Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC TRỤC QUAY ĐIỀU KHIỂN TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC 1. KHÁI QUÁT VỀ GIA CÔNG BẰNG TRỤC QUAY ĐIỀU KHIỂN TRONG MÔI TRƯỜNG PHAY Gia công bằng trục quay trong môi trường phay chính là sự kết hợp mọi chuyển động trên hệ trục tọa độ Decartes để ngoài việc phay những bề mặt thường gặp như ở máy phay truyền thống, nó còn có thể gia công những bề mặt phức tạp khác. Nói một cách khác rằng đây là sự kết hợp các hình thức gia công giữa máy phay và máy tiện. Khi gia công trên trục xoay, chuyển động tạo hình được kết hợp từ ba chuyển động thành phần tạo nên.
Như đã biết trong hệ trục tọa độ Decartes bao gồm sáu chuyển động thành phần, đó là ba chuyển động tịnh tiến theo các trục X, Y, Z và ba chuyển động quay quanh các trục này. Trên các trung tâm gia công CNC hiện đại, người ta gọi các chuyển động quay quanh các trục X, Y, Z tương ứng là A, B, C.1 Hệ trục tọa độ Việc gia công trên trục xoay chính là sự kết hợp giữa các chuyển động tịnh tiến và các chuyển động xoay (trên máy phay CNC). Vì vậy đây là dạng chuyển động tạo hình phức tạp. Xét ví dụ dưới đây, để phay được rãnh xoắn ốc xung quanh bề mặt trụ cần có các chuyển động là: phôi tịnh tiến dọc trục X và quay quanh trục A, dao tịnh tiến và quay quanh trục Z.
Với các các đặc trưng trên, việc gia công trên trục xoay cho phép chúng ta giải quyết nhiều trường hợp mà không thể thực hiện được trên các máy công cụ truyền thống như máy tiện, máy phay, … Ví dụ: gia công cam thùng, gia công nhiều bề mặt trên cùng một chi tiết mà không cần phải thay đổi đồ gá, … 1. BÀN XOAY TRÊN MÁY CNC Nhằm mở rộng khả năng công nghệ của máy công cụ, nhất là cho các máy CNC 2 hoặc 3 trục, người ta đã chế tạo một thiết bị có khả năng tăng số trục của máy từ 2 hoặc 3 trục thành các máy 4 hoặc 5 trục. Thiết bị đó chính là bàn xoay (Rotary Table). Thực ra bàn xoay chẳng qua là một loại đồ gá đặc biệt và chúng chủ yếu được sử dụng trên các máy phay CNC, trung tâm gia công đứng, trung tâm gia công ngang và máy doa ngang.
Trang 7 Luan van 1. Phân loại Bàn xoay trên máy phay CNC và các trung tâm gia công có thể được phân ra làm các loại như sau: a) Loại tiêu chuẩn: Là loại bàn xoay này dùng để gá đặt chi tiết sao cho tâm của chi tiết trùng với tâm trục chính. Có thể gia công được nhiều dạng bề mặt khác nhau như gia công mặt phẳng, gia công rãnh thẳng hoặc rãnh xoắn và gia công các mặt định hình với dao định hình, đôi khi dùng để cắt bánh răng với dao phay môđun. Loại bàn xoay tiêu chuẩn có thể phân ra làm hai loại : Loại có trục chính nằm ngang.
Loại có trục chính thẳng đứng. b) Loại bàn xoay có động cơ lắp phía sau: Loại bàn xoay này có khả năng hạn chế sự rung động khi máy đang làm việc. Loại động cơ này có thể che chắn nước và phoi vụn, không cho chúng rơi vào động cơ.2 Bàn xoay tiêu chuẩn trục Hình 1.3 Bàn xoay động cơ lắp phía nằm ngang sau c) Loại bàn xoay có lỗ trục chính lớn: Loại bàn xoay này có trục chính có lỗ lớn, dùng để gia công các phôi dài hoặc các ống. Kích thước lỗ trục chính của chúng có khả năng được mở rộng để mở rộng phạm vi làm việc cho máy.
Loại này thích hợp cho việc sản xuất hàng khối. Tương tự như loại bàn xoay tiêu chuẩn, loại bàn xoay này cũng loại trục chính nằm ngang và loại trục chính thẳng đứng. d) Loại bàn xoay có nhiều trục chính: Loại bàn xoay nhiều trục chính cho phép gá đặt cùng lúc nhiều chi tiết. Loại bàn xoay nhiều trục chính có năng suất gấp nhiều lần so với loại bàn xoay tiêu chuẩn, thích hợp cho sản xuất hàng loạt và hàng khối.
Trang 8 Luan van Hình 1.4 Bàn xoay có lỗ trục Hình 1.5 Bàn xoay 4 trục chính chính lớn e) Loại bàn xoay nghiêng: Loại bàn xoay này có hai trục. Bàn xoay có thể nghiêng đi nhờ xoay quanh được một trục nào đó. Do đó loại này có khả năng công nghệ cao, có thể sử dụng làm đồ gá để gia công các mặt phẳng, các rãnh các gờ lồi và đặt biệt là gia công các bề mặt nghiêng ở nhiều góc độ khác nhau. Loại bàn xoay này được phân ra hai loại như sau: Loại điều khiển nghiêng bằng tay: chuyển động làm nghiêng trục được thực hiện bằng tay.5 Bàn xoay CNC điều khiển nghiêng Hình 1.4 Bàn xoay CNC điều khiển tự động nghiêng bằng tay Loại điều khiển nghiêng tự động: cả hai trục của bàn xoay được điều khiển hoàn toàn tự động từ hệ thống CNC.
f) Loại cỡ lớn: Ngoài các loại nêu trên, các nhà sản xuất bàn xoay còn chế tạo loại bàn xoay có kích thước bàn từ 1m đến 3m hoặc lớn hơn. Loại bàn xoay này có trục chính thẳng đứng hoặc nằm ngang với độ chính xác cao. Chúng được dùng để gia công các chi tiết lớn, nặng (có thể lên đến 10.000kg) và cho các ứng dụng về đo lường. Lập trình gia công với bàn xoay CNC Bàn xoay thường được lắp trên các máy phay CNC hoặc trung tâm gia công.
Đối với loại bàn xoay không nghiêng thì nó có vai trò như trục thứ 4 của máy. Đối với loại bàn xoay nghiêng thì nó đóng vai trò như trục thứ 4 và thứ 5 của máy CNC. Trang 9 Luan van Hình 1.6 Các trục của bàn xoay và máy phay CNC Khi lập trình gia công cho máy CNC có sử dụng bàn xoay ta sử dụng câu lệnh có cú pháp như sau: A_. Câu lệnh này sẽ hướng dẫn trục A hoặc B của bàn xoay quay quay đi một góc nào đó.0: trục A của bàn xoay quay nhanh đến vị trí góc 90 độ theo chiều kim đồng hồ trong hệ tọa độ tuyệt đối.0: trục B của bàn xoay quay 180 độ theo ngược chiều kim đồng hồ từ vị trí hiện tại (hệ tọa độ tương đối).
Ứng dụng của bàn xoay Bàn xoay CNC có tác dụng làm tăng thêm tính vạn năng cho máy CNC. Đối với các bàn xoay 2 trục, nhờ khả năng nghiêng bàn xoay đi một góc nào đó, nên cho phép máy CNC 3 trục gia công được các bề mặt phức tạp như cánh tua bin, cánh chân vịt tàu thủy. Nói chung chúng có phạm vi sử dụng rất rộng, nhưng chủ yếu là dùng để gia công các chi tiết có các dạng bề mặt sau: Mặt phẳng. Các bề mặt định hình (như bề mặt cam, cối dập, khuôn ép …).
Cắt ren vít trong và ngoài. Gia công bánh răng và dao cắt nhiều lưỡi có răng thẳng hoặc xoắn. Cắt rãnh thẳng và xoắn… Các bề mặt nghiêng. Đối với bàn xoay nhiều trục, có thể tiến hành gia công cùng một lúc nhiều chi tiết.
Điều này làm : Tăng khả năng công nghệ của máy,. Tăng năng suất gia công. Giảm thời tháo lắp và điều khiển dụng cụ. Giảm thời gian gia công cơ bản.
Trang 10 Luan van 1. Một số kiểu mô hình bàn xoay Hình 1.7 Bàn xoay 4 trục (trục A) Hình 1.8 Bàn xoay 5 trục kiểu Head – Head Hình 1.9 Bàn xoay 5 trục kiểu Head - Table Hình 1.10 Bàn xoay 5 trục kiểu Table - Table Trang 11 Luan van CHƯƠNG 2 CÔNG CỤ HỖ TRỢ LẬP TRÌNH PHAY NHIỀU TRỤC 2. SƠ LƯỢC VỀ PHAY NHIỀU TRỤC Trong quá khứ, để làm các hình cong của khuôn, người ta dùng máy phay chép hình. Ngày nay công nghệ CNC hiện đại và công nghệ CAD\CAM được sử dụng trong các máy phay CNC ba trục dùng cho công nghệ khuôn mẫu.
Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của công nghệ phay trên máy ba trục điều khiển CNC là phương của trục dụng cụ cắt luôn không đổi. Điều này thường dẫn đến chất lượng bề mặt kém, cũng như các bề mặt cong phân bố trên mặt trụ, mặt côn thì việc gia công trên máy CNC ba trục gặp nhiều khó khăn. Từ yêu cầu thực tiển trên, các nhà sản xuất máy đã cho ra đời các máy CNC nhiều hơn 3 trục. Đặc điểm của công nghệ phay trên máy CNC nhiều hơn 3 trục là phương của dụng cụ cắt luôn luôn trùng với pháp tuyến của bề mặt tại điểm đang gia công.
Máy CNC nhiều trục có thể gia công các bề mặt phức tạp đối diện nhau từ thô, bán tinh, tinh cho tới siêu tinh với chỉ một lần gá giúp gảm thiểu tối đa sai số gá đặt, giảm thiểu thời gian gia công nhờ loại bỏ được thời gian chuẩn bị máy, chuẩn bị đồ gá chuyên dụng, vận chuyển, gá đặt khi chuyển sang nhiều nguyên công khác nhau nếu không có CNC. Với những máy có độ chính xác cao, gia công tốc độ cao, gia công siêu tinh, CNC loại bỏ hoàn toàn bước xử lý bề mặt sau gia công bằng thủ công. Ví dụ: Khi phay bề mặt cam sau.11 Đường chạy dao của máy 4 trục (trái) và 3 trục (phải) Nhận xét: Phay trên máy CNC 4 trục, bề mặt Phay trên máy CNC 3 trục, bề mặt được gia công bằng me dao (mặt hông được gia công bằng mặt đầu nên chất của dao) nên chất lượng bề mặt tốt hơn. lượng bề mặt kém hơn.
Trang 12 Luan van 2. CHU TRÌNH PHAY MẶT (SURFACE MILLING) 2.Giới thiệu về chu trình phay mặt Surface Milling Bất kỳ một bề mặt, một vùng trên bề mặt: nghiêng, mặt nằm ngang, mặt bằng phẳng hay lồi lõm, cong, đều có thể xử lý một cách hiệu quả bởi chu trình phay mặt (Surface Milling). Những bề mặt này phải hình thành nên những đường chạy dao liên tục. Với chu trình phay mặt (Surface Milling) cho phép người sử dụng định nghĩa nhiều kiểu chạy dao khác nhau: - Straight cut: những đường chạy dao được hình thành trên bề mặt gia công là đường thẳng song song với các trục tọa độ X, Y, Z của chu trình hoặc hợp các trục tọa độ của chu trình những góc xác định.
- From Surface Isolines: cho phép gia công cùng lúc nhiều bề mặt riêng lẻ có nhiều phương chạy dao khác nhau, mỗi bề mặt được chọn hình thành nên một phương chạy dao. - Cut line: đường chạy dao hình thành trên bề mặt được chọn bằng cách định nghĩa hình dạng của những đường chạy dao đầu, đường chạy dao cuối và những đường chạy dao trung gian đây được gọi là đường chạy dao chuẩn.