Bài giảng CAD/CAM/CNC - Phạm Trường Tùng
1.1. Lịch sử phát triển của CAD/CAM
Nhờ sự phát triển của công nghệ máy tính, các nhà sản xuất muốn tự động quá
trình thiết kế và muốn sử dụng cơ sở dữ liệu này cho quá trình tự động sản xuất. Đây
là ý tưởng cho ngành khoa học CAD/CAM ra đời. CAD/CAM được hiểu là sử dụng
máy tính trong quá trình thiết kế và sản xuất hay theo thuật ngữ tiếng Anh là máy tính
trợ giúp thiết kế và sản xuất. Từ sự ra đời của CAD/CAM các lĩnh vực khác của việc
ứng dụng máy tính cũng đã phát triển theo như: CG, CAE, CAPP,. Tất cả những lĩnh
vực sinh ra đó đều liên quan tới những nét đặc trưng của quan niệm về CAD/CAM.
CAD/CAM là một lĩnh vực rộng lớn nó là trái tim của nền sản xuất tích hợp và tự
động .
Lịch sử phát triển của CAD/CAM gắn liền với sự phát triển của công nghệ máy
tính và kỹ thuật đồ hoạ tương tác (ICG). Cuối 1950 đầu 1960 CAD/CAM có những
bước phát triển đáng kể, khởi đầu có thể nói là tại Massachusetts Institute of
Technology (MIT) - Mỹ với ngôn ngữ lập trình cho máy tính APT (Automatically
Programmed Tools). Mục đích của APT là để lập trình cho máy điều khiển số, nó
được coi như là một bước đột phá cho tự động hoá quá trình sản xuất.
Những năm 1960 đến 1970 CAD tiếp tục phát triển mạnh, hệ thống turnkey CAD
được thương mại hoá, đây là một hệ thống hoàn chỉnh bao gồm phần cứng, phần mềm,
bảo trì và đào tạo, hệ thống này được thiết kế chạy trên mainframe và minicomputer.
Tuy nhiên khả năng xử lư thông tin, bộ nhớ và ICG của mainframe và minicomputer
hạn chế nên các hệ CAD/CAM thời kỳ này kém hiệu quả, giá thành cao và chỉ được sử
dụng trong một số rất ít lĩnh vực.
Năm 1983 máy tính IBM-PC ra đời, đây là thế hệ máy tính lý tưởng về khả năng
xử lý thông tin, bộ nhớ, đồ hoạ cho CAD/CAM. Điều này tạo điều kiện cho các hệ
CAD/CAM phát triển rất nhanh chóng.2
Cuối những năm 1990 là thời kỳ CAD/CAM đạt đến những thành tựu đáng kể,
rất nhiều phần mềm đồ sộ được tung ra thị trường và ứng dụng rộng rãi trong thiết kế
và sản xuất của nhiều ngành công nghiệp.
Hiện nay các phần mềm CAD/CAM nổi tiếng đang có mặt trên thị trường như:
CIMATRON, DELCAM, Pro-Engineer, Uni-Graphics, SURFCAM, MasterCAM,.
Phần mềm CAE xuất hiện sau CAD/CAM, khi mà những đòi hỏi về chất lượng
của sản phẩm rất cao. Việc phân tích mô hình sau thiết kế được thực hiện nhờ CAE.
CAE đã làm cho công việc phân tích trở nên đơn giản hơn nhiều so với toán học thông
thường và cho kết quả đáng tin cậy trong một thời gian nhanh chóng, nhờ vào kết quả
đó mà người thiết kế sẽ hiệu chỉnh lại thiết kế cho phù hợp.
Tóm tắt nội dung tài liệu: Bài giảng CAD/CAM/CNC - Phạm Trường Tùng
Quảng Ngãi , 12/2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ ----- ----- BÀI GIẢNG CAD/CAM/CNC Bậc: Cao Đẳng – Ngành: Công nghệ kỹ thuật cơ khí GV: ThS. Phạm Trường Tùng (Chủ biên) GV: KS. Bùi Trung Kiên i MỤC LỤC Lời nói đầu .......................................................................................................... CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM 1.1. Lịch sử phát triển của CAD/CAM .................................................... Trang 01 1.2. Định nghĩa CAD/CAM .............................................................................. 02 1.3. Nội dung và công cụ của CAD/CAM ......................................................... 03 1.4. Qui trình sản xuất và CAD/CAM ............................................................... 07 1.5. Phần cứng của CAD/CAM ......................................................................... 09 1.6. Phần mềm của CAD/CAM ......................................................................... 11 1.7. Lợi ích của CAD/CAM .............................................................................. 14 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT (FMS) 2.1 Cơ sở hình thành FMS03 ...................................................................Trang 16 2.2 Phân tích đối tượng sản xuất linh hoạt ......................................................... 21 2.3 Cấu trúc và các phần tử cơ bản của FMS ..................................................... 21 2.4 Quá trình phát triển các FMS ....................................................................... 22 2.5 Tính kinh tế của FMS .................................................................................. 23 2.6 Các ứng dụng của FMS................................................................................ 23 CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG SẢN XUẤT TÍCH HỢP NHỜ MÁY TÍNH (CIM) 3.1 Giới thiệu...........................................................................................Trang 24 3.2 Các loại hệ thống sản xuất ........................................................................... 24 3.3 Quản lý và điều hành sản xuất nhờ máy tính ................................................ 25 3.4 Hệ thống điều khiển nhờ máy tính ............................................................... 28 3.5 Những lợi ích của CIM ................................................................................ 30 3.6 Thực hiện một hệ thống CAD/CAM/CIM .................................................... 31 3.7 Tương lai của CAD/CAM/CIM ................................................................... 32 CHƯƠNG 4: TỔNG QUAN VỀ CNC 4.1. Lịch sử phát triển của máy CNC....................................................... Trang 34 4.2. Đặc trưng cơ bản của máy CNC ................................................................ 36 4.3. Mô hình khái quát của một máy CNC ........................................................ 38 4.4. Các phương pháp điều khiển ...................................................................... 39 4.5. Hệ trục tọa độ trên máy CNC ..................................................................... 43 ii 4.6. Các bước thực hiện gia công trên máy CNC ............................................... 50 4.7. Hình thức tổ chức gia công trên máy CNC ................................................. 55 CHƯƠNG 5: CÔNG NGHỆ LẬP TRÌNH PHAY CNC 5.1. Công nghệ phay CNC ...................................................................... Trang 58 5.2. Cơ sở lập trình phay CNC .......................................................................... 60 5.3. Lệnh bù và dịch chỉnh dao .......................................................................... 66 5.4. Chu trình phay............................................................................................ 69 5.5. Phép lặp ..................................................................................................... 75 5.6. Các ví dụ .................................................................................................... 76 CHƯƠNG 6: CÔNG NGHỆ LẬP TRÌNH TIỆN CNC 6.1. Cơ sở lập trình tiện CNC .................................................................. Trang 80 6.2. Các lệnh di chuyển dao .............................................................................. 88 6.3. Bù trừ và cài đặt thông số dao tiện.............................................................. 91 6.4. Các lệnh về chu trình .................................................................................. 93 6.5. Các ví dụ ...................................................................................................199 Tài liệu tham khảo .........................................................................................103 LỜI NÓI ĐẦU Những năm cuối thế kỷ 20, công nghệ CAD/CAM/CNC đã trở thành một lĩnh vực đột phá trong thiết kế, chế tạo và sản xuất sản phẩm công nghiệp. Cùng với sự phát triển của Cơ khí – Tin học – Điện tử – Tự động hóa, công nghệ CAD/CAM/CNC đã được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp nói chung và ngành công nghiệp cơ khí chế tạo nói riêng để tăng năng xuất lao động, giảm cường độ lao động và tự động hóa quá trình sản xuất, nâng cao độ chính xác chi tiết và đạt hiệu quả kinh tế cao. Học phần CAD/CAM/CNC là học phần khối kiến thức ngành, học phần sẽ trang bị cho sinh viên kiến thức để ứng dụng những thành tựu của công nghệ CAD/CAM/CNC trong thiết kế, chế tạo, gia công cơ khí. Cụ thể, học phần sẽ giới thiệu về vị trí, vai trò, tầm quan trọng của công nghệ CAD/CAM/CNC trong ngành cơ khí. Học phần sẽ cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về kỹ thuật lập trình CNC để sinh viên có thể viết chương trình điều khiển máy CNC trong gia công chi tiết. Quảng Ngãi, tháng 12/2014 Nhóm Biên Soạn 1 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM 1.1. Lịch sử phát triển của CAD/CAM Nhờ sự phát triển của công nghệ máy tính, các nhà sản xuất muốn tự động quá trình thiết kế và muốn sử dụng cơ sở dữ liệu này cho quá trình tự động sản xuất. Đây là ý tưởng cho ngành khoa học CAD/CAM ra đời. CAD/CAM được hiểu là sử dụng máy tính trong quá trình thiết kế và sản xuất hay theo thuật ngữ tiếng Anh là máy tính trợ giúp thiết kế và sản xuất. Từ sự ra đời của CAD/CAM các lĩnh vực khác của việc ứng dụng máy tính cũng đã phát triển theo như: CG, CAE, CAPP,.. Tất cả những lĩnh vực sinh ra đó đều liên quan tới những nét đặc trưng của quan niệm về CAD/CAM. CAD/CAM là một lĩnh vực rộng lớn nó là trái tim của nền sản xuất tích hợp và tự động . Lịch sử phát triển của CAD/CAM gắn liền với sự phát triển của công nghệ máy tính và kỹ thuật đồ hoạ tương tác (ICG). Cuối 1950 đầu 1960 CAD/CAM có những bước phát triển đáng kể, khởi đầu có thể nói là tại Massachusetts Institute of Technology (MIT) - Mỹ với ngôn ngữ lập trình cho máy tính APT (Automatically Programmed Tools). Mục đích của APT là để lập trình cho máy điều khiển số, nó được coi như là một bước đột phá cho tự động hoá quá trình sản xuất. Những năm 1960 đến 1970 CAD tiếp tục phát triển mạnh, hệ thống turnkey CAD được thương mại hoá, đây là một hệ thống hoàn chỉnh bao gồm phần cứng, phần mềm, bảo trì và đào tạo, hệ thống này được thiết kế chạy trên mainframe và minicomputer. Tuy nhiên khả năng xử lư thông tin, bộ nhớ và ICG của mainframe và minicomputer hạn chế nên các hệ CAD/CAM thời kỳ này kém hiệu quả, giá thành cao và chỉ được sử dụng trong một số rất ít lĩnh vực. Năm 1983 máy tính IBM-PC ra đời, đây là thế hệ máy tính lý tưởng về khả năng xử lý thông tin, bộ nhớ, đồ hoạ cho CAD/CAM. Điều này tạo điều kiện cho các hệ CAD/CAM phát triển rất nhanh chóng. 2 Cuối những năm 1990 là thời kỳ CAD/CAM đạt đến những thành tựu đáng kể, rất nhiều phần mềm đồ sộ được tung ra thị trường và ứng dụng rộng rãi trong thiết kế và sản xuất của nhiều ngành công nghiệp. Hiện nay các phần mềm CAD/CAM nổi tiếng đang có mặt trên thị trường như: CIMATRON, DELCAM, Pro-Engineer, Uni-Graphics, SURFCAM, MasterCAM,... Phần mềm CAE xuất hiện sau CAD/CAM, khi mà những đòi hỏi về chất lượng của sản phẩm rất cao. Việc phân tích mô hình sau thiết kế được thực hiện nhờ CAE. CAE đã làm cho công việc phân tích trở nên đơn giản hơn nhiều so với toán học thông thường và cho kết quả đáng tin cậy trong một thời gian nhanh chóng, nhờ vào kết quả đó mà người thiết kế sẽ hiệu chỉnh lại thiết kế cho phù hợp. 1.2. Định nghĩa CAD/CAM Những năm cuối thế kỷ 20, công nghệ CAD/CAM đã trở thành một lĩnh vực đột phá trong thiết kế, chế tạo và sản xuất sản phẩm công nghiệp. CAD (Computer Aided Design) là thiết kế trợ giúp bằng máy tính. CAM (Computer Aided Manufacture) là sản xuất với sự trợ giúp của máy tính. Hai lãnh vực này ghép nối với nhau đã trở thành một loại hình công nghệ cao, một lãnh vực khoa học tổng hợp của sự liên ngành Cơ khí – Tin học – Điện tử – Tự động hóa. Cùng với sự phát triển của khoa học máy tính, CAD/CAM đã được nhận thức và chấp nhận nhanh chóng trong công nghiệp (công nghiệp dệt – may, công nghiệp nhựa, công nghiệp cơ khí chế tạo ...) vì nó là hạt nhân chính để sáng tạo và sản xuất sản phẩm, để tăng năng xuất lao động, giảm cường độ lao động và tự động hóa quá trình sản xuất, nâng cao độ chính xác chi tiết và đạt hiệu quả kinh tế cao. Công việc chuẩn bị sản xuất có vai trò vô cùng quan trọng trong việc hình thành bất kỳ một sản phẩm cơ khí nào. Công việc này bao gồm các khâu chuẩn bị thiết kế (thiết kế kết cấu sản phẩm, các bản vẽ lắp chung của sản phẩm, các cụm máy...), chuẩn bị công nghệ (đảm bảo tính năng công nghệ của kết cấu, thiết lập quy trình công nghệ), thiết kế và chế tạo các trang bị công nghệ và dụng cụ phụ... kế hoạch hóa quá trình sản xuất và chế tạo sản phẩm trong thời gian ấn định. Trong sản xuất hàng loạt nhỏ, do đặc điểm là số lượng chi tiết trong loạt ít , số chủng loại lại nhiều cho nên khối lượng thời gian chuẩn bị cho sản xuất rất lớn, mà 3 dạng sản xuất này hiện đang chiếm ưu thế trong nền kinh tế thị trường hiện nay. Tất cả điều đó phải đòi hỏi tạo ra phương pháp thiết kế mới nhờ máy tính điện tử. CAD/CAM là một lĩnh vực nghiên cứu nhằm tạo ra các hệ thống tự động thiết kế và chế tạo. Nó dùng máy tính điện tử để thực hiện một chức năng nhất định để thiết kế và chế tạo sản phẩm. Tự động hóa chế tạo là dùng máy tính điện tử để kế hoạch hóa, điều khiển quá trình sản xuất, điều khiển quá trình cắt gọt kim loại và kiểm tra nguyên công gia công. CAD/CAM kết nối với nhau tạo ra mối quan hệ mật thiết giữa hai dạng hoạt động là thiết kế và chế tạo mà lâu nay người ta coi là khác nhau và không phục thuộc vào nhau. Tự động hóa thiết kế là dùng các hệ thống và phương tiện tính toán giúp người kỹ sư để thiết kế mô phỏng, phân tích và tối ưu hóa giải pháp thiết kế. Phương tiện bao gồm máy tính điện tử, các máy vẽ, máy in, thiết bị đục lỗ băng ...Phương tiện lập trình bao gồm chương trình máy, cho phép đảm bảo giao tiếp với máy vẽ và các chương trình ứng dụng để thực hiện chức năng thiết kế. Hệ thống CAD/CAM là một sản phẩm của CIM (Computer Integrated Manufacturing). Hệ thống này được quản lý và điều hành dựa trên cơ sở dữ liệu trung tâm, hệ thống còn được dùng để lập kế hoạch , biểu đồ , đưa ra các chỉ dẫn và thông tin đảm bảo mục đích kế hoạch sản xuất của nhà máy. 1.3. Nội dung và công cụ của CAD/CAM 1.3.1. Nội dung và công cụ của CAD a. Nội dung của CAD Thiết kế với sự hổ trợ của máy tính điện tử - CAD là sự ứng dụng có hiệu quả các phương tiện công nghệ của kỹ thuật tin học, điện tử ... để giải quyết các công việc liên quan tới công việc thiết kế. Quá trình thiết kế có thể phân chia làm 6 giai đoạn chính như hình 1.1 Việc sử dụng công cụ tin học và điện tử trong công việc thiết kế -thiết kế với sự trợ giúp của máy tính điện tử (CAD) có thể chia thành 4 công đoạn chính bao gồm: Mô hình hóa hình học, tính toán kỹ thuật, thiết kế tối ưu, lập tài liệu kỹ thuật tự động từ mô hình đã được thiết kế. 4 Mô hình hình học: ứng dụng hệ thống CAD để phát triển việc mô tả toán học của các vật thể hình học. Các mô hình hình học này được lưu trữ trong hệ cơ sở dữ liệu (trong bộ nhớ máy tính) cho phép người sử dụng biểu diễn hình ảnh của mô hình trên các thiết bị đồ họa và thực hiện các thao tác dựng hình. Tính toán phân tích kỹ thuật: sau giai đoạn thiết kế mô phỏng hình học. Mô hình thiết kế cần phải được tính toán phân tích (để đảm bảo các thông số kỹ thuật), ví dụ: kiểm tra độ bền, biến dạng, quá trình trao đổi nhiệt. Quá trình tính toán phân tích kỹ thuật được thực hiện thông qua các phần mềm CAE. Lập tài liệu thiết kế tự động: đây là công việc thể hiện kết quả thiết kế - tự động tạo các hình chiếu, tạo bản vẽ kỹ thuật bao gồm cả ghi kích thước từ mô hình 3D đã được thiết kế. Tóm lại: vai trò cơ bản nhất của CAD là để xác định hình học của thiết kế như hình dáng hình học của các chi tiết cơ khí, các kết cấu kiến trúc, mạch điện tử, mặt bằng nhà cửa trong xây dựng Các ứng dụng điển hình của CAD là tạo bản vẽ kỹ thuật với đầy đủ các thông tin kỹ thuật của sản phẩm và mô hình hình học 3D của sản phẩm. Hơn nữa, mô hình CAD này sẽ được dùng cho các ứng dụng CAE và CAM sau này. Đây là lợi ích lớn nhất của CAD vì có thể tiết kiệm thời gian một cách đáng kể và Hình 1.1: Quy trình của CAD Xây dựng nhiệm vụ Thiết kế tổng thể GEOMETRIC MODELING Thiết kế chi tiết ANALYSIS Tính toán phân tích OPTIMZATION Thiết kế tối ưu DRAFTING) (VIEWS AND DRAWINGS Lập tài liệu thiết kế AutoCAD PRO engineer Unigraphics Unigraphics Nastran Modex 3D... Sap 86 Nastran AutoCAD PRO engineer Unigraphics.. 5 giảm được các sai số gây ra do phải xây dựng lại hình học của thiết kế mỗi khi cần đến nó. b. Công cụ của CAD Thiết kế mô phỏng hình học 3 chiều phức tạp, tạo bản vẽ, in ấn Kết xuất dữ liệu cho CAM: nội suy hình học, biên dịch các kiểu đường chạy dao cho công nghệ gia công điều khiển số. Giao tiếp với các thiết bị đo, quét toạ độ 3D thực hiện nhanh chóng các chức năng mô phỏng hình học từ dữ liệu số Liên kết với các chương trình tính toán thực hiện các chức năng phân tích kỹ thuật: tính biến dạng khuôn, mô phỏng dòng chảy vật liệu, trường áp suất, trường nhiệt độ, độ co rút vật liệu,... 1.3.2. Nội dung và công cụ của CAM Là thực hiện quy trình sản xuất với sự trợ giúp của máy tính điện tử là sử dụng máy tính để lập kế hoạch sản xuất và điều khiển sản xuất. Sơ đồ chức năng của CAM có thể được biểu diễn theo hình 1.2 Hình 1.2: Quy trình của CAM CAM LẬP KẾ HOẠCH SẢN XUẤT ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH SẢN Cơ sở dữ liệu công nghệ Điều khiển chất lượng sản phẩm Lập trình gia công Điều khiển xưởng Cân bằng dây chuyền Giám sát các quá trình sản xuất Xây dựng định mức lao động Điều khiển quá trình sản xuất Ước lượng giá thành sản phẩm Điều khiển các máy NC và Điều khiển kho vật tư và công Lập kế hoạch sản xuất Điều khiển các tay máy người máy Điều khiển thiết bị vận chuyển 6 a. Lập kế hoạch sản xuất Cơ sở dữ liệu công nghệ: các chương ... í thích hợp: G50 và G92 được sử dụng để cài đạt lại gốc tọa độ cho máy tiện. Trong đó hệ điều khiển fanuc dùng G50 và hệ điều khiển US dùng G92. Cấu trúc lệnh xác định hệ tọa độ như sau: 87 G50 Xx Zz; hoặc G92 Xx Zz. Trong đó: x, z là tọa độ của dao ở vị trí hiện tại so với gốc tọa độ mới. Khi gọi lệnh G50, dao có thể ở vị trí bất kỳ. Tuy nhiên, khi có nhiều dao được sử dụng trong cùng một chương trình, cần định nghĩa lại gốc tọa độ cho mỗi dao tùy theo thông số và kích thước dao. Lệnh G50 với giá trị tọa độ tương đối được sử dụng trong trường hợp này, cấu trúc lệnh như sau: N--- G50 Uu Ww; Trong đó: u và w là khoảng cách tương đối giữa mũi dao chuẩn và mũi dao đang xét theo phương X và Z. Lệnh này không làm thay đổi gốc tọa độ đang sử dụng, có nghĩa là nó không cài đặt lại gốc tọa độ mới mà chỉ thể hiện mối liên hệ vị trí giữa mũi dao hiện tại và mũi dao chuẩn.. 6.1.7. Trở về điểm chuẩn tham chiếu của máy Điểm chuẩn máy là điểm được xác định cố định trên máy. Điểm chuẩn máy có 2 tác dụng cơ bản: một là sử dụng để định nghĩa các gốc tọa độ gia công khác nhau, hai là vị trí mà ở đó việc thay dao tự động được tiến hành. Mâm dao thường được di chuyển về phía điểm chuẩn máy trước khi thực hiện chương trình hoặc tiến hành thay dao. Có thể tiến dao về điểm chuẩn máy theo 2 phương pháp: Vận hành trực tiếp và tự động. a. Vận hành trưc tiếp Đơn giản chỉ việc nhấn nút có chức năng trả bàn máy về điểm chuẩn máy trên panel điều khiển, máy sẽ tự động dời bàn dao về điểm chuẩn tham chiếu máy theo thứ tự từng trục. Việc thiết kế nút chức năng trên panel điều khiển phụ thuộc vào nhà thiết kế và từng loại máy. b. Chạy dao tự động Có 2 lệnh được sử dụng để di chuyển bàn dao về điểm chuẩn máy: Lệnh G28 và G30. - Lệnh G28 di chuyển bàn dao về điểm chuẩn máy không theo từng trục, cấu trúc lệnh như sau: G28 Xx Zz; hoặc G28 Uu Ww; 88 Trong đó: x, z là tọa độ tuyệt đối của điểm trung gian và u, w là khoảng cách tương đối theo 2 phương X và Z của điểm trung gian so với vị trí hiện tại. Lệnh G28 di chuyển dao nhanh từ vị trí hiện tại đến điểm trung gian được cho trong câu lệnh. Sau đó tiếp tục di chuyển bàn dao về điểm chuẩn máy. - Lệnh G30 được sử dụng để di chuyển dao về điểm tham chiếu thứ 2, thứ 3 hoặc thứ 4. Tọa độ của các điểm này được xác định bởi thông số máy. Việc di chuyển dao trong câu lệnh G30 cũng tương tự như G28. Cấu trúc lệnh như sau: G30 Pp Xx Zz; Trong đó: p – chỉ số điểm chuẩn; x, z là tọa độ tuyệt đối của điểm trung gian. Lệnh G30 được sử dụng khi việc thay dao tự động không được thực hiện tại điểm chuẩn máy. 6.2. Các lệnh di chuyển dao Bộ điều khiển CNC cung cấp 3 kiểu lệnh cơ bản để di chuyển dao: - Chạy dao nhanh - Nội suy đường thẳng - Nội suy cung tròng 6.2.1. Chạy dao nhanh (G00) G00: Chạy dao nhand (Rapid Feed) (không cắt gọt) Lệnh G00 sử dụng để định vị dao tại vị trí xác định với tốc độ nhanh. Cấu trúc câu lệnh: - Tọa độ tuyệt đối: N--- G00 Xx Zz; - Tọa độ tương đối: N--- G00 Uu Ww; Trong đó: x, z là hai giá trị tọa độ của điểm cuối u, w là khoảng cách tương đối của điểm cuối so với điểm hiện tại. 89 6.2.2. Chạy dao nội suy đường thẳng (G01) G01: Nội suy theo đường thẳng (Leaner interpolation) Lệnh G01 cho phép di chuyển dao theo đường thẳng từ vị trí hiện tại đến vị trí được xác định trong câu lệnh. Lệnh G01 thường có thông số F đi kèm Cấu trúc câu lệnh: - Tọa độ tuyệt đối: N--- G01 Xx Zz Ff; - Tọa độ tương đối: N--- G01 Uu Ww Ff; Trong đó: x, z là hai giá trị tọa độ của điểm cuối u, w là khoảng cách tương đối của điểm cuối so với điểm hiện tại. 6.2.3. Chạy dao nội suy cung tròn (G02/G03) Lệnh G02 và G03 cho phép di chuyển dao theo cung tròn. - G02: Nội suy theo chiều kim đồng hồ. - G03: Nội suy theo chiều ngược kim đồng hồ Cấu trúc câu lệnh: - Tọa độ tuyệt đối: N--- G02/G03 Xx Zz Rr Ff; theo bán kính N--- G02/G03 Xx Zz Ii Kk Ff; theo tọa độ tâm tương đối - Tọa độ tương đối: N--- G02/G03 Uu Ww Rr Ff; theo bán kính N--- G02/G03 Uu Ww Ii Kk Ff; theo tọa độ tâm tương đối 90 Bảng 6.2: Bảng tham số nội suy cung tròn Thông số Lệnh Ghi chú Điểm đầu cung tròn Tọa độ x, z của điểm bắt đầu cung được xác định bởi di chuyển vừa được thực hiện trước đó Chiều quay G02 Cung được thực hiện theo chiều kim đồng hồ. G03 Cung được thực hiện theo chiều ngược kim đồng hồ. Điểm kết thúc cung tròn x, z Tọa độ điểm cuối cung tròn được tính theo tọa độ tuyệt đối. u, w Tọa độ điểm cuối cung tròn được tính theo tọa độ tương đối Tâm cung tròn hoặc bán kính I, k Khoảng cách tương đối của tâm cung tròn so với điểm đầu. R Bán kính của cung tròn Tốc độ cắt F Tốc độ cắt khi gia công Chú ý: Khi định nghĩa R thì chiều dài dây cung và R phải thỏa mãn điều kiên 2R≥L Khi nội suy cung tròn kín hay có góc lớn hơn 180 độthì phải dùng I, J, K Khi I, J, K và R cùng được sử dụng trong câu lệnh thì ưu tiên R còn I, J, K được bỏ qua 6.2.4. Cắt ren với bước ren không đổi (G32) Lệnh G32 dùng để cắt ren thẳng, ren côn, ren xoắn với bước ren không đổi. Đây là lệnh cắt ren đơn, thường được sử dụng với lệnh G00 để hoàn thành chu trình cắt ren. Cấu trúc lệnh như sau: N--- G32 Xx Zz Ff; N--- G32 Uu Ww Ff; Trong đó 91 x, z : là tọa độ điểm cuối. f: bước ren. 6.3. Bù trừ và cài đặt thông số dao tiện Đối với các máy tiện CNC, do các thông số của dao tiện khác với dao phay nên đối với máy tiện thường sử dụng thuật ngữ sau: Offset dao và bù trừ bán kính mũi dao. 6.3.1. Offset dao Việc offset dao chính là việc bù trừ các sai lệch về khoảng cách giữa điểm cắt thực tế của dao thực so với đỉnh dao chuẩn. Sự sai lệch này thường xảy ra do 3 yếu tố sau: - Sự khác biệt về thông số hình học và kích thước của dao thực so với dao chuẩn. - Các lỗi khi gá dao ở mâm dao: cao hoặc thấp tâm - Do mòn dao Đường chạy dao lập trình luôn được viết cho mũi dao chuẩn. Đường chạy dao thực được suy ra từ đường chạy dao lập trình bằng cách cộng hoặc trừ đi các giá trị offset OFX và OFZ. Hình 6.2: Offset dao sử dụng dao chuẩn 92 6.3.2. Bù trừ bán kính dao Thông thường dao tiện có một góc lượng với bán kính nhỏ ở mũi dao thay vì thẳng góc. Lý do là để làm tăng tuổi thọ của dao, giảm sự tập trung ứng suất, tăng khả năng thoát nhiệt và tạo nên độ bóng bề mặt chi tiết gia công. Góc lượng đó được chọn làm mũi dao và bán kính tương ứng được gọi là bán kính dao. Khi đó việc bù trừ bán kính dao là cần thiết khi chọn dao gia công. Hình 6.3: Hình học mũi dao tiện Để xác định tọa độ khi lập trình có thể sử dụng tâm của mũi dao hoặc mũi dao lý thuyết. Tâm của mũi dao chính là tâm của góc lượng tại mũi dao. Mũi dao lý thuyết được định nghĩa là điểm giao của hai đường thẳng song song với 2 trục x và z và tiếp xúc với mũi dao thực. Hình 6.4: Mũi dao lý thuyết 93 Nếu sử dụng tâm mũi dao để lập trình: Hình 6.5: Lập trình sử dụng tâm mũi dao 6.4. Chu trình tiện Chu trình gia công là một khối tập hợp từ nhiều câu lệnh di chuyển theo một cấu trúc nhất định nhằm thực hiện một nguyên công cố định. Trong hệ điều khiển Fanuc thường có 3 nhóm chu trình: - Chu trình đơn - Chu trình hổn hợp - Chu trình gia công lỗ. Trong đó, chu trình hổn hợp gồm các lệnh: - G70: Chu trình gia công tinh. - G71: Chu trình tiện hướng trục - G72: Chu trình tiện hướng kính - G73: Chu kỳ tiện chép hình 94 6.4.1. Chu trình gia công tinh (G70) Chu trình gia công tinh G70 không được sử dụng một cách độc lập mà phải sử dụng kèm theo một trong 3 lệnh chu trình gia công thô: G71, G72, G73. Cấu trúc lệnh G70 như sau: N--- G70 Pns Qnf Trong đó: ns : số thứ tự khối ban đầu. nf : số thứ tự khối kết thúc. 6.4.2. Chu trình tiện hướng trục (G71) Chu trình G71 được sử dụng để gia công thô phôi từ biên dạng ban đầu đến khi đạt được biên dạng gần giống với biên dạng yêu cầu với một lượng dư nhỏ vừa đủ để gia công tinh trong bước tiếp theo. Lệnh G71 có cấu trúc như sau: N--- G71 Ud Re ; N--- G71 Pns Qnf Uu Ww Ff Ss; Hình 6.6: Đường chạy dao của chu trình tiện thô hướng trục Trong đó: 95 ns: số thứ tự khối bắt đầu chu trình nf: số thứ tự khối kết thúc chương trình u: lượng dư gia công tinh tính theo phương X w: lượng dư gia công tinh tính theo phương Z d: chiều sâu cho mỗi bước cắt thô, tính theo bán kính và không dấu. e: khoảng lùi thoát dao sau mỗi hành trình. f,s: các thông số về tốc độ cắt. 6.4.3. Chu trình tiện hướng kính (G72) Chu trình G72 được sử dụng để gia công thô phôi từ biên dạng ban đầu đến khi đạt được biên dạng gần giống với biên dạng yêu cầu với một lượng dư nhỏ vừa đủ để gia công tinh trong bước tiếp theo. Lệnh G72 có cấu trúc như sau: N--- G72 Wd Re ; N--- G72 Pns Qnf Uu Ww Ff Ss; Trong đó: ns: số thứ tự khối bắt đầu chu trình nf: số thứ tự khối kết thúc chương trình u: lượng dư gia công tinh tính theo phương X w: lượng dư gia công tinh tính theo phương Z d: chiều sâu cho mỗi bước cắt thô, tính theo bán kính và không dấu. e: khoảng lùi thoát dao sau mỗi hành trình. f,s: các thông số về tốc độ cắt. 96 Hình 6.7: Đường chạy dao của chu trình tiện thô hướng kính 6.4.4. Chu trình tiện chép hình (G73) Một số phôi rèn hoặc phôi đúc có hình dạng gần giống với chi tiết yêu cầu, lượng dư gia công nhỏ đủ để gia công bán tinh và gia công tinh. Đối với dạng phôi này, nếu dùng lệnh tiện hướng trục G71 hoặc hướng kính G72 để gia công sẽ không đạt hiệu quả cao. Bộ điều khiển tiện CNC cung cấp mã lệnh G73 cho phép tiện chép hình theo biên dạng xác định trước, đường chạy dao của lệnh G73 luôn đi dọc theo biên dạng và có thể lặp lại nhiều lần. Sau mỗi bước lặp lại, biên dạng gia công tiến lại gần đến biên dạng thật (biên dạng chi tiết). Chiều sâu mỗi bước được xác định trong câu lệnh. Cấu trúc câu lệnh G73 như sau: N--- G73 U i W k Rd ; N--- G73 Pns Qnf U u W w Ff Ss; Trong đó: i: lượng dư gia công thô tính theo phương X k: lượng dư gia công thô tính theo phương Z d: số bước lặp lại. 97 6.4.5. Chu trình cắt ren hỗn hợp (G76) Chu trình G76 là một chu trình cắt ren tự động. Nó được sử dụng để cắt ren với nhiều bước lặp mà không cần phải gọi lại lệnh. Với các thông số cho trước trong câu lệnh, bộ điều khiển tự động nội suy ra các bước lặp với chiều sâu cắt và điểm bắt đầu cho mỗi bước. Cấu trúc lệnh như sau: N--- G76 Pmra Qdmin Rd ; N--- G76 Xx Zz Ri Pk Q d Ff ; Trong đó: m: số lần gia công tinh r: khoảng vát ren a: góc dao: 80, 60, 55, 30, 29, 0 dmin: chiều sâu cắt nhỏ nhất, x, z: tọa độ điểm cuối của ren i: sai lệnh đường kính tại điểm bắt đầu ren so với đường kính tại điểm kết thúc ren. k: chiều cao ren tính theo bán kính d: chiều sâu cắt cho bước đầu tiên tính theo bán kính. 6.4.6. Chu trình tiện rãnh hướng kính (G75) Cấu trúc lệnh như sau: N--- G75 Re ; N--- G75 Xx Zz P i Pk Q k Ff ; 98 Hình 6.8: Đường chạy dao của chu trình tiện rãnh hướng kính Trong đó: x: đường kính rãnh theo phương X z: tọa độ điểm cuối của rãnh theo phương Z e: khoảng cách lùi dao theo phương X k: khoảng cách dịch chuyển để gia công lớp tiếp theo. i: Chiều sâu mỗi lớp cắt theo phương X Đặc điểm chạy dao: Dao sẽ tiện rãnh từ xa đến gần tâm. Trước tiên phải di chuyển dao cắt rãnh đến vị trí xa nhất của rãnh cần cắt và cách mặt phôi theo phương X một khoảng lớn hơn hoặc bằng d Khi gặp G75 dao sẽ di chuyển như sau: - Chạy dao nhanh từ vị trí hiện tại đến cách mặt phôi theo phương X một khoảng e 99 - Tiến dao với tốc độ F và gia công một khoảng bằng chiều sâu i - Rút dao nhanh ra một khoảng Re để thoát phoi. - Gia công tiếp lớp i tiếp theo, bước 2 và 3 lặp lại đến khi cắt hết chiều sâu rãnh. - Sau đó dao rút ra cách mặt chi tiết một khoảng e. - Dao dịch chuyển một khoảng k để cắt lớp tiếp theo. - Quá trình 2 -> 6 lặp lại cho đến khi tiện xong rãnh. 6.5. Các ví dụ Yêu cầu lập trình NC gia công chi tiết hình 6.9 và kiểm tra quỹ đạo cắt bằng phần mềm tiện mô phỏng . Hình 6.9: Chi tiết gia công tiện Bước 1: • Nghiên cứu chi tiết gia công, chọn phôi vật liệu với kích thước: Chiều dài phôi: Lz = 46 + 3 + 10 + 20 + 2 = 81 mm Đường kính phôi: Lx = 34 mm • Gá đặt :Mâm cặp ba chấu tự định tâm. Chuẩn thảo chương là mặt đầu chi tiết • Trình tự gia công và lập phiếu nguyên công 100 TT Bước công nghệ Dao Chế độ cắt t (mm) F (mm/vòng) S (vòng/phút) 1 Vạt mặt đầu T1 2 0.2 1000 2 Tiện thô bóc vỏ biên ngoài T1 0.2 1000 3 Tiện tinh biên ngoài T2 0.5 0.1 1500 4 Tiện ren T3 0.1 1.5 300 5 Cắt đứt T4 3 0.1 500 Bước 2: Thiết kế quỹ đạo cắt và quỹ đạo chạy không Tọa độ 1 2 3 3’ 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 X 38 -2 30 15 18 18 18 15 15 20 24 24 30 30 32 -2 Z 0 0 4 2 0 - 1.5 - 16 - 17.5 - 21 - 21 - 23 - 35 - 38 - 50 - 46 - 46 Z X P 9 4 A 2 14 8 7 6 5 P 1 8 7 10 11 12 13 15 Phôi Hình 6.10 3’ 3 101 Bước 2: Soạn thảo chương trình NC N10 G90 G95 N20 T1 S1000 M4 * Gọi dao T1 N30 G0 Z0 N40 G0 X38 N50 G1 X-2 Z0 F0.2 * Vạt mặt đầu N60 G0 X30 Z4 * Vị trí điểm 3 N70 G71 P5000 Q5120 D1.0 U0.5 W0.5 F0.2 S1200 * Tiện thô bóc vỏ N80 G0 X50 Z200 * Về vị trí thay dao N90 M5 N100 T2 S1500 M4 * Thay dao 2 N105 G42 N110 G70 P5000 Q5120 F0.1 S1500 * Tiện tinh biên dạng N115 G40 N120 G0 X50 Z200 N130 M5 N140 T3 S300 M4 * Thay dao 3 N150 G0 X18 Z2 N160 G76 P030460 Q0.3 R0.5 * Tiện ren N160 G76 X15 Z-18.5 P1.5 Q0.5 F1.5 N170 G0 X50 Z200 N180 M5 N190 T4 S500 M4 * Thay dao 4 N200 G0 X50 Z-46 N210 G0 X32 N220 G1 X-2 * Cắt đứt chi tiết 102 N230 G0 X50 N240 G0 Z200 N250 M5 N260 M2 N5000 G0 X15 Z2 * Vị trí điểm 3’ N5010 G1 X15 Z0 * Vị trí điểm 4 N5020 G1 X18 Z-1.5 * Vị trí điểm 5 N5030 G1 X18 Z-16 * Vị trí điểm 6 N5040 G1 X15 Z-17.5 * Vị trí điểm 7 N5050 G1 X15 Z-21 * Vị trí điểm 8 N5060 G1 X20 Z-21 * Vị trí điểm 9 N5070 G2 X24 Z-23 * Vị trí điểm 10 N5080 G1 X24 Z-35 * Vị trí điểm 11 N5090 G3 X30 Z-38 * Vị trí điểm 12 N5100 G1 X30 Z-50 * Vị trí điểm 13 N5110 G1 X34 Z-50 N5120 M99 * Kết thúc chương trình con NỘI DUNG ÔN TẬP CHƯƠNG 6 1. Phân biệt nhóm lệnh Modal và Non-Modal. Cho ví dụ 2. Hãy trình bày và giải thích cấu trúc tổng quát của một khối lệnh 3. Tại sao phải bù bán kính cho dao tiện? 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS,TS. Trần Văn Địch, Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS và tích hợp CIM, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2001. [2] PTS. Đoàn thị Minh Trinh, Công nghệ - Lập trình gia công điều khiển số, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2004. [3] Phan Hữu Phúc, CAD/CAM Thiết kế và Chế tạo có máy tính trợ giúp, NXB Giáo dục, 2000. [4] Nguyễn Tiến Đào - Nguyễn Tiến Dũng, Công nghệ cơ khí và ứng dụng CAD - CAM – CNC, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2001. [5] Nguyễn Anh Tuấn, Cơ sở kỹ thuật CNC, TT Việt - Đức - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM [6] Nguyễn Ngọc Đào, Bài giảng CAD/CAM-CNC căn bản, ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
File đính kèm:
- bai_giang_cadcamcnc_pham_truong_tung.pdf