MỞ ĐẦU Mục tiêu: + Giới thiệu sơ lược về quá trình phát triển của kỹ thuật CNC, các loại máy gia công sử dụng kỹ thuật NC và CNC. Tình hình trang bị ứng dụng kỹ thuật CNC ở nước ta hiện nay. Nội dung chính: 1. Quá trình phát triển của kỹ thuật CNC - Máy CNC là gì ? • NC = Numerical Control • CNC = Computer Numerical Control • Các hoạt động được điều khiển bằng cách nhập trực tiếp dữ liệu số • Một dạng tự động hoá lập trình vạn năng • Máy công cụ được điều khiển bằng hàng loạt các lệnh được mã hoá - Lịch sử phát triển: • 1725 – Phiếu đục lỗ được dùng để tạo mẫu quần áo • 1808 – Phiếu đục lỗ trên lá kim loại được dùng để điều khiển tự động máy thêu • 1863 – Tự động điều khiển chơi nhạc trên piano nhờ bằng lỗ • 1940 – John Parsons đã sáng chế ra phương pháp dùng phiếu đục lỗ để ghi các dữ liệu về vị trí tọa độ để điều khiển máy công cụ.
• 1952 – Máy công cụ NC điều khiển số đầu tiên. • 1959 - Ngôn ngữ APT được đưa vào sử dụng • 1960s – Điều khiển số trực tiếp (DNC) • 1963 - Đồ họa máy tính • 1970s - Máy CNC được đưa vào sử dụng • 1980s – Điều khiển số phân phối được đưa vào sử dụng • CAD/CAM - Máy điều khiển số cổ điển chủ yếu dựa trên công trình của một người có tên là John Parsons. Từ những nĕm 1940 Parsons đã sáng chế ra phương pháp dùng phiếu đục lỗ để ghi các dữ liệu về vị trí tọa độ để điều khiển máy công cụ. Máy được điều khiển để chuyển động theo từng tọa độ, nhờ đó tạo ra được bề mặt cần thiết của cánh máy bay.
Parson giới thiệu hiểu biết của mình cho không lực Hoa Kỳ. Cơ quan này sau đó đã tài trợ cho một loạt các đề tài nghiên cứu ở phòng thí nghiệm Servomechanism của trường Đại học kỹ thuật Massachusetts (MIT). Trang 7 - Công trình đầu tiên tại MIT là phát triển một mẫu máy phay NC bằng cách điều khiển chuyển động của đầu dao theo 3 trục tọa độ. Mẫu máy NC đầu tiên được triển lãm vào năm 1952.
Từ 1953 khả năng của máy NC đã được chứng minh. - Hoa Kỳ tiếp tục phát triển NC bằng cách tài trợ cho MIT nghiên cứu ngôn ngữ lập trình để điều khiển máy NC. Kết quả của việc này là sự ra đời của ngôn ngữ APT: Automatically Programmed Tools vào năm 1959. - So sánh Cấu trúc máy công cụ thông thường và máy CNC + Máy công cụ CNC được thiết kế cơ bản giống như máy công cụ vạn năng.
Sự khác nhau là các bộ phận liên quan đến tiến trình gia công của máy công cụ CNC được điều khiển bởi máy tính. + Các hướng chuyển động của các bộ phận máy công cụ CNC được xác định bởi một hệ trục tọa độ. + Mỗi chuyển động của các bộ phận máy có một hệ thống đo riêng để tính toán các vị trí tương ứng và phản hồi thông tin này về hệ điều khiển. - So sánh chức năng : + Nhập dữ liệu: dùng chương trình NC + Điều khiển: máy tính được tích hợp trong hệ điều khiển CNC và phần mềm tương ứng kiểm soát toàn bộ các chức năng điều khiển của máy công cụ.
+ Kiểm tra: trên máy công cụ CNC, kích thước của chi tiết gia công được đảm bảo trong suốt quá trình gia công với sự phản hồi liên tục của hệ thống đo. Các loại máy gia công sử dụng kỹ thuật NC và CNC - Các máy sử dụng kỹ thuật NC và CNC được sử dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau. Ứng dụng rộng rãi hiện nay là trong gia công kim loại: + Máy phay CNC + Máy tiện CNC + Máy mài CNC + Máy khoan CNC + Máy dập CNC + Máy đo tọa độ CNC + Máy gia công tia nước CNC + Máy hàn CNC + Máy gia công dùng tia laser CNC + Máy gia công tia lửa điện CNC dùng điện cực nhúng + Máy gia công tia lửa điện CNC dùng dây cắt - Hệ thống điều khiển NC cũng được dùng trong các lĩnh khác: + Máy hàn + In bản vẽ tự động + Máy lắp ráp + Máy uốn ống + Máy cắt gió đá + Máy cắt bằng Plasme + Các công nghệ Laser + Máy đan tự động (thêu) Trang 8 + Máy cắt quần áo + Máy tán định tự động + Máy buộc dây 3. Tình hình trang bị ứng dụng kỹ thuật CNC ở nước ta hiện nay Từ năm 1991, thông qua một số dự án chuyển giao công nghệ, hợp tác với nước ngoài như: dự án “Chuyển giao công nghệ thiết kế, phát triển và chế tạo khuôn mẫu”.
Lúc đó các công nghệ CNC như: máy phay CNC, máy tiện CNC, đo lường CNC,. lần đầu tiên được giới thiệu và thu hút sự quan tâm của nhiều nhà chuyên môn cũng như của các doanh nghiệp trong nước và liên doanh với ngoài. Hiện nay, nhiều nhà máy cơ khí trong nước đã và đang có những dự án đầu tư các dây chuyền sản xuất với phần lớn thiết bị trong dây chuyền là các máy CNC. Mặc dù, công nghệ CNC đã vào Việt Nam trong một thời gian ngắn nhưng có thể nói công nghệ này đã có một chỗ đứng tại Việt Nam và trong những năm tới công nghệ này sẽ tiếp tục được dùng nhiều trong các xí nghiệp, phân xưởng, nhà máy ở nước ta.
CẤU TẠO CHUNG CỦA MÁY PHAY CNC Mục tiêu: - Trình bày được cấu tạo chung của máy và các bộ phận chính của máy phay CNC như trục chính, bàn máy, hệ thống dao,. - Nhận dạng được đặc tính kỹ thuật của máy CNC và công tác bảo quản, bảo dưỡng máy - Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực sáng tạo trong học tập. Nội dung chính: I. Cấu tạo chung của máy phay CNC 1.
Máy phay thông thường 4. Động cơ truyền động trục chính 5. Cụm trục chính 3. Các vô lăng điều khiển 2.
Bệ máy: dùng để gắn chặt thân máy tại địa điểm đặt máy 2. Thân máy: dùng để đỡ bàn máy và các cụm truyền đông 3. Bàn máy: dùng để gá chi tiết cần gia công 4. Động cơ truyền động trục chính: tạo ra chuyển động của dao trong quá trình gia công 5.
Cụm truyền động trục chính 6. Các vô lăng điều khiển: điều khiển vị trí dao, bàn máy đến vị trí mong muốn 7. Du xích điều khiển: xác định đúng vị trí của dao và bàn máy so với vị trí ban đầu 8. Vít me truyền động: được gắn chặt trên bàn máy, là bộ phận trung gian giúp bàn máy chuyển động.
Chi tiết gia công 4. Đầu so dao 6. Đầu trục chính 8. Vòi xả dung dịch tưới nguội 9.
Bơm dầu trục thứ 4 10. Nút tháo lắp-tháo dao bằng tay. Vòi xả khí nén Trang 11 II. Các bộ phận chính của máy phay CNC 1.
Động cơ truyền động chính - Sử dụng động cơ một chiều (DC) hoặc xoay chiều (AC) để có thể điều khiển vô cấp tốc độ của động cơ. Các loại động cơ này có đặc điểm là thay đổi số vòng quay đơn giản, mômen truyền tải cao, khi thay đổi lực tác dụng số vòng quay vẫn giữ không đổi. - Truyền động chính của máy CNC phải truyền công suất cắt cần thiết bởi các động cơ truyền động tương ứng qua trục công tác để gia công chi tiết thích hợp. - Độ ổn định cao về mặt truyền động được đặt ra, mặc dù lực gia công cao nhưng mômen quay ở mọi vị trí phải được ổn định.
Đồng thời phải có đủ động lực để làm chủ sự thay đổi nhanh chóng của tốc độ cắt và không bị rung động. - Ngày nay chủ yếu sử dụng bộ biến tần để điều khiển động cơ 3 pha. Có hai loại động cơ ba pha: động cơ không đồng bộ và động cơ đồng bộ. Chúng có ưu điểm hơn so với động cơ điện một chiều.
Khi cùng kích thước momen quay đạt được cao hơn. Ngoài ra số vòng quay cao hơn tới ba lần và công suất cơ bản cao hơn. Các động cơ này làm việc không cần chổi than, không có cổ góp do vậy không đòi hỏi cao ở việc bảo trì. Động cơ truyền động chạy dao - Sử dụng động cơ bước, động cơ Servo để điều khiển các trục chuyển động (X,Y,Z).
Mỗi một trục có gắn một động cơ riêng để hoạt động tách biệt. - Truyền dẫn cho trục chính trước đây thường sử dụng động cơ một chiều để có thể điều khiển vô cấp tốc độ của động cơ. Ngày nay người ta có thể sử dụng động cơ ba pha với bộ điều khiển điện tử có nhiều lợi thế hơn so với động cơ một chiều. - Đặc tính động học tốt cho các quá trình gia tốc và quá trình phanh hãm, mômen quán tính nhỏ, độ chính xác điều chỉnh cao cho những đoạn đường dịch chuyển chính xác.
- Ngày nay người ta có thể sử dụng “động cơ tuyến tính” (linear motor) để thay thế các động cơ thông thường đồng thời loại bỏ được bộ truyền Vít me — đai ốc bi. + Động cơ tuyến tính cấu thành từ các bộ phận giống động cơ quay (Nam châm & cuộn dây từ tính), tuy nhiên các cấu kiện này được dàn ra gắn trực tiếp lên thân máy. Lực từ được tạo ra khi có dòng điện chạy qua cuộn dây, tạo lực tác dụng lên nam châm vĩnh cửu đẩy trục di chuyển. Lực điện từ này trực tiếp điều khiển trục di chuyển thay cho cơ cấu gián tiếp của hệ thống servo, chẳng hạn như trục vít.
+ Công nghệ động cơ tuyến tính dựa trên cơ chế điều khiển điện, có một số ưu điểm sau : Tăng độ chính xác, khả năng lặp lại, tốc độ và gia tốc. Do động cơ tuyến tính là hệ thống điện điều khiển trực tiếp (không tồn tại cơ cấu cơ khí), hệ thống này khắc phục hoàn toàn các nhược điểm về độ rơ và mòn của trục. Trục điều khiển chạy dao - Bộ vítme/đai ốc/bi có khả năng biến đổi truyền dẫn dễ dàng, ít ma sát và không có khe hở khi truyền dẫn với tốc độ cao. - Để có thể dịch chuyển chính xác trên các biên dạng, các trục truyền dẫn không được phép có khe hở và cũng không được phép có hiệu ứng stick - slip (hiện tượng trượt lùi do lực ma sát).
- Bộ vít me đai ốc bi có khả năng truyền dẫn dễ dàng, ít ma sát và không có khe hở khi truyền dẫn với tốc độ cao.