Nghiên cứu công nghệ CNC và lập trình gia công chi tiết trên trung tâm CNC

Luận văn trình bày tổng quan công nghệ CNC, phương pháp lập trình và ứng dụng thực tiễn gia công chi tiết phức tạp trên trung tâm gia công CNC.

• Tác giả: Nguyễn Hùng Tâm
• Người hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Dịch
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Công Nghệ CNC Và Lập Trình Gia Công Một Số Chi Tiết Trên Trung Tâm Gia Công CNC
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Công Nghệ CNC Và Điều Khiển Số

Công nghệ CNC (Computer Numerical Control) đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong sản xuất hiện đại. Máy CNC cho phép giảm đáng kể khối lượng công việc, thời gian gia công chi tiết và nâng cao độ chính xác. Với sự phát triển của điều khiển số và tin học, các nhà chế tạo máy công cụ đã thiết kế được các hệ thống điều khiển ngày càng tin cậy hơn. Lập trình gia công trên máy CNC cho phép rút ngắn chu kỳ sản xuất, đạt hiệu quả kinh tế cao và giảm thời gian chế tạo. Ngành cơ khí chế tạo phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới nhờ ứng dụng công nghệ này. Việc đầu tư vào các dây chuyền tự động và trung tâm gia công CNC là một yêu cầu thiết yếu cho sự phát triển bền vững của các doanh nghiệp hiện nay.

1.1. Bản Chất Của Điều Khiển Số

Điều khiển số là hệ thống mà mỗi hành trình được điều khiển theo số. Mỗi thông tin đơn vị ứng với một dịch chuyển giản đoạn của cơ cấu chấp hành, gọi là "khả năng giải quyết" hay giá trị xung. Khác với điều khiển không theo số (cam, quãng đường, thời gian), điều khiển số cung cấp độ chính xác cao hơn. Cơ cấu chấp hành có thể dịch chuyển với đại lượng bất kỳ tương ứng với giá trị xung, cho phép lập trình gia công phức tạp trên các máy phay CNC.

1.2. So Sánh Các Hệ Thống Điều Khiển Máy Công Cụ

Các hệ thống điều khiển máy công cụ bao gồm: điều khiển bằng cam, quãng đường, thời gian và chu kỳ. Hệ thống điều khiển theo cam xác định hành trình dựa trên khoảng ning Préfin và tỷ số truyền. Điều khiển theo quãng đường sử dụng góc quay cam và tốc độ trung bình. Hệ thống chu kỳ là tổng hợp của hai phương pháp trên. Tuy nhiên, điều khiển số vượt trội hơn nhờ khả năng lập trình linh hoạt.

II. Quy Trình Lập Trình Gia Công Trên Máy Phay CNC

Lập trình gia công chi tiết trên máy phay CNC là một quy trình phức tạp đòi hỏi kỹ năng chuyên môn cao. Chương trình làm việc của máy tự động cần hai loại thông tin quan trọng: kích thước (xác định hành trình) và điều khiển (xác định thứ tự hành trình theo thời gian). Công nghệ CNC cho phép gia công các bề mặt phức tạp với độ chính xác cao. Quá trình lập trình bao gồm phân tích bản vẽ, xác định chuỗi công việc, thiết lập các tham số cắt và viết chương trình điều khiển. Việc nắm vững phương pháp lập trình là chìa khóa để khai thác hiệu quả trung tâm gia công CNC và giảm thời gian sản xuất.

2.1. Các Bước Cơ Bản Trong Lập Trình

Lập trình gia công bắt đầu với việc phân tích bản vẽ chi tiết kỹ thuật. Tiếp theo, xác định chuỗi công việc và lựa chọn dụng cụ phù hợp. Thiết lập tham số cắt như tốc độ quay, tốc độ tiến và độ sâu cắt. Viết chương trình sử dụng mã G-code điều khiển máy CNC. Kiểm tra chương trình trên máy phay CNC bằng chế độ chạy thử. Thực hiện cắt thử để đảm bảo chi tiết đạt yêu cầu chất lượng.

2.2. Gia Công Bề Mặt Phức Tạp Trên Máy Phay CNC

Gia công bề mặt phức tạp trên máy phay CNC đòi hỏi kỹ thuật cao. Phải lựa chọn dụng cụ chuyên dụng và tối ưu hóa phương pháp lập trình. Sử dụng phần mềm CAM để tạo đường dẫn cắt tối ưu. Phân chia quá trình cắt thành nhiều lượt để đảm bảo độ chính xác. Công nghệ CNC cho phép gia công với độ chính xác cao, giảm lỗi và nâng cao hiệu quả sản xuất.

III. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Trung Tâm Gia Công CNC

Trung tâm gia công CNC là thiết bị tích hợp cao cho phép thực hiện nhiều công tác gia công trong một chu kỳ. Nó kết hợp các chức năng phay, khoan, tap để tạo ra các chi tiết phức tạp. Sử dụng công nghệ CNC hiện đại giúp doanh nghiệp nâng cao sản lượng, giảm chi phí sản xuất và tăng tính cạnh tranh. Lập trình gia công chi tiết trên trung tâm gia công đòi hỏi hiểu biết sâu về máy móc và phương pháp lập trình. Các doanh nghiệp sản xuất cơ khí hiện nay đầu tư mạnh vào máy CNC để đáp ứng nhu cầu thị trường về các chi tiết có độ chính xác cao.

3.1. Lợi Ích Của Máy CNC Trong Sản Xuất

Máy CNC mang lại nhiều lợi ích: giảm thời gian gia công chi tiết lên tới 50%, nâng cao độ chính xác trong phạm vi 0.01mm, giảm lỗi nhân công, tự động hóa quy trình sản xuất. Công nghệ CNC cho phép sản xuất linh hoạt, dễ dàng thay đổi chương trình cho chi tiết khác nhau. Khai thác hiệu quả trung tâm gia công CNC giúp rút ngắn chu kỳ sản xuất.

3.2. Yêu Cầu Kỹ Năng Của Người Lập Trình CNC

Người lập trình máy CNC cần nắm vững công nghệ CNC, hiểu biết về vật liệu, dụng cụ cắt và phương pháp lập trình. Phải có kỹ năng vẽ kỹ thuật, đọc bản vẽ và tính toán các tham số cắt. Kiến thức về gia công bề mặt phức tạp và lập trình gia công là cần thiết. Thường xuyên cập nhật kiến thức về phần mềm CAM và kỹ thuật mới.

IV. Xu Hướng Phát Triển Của Công Nghệ CNC Hiện Đại

Công nghệ CNC không ngừng phát triển với những đổi mới trong điều khiển số và tin học. Các máy CNC hiện đại tích hợp trí tuệ nhân tạo, cảm biến thông minh và kết nối IoT để tối ưu hóa quá trình sản xuất. Lập trình gia công ngày nay có thể thực hiện tự động từ bản vẽ số. Trung tâm gia công CNC mới có khả năng linh hoạt cao, cho phép thực hiện nhiều công tác khác nhau trên một máy. Sự phát triển của phần mềm CAM và công nghệ CNC tạo điều kiện cho việc gia công chi tiết với độ chính xác và hiệu suất cao chưa từng có. Các doanh nghiệp cần liên tục đầu tư cập nhật công nghệ để duy trì khả năng cạnh tranh.

4.1. Tự Động Hóa Và Thông Minh Hóa Máy CNC

Máy CNC thế hệ mới trang bị công nghệ tự động hóa cao với hệ thống cảm biến thông minh. Công nghệ CNC hiện đại cho phép lập trình gia công tự động từ mô hình 3D. Hệ thống điều khiển số tiên tiến giúp tối ưu phương pháp lập trình và giảm thời gian chu kỳ sản xuất. Tích hợp trí tuệ nhân tạo vào gia công chi tiết nâng cao chất lượng.

4.2. Tích Hợp Công Nghệ Số Và IoT Trong Sản Xuất

Trung tâm gia công CNC hiện đại kết nối với hệ thống quản lý sản xuất thông qua IoT. Công nghệ CNC cho phép giám sát thời gian thực quá trình gia công. Lập trình gia công chi tiết có thể điều chỉnh động dựa trên dữ liệu từ máy. Dữ liệu sản xuất được thu thập để phân tích, cải tiến phương pháp lập trình và nâng cao năng suất toàn cộng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. Tổng quan về điều khiển số và công nghé CNC Chương 2. Giới thiệu trung tâm gia công Chương 3. Phương pháp lập trình trên máy phay CNC Chương 4.

Lập trình gia công bể mặt phức tạp trên máy phay CNC Tác giả rất mong muốn nhận được sự góp ý của quý thầy Gỗ VÀ các đẳng nghiệp để công trình được hoàn thiện hơn. Chuong 1: TONG QUAN VE DIEU KIIIEN SO VÀ CÔNG NGIIỆ CNC 1. Bản chất của điều khiến số Khi gia công trên các máy công cụ, thì chỉ tiết và các dụng cụ cất thực hiện các chuyển động tương dỗi với nhau. Những chuyển động (hay dịch chuyển) tương đổi được lặp lại nhiều lần khi gia công mỗi chi tiết được gọi là chu ky gia công.

Để có một chu kỷ gia công ta phải xác định một đại lượng và một thử tự của hành trình. Phần "thử tự" được gọi là phần điều khiển. Thật vậy, chương trình làm việc của bất kỷ một máy tự động nào cũng cân có hai loại thông tin: về kích thước (xác dịnh hành trình của chu kỷ), về điều khiển (xác định thứ tự của hành trình theo thời gian) Người ta chỉa oác hệ thông điều khiển máy ông cụ ra hai loại: - Điều khiển không thoo số (hay còn gợi là điều khiển truyền thông, điều khiển liên tục); - Điều khiển số. Điềukhiến không thco số ; ; Hệ thông điều khiển không theo sô có các loại nhu sau: diéu khién bang cac cam, diều khiển bằng quãng đường, điều khiển theo thời gian và điều khiển theo chu ky * Hé théng diéu khién theo cam (Hinh 1.1) 'Theo hệ thong nay thì quãng đường (hánh trình) I.

được xác địmh theo công thức L=SK dal 6 day: S, - khoang ning Préfin của cam (mm) K -Ty số truyền trung gian (trên Tình 1.1 Điều khiển theo cam hình 1.1} * Hệ thông điều khiễn thea quãng đường (Hình 1.2) 6 day: T - thời gian quay một vàng của bộ diễu khiển (ph), œ- góc ga cam (*); V - tốc độ trung bình của cơ cầu chấp hành (m/ph) * Hệ thẳng điều khiển theo chu Kỳ (Hình 1.4) Hệ thông điều khiển này là tổng hợp của hai hệ thống diều khiển theo quãng aan đường và thời gian. Đại lượng hành trình FRE được xác định bằng các cữ hành trình om p trong hệ thông điều khiến theo quing đường hoặc bởi bộ điều khiến trong hệ Lm thông điều khiển thời gian.4 mH * †a thấy, khi bộ điều khiến tác động vào rơ Hình 1.4 Điều khiển theo chủ kỳ le "tiên" thi cơ cấu châp hành dịch chuyển phía trước, khi bộ diễu khiển tác động vào rơ le "lùi" thì cơ cầu chấp hành dich chuyển sang phía sau (về bên phải). 3T nhiên, bộ diều khiển chỉ tác động vào ro le "lùi" khi cơ câu hành chạm vào cữ hành trình KEB. Khi cơ câu chấp hành dịch chuyển về bên phải thì rơ le "tiến" không lâm việc.

Rơ lc "tiến" chỉ hoạt động khi cơ câu chấp hành chạm vào cữ hành trình KBII và lúc ấy chu kỷ mới được lặp lại. Ta thấy các hệthống điều khiển trên đây tuy không giống nhau nhưng đại lượng hành trinh lại được điều khiên giông nhau (liên tục). Diêu đỏ có nghĩa là điêu khiến theo chương trình số. Điều khiến số Điều khiển số là hệ thống diều khiển mã mỗi hành trình dược diễu khiển thøo số.

Mỗi thông tin đơn vị ứng với một dịch chuyển giản đoạn của cơ cầu chấp hành. Đại lượng này có tên gọi là “khả năng giải quyết" của hệ thống hay là giả trị xung. Cơ cầu chấp hanh có thể dịch chuyển với một đại lượng bất ky nao từng với giả trị xung. Như vậy, khi biết giá trị xung q và đại lượng dịch chuyển L của cơ câu chấp hành, ta có thể xác định số lượng xung N cần thiết tác động để có lượng dịch chuyển L L qN (14) Số lượng xung N được ghi trên kênh thông tin được gọi là một chương trình xác định đại lượng thông tỉn kích thước.

Các thông tin cần thiết được ghi 4 trên băng dục lỄ hoặc băng từ. Số lượng thông tin được ghi trang một hệ thống xã hoá nhất dịnh. Mã hoá thông tin - - Con người và máy quan hệ với nhau băng một ngồn ngữ mã máy có thê hiểu được. Máy phải đọc được chương trình do con người ghi và thực hiện theo chương trình đó.

Khi cơ câu điều khiến số bị hỏng, chương trình có sai sót thì diễu khiển sẻ sẽ truyền thông tin về nguyên nhân ngửng hoạt động, * Chit cái Chữ cải của mã số là tập hợp các ký hiệu được dùng khi mã hoá. Các phần tử mới hiện nay của tự động hoa chí có hai trạng thái 6n định: Công tắc kin hoặc công tắc hở, trong mang của băng đục lỗ có thể có hoặc không có lỗ. thải ứng với kỷ hiệu ] (cấp dòng năng lượng chẳng hạn), còn trạng thái khác ứng. Vì vậy chữ cái của mã số chỉ chữa hai ký hiệu {0,1} * Mã thập phân Cũ sở của hệ thập phân (mã thập phân) là số 10.

Hệ thẳng này có 10 ký tự 0,1,2,3,4. Người la chọn hệ thập phân dể tính là xuất phát từ lịch sử tỉnh toán bằng 1Ó ngón tay. Theo hệ thập phân thì số 3807,45 được viết như sau: 3. Ta thấy, vi trị đầu tiến bên trái dấu phẩy ửng với số mũ 0 đi vẻ bên trải của dấu phẩy, các số mũ luỹ thừa tăng, đần (2,3).

Di về bên phải của dẫu phẩy số mũ lũy thừa giảm dẫn: - 1, -2, -3. Vĩ dụ, trong trường hợp phân tích số 3807,45 thì số mũ luỹ thửa piảm như sau: -1, -2 (bằng các chữ số đứng đẳng sau dấu phẩy). Mã sô thập phân tuy chứa được nhiều dung lượng nhưng lại rất phức tạp khi tỉnh toán. * Ma sé don vị Mã số đơn vị là một loại mã số tron đó mỗi số được biểu thị bằng số lượng các ký hiệu chữ số 1 Ví dụ 1 1 § 11111 9 11111111 2 11 6 111111 10 1111111111 3 111 7 111i 5 Input cap Luvs CAM (bang tit dB a) Vùng xử lý số ben người He thong do toa độ vị trí Hình 1.

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy gia cong CNC * Hệ thống điều khiển NC Hệ thống NC đâu tiên ra đời do nhu câu chế tạo các chỉ tiết phức tạp với số lượng ít. Trong hệ thông NC các thông số hình học của chỉ tiết và các lênh điều khiển máy được cho dưới đạng dãy các con số + Đưa dữ liệu vào hệ thông Toản bộ các chỉ dẫn gia công được in vao băng đục lỗ dưới dạng các câu lệnh của chương trình. Mỗi câu lệnh được đọc trong hệ thống điều khiển NC, đồng thời đưa vào các bộ phân hiệu chỉnh dụng cụ cân thiết và xê dịch các điểm (0). + Xứ lý đữ liệu và đưa đữ liệu ra Các thông tin đưa vảo hệ thống điều khiển duoc ma hoa và tách thành thông tin hình học và thông tin công nghệ (hình 1.

Các thông tin hình học dịch chuyển dụng cụ. Các thông tin công nghệ điều khiển các chức năng vận hành may. trên băng dục lỄ hoặc băng từ. Số lượng thông tin được ghi trang một hệ thống xã hoá nhất dịnh.

Mã hoá thông tin - - Con người và máy quan hệ với nhau băng một ngồn ngữ mã máy có thê hiểu được. Máy phải đọc được chương trình do con người ghi và thực hiện theo chương trình đó. Khi cơ câu điều khiến số bị hỏng, chương trình có sai sót thì diễu khiển sẻ sẽ truyền thông tin về nguyên nhân ngửng hoạt động, * Chit cái Chữ cải của mã số là tập hợp các ký hiệu được dùng khi mã hoá. Các phần tử mới hiện nay của tự động hoa chí có hai trạng thái 6n định: Công tắc kin hoặc công tắc hở, trong mang của băng đục lỗ có thể có hoặc không có lỗ.

thải ứng với kỷ hiệu ] (cấp dòng năng lượng chẳng hạn), còn trạng thái khác ứng. Vì vậy chữ cái của mã số chỉ chữa hai ký hiệu {0,1} * Mã thập phân Cũ sở của hệ thập phân (mã thập phân) là số 10. Hệ thẳng này có 10 ký tự 0,1,2,3,4. Người la chọn hệ thập phân dể tính là xuất phát từ lịch sử tỉnh toán bằng 1Ó ngón tay.

Theo hệ thập phân thì số 3807,45 được viết như sau: 3. Ta thấy, vi trị đầu tiến bên trái dấu phẩy ửng với số mũ 0 đi vẻ bên trải của dấu phẩy, các số mũ luỹ thừa tăng, đần (2,3). Di về bên phải của dẫu phẩy số mũ lũy thừa giảm dẫn: - 1, -2, -3. Vĩ dụ, trong trường hợp phân tích số 3807,45 thì số mũ luỹ thửa piảm như sau: -1, -2 (bằng các chữ số đứng đẳng sau dấu phẩy).

Mã sô thập phân tuy chứa được nhiều dung lượng nhưng lại rất phức tạp khi tỉnh toán. * Ma sé don vị Mã số đơn vị là một loại mã số tron đó mỗi số được biểu thị bằng số lượng các ký hiệu chữ số 1 Ví dụ 1 1 § 11111 9 11111111 2 11 6 111111 10 1111111111 3 111 7 111i 5 Input cap Luvs CAM (bang tit dB a) Vùng xử lý số ben người He thong do toa độ vị trí Hình 1. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy gia cong CNC * Hệ thống điều khiển NC Hệ thống NC đâu tiên ra đời do nhu câu chế tạo các chỉ tiết phức tạp với số lượng ít. Trong hệ thông NC các thông số hình học của chỉ tiết và các lênh điều khiển máy được cho dưới đạng dãy các con số + Đưa dữ liệu vào hệ thông Toản bộ các chỉ dẫn gia công được in vao băng đục lỗ dưới dạng các câu lệnh của chương trình.

Mỗi câu lệnh được đọc trong hệ thống điều khiển NC, đồng thời đưa vào các bộ phân hiệu chỉnh dụng cụ cân thiết và xê dịch các điểm (0). + Xứ lý đữ liệu và đưa đữ liệu ra Các thông tin đưa vảo hệ thống điều khiển duoc ma hoa và tách thành thông tin hình học và thông tin công nghệ (hình 1. Các thông tin hình học dịch chuyển dụng cụ. Các thông tin công nghệ điều khiển các chức năng vận hành may.

6 day: T - thời gian quay một vàng của bộ diễu khiển (ph), œ- góc ga cam (*); V - tốc độ trung bình của cơ cầu chấp hành (m/ph) * Hệ thẳng điều khiển theo chu Kỳ (Hình 1.4) Hệ thông điều khiển này là tổng hợp của hai hệ thống diều khiển theo quãng aan đường và thời gian.