Chương 1. Công nghệ CNC 1. Khái niệm về máy CNC Một định nghĩa hàn lâm và chặt chẽ về máy CNC được trình bày ở trang wikipedia.com: CNC – viết tắt cho Computer(ized) Numerical(ly) Control(led) (điều khiển bằng máy tính) – đề cập đến việc điều khiển bằng máy tính các máy móc khác với mục đích sản xuất (có tính lập lại) các bộ phận kim khí (hay các vật liệu khác) phức tạp, bằng cách sử dụng các chương trình viết bằng kí hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D, thường gọi là mã G. Vì thế, bộ não của máy CNC là máy tính.
Đây không phải là máy tính bình thường mà là máy tính với công suất tính toán cực nhanh. Hệ điều hành mà nó sử dụng là Fanuc, Fargor hoặc Mazak, chứ không phải là Windows hay Mac như các máy tính (computer) mà chúng ta thường dùng hàng ngày (Hình 2.1: Máy tính được gắn liền với máy CNC thành một khối Máy tính này sẽ điều khiển các bộ phận cơ khí để cắt gọt kim loại. Chương trình được viết sẵn và được tự động thi hành khi bạn nhất nút Start. Chương trình này được dịch ra một thứ ngôn ngữ để máy tính có thể hiểu được.
Sau đó, máy tính chuyển lệnh 1 do an từ các chương trình qua các mạch điện tử đến điều khiển các bộ phận cơ khí. Tầm quan trọng của công nghệ CNC đối với ngành công nghiệp cơ khí Trong những năm gần đây, sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật đã thúc đẩy các ngành công nghiệp tự động phát triển theo. Trong lĩnh vực cơ khí chế tạo, sự ra đời của máy công cụ điều khiển bằng chương trình số với sự trợ giúp của máy tính, gọi tắt là máy CNC đã đưa ngành cơ khí chế tạo sang một thời kì mới, thời kì sản suất hiện đại. Trước đây, máy cắt kim loại chỉ giải quyết được những đường cắt theo quy luật: tròn đều, hình elip, đường thẳng, đường cong… Nhưng các chuyển động không theo quy luật để cắt kim loại theo đường cong bất kỳ như đường gấp khúc, không gian 2D hay 3D… thì máy này không giải quyết được.
Ngày nay, công nghệ CNC ra đời đã tạo ra bước ngoặt mới mẻ trong lĩnh vực tự động hóa. Phương pháp này ra đời đã giải quyết được hầu hết các vấn đề nan giải nói trên. Sự lựa chọn thế hệ máy CNC ngày nay trở thành một đặc tính cần thiết có tầm quan trọng, quyết định đối với các xí nghiệp công nghiệp. V́ì nó có thể đem lại lợi nhuận, khả năng tái sản xuất vá nó có những tính năng cao mà may công cụ thông thường chưa đạt được.2: Công nghệ CNC 2 do an 1.
Các nghiên cứu, chế tạo máy CNC trong và ngoài nước 1. Khảo sát tình hình chế tạo máy công cụ và máy tiện CNC của một số hãng trên thế giới Máy công cụ CNC hiện nay liên tục được cải tiến và hoàn thiện, đáp ứng ngày càng sát với đòi hỏi khắt khe của công nghệ gia công chi tiết máy. Việc nghiên cứu, tìm hiểu các công nghệ chế tạo máy CNC, các bộ phận điều khiển CNC, các loại máy công cụ CNC của các hãng nổi tiếng trên thế giới, tạo ra cho chúng ta những cơ sở vững chắc, và những kinh nghiềm quý báu khi chúng ta nghiên cứu về những vấn đề tương tự. Để có được kinh nghiệm cần thiết phục vụ cho đề tài, cần phải nghiên cứu những xu thế chung của các nhà nghiên cứu, các nhà điều khiển, các nhà lập trình, các hãng chế tạo máy CNC ngoài nước xoay quanh các vấn đề như: Độ chính xác gia công của máy: Nhờ sự phát triển đồng bộ của các thiết bị đo điện tử và tốc độ tính toán nhanh, tin cậy của các bộ điều khiển CNC, độ chính xác đo đếm và xử lý khi đo trong máy CNC không còn là vấn đề khó đối với các hãng chế tạo máy CNC trên thê giới.
Độ chính xác gia công của máy CNC không những luôn được cải thiện mà còn được tiêu chuẩn hóa. Cụ thể đối với các loại máy tiện CNC của các nước G7 độ chính xác gia công theo tiêu chuẩn bắt buộc phải đạt được là: + 0,001mm, độ chính xác lập lại: + 0,0025mm. Tốc độ cắt gọt, năng suất gia công cao: một trong những yếu tố quan trọng tạo ra năng suất gia công là tốc độ cắt gọt. Tốc độ cắt gọt trên máy được giải quyết ở các khâu: - Tốc độ quay trục chính: - Tốc độ di chuyển bàn trượt: Đường trượt bằng các ổ đệm tuyến tính thay thế dần băng dẫn cứng kiểu V, đường trượt bi đã nâng cao được tốc độ dịch chuyển dọc, chuyển động êm, dễ nâng cao được tuổi bền mòn do việc sử dụng các loại vật liệu đặc biệt và dần dần thay thế đường trượt gang.
Thay đường trượt gang bằng các băng trượt bi được chế tạo tiêu chuẩn, nối ghép cứng vào các thân liền, đó là giải pháp tốt nhất giảm hẳn hiện tượng kẹt, cháy bề mặt do ma sát lớn khi có sự di trượt nhanh. Trong truyền động điện sử dụng các động cơ AC- Servo có momen lớn, gia tốc cao do vậy tốc độ chạy nhanh đối với các máy CNC thông thường đạt 20-35m/phút, máy cắt laser 40m/phút. - Khả năng cắt gọt của các loại dụng cụ: cùng với sự phát triển của ngành 3 do an dụng cụ cắt, phương pháp cắt gọt cứng tốc độ tiến dao khi phay có thể lên tới 10m/phút. Các biện pháp gá phôi sử dụng nhiều mâm cặp, sử dụng nhiều dao đã tạo nên năng suất gia công rất cao.
Máy có tuổi bền và độ ổn định cao: máy CNC của các nước G7 hay châu Âu có tuổi bền rất cao và ít có lỗi nào từ nhà sản xuất. Các biện pháp nâng cao tuổi bền của máy được chú trọng ở các khâu như các đường trượt bằng các loại vật liệu đặc biệt hoặc có kết cấu đặc biệt như đường trượt bi, đường trượt động cơ tuyến tính, các loại vòng bi đặc biệt tự động bôi trơn, tự động kiểm tra tích cực quá trình làm việc tránh được các sự cố khi máy vận hành. Sử dụng các bộ điều khiển thông minh do vậy tránh được nhiều lỗi do người sử dụng gây ra…vì thế mà tăng được tuổi bền cho máy. Máy có số lượng và chủng loại đa dạng: Từ thực tế của công việc gia công cơ khí đã thúc đẩy ngành chế tạo máy công cụ CNC phát triển nhanh và rất đa dạng về chủng loại và gam cỡ máy.
Máy được tích hợp nhiều chức năng: Để giảm số lần gá tăng độ chính xác của chi tiết gia công, nhiều hãng chế tạo máy CNC đã chế tạo nhiều loại máy CNC có nhiều chức năng trên cùng một máy. Bộ điều khiển CNC có nhiều chức năng: Nhờ sự phát triển đồng bộ của ngành công nghiệp điện tử và công nghệ thông tin kết hợp với đòi hỏi thực tế của công nghệ chế tạo máy, hiện nay các bộ điều khiển CNC ngày càng tin cậy hơn, hiện đại hơn, các chức năng điều khiển ngày càng sát với công nghệ gia công chi tiết và luôn bám sát với tốc độ phát triển của ngành chế tạo dụng cụ cắt gọt. Có thể thấy rõ các chức năng cơ bản của các bộ điều khiển: dễ sử dụng, bộ vi xử lý 32bit, có khả năng thực hiên 1000 blocks/s, thích ứng với bộ mã G-code chuẩn ISO, bộ nhớ chương trình 256k… Cơ cấu thay dạo tự động đa dạng: Việc bố trí sensor theo chiều cách tạo cho mỗi một vị trí dao được mã hóa bằng các bit khác nhau do vậy việc nhận biết và kiểm soát dụng cụ trở nên đơn giản. Các cơ cấu thay dao thông thường ở máy tiện CNC: kiểu đầu gá dao quay phân độ, kiểu quay phân độ kết hợp với dịch chuyển theo phương X làm cho kết cấu máy gọn hơn nhưng đòi hỏi hành trình phương X lớn.
Số trục và các trục điều khiển trong máy CNC: những quy định về trục điều khiển của máy công cụ CNC như sau: trục chuyển động thẳng thể hiện việc dịch chuyển của dao hoặc phôi dọc theo 3 phương tọa độ Đề các được định nghĩa là các trục: X,Y,Z. Các trục chuyển động song song tương ứng: U, V, W. Trục thực hiện chuyển động quay quanh X la trục A, quay quanh Y là B, quay quanh Z là C. Với 4 do an các định nghĩa trên số trục của các máy CNC thông thường được thiết kế: máy tiện có trục X, Z; X, Z, C hoặc nếu có 2 bàn dao X, Z, U, W, C.
Khảo sát tình hình chế tạo máy công cụ và máy tiện trong nước: Vào thời điểm trước cung có các đơn vị sản xuất máy công cụ nhưng không nhiều, chủ yếu sản xuất theo các mẫu máy của Liên Xô cũ, sản xuất các máy tiện vạn năng. Tới khoảng 1996 thì mới có đơn vị sản xuất máy điều khiển CNC nhưng chưa có thay dao tự động, hệ điều khiển CNC- Siemens SINUMERIK 810T – Cộng hòa liên bang Đức chế tạo, đạt độ tin cậy và hoạt động khá ổn định trong nhiều năm, máy do Viện máy và dụng cụ công nghiệp chế tạo. Đề tài nghiên cứu và chế tạo máy tiện này đánh dấu khả năng làm chủ kỹ thuật điều khiển CNC ở Việt Nam. Nhược điểm lớn nhất là không có thay dao tự động.3: Trung tâm phay CNC 5 trục đầu tiên được thiết kế và chế tạo tại VN – sản phẩm của đề tài KC.
Đánh giá khả năng công nghệ trong nước liên quan đến chế tạo máy tiện CNC Để đánh giá khả năng chế tạo máy công cụ có thể chia thành 4 nhóm chính: Năng lực về thiết kế sản phẩm. Năng lực về đầu tư trang thiết bị. Năng lực về công nghệ chế tạo. Năng lực về tin học và tự động hóa.
Năng lực về thiết kế sản phẩm. Sản phẩm thiết kế mấy công cụ hiện nay rất đa dạng và phong phú, việc thiết kế sản phẩm không còn bó hẹp ở tính năng sử dụng và mẫu mã sản phẩm, mỗi sản phẩm thiết kế la sự kết hợp giữa năng lực thiết bị, trình độ công nghệ và khả năng điều khiển. Chính vì vậy để đánh giá khả năng thiết kế sản phẩm máy công cụ ở các Viện và doanh nghiệp cần biết năng lực thật sự về công nghệ, thiết bị và trình độ điều khiển. Năng lực về đầu tư trang thiết bị Sản phẩm của mấy công cụ là chế tạo ra các máy móc thiết bị khác.
Do vậy máy công cụ được coi là máy cái, vì vậy trang thiết bị đầu tư cho các nhà máy chế tạo máy công cụ đòi hỏi trị giá đầu tư lớn và tốn kém.