Chương 1 tác giả đưa ra cái nhìn tổng quan về nhà máy 3 của công ty cổ phần cơ khí chính xác và chuyển giao công nghệ PMTT, lịch sử hình thành, phát triển, lĩnh vực hoạt động. Bên cạnh đó tác giả giới thiệu các thiết bị máy móc của công ty giúp người đọc có cái nhìn tổng quan hơn về các máy móc trong nhà máy cơ khí chính xác. SVTH: Nguyễn Thành An Lớp: Máy & Thiết bị mỏ -K60 13 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 2 MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN SỐ CNC 2.1 Lịch sử ra đời và phát triển máy công cụ điều khiển số CNC Như chúng ta đã biết, trước thế hệ máy CNC đã có hai thế hệ máy công cụ với trình độ hiện đại thấp hơn: Máy công cụ thông thường và máy công cụ NC.1 Máy công cụ truyền thống Khi thực hiện gia công chi tiết trên các máy công cụ truyền thống công nhân thường dùng tay để điều khiển máy. Công nhân căn cứ vào phiếu nguyên công để cắt gọt chi tiết nhằm đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đặt ra.
Trong trường hợp như vậy năng suất và chất lượng sản phẩm phụ thuộc rất nhiều vào tay nghề của công nhân. Mặc dù còn rất nhiều hạn chế so với máy NC và máy CNC nhưng các máy công cụ truyền thống vẫn được sử dụng khá rộng rãi với lý do giá thành thấp và thuận tiện cho công việc sửa chữa. Hiện nay máy công cụ chủ yếu được dùng để xử lý thô, cắt bỏ đi phần vật liệu thừa và tạo các mặt chuẩn thô hay tinh thống nhất góp phần giảm thời gian gia công trên máy CNC. Phôi được xử lý trước có thể làm giảm tới 10-20% thời gian sản phẩm chạy trên máy CNC.
( hình ảnh máy công cụ truyền thống như hình 2.1 Máy công cụ truyền thống 2.2 Máy công cụ NC Đối với các máy công cụ NC thì việc điều khiển các chức năng của máy được quyết định bằng các chương trình đã lập sẵn. Các máy công cụ NC rất thích hợp với dạng sản xuất hàng loạt nhỏ và trung bình. Hệ thống điều khiển của máy NC là mạch điện tử thông tin vào chứa trên băng từ hoặc băng đục lỗ, thực hiện chức năng theo tầng khối lệnh, khi khối trước kết thúc, máy đọc tiếp các khối lệnh tiếp theo để thực hiện các dịch chuyển cần thiết. Các máy NC chỉ thực hiện các chức năng đơn giản như: Nội suy đường thẳng, nội suy cung tròn, chức năng đọc theo băng.
Các máy NC không có chức năng lưu trữ chương trình. Thời kỳ ban đầu là thế hệ của các máy điều khiển số NC, chương trình nạp SVTH: Nguyễn Thành An Lớp: Máy & Thiết bị mỏ -K60 14 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp vào máy thông qua các băng giấy đục lỗ và thông tin được xử lý bằng công nghệ điện tử thời kỳ đầu (rơle, bóng đèn điện tử rồi đến các transitor). Máy công cụ NC là một bước phát triển lớn từ máy công cụ truyền thống tuy nhiên máy công cụ NC còn nhiều hạn chế và chưa linh hoạt trong việc điều chỉnh máy, hiệu chỉnh máy đặc biệt là việc tạo các chương trình và nạp chương trình vào máy gặp nhiều khó khăn. Do đó hiện nay máy công cụ NC được dùng khá hạn chế.2 Máy cắt ga di động và máy cưa NC 2.3 Máy CNC Máy công cụ CNC là bước phát triển cao từ các máy NC.
Các máy CNC có một máy tính để thiết lập chương trình điều khiển các chức năng dịch chuyển của máy. Các chương trình gia công được đọc cùng một lúc và được lưu trữ vào bộ nhớ. Máy công cụ CNC có khả năng thực hiện các chức năng phức tạp như: Nội suy đường thẳng, nội suy cung tròn, mặt xoắn, mặt parabol và bất kỳ mặt bậc ba nào. Các chương trình lập ra có thể được lưu trữ trên đĩa cứng hoặc đĩa mềm.( hình ảnh máy CNC như hình 2.3 Máy CNC SVTH: Nguyễn Thành An Lớp: Máy & Thiết bị mỏ -K60 15 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp 2.2 Bản chất về điều khiển số Người ta chia hệ thống điều khiển máy công cụ chia ra hai loại: - Điều khiển không theo số ( hay còn gọi là điều khiển truyền thống, điều khiển liên tục).
- Điều khiển số. Hệ thống điều khiển không theo số có các loại sau: điều khiển bằng các cam, điều khiển bằng quãng đường, điều khiển theo thời gian và điều khiển theo chu kỳ. Hệ thống điều khiển không theo số được ứng dụng trong các máy công cụ truyền thống. Điều khiến số là hệ thống điều khiển mà mỗi hành trình được điều khiển theo số.
Mỗi thông tin đơn vị ứng với một dịch chuyển gián đoạn của cơ cấu chấp hành. Khi đó tất cả các chuyển động bất kỳ nào của cơ cấp chấp hành đều được mã hóa bằng những lệnh đặc biệt cho hệ thống điều khiển máy. Các lệnh là sự phối hợp các chữ cái, chữ số và ký hiệu được chọn, ví dụ như dấu thập phân, dấu phần trăm, dấu ngoặc. Những câu lệnh này là ngôn ngữ chung giữa máy và con người.3 Hệ trục tọa độ của máy công cụ CNC 2.1 Hệ trục tọa độ của máy phay CNC Hình 2.4 Hệ trục tọa độ theo quy tắc bàn tay phải Để xác định các vị trị của các bộ phận máy trong quá trình chuyển động, về nguyên tắc cần gắn chúng vào hệ trục tọa độ.
Để thống nhất việc lập trình, người ta quy ước như sau: SVTH: Nguyễn Thành An Lớp: Máy & Thiết bị mỏ -K60 16 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp - Dụng cụ cắt quay tròn và thực hiện chuyển động tịnh tiến còn chi tiết đứng yên. - Các chuyển động tịnh tiến được biểu diễn theo hệ trục tọa độ vuông góc X,Y,Z. - Chiều của chúng được xác định theo quy tắc bàn tay phải. Theo quy tắc này thì: Ngón tay cái chỉ chiều dương của trục X, ngón tay giữa chỉ chiều dương của trục Z, còn ngón tay trỏ chỉ chiều dương của trục Y.
Các trục quay tương ứng với trục X, Y,Z được ký hiệu bằng các chữ A,B,C. Chiều quay dương là chiều quay theo chiều kim đồng hồ nếu nhìn theo chiều dương của các trục X, Y, Z như hình 2.2 Hệ trục tạo độ trên máy tiện CNC Trục Z song song với trục chính của máy và có chiều dương chạy từ mâm cặp tới dụng cụ ( chạy xa khỏi chi tiết gia công được cặp trên mâm cặp). Hay nói cách khác thì chiều dương của trục Z chạy từ trái sang phải.5 Hệ trục tọa độ trên máy tiện CNC Trục X vuông góc với trục Z máy và có chiều dương hương về phía bàn kẹp dao. Như vậy nếu bàn kẹp dao ở phía trước trục chính thì chiều dương hướng ra khỏi máy, còn nếu bàn kẹp dao ở phía sau trục chính thì chiều dương đi vào bên trong máy thể hiện trên hình 2.4 Hệ thống các điểm chuẩn SVTH: Nguyễn Thành An Lớp: Máy & Thiết bị mỏ -K60 17 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp 2.1 Điểm chuẩn của máy M ( điểm gốc O của máy) Điểm gốc O của máy (điểm chuẩn M của máy) là điểm gốc của hệ tọa độ máy.
Điểm M được các nhà chế tạo quy định theo kết cấu của từng loại máy. Điểm M là điểm giới hạn vùng làm việc của máy. Điều đó có nghĩa là trong phạm vi vùng làm việc của máy các dịch chuyển của các cơ cấu máy có thể thực hiện theo chiều dương của các tọa độ máy. Ở các máy phay điểm M thường nằm thường nằm ở điểm giới hạn dịch chuyển của bàn máy.
Điểm chuẩn M ( điểm O của máy) của máy khoan cần và máy phay đứng thể hiện trên hình 2.6 Điểm chuẩn M trên máy khoan cần và máy phay đứng Điểm M của máy tiện được mô tả trên hình 2.7 Điểm chuẩn M trên máy tiện 2.2 Điểm gốc tọa độ O của chi tiết ( Điểm W) SVTH: Nguyễn Thành An Lớp: Máy & Thiết bị mỏ -K60 18 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp Điểm W của chi tiết là gốc tọa độ của chi tiết. Vị trí điểm W phụ thuộc vào sự lựa chọn của người lập trình. Đối với chi tiết tiện thì điểm W của chi tiết nằm trên đường tâm chi tiết hoặc ở mặt đầu bên trái hoặc mặt đầu bên phải. Đối với chi tiết phay thì điểm W có thể góc hay tâm của chi tiết.
Khi gia công các bề mặt chi tiết có thể chọn nhiều tọa độ khác nhau với các điểm gốc W1 và các hệ tọa độ phụ W2, W3, W4 và W5.8 Điểm gốc tọa độ O của chi tiết tiện và chi tiết phay.3 Điểm tham chiếu R Điểm tham chiếu R là điểm của máy sử dụng để khởi động hệ thống đo, trong một số trường hợp như mới khởi động máy, dừng máy khẩn cấp, khóa máy ta cần đưa máy về điểm tham chiếu để xác định lại tọa độ như trên hình 2.9 Các điểm trên máy phay 2.4 Điểm chuẩn của dao P SVTH: Nguyễn Thành An Lớp: Máy & Thiết bị mỏ -K60 19 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp Điểm chuẩn của dao được dùng để tính quỹ đạo chuyển động của dao. Điểm chuẩn của dao là điểm giao giữa tâm dao và mặt đầu dao. Các dao tiện, dao khoan có điểm chuẩn là đỉnh dao. Các dao khoét, dao doa hoặc dao phay thì điểm P là tâm của mặt đầu của dao như trên hình 2.10 Điểm chuẩn của dao P.5 Điểm gá dao N, điểm điều chỉnh dao E (như trên hình 2.11) Điểm E được dùng để xác định hệ trục tọa độ của dao.
Điểm E phụ thuộc vào việc gá dao trên máy. Khi gá dao trên máy thì điểm E trùng với điểm gá dao N. Khi gia công ta phải sử dụng nhiều dao, như vậy các kích thước của chúng phải được xác định bằng cơ cấu điều chỉnh dao. Mục đích của việc điều chỉnh dao là có thông tin chính xác cho hệ thống điều khiển về kích thước dao.
Khi chưa khai báo bù chiều dài dao máy chỉ hiểu và điều khiển thông qua điểm E.11 Điểm gá dao N, điểm điều chỉnh dao E.5 Cấu trúc tổng thể máy CNC SVTH: Nguyễn Thành An Lớp: Máy & Thiết bị mỏ -K60 20 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp Cấu trúc tổng thể của máy CNC gồm 2 phần: Phần điều khiển và phần chấp hành như hình 2.