Giáo trình Gia công trên Máy Phay CNC - Nghề Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí

Tài liệu giáo trình gia công trên máy phay CNC ngành kỹ thuật cơ khí. Cung cấp kiến thức toàn diện về lập trình, vận hành và gia công chi tiết.

• Trường học: Trường Cao đẳng Công nghiệp và Thương mại
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí
• Đề tài: Gia công trên máy phay CNC
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Vĩnh Phúc

Tóm tắt

I. Giới Thiệu Chung Về Máy Phay CNC

Máy phay CNC (Computer Numerical Control) là một công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực gia công kim loại hiện đại. Máy được điều khiển bởi máy tính, cho phép thực hiện các phép gia công phức tạp với độ chính xác cao. Khác với máy phay vạn năng truyền thống, máy phay CNC có khả năng tự động hóa hoàn toàn quá trình cắt gọt. Công nghệ CNC được phát triển lần đầu tiên ở Hoa Kỳ vào những năm 1950 cho Không quân Mỹ, nhằm đáp ứng nhu cầu về độ chính xác cao trong sản xuất công nghiệp. Sự ra đời của máy phay Bridgeport vào năm 1936 đã đánh dấu một bước ngoặt quan trọng, tạo nền tảng cho sự phát triển của các máy phay hiện đại. Ngày nay, máy phay CNC trở thành công cụ không thể thiếu trong các xưởng cơ khí, giúp nâng cao hiệu suất sản xuất và chất lượng sản phẩm.

1.1. Quá Trình Phát Triển Của Máy Phay CNC

Lịch sử phát triển của máy phay bắt đầu từ thế kỷ XIX, khi Eli Whitney tạo ra máy phay đầu tiên vào khoảng năm 1814. Các nhà cải tiến như Robert Johnson, John H Hall, Thomas Blanchard đã có những đóng góp quan trọng. Kho vũ khí Springfield và Harpers Ferry của Hoa Kỳ đã tiên phong ứng dụng công nghệ máy phay. Bước ngoặt lớn đến vào 1936 với máy phay Bridgeport, nhỏ gọn, tiết kiệm chi phí và dễ sử dụng. Hơn 250.000 máy này đã được sản xuất. Công nghệ CNC xuất hiện vào những năm 1950, cách mạng hóa ngành gia công kim loại và mở ra thời đại tự động hóa.

1.2. Các Bộ Phận Chính Của Máy Phay CNC

Máy phay CNC bao gồm các bộ phận chính: trục chính (main spindle) quay với tốc độ cao, hệ thống truyền động cung cấp chuyển động cho các trục X, Y, Z, hệ thống điều khiển số (CNC controller) là bộ não của máy, bàn máy (work table) để lắp phôi gia công, và hệ thống đổi dao tự động. Mỗi bộ phận đều có vai trò quan trọng trong quá trình gia công trên máy phay CNC. Hệ thống định vị chính xác cho phép máy thực hiện các chuyển động với công suất cắt tối ưu, đảm bảo chất lượng bề mặt và độ chính xác cấp 6-8.

II. Đặc Tính Kỹ Thuật Của Máy Phay CNC

Đặc tính kỹ thuật của máy phay CNC là những thông số quan trọng quyết định khả năng gia công. Máy phay CNC hiện đại có thể đạt độ chính xác từ cấp 6 đến cấp 8, độ nhám bề mặt cấp 7-9, cho phép gia công các chi tiết phức tạp với dung sai rất chặt. Tốc độ trục chính thường từ 5.000 đến 20.000 vòng/phút, tùy theo loại máy và yêu cầu gia công. Phạm vi di chuyển trục X, Y, Z được thiết kế để phù hợp với các kích thước phôi gia công khác nhau. Công suất cắt và lực cắt phụ thuộc vào cỡ máy và loại dao. Những thông số này quyết định hiệu suất, chất lượng sản phẩm và thời gian gia công theo qui định.

2.1. Độ Chính Xác Và Chất Lượng Bề Mặt

Máy phay CNC có thể đạt được độ chính xác cao nhờ hệ thống định vị tự động. Độ chính xác cấp 6-8 phù hợp với các chi tiết chính xác yêu cầu khắt khe. Độ nhám cấp 7-9 cho phép bề mặt gia công mượt mà, giảm cần thiết phải gia công tiếp theo. Hệ thống phôi và dao được cài đặt chính xác thông qua phần mềm điều khiển máy, đảm bảo độ ổn định và tái lặp lại trong sản xuất hàng loạt, nâng cao hiệu suất lao động.

2.2. Khả Năng Và Giới Hạn Gia công

Máy phay CNC có khả năng thực hiện nhiều loại phep gia công: phay mặt phẳng, phay bậc, phay rãnh, phay profile, phay mặt cong, khoan lỗ, khoét lỗ, tarô. Chế độ cắt và công suất cắt cần được tối ưu hóa để đạt yêu cầu kỹ thuật và thời gian qui định. Hệ thống dao cắt tự động cho phép thay đổi nhanh chóng dao, tăng tính linh hoạt. Tuy nhiên, máy cũng có những giới hạn về kích thước, công suất và loại vật liệu có thể gia công.

III. Lập Trình Phay CNC

Lập trình phay CNC là kỹ năng quan trọng để điều khiển máy phay CNC. Chương trình được viết bằng mã G-code hoặc thông qua phần mềm CAD/CAM. Cấu trúc chương trình phay CNC bao gồm các phần: định nghĩa đơn vị, cài đặt tốc độ trục, lựa chọn dao, định vị điểm bắt đầu, và các lệnh cắt gọt. Lệnh phay CNC được chia thành lệnh cắt gọt (G01, G02, G03) và lệnh hỗ trợ (M00, M01, M30). Chế độ cắt bao gồm tốc độ quay, tốc độ tiến, công suất cắt phù hợp với vật liệu và dao. Việc mô phỏng chương trình trước khi gia công thực tế rất quan trọng để phát hiện lỗi, đảm bảo an toàn lao động.

3.1. Cầu Trúc Và Các Lệnh Cơ Bản

Chương trình CNC bắt đầu với khai báo định dạng và cài đặt thông số cơ bản trên phần mềm điều khiển. Lệnh G-code điều khiển chuyển động của máy, trong khi lệnh M-code điều khiển các hàm phụ. Lệnh chu trình như G71, G72 giúp gia công các hình dạng phức tạp tự động. Cài đặt thông số dao và thông số phôi chính xác là điều kiện tiên quyết. Các lệnh hỗ trợ bao gồm M03 (quay trục), M04, M05 (dừng trục), M08 (bật mát), M09 (tắt mát), M30 (kết thúc chương trình).

3.2. Mô Phỏng Và Xuất Nhập Chương Trình

Mô phỏng chương trình CNC trên máy tính giúp kiểm tra tính đúng đắn trước khi chạy thực tế, tiết kiệm thời gian và tránh hỏng dao, phôi. Phần mềm mô phỏng hiển thị quỹ đạo dao, phát hiện va chạm với ngàm phôi hoặc bàn máy. Xuất chương trình từ CAD/CAM sang định dạng NC file để máy CNC đọc. Nhập chương trình vào máy phay CNC thông qua cáp USB, thẻ nhớ hoặc mạng. Các tập tin NC có thể được sửa chữa trực tiếp trên máy để điều chỉnh chế độ cắt và lệnh phù hợp.

IV. Vận Hành Và Gia công Trên Máy Phay CNC

Vận hành máy phay CNC đòi hỏi tuân theo qui trình qui phạm chặt chẽ để đảm bảo an toàn lao động và chất lượng sản phẩm. Trước tiên, di chuyển máy về chuẩn (tìm điểm tham chiếu gốc tọa độ), quay trục chính, di chuyển các trục X, Y, Z ở chế độ điều khiển bằng tay. Cài đặt thông số dao và thông số phôi theo phần mềm điều khiển máy, xác định vị trí điểm bắt đầu gia công. Nhập chương trình NC vào máy và thực hiện mô phỏng một lần nữa trên máy thực. Quá trình gia công phay CNC bao gồm: phay mặt phẳng, phay bậc cong cung, phay theo biên dạng, phay mặt 3D. Cần theo dõi quá trình gia công, điều chỉnh chế độ cắt, bảo dưỡng bôi trơn, vệ sinh công nghiệp, và đảm bảo an toàn lao động theo từng giai đoạn.

4.1. Qui Trình Vận Hành Máy Phay CNC

Qui trình vận hành bắt đầu từ khởi động máy, tìm điểm tham chiếu cho các trục tọa độ, quay trục chính ở chế độ điều khiển bằng tay để kiểm tra. Di chuyển trục X, Y, Z từ từ để xác định vị trí phôi và dao. Cài đặt tốc độ quay trục chính phù hợp với vật liệu và cỡ dao. Cài đặt tốc độ tiến (feed rate) để tối ưu công suất cắt. Nhập chương trình NC vào bộ điều khiển. Thực hiện mô phỏng toàn bộ chương trình để phát hiện sai sót. Bắt đầu gia công ở chế độ tự động, theo dõi liên tục.

4.2. Các Loại Gia Công Phay CNC

Phay mặt phẳng tạo ra bề mặt phẳng với độ chính xác cao, dao phẳng quay với tốc độ cao. Phay bậc cong cung thực hiện các bước và đường cong trên chi tiết, sử dụng lệnh G02, G03. Phay theo biên dạng (profile) tạo các hình dạng phức tạp theo đường cong được lập trình. Phay mặt 3D từ chương trình CAD/CAM cho phép gia công các mô hình ba chiều phức tạp. Mỗi loại phep gia công yêu cầu chế độ cắt khác nhau, dao khác, và tốc độ tiến thích hợp để đạt độ chính xác cấp 6-8, độ nhám cấp 7-9, và đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.

Trích đoạn nội dung tài liệu

mở đầu (O)và đằng sau là bốn con số chỉ số chương trình, số chương trình bắt đầu từ 1  9999. 17 Ví dụ: O0001; + Thân chương trình. Thân chương trình NC bao gồm một tập hợp các câu lệnh (block). Mỗi câu lệnh miêu tả một bước gia công hoặc một chức năng nào đó.

+ Kết thúc chương trình. Thông thường là một mã lệnh kết thúc chương trình như M02 hoặc M30.2 Chương trình con. Một chi tiết có thể có nhiều bề mặt khác nhau hoặc nhiều phần khác nhau cần phải gia công. Chương trình để gia công toàn bộ chi tiết được gọi là chương trình chính, còn chương trình gia công từng bề mặt hoặc từng phần của chi tiết được gọi là chương trình con.

Như vậy chương trình con thể hiện các quá trình gia công được lặp lại nhiều lần, có thể được truy nhập và lưu trữ trong bộ nhớ của chương trình (dưới dạng chương trình con) và được gọi ra tại các vị trí của chương trình chính (chương trình gia công chi tiết) Chương trình con được ứng dụng để mô tả nhiều chuyển động và nhiều quá trình lặp lại trong một chương trình chính theo một trình tự xác định. Chương trình con được mã hoá theo địa chỉ P với số hiệu và 1 hoặc 2 chữ số là số lần nhảy của chương trình con khi được gọi ra từ chương trình chính. Ví dụ: P41220 cho biết địa chỉ của chương trình con là P với số hiệu 1220 và phải thực hiện 4 lần sau khi gọi ra Trong một số trường hợp cần thiết thì một chưng trình con thứ nhất lại chứa một chương trình con thứ hai, chương trình con thứ hai lại chứa chương trình con thứ ba nghĩa là có chương trình con cấp 2 hoặc cấp 3. M98 - Lệnh gọi chương trình con.

Cấu trúc: M98 P_ ; Ở đây P là bốn số đầu tiên kể từ bên phải để xác định số hiệu chưong trình con, các con số khác chỉ số lần lặp Chú ý:- M98 Có thể được gán trong cùng một khối với các lệnh dịch chuyển (Ví dụ:: G01 X25 M98 P25001) - Khi số lần lặp không xác định thì chương trình con được gọi một lần 18 - Có thể thực hiện được hai lệnh gọi vòng lặp  Lệnh M99P_ Kết thúc chương trình con, chỉ thị nhảy. Cấu trúc M99 P_ ; - M99 trong chương trình nếu không có địa chỉ nhảy, thì sẽ trở về chương trình gọi ở câu lệnh sau câu lệnh gọi đầu, nếu có địa chỉ nhảy Pxxxx thì sẽ nhảy đến câu lệnh xxxx trong chương trình gọi. Chú ý:- Lệnh M99 phải ở cuối chương trình con - Lệnh nhảy ngược về xuất hiện tự động trong khối lệnh tiếp theo trong chương trình chính 3. Lệnh, câu lệnh phay CNC: 3.

Các mã lệnh G – Code Mã G được đánh dấu * là những mã G hiện hành khi mới bật máy. Mã G Nhóm Chức năng *G00 Chạy vị trí G01 Nội suy đường thẳng Nội suy đường tròn/ đường xoắn ốc cùng chiều kim G02 01 đồng hồ Nội suy đường tròn/ đường xoắn ốc ngược chiều G03 kim đồng hồ G04 Dừng, dừng chính xác G09 00 Dừng chính xác G10 Cài đặt dữ liệu.1(G112) Chế độ nội suy tọa độ cực 25 *G13.1(G113) Hủy chế độ nội suy tọa độ cực *G15 Hủy tọa độ cực 17 G16 Thiết lập tọa độ cực *G17 02 Chọn mặt phẳng XY 19 G18 Chọn mặt phẳng ZX G19 Chọn mặt phẳng YZ G20 Chọn đơn vị hệ Anh 06 G21 Chọn đơn vị hệ Mét G27 Quay về kiểm tra điểm tham chiếu G28 Về điểm tham chiếu 00 G29 Trở lại từ điểm tham chiếu G30 Về điển tham chiếu thứ 2,3,4 (điểm thay dao) G33 01 Cắt ren *G40 Hủy bù bán kính dao G41 07 Bù trái G42 Bù phải G43 Bù chiều dài dao dương G44 08 Bù chiều dài dao âm *G49 Hủy bù chiều dài dao *G50 Hủy tỷ lệ 11 G51 Tỷ lệ G52 Cài đặt tọa độ địa phương (cục bộ) 00 G53 Lựa chọn tọa độ máy *G54  G59 14 Hệ tọa độ phôi G68 Xoay gốc tọa độ 16 *G69 Hủy xoay gốc tọa độ G73 Chu trình khoan G74 Ta rô ren trái. G76 Chu trình doa *G80 09 Hủy chu trình gia công lỗ G81 Chu trình khoan G82 Chu trình khoan G83 Chu trình khoan 20 G84 Ta rô ren phải G85 Chu trình doa G86 Chu trình doa G87 Chu trình doa G88 Chu trình doa G89 Chu trình doa *G90 Tọa độ tuyệt đối 03 G91 Tọa độ tương đối Thiết lập hệ thống tọa độ hoặc giới hạn tốc độ trục G92 chính *G94 Thiết lập bước tiến trên phút 05 G95 Thiết lập bước tiến trên vòng G96 Thiết lập tốc độ cắt không đổi (m/phút) (0 hiệu lực) 13 *G97 Thiết lập tốc độ trục chính (vòng/phút) *G98 Về mặt phẳng xuất phát 10 G99 Về mặt phẳng rút dao R và hủy chu trình.2 Câu lệnh sử dụng cho máy Phay CNC: Một câu lệnh bao gồm một hoặc nhiều từ lệnh mang thông tin chuyển động và các chức năng khác. Mỗi câu lệnh được mở đầu bằng số thứ tự câu lệnh và kết thúc bằng dấu hiệu kết thúc câu “ ; ” Cấu trúc 1 câu lệnh: N… G… X…Y …Z… M… S… T.

; Số thứ tự Mã lệnh G Tọa độ vị trí Chức Tốc độ trục Dụng cụ câu lệnh cần gia công năng phụ chính 4. Chế độ cắt khi phay CNC: Thông số chế độ cắt của dao Phay ngón: Chú ý: Thông số trên áp dụng cho dao hợp kim, chủ yếu là dao chip – dao gồm cánvà các lưỡi cắt hợp kim lắp thêm vào, yêu cầu tốc độ trục chính rất cao, với vật liệugia công là thép 45, với 21 các loại vật liệu cứng hơn, nên giảm tốc độ và bước tiến đểtránh vỡ lưỡi cắt. Khi áp dụng với các loại dao khác như dao thép gió, dao hợp kimliền một khối nên giảm bớt tốc độ trục chính sao cho hợp lý. Ngoài ra có thể tính bước tiến theo công thức như sau: F1 (theo phương XY) = S*n*0.5 Trong đó: S: tốc độ quay trục chính.

n: số lưỡi cắt, số me cắt (thông thường từ dao có đk>6: số me cắt bằng 4; dao cóđk<6, số me cắt bằng 2). 22 Ngoài ra, tất cả các thông số tốc độ quay đều là của các máy CNC đời cao,tốc độ quay tối đa của trục chính có thể đạt tới 15000 v/p; các máy phay CNC thực tế ở các công ty tư nhân chỉ có thể đạt tới tốc độ tối đa là 4500v/p, thông dụng là3000v/p) 23 Chú ý: Dao cầu luôn áp dụng khi cần gia công các bề mặt không phẳng, có ưu điểm là độ chính xác rất cao, nhưng chỉ có 2 lưỡi cắt nên năng suất gia công không cao bằng dao flat. Chiều sâu cắt gọt áp dụng cho dao cầu tương tự như dao flat 5. Giới thiệu các lệnh hổ trợ phay CNC: Các chức năng về công nghệ và các chức năng phụ.

O Kí hiệu mở đầu chương trình. N Biểu diễn số thứ tự câu lệnh G Các chức năng G X Lệnh toạ độ theo trục X Y Lệnh toạ độ theo trục Y Z Lệnh toạ độ theo trục Z I Tham số cung tròn theo trục X; J Tham số cung tròn theo trục Y K Tham số cung tròn theo trục Z, số lần lặp F Đặt giá trị bước tiến S Khai báo số vòng quay trục chính T Khai báo dao M Các chức năng phụ 24 H Gọi bộ nhớ chiều dài dao D Gọi đường kính dao R Bán kính cung tròn hoặc _ Q Lượng tiến dao mỗi lần P Gọi chương trình con hoặc _ / Bỏ qua câu lệnh hoặc chức năng trong câu lệnh EOB Dấu hiệu kết thúc câu lệnh (;) Các chức năng phụ trợ M – Code Chức năng bắt đầu A: Chức năng hoạt động đồng thời điều khiển trong câu lệnh. Chức năng bắt đầu B: Chức năng thực hiện sau khi hoạt động trong câu lênh đã hoàn tất. Chức năng tiếp theo C: Chức năng có hiệu lực đến khi hủy nó hoặc thay đổi trong một câu lệnh khác.

Chức năng tiếp theo D: Chức năng chỉ có hiệu lực trong câu lệnh chứa nó. Chức Chức năng tiếp năng bắt Mã M Chức năng theo Lưu ý đầu A B C D M00 Dừng chương trình   M01 Dừng có lựa chọn   M02 Kết thúc chương trình   Bật trục chính quay cùng M03   chiều kim đồng hồ Bật trục chính quay ngược M04   chiều kim đồng hồ M05 Dừng trục chính   M06 Thay dao tự động   M08 Bật dung dịch trơn nguội   M09 Tắt dung dịch trơn nguội   25 M24 Bật tải phoi   M25 Tắt tải phoi   Kết thúc chương trình và M30   quay về đầu chương trình M80 Hủy đối xứng trục   M81 Đối xứng qua trục X   M82 Đối xứng qua trục Y   M83 Đối xứng qua trục Z   M98 Gọi chương trình con.   M99 Kết thúc chương trình con   Gọi chương trình con từ thẻ M198   nhớ Kết thúc chương trình con từ M199   thẻ nhớ Hốc chờ dao quay về vị trí M232   gốc Hốc chờ dao quay xuống vị M233   trí nhả dao. Lệnh M là các lệnh bật tắt hoặc các lệnh bổ sung.

Lệnh M có thể đứng độc lập hoặc cùng với các lệnh khác trong cùng một câu lệnh 6. Giới thiệu các lệnh cắt gọt cơ bản phay CNC: 6. Dịch chuyển nhanh G00. Cấu trúc: G00 X_ Y_ Z_ ; Bàn máy sẽ dịch chuyển với tốc độ lớn nhất tới điểm đích có tọa độ X_ Y_ Z_ Hình 2.3: đường dịch chuyen dao G00 26 Chú ý: - Tốc độ dịch chuyển bàn máy tối đa được thiết lập bởi nhà sản xuất.

- Có thể tăng giảm tốc độ dịch chuyển bằng núm điều chỉnh bước tiến % RAPID F0; F25; F100. Với hệ toạ độ tuyệt đối G90. ; Với hệ toạ tương đối G91. Nội suy đường thẳng G01.

Cấu trúc: G01 X_Y_Z_F_ ; Chạy dao cắt gọt theo đường thẳng với lượng chạy dao F_. Ví dụ: Hệ toạ độ tuyệt đối G90 ; G01 X_. F500 ; Hoặc tương đối G91.4: Đường dich chuyển dao G01 6.Vát mép và vê tròn góc. Có thể lập trình để thực hiện tự động việc vát mép cũng như vê tròn góc bằng cách đưa vào khối lệnh có G01 hoặc G00 tham số C hoặc R Hình 3.5: Sơ đồ vắt mép và vê cung tròn Cấu trúc: 27 G00/G01 X_Y_,C_; G00/G01X_Y_,R_ ; Việc lập trình có vát mép và vê góc chỉ thực hiện trong mặt phẳng làm việc.

Các công việc có thể lập trình trong mặt phăng XY (với G17) là: - Dịch chuyển từ điểm đầu đến điểm b như bản vẽ. - Khi lập trình theo tọa độ tương đối thì khoảng cách từ điểm b phải được lập trình.