Cơ khí, chế tạo máy - Cad / cam, cnc

1GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÔN HỌC CAD/CAM_CNC Ths.Phùng Xuân Lan Bộ môn CNCTM Khoa Cơ Khí 2Thông tin về môn học „ Tên môn học: CAD/CAM_CNC „ Số đơn vị học trình: 3đvht „ Thời gian lên lớp: z Lý thuyết: 45 tiết z Thực hành: 0 „ Nhiệm vụ của sinh viên: z Dự lớp z Thí nghiệm z Bài tập lớn z Kiểm tra điều kiện z Thi cuối kỳ „ Đánh giá sinh viên z Thi cuối kỳ: 80% z Kiểm tra: 10% z Bài tập lớn: 0% z Dự lớp: 10% 3„ Giáo viên z Ths. Phùng Xuân Lan z Bộ môn Công nghệ chế tạo máy, Khoa Cơ khí, Trường ĐHBKHN z Địa chỉ: Bộ môn CNCTM 212 C5 z Điện thoại: 0963662268 z Email: lanpx_hut@yahoo.com Thông tin về môn học „ Mục tiêu của môn học z Hiểu rõ các kiến thức cơ bản và cần thiết về kỹ thuật gia công trên máy điều khiển số z Có khả năng lập trình NC cho một số dạng chi tiết cơ bản bằng ngôn ngữ lập trình thông dụng „ Tài liệu do giáo viên cung cấp z Phần mềm Denford (phay+ tiện) z Slide của bài giảng (qua email hoặc tài liệu photo) z Các tài liệu hỗ trợ giảng dạy khác (ebook hoặc video tài liệu) 4Lịch trình học Tuần Nội dung 1 Giới thiệu chung về môn học, tổng quan về điều khiển số 7 Lập trình bằng phần mềm Denford - Các lệnh lập trình cơ bản (1) và ví dụ 14 Độ chính xác gia công trên máy điều khiển số, phạm vi ứng dụng của công nghệCAD/CAM_CNC 15 Ôn tập Thi cuối kỳ 9 Lập trình bằng phần mềm Denford - Các lệnh chu trình và ví dụ 11 Kiểm tra điều kiện 13 Giới thiệu các phần mềm gia công trên máy điều khiển số 2 Các đặc điểm đặc trưng của máy điều khiển số 3 Giới thiệu các máy công cụ điều khiển số (1) 5 Giới thiệu một số hệ thống trong máy điều khiển số 6 Lập trình gia công trên máy điều khiển số - ISO 10 Lập trình bằng phần mềm Denford - Các ví dụ điển hình 4 Giới thiệu các máy công cụ điều khiển số (2) 8 Lập trình bằng phần mềm Denford - Các lệnh lập trình cơ bản (2) và ví dụ 12 Giới thiệu về công nghệ CAD/CAM-CNC 5Thông tin về môn học „ Tài liệu tham khảo - GS.TS. Nguyễn Đắc Lộc - Điều khiển số & Công nghệ trên máy điều khiển số - NXB KHKT 2002 - GS. TS. Trần Văn Địch - Công nghệ CNC - NXB KHKT 2007 - GV Trần Thế San - Sổ tay lập trình CNC - NXB Đà Nẵng 2006 - PGS Tạ Duy Liêm - Hệ thống điều khiển số cho máy công cụ CNC - NXB KHKT 2001 - PGS.TS. Trần Xuân Việt - Công nghệ gia công trên máy điều khiển số - ĐHBKHN 2000 6Thông tin về môn học „ Tài liệu tham khảo - Warren Seames - Computer Numerical Control - Concepts and Programming 3rd -Demar Publishers 1995 - G.E.Thyer - Computer Numberical Control of Machine Tool 2nd - Newnes 1991 - James V. Valentino - Introduction to Computer Numerical Controls - Prentice Hall 1993 - Tien-Chien Chang - Computer Aided Manufacturing 2nd - Prentice Hall 1998 1TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ Ths.Phùng Xuân Lan Bộ môn CNCTM Khoa Cơ Khí 2Nội dung của bài giảng „ Bản chất của điều khiển số „ Bước phát triển của điều khiển số „ Tính năng và ứng dụng của điều khiển số so với điều khiển thông thường „ Các hệ thống điều khiển số 3Bản chất của điều khiển số „ Điều khiển số z “Điều khiển số (Numerical Control) là một quá trình tự động điều khiển các hoạt động của máy trên cơ sở các dữ liệu số được mã hoá đặc biệt tạo nên một chương trình làm việc của thiết bị hay hệ thống” z Máy hiểu theo nghĩa rộng bao gồm: các máy cắt kim loại, robot, băng tải vận chuyển phôi liệu hoặc chi tiết gia công z Dữ liệu số được mã hoá bao gồm: các chữ số, số thập phân, các chữ cái và một số các ký tự đặc biệt. z Các chữ số và ký tự đó đại diện cho các đặc tính gia công như kích thước của chi tiết, các dụng cụ được yêu cầu, dung dich trơn nguội, tốc độ vòng quay trục chính, tốc độ chạy dao và được tổ hợp thành câu lệnh 4Bản chất của điều khiển số „ Điều khiển số z Dữ liệu đầu vào bao gồm: „ Các thông tin hình học: Là hệ thống thông tin điều khiển các chuyển động tương đối giữa dao và chi tiết, liên quan trực tiếp đến quá trình tạo hình bề mặt (thể hiện dịch chuyển dụng cụ) „ Các thông tin công nghệ: Là hệ thống thông tin điều khiển các chức năng vận hành của máy như đóng mở trục chính máy, đóng mở dung dich trơn nguội, đóng mở hộp chạy dao, hộp trục chính của máy lựa chọn chiều sâu cắt, tốc độ chạy dao, số vòng quay trục chính, z Định dạng tín hiệu đầu vào chứa các thông tin điều khiển số để điều khiển máy CNC nói chung là một chuỗi các xung điện. „ Các xung được sắp xếp theo các mẫu khác nhau. Mỗi mẫu đại diện cho một kí tự hay con số cụ thể nào đó. Và các mẫu xung khác nhau được gọi là code. „ Với mục đích điều khiển, chỉ 7 trong 8 xung được sử dụng cho việc biểu diễn giá trị nhị phân Æ Tương đương với 127 code có thể được biểu diễn. Con số này vượt quá số code yêu cầu cho điều khiển số là 52. 5Bản chất của điều khiển số 6Bản chất của điều khiển số 7Bản chất của điều khiển số 8Bản chất của điều khiển số NC code tape NC program tape 9Bản chất của điều khiển số 10 Bản chất của điều khiển số „ Phương pháp truyền thông tin đầu vào z Những thông tin cần thiết để gia công một chi tiết nào đó được tập hợp một cách hệ thống thành chương trình gia công chi tiết và có thể: „ Thông qua các vật mang tin như băng đục lỗ, giấy đục lỗ „ Được soạn thảo và lưu trữ trong vật mang tin (băng từ, đĩa từ hoặc đĩa compact CD) và được đưa vào hệ điều khiển số qua cửa nạp tương thích. „ Được đưa vào hệ điều khiển số thông qua các nút bấm bằng tay trên bảng điều khiển. „ Được chuyển trực tiếp từ bộ nhớ của một máy tính điều hành chủ sang hệ điều khiển số của từng trạm gia công (nguyên tắc vận hành DNC) 11 Bước phát triển của điều khiển số 12 Bước phát triển của điều khiển số „ 1808 z Joseph M. Jacquard đã dùng bìa tôn có đục lỗ để điều khiển các máy dệt „ 1938 z Claude E. Shannon (MIT) tính toán và chuyển giao nhanh dữ liệu ở dạng nhị phân có vận dụng lý thuyết đại số và xác nhận công tắc điện tử - nền tảng cơ sở của máy tính ngày nay. „ 1952 z Viện MIT cho ra đời máy công cụ điều khiển số đầu tiên (CINCINNATI HYDROTEL) gồm nhiều đèn điện tử với chức năng nội suy đường thẳng đồng thời theo 3 trục và nhận dữ liệu thông qua băng đục lỗ mã nhị phân. „ 1958 z Ngôn ngữ lập trình biểu tượng hoá đầu tiên (APT) được giới thiệu trong quan hệ liên kết với máy tính IBM 704. 13 Bước phát triển của điều khiển số „ 1959 z Triển lãm máy công cụ tại Paris, trình bày những máy NC đầu tiên của Châu Âu „ 1960 z Các hệ điều khiển NC trong kỹ thuật đèn bán dẫn đã thay thế các hệ thống điều khiển cũ dùng đèn điện tử „ 1965 z Giải pháp thay dụng cụ tự động đã nâng cao trình độ tự động hoá khâu gia công „ 1969 z Những giải pháp đầu tiên về điều khiển liên kết chung từ một máy tính trung tâm DNC „ 1970 z Giải pháp thay/bệ gá phôi tự động 14 Bước phát triển của điều khiển số „ 1972 z Những hệ điều khiển NC đầu tiên có lắp đặt máy tính nhỏ - hệ điều khiển số dùng máy tính nhỏ CNC „ 1976 z Hệ vi xử lý tạo ra một cuộc cách mạng trong kỹ thuật CNC „ 1978 z Các hệ thống gia công linh hoạt (FMS) được tạo lập „ 1979 z Những khớp nối liên hoàn CAD/CAM đầu tiên xuất hiện „ 1986/1987 z Giải pháp tích hợp và tự động hoá sản xuất (CIM) „ 1993 z Sự xuất hiện của các trung tâm gia công (MC) „ 1994 z Khép kín chuỗi quá trình CAD/CAM-CNC 15 Các hệ điều khiển số „ Hệ điều khiển số NC (Numerical Control) z Đặc tính của hệ điều khiển này là “chương trình hoá các mối liên hệ” trong đó mỗi mảng linh kiện điện tử riêng lẻ được xác định một nhiệm vụ nhất định, liên hệ giữa chúng phải thông qua những dây nối hàn cứng trên các mạch logic điều khiển z Chức năng điều khiển được xác định chủ yếu bởi phần cứng 16 Các hệ điều khiển số „ Hệ điều khiển số NC (Numerical Control) Băng đục lỗ Tính toán, kiểm tra, giải mã Lưu giữ thông tin vị trí Lưu giữ lệnh điều khiển máy Bộ so sánh trị số thực và trị số cho trước Bộ nội suy Bộ khuyếch đại các thông tin dịch chuyển và điều khiển máy Bộ thích nghi Hệ thống đo dịch chuyển Hệ thống truyền động Lệnh điều khiển máy Trị số cho trước Điều khiển NC Máy NC Trị số thực 17 Các hệ điều khiển số „ Hệ điều khiển số CNC (Computer Numerical Control) z Điều khiển CNC là một hệ điều khiển có thể lập trình và ghi nhớ. Nó bao hàm một máy tính cấu thành từ các bộ vi xử lý kèm theo các bộ phận ngoại vi z Các chương trình CNC và các hàm logic được lưu trên các vi mạch máy tính đặc biệt (các thanh ghi bộ nhớ của máy tính) dưới dạng các phần mềm thay vì được nối kết cứng (nối dây) do đó các chương trình làm việc có thể thiết lập trước. 18 Các hệ điều khiển số „ Hệ điều khiển số CNC (Computer Numerical Control) Đĩa mềm, CD Đưa dữ liệu vào từ bàn phím Chương trình vào/ra Chương trình giải mã Chương trình điều hành bộ lưu giữ chương trình Bộ khuyếch đại các thông tin dịch chuyển và điều khiển máy Bộ thích nghi Điều khiển CNC Máy NC Trị số thực Chương trình in Chương trình nội suy Lưu giữ chương trình Chương trình gia công NC 19 Các hệ điều khiển số „ Hệ điều khiển DNC (Direct Numerical Control) z Hệ thống điều khiển trong đó nhiều máy CNC được nối với một máy vi tính gia công trung tâm qua đường dẫn dữ liệu z Mỗi máy công cụ CNC có hệ điều khiển CNC mà bộ tính toán của nó có nhệm vụ chọn lọc và phân phối các thông tin, bộ tính toán được coi là cấu nối giữa máy công cụ và máy tính trung tâm. z Máy tính trung tâm có thể nhận những thông tin từ các bộ phận điều khiển CNC để hiệu chỉnh chương trình hoặc có thể đọc những dữ liệu từ máy công cụ z Trong một số trường hợp máy tính đóng vai trò chỉ đạo trong việc lựa chọn những chi tiết gia công theo thứ tự ưu tiên để phân chia lượng gia công tới các máy khác nhau 20 Các hệ điều khiển số „ Hệ điều khiển DNC (Direct Numerical Control) „ Ưu điểm của hệ thống z Có một ngân hàng dữ liệu trung tâm cho biết các thông tin của chương trình của chi tiết gia công và dụng cụ trên tất cả các máy công cụ z Truyền dữ liệu nhanh, tin cậy, phát huy tốt hiệu quả của các máy NC z Điều khiển và lập kế hoạch gia công dễ dàng z Có khả năng ghép nối vào hệ thống gia công linh hoạt 21 Các hệ điều khiển số „ Hệ điều khiển thích nghi (Adaptive Control) z Hệ thống điều khiển thích nghi là hệ thống điều khiển có tính đến tác động bên ngoài của hệ thống công nghệ để điều chỉnh chu kỳ gia công (quá trình gia công) nhằm loại bỏ ảnh hưởng của các yếu tố đó tới độ chính xác gia công z Hệ thống điều khiển thích nghi có thể ổn định được kích thước gia công, công suất cắt, mômen cắt hay nhiệt độ cắt. Schematic illustration of a reconfigurable modular machining center capable of accommodating workpieces of different shapes and sizes and requiring different machining operations on their various surfaces. Source: After Y. Koren. 22 Các hệ điều khiển số „ Hệ điều khiển thích nghi (Adaptive Control) z Ưu điểm của AC „ Tối ưu hoá các quá trình gia công „ Nâng cao được độ chính xác gia công „ Giảm thiểu tác động của các yếu tố bên ngoài (rung động, nhiệt cắt, sự không đồng đều của phôi liệu) In-process inspection of workpiece diameter in a turning operation. The system automatically adjusts the radial position of the cutting tool in order to produce the correct diameter. 23 Các hệ điều khiển số „ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System) z Là hệ thống sản xuất có mức độ tự động hoá cao bao gồm các máy CNC để gia công tự động, hệ thống cấp và tháo phôi, hệ thống vận chuyển phôi tự động, các máy tính hệ thống cung cấp chương trình điều khiển toàn bộ công việc z FMS được ứng dụng để gia công các chi tiết có hình dáng khác nhau nhưng trong cùng một họ sản phẩm theo thứ tự không lựa chọn với giá thành hợp lý 24 Các hệ điều khiển số „ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS 25 A general view of a flexible manufacturing system in a plant showing several machining centers and automated guided vehicles moving along the white line in the aisle. Source: Courtesy of Cincinnati Miacron, Inc. „ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS Các hệ điều khiển số 26 „ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS Các hệ điều khiển số A schematic illustration of a flexible manufacturing system showing machining centers, a measuring and inspection station. And automated guided vehicles. Source: After J. T. Black. 27 Các hệ điều khiển số „ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS Cơ cấu vệ tinh cấp, tháo phôi tự động Ổ tích dụng cụ và cơ cấu thay dao tự động 28 Các hệ điều khiển số „ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS Các máy CNC một trục hoặc nhiều trục Các robot làm nhiệm vụ vận chuyển 29 Three basic types of topology for a local area network (LAN). (a) The star topology is suitable for situations that are not subject to frequent configuration changes. All messages pass through a central station. Telephone systems in office buildings usually have this type of topology. (b) In the ring topology, all individual user stations are connected in a continuous ring. The message is forwarded from one station to the next until it reaches its assigned destination. Although the wiring is relatively simple, the failure of one station shuts down the entire network. (c) In the bus topology, all stations have independent access to the bus. This systems is reliable and easier than the other two to service. Because its arrangement is similar to the layout of the machines in the factory, its installation is relatively easy, and it can be rearranged when the machines are rearranged. „ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS Các hệ điều khiển số 30 Các hệ điều khiển số „ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS z Ưu điểm của hệ thống FMS „ Nâng cao năng suất của máy nhờ gia công đồng thời bằng nhiều dao „ Giảm thời gian phụ nhờ thay dao tự động và sử dụng cơ cấu vệ tinh để gá phôi „ Tự động hoá dòng di chuyển của phôi nhờ hệ thống vận chuyển điều khiển bằng máy tính „ Giảm chi phí hành chính nhờ điều điều sản xuất bằng máy tính „ Tối ưu hoá quá trình công nghệ bằng ứng dụng hệ thống kế hoạch khai thác tối ưu 31 Các hệ điều khiển số „ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS - Fesco 32 Các hệ điều khiển số „ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS - Fesco 33 Các hệ điều khiển số „ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS - Fesco 34 Các hệ điều khiển số „ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS - Fesco 35 Các hệ điều khiển số „ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS - Fesco 36 Các hệ điều khiển số „ Hệ thống tích hợp CIM (Computer Integrated Manufacturing) z Là sự liên kết toàn bộ giữa CAD và CAM vào một quá trình giám sát và điều khiển hoàn toàn bằng máy tính 37 Các hệ điều khiển số „ Hệ thống tích hợp CIM (Computer Integrated Manufacturing) NEW CHOICES TRADITIONAL CHOICES Mass Production Small batch FlexibleManufacturing Mass Customization Continuous Process BATCH SIZESmall Unlimited Customized Standardized P R O D U C T F L E X I B I L I T Y Relationship of Computer-Integrated Manufacturing Technology to Traditional Technologies 38 Các hệ điều khiển số „ Hệ thống tích hợp CIM (Computer Integrated Manufacturing) 39 Các hệ điều khiển số „ Hệ thống tích hợp CIM (Computer Integrated Manufacturing) Schematic illustration of a computer-integrated manufacturing system. Source: After U. Rembold. 40 Các hệ điều khiển số „ Hệ thống tích hợp CIM (Computer Integrated Manufacturing) (a) Functional layout of machine tools in a traditional plant. Arrows indicate the flow of materials and parts in various stages of completion. (b) Group-technology (cellular) layout. Legend: L – lathe, M = milling machine, D = drilling machine, G = grinding machine, A = assembly. Source: After M. P. Groover. 41 Grouping parts according to their (a) geometric similarities and (b) manufacturing attributes. „ Hệ thống tích hợp CIM (Computer Integrated Manufacturing) z Group technology (Công nghệ nhóm) Các hệ điều khiển số 42 Các hệ điều khiển số „ Hệ thống tích hợp CIM (Computer Integrated Manufacturing) Classification and coding system according to Optiz consisting of a form code of 5 digits and a supplementary code of 4 digits. 43 Các hệ điều khiển số „ Hệ thống tích hợp CIM (Computer Integrated Manufacturing) Classification and coding system according to Optiz consisting of a form code of 5 digits and a supplementary code of 4 digits. Typical multiClass code for a machined part. Source: Courtesy of Organization for Industrial Research. 44 Các hệ điều khiển số „ Hệ thống tích hợp CIM (Computer Integrated Manufacturing) z Ưu điểm của hệ thống „ Tính linh hoạt của sản phẩm, của sản lượng và của vật liệu „ Nâng cao năng suất và chất lượng gia công „ Hoàn thiện giao diện giữa thiết kế và sản xuất „ Giảm lao động trực tiếp và lao động gián tiếp „ Thiết kế có năng suất và độ chính xác cao „ Tiêu chuẩn hoá cao và sử dụng vật liệu hợp lý „ Tiết kiệm thời gian và mặt bằng sản xuất „ Loại trừ các công việc lặp lại không cần thiết „ Giảm thời gian giám sát sản xuất và số cán bộ thực hiện công việc này 1ĐẶC TRƯNG VỀ MÁY ĐIỀU KHIỂN SỐ Ths.Phùng Xuân Lan Bộ môn CNCTM Khoa Cơ Khí 2Nội dung của bài giảng „ Đặc trưng của máy điều khiển số „ Các trục toạ độ và các chiều chuyển động „ Các điểm 0 và các điểm chuẩn „ Các dạng điều khiển 3„ Ưu điểm cơ bản của máy điều khiển số so với điều khiển thường z So với máy công cụ điều khiển bằng tay, kết quả làm việc của M- CNC không phụ thuộc vào tay nghề thuần thục của người điều khiển. Người điều khiển máy chủ yếu đóng vai trò theo dõi kiểm tra các chức năng hoạt động của máy z So với các máy điều khiển tự động theo chương trình cứng (dùng cam, cữ chặn, công tắc hành trình), M-CNC có tính linh hoạt cao trong công việc lập trình, đặc biệt khi có trợ giúp của máy tính, tiếc kiệm thời gian chỉnh máy, đạt được tính kinh tế cao ngay cả với sản xuất loạt nhỏ. z Phương thức làm việc với hệ thống xử lý thông tin “điện tử-số hoá” cho phép nối ghép với hệ thống xử lý số trong phạm vi toàn xí nghiệp, tạo điều kiện mở rộng tự động hoá toàn bộ quá trình sản xuất ứng dụng kỹ thuật quản lý hiện đại thông qua mạng liên thông cụ bộ hay toàn cầu Đặc trưng của máy điều khiển số 4Đặc trưng của máy điều khiển số „ Đặc trưng cơ bản của máy điều khiển số (NC, CNC) z Tự động hoá cao z Tốc độ dịch chuyển và tốc độ quay lớn (hơn 1000 vòng/phút) z Độ chính xác cao (sai lệch kích thước <0,001mm) z Năng suất gia công cao (gấp 3 lần máy thường) z Tính linh hoạt cao (tính thích nghi nhanh với đối tượng gia công thay đổi, thích hợp với sản xuất loạt nhỏ) z Tập trung nguyên công cao (gia công nhiều bề mặt trên chi tiết trong một lần gá phôi) z Chuẩn bị công nghệ để gia công khác với máy thường là phải lập trình NC để điều khiển máy theo ngôn ngữ mà hãng chế tạo máy đã cài đặt cho hệ điều khiển NC, CNC z Máy gia công CNC có giá trị kinh tế lớn (giá đắt) 5CÁC TRỤC TOẠ ĐỘ VÀ CÁC CHIỀU CHUYỂN ĐỘNG 6Các trục toạ độ và các chiều chuyển động „ Hệ trục toạ độ z Hệ thống các trục toạ độ xác định theo nguyên tắc bàn tay phải „ Ngón tay cái là trục X, ngón tay trỏ là trục Y và ngón tay giữa là trục Z 7Các trục toạ độ và các chiều chuyển động „ Hệ trục toạ độ - Một số quy định chung - TC DIN 66217 z Trục Z: „ Nếu máy có trục chính cố định, không xoay nghiêng được thì trục Z nằm song song với trục chính hoặc chính là đường tâm trục đó „ Nếu trục chính xoay nghiêng được và chỉ có một vị trí xoay nghiêng song song với một trục toạ độ nào đó, thì chính trục toạ độ đó là trục Z „ Nếu trục chính xoay nghiêng được song song với nhiều trục toạ độ khác nhau thì trục Z là trục vuông góc với bàn kẹp chi tiết chính của máy „ Nếu máy có nhiều trục chính công tác, ta sẽ chọn một trong số đó là trục chính theo cách ưu tiên trục nào có đường tâm vuông góc với bàn kẹp chi tiết „ Nếu máy không có trục chính công tác (ví dụ máy bào) thì trục Z cũng là trục vuông góc với bàn kẹp chi tiết 8Các trục toạ độ và các chiều chuyển động „ Hệ trục toạ độ - Một số quy đị