nhập các tham số cần thiết đặc trưng cho từng chu trình, máy sẽ tự động tính các đường chạy dao.

Các chu trình gồm có: - Chu trình tiện : bóc vỏ, cắt rãnh, cắt lõm, cắt ren - Chu trình khoan : khoan, tarô Mỗi hệ điều khiển khác nhau có cách gọi chu trình khác nhau: - Hệ Fanuc: G73, G76, G83, G84… - Hệ Sinumerik: CYCLE95, CYCLE97, CYCLE83, CYCLE84…

2. Các chu trình của hệ FANUC a. Lệnh chu trình tiện hệ FANUC

a.1 Chu trình bóc vỏ thô và tinh theo trục Z i. Chức năng

Tiện chi tiết từng lớp theo trục Z để được biên dạng mong muốn. Người lập trình chỉ cần nhập tọa độ của biên dạng, máy sẽ tự động cắt từng lớp để được biên dạng yêu cầu. ii. Cấu trúc chu trình

N.. G73 U1… R… N.. G73 P… Q… U2+/-… W+/-… F… S… T… Dòng lệnh đầu:

U1 chiều sâu một lớp cắt (tính theo bán kính), không có dấu R chiều cao lùi dao


11

Dòng lệnh sau: P dòng lệnh đầu tiên của biên dạng cần cắt Q dòng lệnh cuối cùng của biên dạng cần cắt U2 lượng dư theo trục X cho gia công tinh W lượng dư theo trục Z cho gia công tinh F, S, T tốc độ ăn dao, tốc độ cắt và dao

a.2 Chu trình tiện ren i. Chức năng

Tiện ren trên mặt trụ một hay nhiều mối ii. Cấu trúc chu trình

N.. G78 P1… Q1… R1… N.. G78 X(U)… Z(W)… R2… P2… Q2… F… Dòng lệnh đầu:

P1xxxxxx một số có 6 chỉ số Hai chỉ số đầu là số lần cắt tinh Hai chỉ số tiếp theo là giá trị chamfer PF Hai chỉ số cuối là góc đỉnh ren với giá trị cho phép: 29; 30; 56; 60; 80 Q1 Chiều sâu cắt tối thiểu (µm) tính tương đối R1 Lượng dư gia công tinh (mm) tính tương đối

Dòng lệnh thứ hai: X(U), Z(W) Giá trị tọa độ của điểm K R2 (mm) Giá trị côn (tương đối) có dấu (R2=0 là ren trên mặt trụ) P2 (µm) Chiều sâu răng (luôn dương) Q2 (µm) Chiều sâu lớp cắt đầu tiên F (mm) Giá trị bước ren

Ghi chú: Trên hình vẽ là giá trị côn với R âm


12

Bài tập chu trình tiện Gia công chi tiết với kích thước như hình sau (phôi Ø30 x 65 mm) Chương trình

a.3 Chu trình cắt rãnh

i. Chức năng Tiện rãnh trên nằm dọc theo trục Z.

ii. Cấu trúc chu trình G77 R1 G77 X.. W.. P.. Q.. R2.. F.. * Giải thích: A điểm đầu rãnh K điểm cuối rãnh R1 (mm) Khoảng lùi dao để thoát phoi X,W tọa độ điểm K ở đáy rãnh P (µm) Chiều sâu mỗi lần cắt theo trục X Q (µm) Khoảng dịch dao theo trục Z (luôn nhỏ hơn bề rộng dao) R2 khoảng dịch dao về sau mỗi lần cắt F tốc độ ăn dao


13

b. Lệnh chu trình khoan hệ FANUC b1. Chu trình khoan lỗ

Cấu trúc chu trình N.. G98(G99) G83 X0 Z(W)… (R…) Q… P… F… M… G98(G99) Trở về mặt phẳng ban đầu hoặc mặt phẳng lùi dao

Z(W)… Chiều sâu cắt R(mm) Giá trị tương đối của mặt

phẳng lùi dao so với điểm bắt đầu theo phương Z (có dấu)

Q(µm) Chiều sâu mỗi lớp cắt P(ms) thời gian dừng ở đáy lỗ F tốc độ ăn dao M chiều quay trục chính Ghi chú:

• Nếu G99 được lập trình, phải định nghĩa giá trị R. Với G98 có thể bỏ giá trị R.

• Nếu Q không được định nghĩa, chu trình sẽ khoan 1 lần tới đáy lỗ. b2. Chu trình tarô

Cấu trúc chu trình N.. G98(G99) G84 X0 Z(W)…

(R…) F… M… F Bước ren

b.3 Bài tập chu trình khoan

Gia công chi tiết theo hình vẽ sau: (phôi Ø30 x 50 mm)


14

Chương 5: Các lệnh lập trình trên trục C và driven tool

1. Giới thiệu trục C Trục C là trục quay quanh trục Z với mọi góc độ và chiều. Trục C kết hợp với

driven tool và trục X, Z để gia công phay các biên dạng phức tạp như: lục giác, rãnh trên mặt trụ. 2. Các lệnh lập trình di chuyển trên trục C

a. Lệnh khởi động và di chuyển trục Lệnh khởi động trục : M52 Lệnh tắt trục: M53 Vd: M52 G0 C0 G0 C120 M53 M30

b. Lệnh khởi động driven tool Quay theo chiều kim đồng hồ: M13 Quay ngược chiều kim đồng hồ: M14 Tắt driven tool: M15

3. Các lệnh lập trình gia công trên trục C a. Lệnh gia công với dao hướng trục a.1 Lệnh khoan lỗ

Cấu trúc: N.. G83 Z.. Q.. F..

Q (µm) chiều sâu một lớp cắt F tốc độ ăn dao

a.2 Lệnh tarô Cấu trúc:

N.. G84 Z.. F.. M.. F bước ren M3 hoặc M4


15

a.3 Bài tập khoan lỗ và tarô với dao hướng trục b. Lệnh gia công với dao hướng tâm b.1 Lệnh khoan lỗ

Cấu trúc: N.. G77 R1 N.. G77 X-4 P.. F.. R1 Khoảng cách lùi dao (ở đây là 1mm) X-4 Chiều sâu cắt (ở đây là 4mm) P (µm) Chiều sâu một lớp cắt F Tốc độ ăn dao

b.2 Lệnh tarô Cấu trúc: N.. G33 X2 F.. M13 N.. G33 X24 F.. M14 X2 (mm) Chiều sâu ren (tuyệt đối) X24 (mm) Điểm bắt đầu F bước ren M13 khoan xuống M14 rút lui


16

b.3 Bài tập khoan lỗ và tarô với dao hướng tâm

4. Lệnh nội suy hai trục C và X a. Gia công vơi dao hướng trục

Cấu trúc: N.. G12.1 (start) N.. G13.1 (stop)

G12.1 bắt đầu nội suy G13.1 Kết thúc nội suy


17

Bài tập

Gia công hexagon có chiều rộng 17mm

Tính tọa độ các điểm ta có bảng dưới đây Chương trình:

b. Lệnh gia công với dao hướng tâm Cấu trúc: N.. G7.1 C… N.. G7.1 C0 C… nhập bán kính nội suy


18

Bài tập Gia công chi tiết sau, có Ø38.2

máy nc thế hệ đầu s h i u khi n máy...

Documents