Luận văn: Xây dựng bài thí nghiệm trên máy tiện CNC phục vụ giảng dạy đại học

Tài liệu luận văn thạc sĩ hướng dẫn xây dựng bài thí nghiệm trên máy tiện CNC. Phục vụ công tác giảng dạy và nghiên cứu trong ngành cơ khí chế tạo máy.

• Tác giả: Đào Thị Phương Hóa
• Người hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Bích
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Chế Tạo Máy
• Đề tài: Xây Dựng Bài Thí Nghiệm Trên Máy Tiện CNC Phục Vụ Công Tác Giảng Dạy Đại Học
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Công Nghệ CNC Trong Giáo Dục Đại Học

Công nghệ máy tiện CNC đã trở thành một công cụ thiết yếu trong quá trình đào tạo kỹ sư cơ khí hiện đại. Bài thí nghiệm máy tiện CNC không chỉ giúp sinh viên nắm vững kiến thức lý thuyết mà còn phát triển kỹ năng thực hành quan trọng. Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ CAD/CAM đã yêu cầu các trường đại học phải cập nhật chương trình giảng dạy để đáp ứng nhu cầu của thị trường lao động. Máy tiện CNC là thiết bị gia công chính xác cao, cho phép sinh viên hiểu rõ hơn về quy trình sản xuất tự động và điều khiển số. Việc xây dựng các bài thí nghiệm thực tế trên máy tiện CNC giúp cầu nối khoảng cách giữa lý thuyết và thực tiễn sản xuất, từ đó tăng cường khả năng thích ứng của sinh viên với môi trường công nghiệp hiện đại.

1.1. Lịch Sử Phát Triển Công Nghệ CNC

Công nghệ CNC (Computerized Numerical Control) ra đời vào những năm 1950 và đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển. Từ những máy NC đơn giản ban đầu, công nghệ đã tiến bộ lên máy CNC hiện đại với khả năng xử lý thông tin nhanh và chính xác cao. Sự phát triển của máy tiện CNC đã làm thay đổi hoàn toàn quy trình sản xuất cơ khí, tăng năng suất và độ chính xác. Ngày nay, máy tiện CNC được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp từ ô tô, hàng không đến sản xuất điện tử.

1.2. Vai Trò Của Bài Thí Nghiệm Trong Giảng Dạy

Bài thí nghiệm máy tiện CNC là phương pháp giảng dạy hiệu quả giúp sinh viên học được kiến thức thực tế. Thông qua các bài thí nghiệm, học sinh có cơ hội thao tác trực tiếp với máy, hiểu được nguyên lý hoạt động và các tham số gia công quan trọng. Bài thí nghiệm này giúp phát triển tư duy kỹ thuật, kỹ năng giải quyết vấn đề và tăng cường tính tích cực của sinh viên trong quá trình học tập.

II. Hệ Thống Điều Khiển CNC Và Các Phần Mềm Thực Hành

Hệ thống điều khiển CNC bao gồm các loại điều khiển khác nhau như điều khiển điểm-điểm, điều khiển đoạn thẳng và điều khiển đường cong. Mỗi loại điều khiển có ứng dụng riêng trong quá trình gia công. Máy tiện EMCO PC TURN 50 là một thiết bị phổ biến trong các trường đại học, cung cấp hệ thống FANUC và SINUMERIK để lập trình. Các phần mềm đi kèm như EMCO WinTrain CNC và EMCO CAMConcept giúp sinh viên thực hành lập trình một cách an toàn và hiệu quả. Những công cụ này cho phép giáo viên tạo ra các bài thí nghiệm đa dạng, từ gia công đơn giản đến các chỉ tiết phức tạp.

2.1. Các Hệ Thống Điều Khiển FANUC Và SINUMERIK

Hệ thống FANUC 21 là một trong những hệ thống điều khiển phổ biến nhất trên thế giới, cung cấp những lệnh G code và M code cơ bản để điều khiển máy. Hệ thống SINUMERIK 810D/840D của Siemens cũng được sử dụng rộng rãi, đặc biệt ở các nước châu Âu. Cả hai hệ thống đều cho phép lập trình gia công chỉ tiết với độ chính xác cao, giúp sinh viên làm quen với các tiêu chuẩn công nghiệp thực tế.

2.2. Phần Mềm Hỗ Trợ Giảng Dạy Và Thực Hành

Phần mềm EMCO WinTrain CNC cung cấp môi trường mô phỏng thực tế để sinh viên học tập an toàn trước khi vận hành máy thực. EMCO CAMConcept M cho phép thiết kế và tạo chương trình gia công từ bản vẽ kỹ thuật. EMCO Win 3D-View hỗ trợ trực quan hóa quá trình gia công, giúp sinh viên hiểu rõ hơn về chuyển động của dụng cụ và chi tiết.

III. Lập Trình Và Thực Hành Với Hệ FANUC

Lập trình máy tiện CNC với hệ FANUC đòi hỏi sinh viên phải nắm vững cấu trúc chương trình, các lệnh G code và M code. G code được sử dụng để điều khiển chuyển động của máy như nhanh, tiến tặc, gia công vòng tròn, trong khi M code điều khiển các hàm phụ như bật/tắt spindle, thay dụng cụ. Bài thí nghiệm này yêu cầu sinh viên hiểu rõ hệ tọa độ tuyệt đối và hệ tọa độ tương đối để xác định chính xác vị trí của dụng cụ. Quá trình từ chạy tới điểm tham chiếu, lựa chọn cấp tốc độ, nhập chương trình đến chạy chương trình là những bước quan trọng mà sinh viên cần thực hành thành thạo.

3.1. Cấu Trúc Và Cú Pháp Lập Trình FANUC

Chương trình FANUC bao gồm các khối (block) được đánh số tuần tự, mỗi khối chứa các lệnh G, M và các giá trị số. Lệnh G điều khiển hình dạng chuyển động như G00 (chạy nhanh), G01 (tiến tặc thẳng), G02/G03 (gia công vòng tròn). Lệnh M điều khiển các chức năng như M03 (quay spindle), M05 (dừng spindle), M06 (thay dụng cụ). Sinh viên học cách viết chương trình bao gồm các lệnh này để gia công những chi tiết phức tạp.

3.2. Các Bước Thực Hành Trên Máy EMCO

Quy trình thực hành bao gồm: bật máy và chạy tới điểm tham chiếu để calibrate, lựa chọn cấp tốc độ phù hợp, nhập chương trình qua bàn phím điều khiển hoặc tải từ phần mềm, kiểm tra chương trình bằng mô phỏng, cuối cùng là chạy chương trình để gia công chi tiết thực tế. Mỗi bước đều quan trọng để đảm bảo an toàn và chất lượng sản phẩm.

IV. So Sánh Hệ FANUC Và SINUMERIK Hướng Phát Triển Giáo Dục CNC

Hệ FANUC và SINUMERIK đều là những hệ thống điều khiển hàng đầu nhưng có những khác biệt về cú pháp và tính năng. Hệ FANUC được sử dụng phổ biến hơn trên toàn thế giới với ngôn ngữ lập trình đơn giản và dễ học. Hệ SINUMERIK nổi bật với tính năng advanced như trục C cho gia công phức tạp. Để xây dựng bài thí nghiệm hiệu quả, các trường đại học nên cung cấp cho sinh viên cơ hội học cả hai hệ thống. Hướng phát triển tiếp theo là tích hợp AI và IoT vào giảng dạy CNC, chuẩn bị sinh viên cho Industry 4.0. Bài thí nghiệm cần được cập nhật liên tục để phù hợp với công nghệ mới, từ đó nâng cao chất lượng đào tạo.

4.1. So Sánh Chi Tiết Giữa Hai Hệ Thống

Hệ FANUC sử dụng G code tiêu chuẩn ISO, dễ chuyển đổi giữa các máy khác nhau. Hệ SINUMERIK có cú pháp riêng và tính năng lập trình cao cấp hơn, phù hợp cho các gia công chuyên biệt. Cả hai hệ thống đều hỗ trợ trục C nhưng cách implement khác nhau. Sinh viên nên làm quen với cả hai để có kiến thức toàn diện về lập trình máy tiện CNC.

4.2. Xu Hướng Phát Triển Và Đổi Mới Giáo Dục CNC

Tương lai giáo dục CNC hướng tới tích hợp CAD/CAM tự động, mô phỏng thực tế với công nghệ VR/AR, và kết nối máy với hệ thống MES để theo dõi sản xuất. Các bài thí nghiệm cần phát triển để trang bị cho sinh viên kỹ năng lập trình adaptive, xử lý dữ liệu sản xuất và tối ưu quy trình. Điều này giúp sinh viên sẵn sàng cho môi trường sản xuất thông minh trong kỷ nguyên công nghiệp 4.0.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I Bữ môn công nghữ chữi to máy 3 DéoTh Ph ngHoa-lu nvănth cs Dang diéu khién nay cho phép dich z chuyển dung cu theo 2 truc dong thoi dé tao nên một đường cong phẳng, còn trục y thứ 3 được điều khiển chuyển động độc lập. Sự khác biệt ở dạng điều khiển nảy so với dạng điêu khiển 2D là 2 trục được. dieu khién dong thời có khả năng đôi chỗ cho nhau. Điều này cỏ nghĩa là có thể thực hiện các đường cong 2D trong Hình 1.

Điều khiển 2D1/2 mặt phẳng XOY hoặc XOZ hoặc YOZ. Diéu khién 4D, 5D Dựa trên cơ sở của điều khiến 3D, người ta còn bồ trí dụng cụ hoặc chỉ tiết có thêm một chuyên động quay (hoặc 2 chuyên động quay) xung quanh 1 trục nảo đó theo một quan hệ ràng buộc với các chuyển động trên các trục khác của máy 3D. Với khả năng như vậy, các bề mặt phức tạp hay các bê mặt có trục quay cỏ thê thực hiện để đảng hơn so với gia công trên máy 3D Mặt khác vi lý do công nghệ nên có 2 ĐỤ những bể mặt không thể thực hiện gia Bé mat „7 2 5 công bằng 3D vi có thé técek d6 cét bing š giađc i WEE ff aat š 3 f /, Ji X2 (vi dụ tại đỉnh của dao phay đầu cẩu) công DI, 24 fd ua hay lưỡi cắt của dụng cụ khôngthể thực Ley bz ⁄ of hiện việc gia công theo mong muôn (ví AO Dung cu dụ như góc cất không thuận lợi hay cỏ thể bị vướng thân đao vảo các phần khác. Hii 6 Điều khiến 48:SD của chỉ tiết.) Tom lai, tity thuộc vào các yêu cầu bể mặt gia công cụ thể mả có thể lựa chọn mảy thích hợp và máy cảng phúc tạp thi giá thảnh của máy cảng cao và phải bo sung thêm nhiều công cụ khác.

Hơn nữa, máy cảng phức tạp thì tinh an toan trong vận hành và sử dụng cảng thập (để bị va chạm vào phôi và máy). Bữ môn công nghữ chữi to máy 7 DéoTh Ph ngHoa-lu nvănth cs TONG QUAN VE CONG NGHE CAD/CAM-CNC 1.1 Lịch sử phát triển. Năm 1952 máy điều khiển số NC ( Numerical Control) đầu tiên ra đời và chương trình gia công được lap trinh theo ngén ngit APT ( Automatically Programmed Toolls) do viện nghiên cứu Masschusetts tạo ra. Không lâu sau bắt đâu xuất hiện khái niệm CAD ( Computer Aided Design) Vào những năm 70 các hệ điều khiển CNC (computer Numerical Control), ngoài chức năng riêng của hệ NC thì hệ CNC còn có thể thực hiện được nhiều chức niăng khác nhau, nó có bộ phân lưu giữ chương trình và có thẻ thay đổi được chương trình gia công.

Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ tin học với sự xuất hiện của các máy vi tính hiện đại cho khả năng ghép nổi quả trình thiết kế với quả trình gia công thành một khôi tông thẻ với sự trợ giúp của máy tính đã tạo ra công nghệ CAD/CAM ( Computer Aided Manufacturing) vả không lâu sau đó lả hệ thông sản xuất linh hoạt FMS ( Flexible Manufacturing System) Hé théng tich hop CIM (Computer Intergrated Manufacturing) bat đầu xuất hiện tử những năm 80. Mục tiêu của CIM lả gia công tự đông linh hoạt, nó cho khả năng gia công đạt hiệu quả kinh tế cao ngay cả khi gia công với số lượng không lớn.2 các hệ thông điều khiễn CNC. 'Tủy thuộc vào yêu cầu của từng loại máy vả từng loại cơ cầu điều khiển, hệ điều khiển ta có thẻ chia ra thành 3 loại hệ thống điều khiển cơ bản: điều khiên điểm ~ điểm; điều khiển đoạn thẳng vả điều khiên đường. Trong đỏ các máy điều khiển đường tất nhiên có khả năng điều khiển điểm ~ điểm và điều khiển đoạn thẳng.

Điều khiển điễm — điểm. Với các loại máy nảy, trong quả trình gia công dụng cụ được định vị nhanh đến vị trí tọa đô yêu câu. Trong quả trình dịch chuyển nhanh dụng cụ không thực hiện quả trình cắt gọt, chỉ đền tọa độ yêu cầu dụng cụ mới thực hiện quả trinh cắt gọt. Các máy có hệ điều khiển loại nảy lả ; máy khoan, khoét, doa, may han diém Ví dụ: Khi gia công hai lỗ A (xi Bữ môn công nghữ chữi to máy DéoTh Ph ngHoa-lu nvănth cs Dang diéu khién nay cho phép dich z chuyển dung cu theo 2 truc dong thoi dé tao nên một đường cong phẳng, còn trục y thứ 3 được điều khiển chuyển động độc lập.

Sự khác biệt ở dạng điều khiển nảy so với dạng điêu khiển 2D là 2 trục được. dieu khién dong thời có khả năng đôi chỗ cho nhau. Điều này cỏ nghĩa là có thể thực hiện các đường cong 2D trong Hình 1. Điều khiển 2D1/2 mặt phẳng XOY hoặc XOZ hoặc YOZ.

Diéu khién 4D, 5D Dựa trên cơ sở của điều khiến 3D, người ta còn bồ trí dụng cụ hoặc chỉ tiết có thêm một chuyên động quay (hoặc 2 chuyên động quay) xung quanh 1 trục nảo đó theo một quan hệ ràng buộc với các chuyển động trên các trục khác của máy 3D. Với khả năng như vậy, các bề mặt phức tạp hay các bê mặt có trục quay cỏ thê thực hiện để đảng hơn so với gia công trên máy 3D Mặt khác vi lý do công nghệ nên có 2 ĐỤ những bể mặt không thể thực hiện gia Bé mat „7 2 5 công bằng 3D vi có thé técek d6 cét bing š giađc i WEE ff aat š 3 f /, Ji X2 (vi dụ tại đỉnh của dao phay đầu cẩu) công DI, 24 fd ua hay lưỡi cắt của dụng cụ khôngthể thực Ley bz ⁄ of hiện việc gia công theo mong muôn (ví AO Dung cu dụ như góc cất không thuận lợi hay cỏ thể bị vướng thân đao vảo các phần khác. Hii 6 Điều khiến 48:SD của chỉ tiết.) Tom lai, tity thuộc vào các yêu cầu bể mặt gia công cụ thể mả có thể lựa chọn mảy thích hợp và máy cảng phúc tạp thi giá thảnh của máy cảng cao và phải bo sung thêm nhiều công cụ khác. Hơn nữa, máy cảng phức tạp thì tinh an toan trong vận hành và sử dụng cảng thập (để bị va chạm vào phôi và máy).

Bữ môn công nghữ chữi to máy 7 DéoTh Ph ngHoa-lu nvănth cs TONG QUAN VE CONG NGHE CAD/CAM-CNC 1.1 Lịch sử phát triển. Năm 1952 máy điều khiển số NC ( Numerical Control) đầu tiên ra đời và chương trình gia công được lap trinh theo ngén ngit APT ( Automatically Programmed Toolls) do viện nghiên cứu Masschusetts tạo ra. Không lâu sau bắt đâu xuất hiện khái niệm CAD ( Computer Aided Design) Vào những năm 70 các hệ điều khiển CNC (computer Numerical Control), ngoài chức năng riêng của hệ NC thì hệ CNC còn có thể thực hiện được nhiều chức niăng khác nhau, nó có bộ phân lưu giữ chương trình và có thẻ thay đổi được chương trình gia công. Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ tin học với sự xuất hiện của các máy vi tính hiện đại cho khả năng ghép nổi quả trình thiết kế với quả trình gia công thành một khôi tông thẻ với sự trợ giúp của máy tính đã tạo ra công nghệ CAD/CAM ( Computer Aided Manufacturing) vả không lâu sau đó lả hệ thông sản xuất linh hoạt FMS ( Flexible Manufacturing System) Hé théng tich hop CIM (Computer Intergrated Manufacturing) bat đầu xuất hiện tử những năm 80.

Mục tiêu của CIM lả gia công tự đông linh hoạt, nó cho khả năng gia công đạt hiệu quả kinh tế cao ngay cả khi gia công với số lượng không lớn.2 các hệ thông điều khiễn CNC. 'Tủy thuộc vào yêu cầu của từng loại máy vả từng loại cơ cầu điều khiển, hệ điều khiển ta có thẻ chia ra thành 3 loại hệ thống điều khiển cơ bản: điều khiên điểm ~ điểm; điều khiển đoạn thẳng vả điều khiên đường. Trong đỏ các máy điều khiển đường tất nhiên có khả năng điều khiển điểm ~ điểm và điều khiển đoạn thẳng. Điều khiển điễm — điểm.

Với các loại máy nảy, trong quả trình gia công dụng cụ được định vị nhanh đến vị trí tọa đô yêu câu. Trong quả trình dịch chuyển nhanh dụng cụ không thực hiện quả trình cắt gọt, chỉ đền tọa độ yêu cầu dụng cụ mới thực hiện quả trinh cắt gọt. Các máy có hệ điều khiển loại nảy lả ; máy khoan, khoét, doa, may han diém Ví dụ: Khi gia công hai lỗ A (xi Bữ môn công nghữ chữi to máy DéoTh Ph ngHoa-lu nvănth cs TONG QUAN VE CONG NGHE CAD/CAM-CNC 1.1 Lịch sử phát triển. Năm 1952 máy điều khiển số NC ( Numerical Control) đầu tiên ra đời và chương trình gia công được lap trinh theo ngén ngit APT ( Automatically Programmed Toolls) do viện nghiên cứu Masschusetts tạo ra.

Không lâu sau bắt đâu xuất hiện khái niệm CAD ( Computer Aided Design) Vào những năm 70 các hệ điều khiển CNC (computer Numerical Control), ngoài chức năng riêng của hệ NC thì hệ CNC còn có thể thực hiện được nhiều chức niăng khác nhau, nó có bộ phân lưu giữ chương trình và có thẻ thay đổi được chương trình gia công. Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ tin học với sự xuất hiện của các máy vi tính hiện đại cho khả năng ghép nổi quả trình thiết kế với quả trình gia công thành một khôi tông thẻ với sự trợ giúp của máy tính đã tạo ra công nghệ CAD/CAM ( Computer Aided Manufacturing) vả không lâu sau đó lả hệ thông sản xuất linh hoạt FMS ( Flexible Manufacturing System) Hé théng tich hop CIM (Computer Intergrated Manufacturing) bat đầu xuất hiện tử những năm 80. Mục tiêu của CIM lả gia công tự đông linh hoạt, nó cho khả năng gia công đạt hiệu quả kinh tế cao ngay cả khi gia công với số lượng không lớn.2 các hệ thông điều khiễn CNC. 'Tủy thuộc vào yêu cầu của từng loại máy vả từng loại cơ cầu điều khiển, hệ điều khiển ta có thẻ chia ra thành 3 loại hệ thống điều khiển cơ bản: điều khiên điểm ~ điểm; điều khiển đoạn thẳng vả điều khiên đường.

Trong đỏ các máy điều khiển đường tất nhiên có khả năng điều khiển điểm ~ điểm và điều khiển đoạn thẳng. Điều khiển điễm — điểm. Với các loại máy nảy, trong quả trình gia công dụng cụ được định vị nhanh đến vị trí tọa đô yêu câu. Trong quả trình dịch chuyển nhanh dụng cụ không thực hiện quả trình cắt gọt, chỉ đền tọa độ yêu cầu dụng cụ mới thực hiện quả trinh cắt gọt.

Các máy có hệ điều khiển loại nảy lả ; máy khoan, khoét, doa, may han diém Ví dụ: Khi gia công hai lỗ A (xi Bữ môn công nghữ chữi to máy DéoTh Ph ngHoa-lu nvănth cs TONG QUAN VE CONG NGHE CAD/CAM-CNC 1.1 Lịch sử phát triển.