MỞ ĐẦU Cơng cơng nghiệp hố, đại hố đất nước đặt yêu cầu cấp thiết ngành khí chế tạo máy Đó phải xây dựng cho công nghiệp khí chế tạo máy đại đủ khả chế tạo thiết bị máy móc cho ngành kinh tế khác [1], [3], [8] đáp ứng yêu cầu cơng cơng nghiệp hố, đại hố đất nước Bên cạnh việc đầu tư thiết bị máy móc đại, ứng dụng công nghệ cao cho ngành khí chế tạo máy vấn đề vơ quan trọng đầu tư khai thác có hiệu hệ thống máy móc đại cơng nghệ cao [3], [7] , [8] Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định trung tâm đào tạo cán kỹ thuật giáo viên dạy nghề, đáp ứng u cầu nghiệp cơng nghiệp hố - đại hoá đất nước Trong năm qua Nhà trường quan tâm trọng đầu tư hệ thống thiết bị máy móc đại cho phịng thí nghiệm, xưởng thực tập nhằm đáp ứng ngày cao yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo - nghiên cứu khoa học - chuyển giao công nghệ trường giai đoạn đổi giáo dục Xưởng Cơ khí thuộc Bộ mơn Cơ khí Chế tạo máy có nhiệm vụ thực đào tạo công nghệ tay nghề cho sinh viên năm qua quan tâm Nhà trường đầu tư nhiều thiết bị máy móc đại Xưởng Cơ khí nhà trường trang bị máy phay CNC - ARMONI [12] nhằm đáp ứng yêu cầu đào tạo công nghệ tay nghề cho sinh viên giai đoạn Máy phay CNC - ARMONI xưởng khí khai thác có hiệu năm vừa qua Song với phát triển khoa học công nghệ yêu cầu ngày cao công tác đào tạo cơng nghệ tay nghề việc xây dựng môđun đào tạo ứng dụng công nghệ CAD/CAM [4], [10], [11] tiên tiến để gia công chi tiết máy phay CNC – ARMONI vấn đề khoa học thiết thực để mở rộng khả công nghệ máy, nâng cao hiệu khai thác máy Ngồi ra, cịn kênh thơng tin hữu ích cho sinh viên giáo viên tương lai việc tìm hiểu, thực hành công nghệ CNC xây dựng môđun đào tạo cho đối tượng khác trường [2], [10] Nhưng chưa có đề tài nghiên cứu vấn đề Nhận thức điều đó, tơi mạnh dạn đặt vấn đề " Ứng dụng phần mềm Mastercam tạo lập chương trình gia cơng chi tiết có bề mặt phức tạp máy phay CNC – ARMONI " CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC 1.1 Khái quát máy công cụ thông thường máy công cụ CNC 1.1.1 Đặc điểm máy cắt kim loại CNC Máy cắt kim loại CNC cho phép tập trung nguyên cơng mức độ cao nhất, máy có khả cơng nghệ cao, máy thực nguyên công như: Tiện, Phay, Khoan, Doa, Ta rô Quá trình thay dao thực tự động nhờ vào cấu thay dao Tốc độ trục tốc độ chạy dao điều chỉnh vô cấp việc lựa chọn chế độ cắt hợp lý Kết cấu khí máy CNC gọn nhẹ máy vạn loại, Máy CNC cho độ xác gia cơng cao, thực lượng dịch chuyển xác tới 0,001 mm 1.1.2 Cấu tạo máy công cụ CNC Các thành phần chủ yếu máy công cụ CNC bao gồm: - Trục - Các trục quay trục chạy dao phụ - Thiết bị kẹp phôi - Các phương tiện thay đổi dao cụ 1.1.2.1 Trục - Trục máy CNC cần để truyền công suất cần thiết gia công chi tiết, tạo chuyển động quay chi tiết máy tiện quay dao máy phay Máy CNC cần có truyền có tính ổn định cao để định vị gia công không bị thay đổi tải gia cơng lớn phải có tính động lực học đủ làm chủ thay đổi tốc độ nhanh mà không bị đích Để hiệu quả, động cần phải đạt momen max toàn khoảng thay đổi tốc độ Điều khó đạt thường momen động giảm tốc độ cao ( động khơng đồng bộ), số động khơng có khả cho momen cực đại điểm có tốc độ thấp ( động chiều) 1.1.2.2 Các trục chạy dao Các trục chạy dao thường đặt với kí tự X, Y, Z Máy tiện CNC có trục chạy dao X, Z điều khiển, chuyển động kết hợp bàn trượt Máy phay CNC có trục X,Y,Z, điều khiển CNC, hai số chuyển động bàn máy trục thứ chuyển động trục * Truyền động chạy dao Các truyền động chạy dao tạo nên chuyển động bàn trượt dao (máy tiện) bàn (máy phay) Bộ truyền chạy dao yêu cầu phải cung cấp tốc độ thay đổi liên tục (0 ÷100m/phút) với độ xác lặp lại (chuyển động êm, phản ứng nhanh với thay đổi tốc độ) Các chuyển động trục phải thực với tốc độ ăn dao lớn thời gian định vị bé (tính động ) Để thoả mãn điều kiện này, truyền động chạy dao CNC gồm thành phần sau: * Hệ thống đo Phương thức đo Gồm đo trực tiếp đo gián tiếp Hệ thống đo Tuỳ thuộc vào thiết bị đo sử dụng mà có khác đo vị trí tuyệt đối đo vị trí gia số + Đo vị trí theo tuyệt đối: Thang đo mã hố thị vị trí tức thời bàn trượt có kích thích quang điện tử ứng với tín hiệu đo so với điểm cố định điểm zêro máy Phương pháp giả định số đọc vùng thước đo rộng vùng gia công mã thang đo nhị phân, điều tạo cho điều khiển thể vị trí đọc giá trị số + Đo theo vị trí gia số: 1.1.2.3 Các trục quay trục chạy dao phụ Bên cạnh chuyển động thẳng dọc trục X, Y, Z máy CNC cịn thực điều khiển chuyển động quay quanh trục Các trục quay ký hiệu A, B, C Một số máy CNC có bàn máy đầu trục quay Trên phơi gia cơng theo số góc nghiêng phù hợp Các trục điều khiển trục quay độc lập trục quay phối hợp tạo nên điều khiển 4,5 trục Các trung tâm gia cơng ngồi trục quay cho bàn máy đầu trục chính, cịn có trục chạy dao bổ xung Các trục chạy dao bổ xung điều khiển truyền động trục X, Y, Z trạng thái tĩnh Chuyển động trục W sử dụng để gia cơng lỗ khoan theo hướng Các trục chạy dao bổ xung cho trục X, Y, Z đặt U, V, W * Thiết bị kẹp phôi Thiết bị kẹp phơi giữ chi tiết gia cơng vị trí xác trục cơng tác để tiện bàn công tác để phay Chi tiết phải kẹp cho khơng có độ rơ, định vị xác, bền ứng suất động Số lượng chức điều khiển mối quan hệ đến thiết bị kẹp phôi phụ thuộc vào phôi đưa vào máy (thủ công tự động) vào độ phức tạp bố trí cặp phơi 1.1.2.4 Các phương tiện thay dao cụ Máy công cụ CNC thường trang bị với thay đổi tự động Tuỳ theo phạm vi áp dụng kiểu mà dụng cụ đồng thời lấy số dao cụ khác việc đặt dao cụ vào vị trí làm việc gọi câu lệnh chương trình NC Bộ thay đổi dụng cụ dạng đài dao (như hình 1.5) magazin dụng cụ (như hình 1.6) Hình - Magazin dụng cụ Đài dao sử dụng cho máy tiện CNC magzin cho máy phay CNC Khi chương trình NC gọi dụng cụ mới, đài dao quay dao đến vị trí làm việc Kiểu thay dao thực nhanh, hàng phân số giây * Hệ thống thay dao tự động 1.2 Hệ thống điều khiển CNC 1.2.1 Kết cấu chức điều khiển CNC 1.2.2 Phần cứng – Máy tính Máy tính chứa một vài vi xử lý nhớ Bộ vi xử lý xử lý liệu chương trình nhập người điều hành liệu cơng nghệ hình học 1.2.3 Các dạng điều khiển hình học máy cơng cụ CNC Các máy CNC khác có khả gia công bề mặt khác lỗ, mặt phẳng, mặt định hình Do dạng điều khiển máy chia thành: Điều khiển điểm - điểm, điều khiển theo đường thẳng điều khiển theo contour (điều khiển biên) 1.2.3.1 Điều khiển điểm - điểm 1.2.3.2 Điều khiển đường thẳng 1.2.3.2 Điều khiển biên dạng (điều khiển contour) Điều khiển theo biên dạng (theo contour) cho phép chạy dao nhiều trục lúc a Điều khiển contour 2D b Điều khiển contour D c Điều khiển contour 3D 1.3 Dụng cụ cắt máy phay CNC 1.3.1 Dao phay ngón 1.3.2.Dao phay mặt đầu 1.4 Khái qt phương pháp lập trình gia cơng máy cơng cụ CNC 1.4.1 Ngơn ngữ lập trình CNC 1.4.1.1 Ngôn ngữ ISO( G- code) Tiêu chuẩn iso 6983 cố gắng tiêu chuẩn hố ngơn ngữ lập trình máy lĩnh vực chế tạo theo nguyên tắc xây dựng khối block chương trình theo điểm Đây sở để nhà sản xuất hệ thống điểu khiển thừa hưởng phát triển ngôn ngữ G- code cho hệ điều khiển 1.4.1.2 Ngơn ngữ APT (Automaticcally Programed Toosl) APT ngôn ngữ bậc cao có khoảng 3000 từ cho phép thiết lập phần tạo hình q trình gia cơng máy CNC ( Ví dụ máy phay trục) Do máy CNC khơng hiểu trực tiếp ngôn ngữ APT nên hệ điều khiển CNC phải có chương trình dịch APT thành ngơn ngữ G 1.4.1.3 Ngôn ngữ đối thoại trực tiếp Là dạng điều khiển theo hình tượng Nhiều hệ điều khiển (ví dụ HEIDENHAIN) điều khiển thường có phím thể biểu tượng tương đương với lệnh cụ thể 1.4.2 Cơ sở hình học lập trình 1.4.2.1 Hệ toạ độ hình học Mọi điểm khơng gian xác định thơng qua toạ độ hệ toạ độ đó, thường có hai hệ toạ độ độ sử dụng : - Hệ toạ độ đề - Hệ toạ độ cực 1.4.2.2 Hệ toạ độ máy a Hệ toạ độ máy công cụ CNC + Trục Z + Trục X + Trục Y + Các trục phụ b Xác định hệ toạ độ với chuẩn máy phôi Các điểm chuẩn cần xác định vùng làm việc máy + Điểm chuẩn máy M (điểm gốc máy) + Điểm chi tiết W + Điểm chuẩn dao (p) + Điểm chuẩn giá dao T điểm gá dao N + Điểm điều chỉnh dao E + Điểm gá đặt (hay điểm tỳ) A + Điểm chương trình 1.5 Các hình thức tổ chức lập trình gia cơng CNC 1.5.1 Lập trình tay trực tiếp máy CNC 1.5.2 Lập trình tay cụm CNC khác 1.5.3 Lập trình tay chuẩn bị sản xuất 1.5.4 Lập trình với trợ giúp máy tính CHƯƠNG 2: MÁY PHAY CNC - ARMONI VÀ PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH GIA CƠNG 2.1 Giới thiệu chung máy phay CNC – ARMONI Máy phay CNC thiết kế để gia công máy công cụ công nghiệp tự động, với hệ thống điều khiển bàn máy chạy theo chương trình hệ thống thay dao tự động (với ổ dao có vị trí) Các chế độ làm việc a Biên soạn chương trình: Nó cho phép tải, lưu trữ in ấn File, hiển thị, sửa đổi xoá dịng lệnh, kiểm tra chương trình để tìm lỗi cú pháp dịng lệnh chương trình Chương trình dựa tiêu chuẩn ISO b Mơ phỏng: Hiển thị đồ hoạ chương trình soạn thảo theo mã ISO, thực việc hiển thị quỹ đạo dao cắt chế độ tự động chế độ mô khối lệnh (hiển thị hình tồn chi tiết gia công) c Thực gia công: Lựa chọn cắt gọt hai chế độ - Tự động (Automatic) - Từng câu lệnh (Block to block) d Chế độ điều khiển tay: Tất chuyển động trục chính, dịch chuyển bàn máy điều khiển bàn phím thơng qua phím chức như: Insert, home, end 2.2 Đặc tính kỹ thuật máy phay CNC – ARMONI 2.3 Phần mềm điều khiển tập lệnh gia công máy 2.3.1 Các chuyển động chạy dao.2.3.2 Các lệnh gia công dịch chuyển ( mã G) 2.3.3 Các lệnh gia công theo chu trình (từ G81 đến G89) 2.3.4 Các lệnh phụ trợ (M) 2.3.5 Cấu trúc lệnh gia công * Các lệnh gia công dịch chuyển * Các lệnh gia cơng theo chu trình 2.4 Quy trình thao tác máy 2.5 Các chương trình làm việc hệ điều khiển 2.5.1 Chức menu 2.5.2 Thao tác sử dụng menu CHƯƠNG PHẦN MỀM MASTERCAM VÀ KHẢ NĂNG TỰ ĐỘNG TẠO LẬP CHƯƠNG TRÌNH GIA CƠNG 3.1 phần mềm Master CAM 3.1.1 MasterCAM Design Trong phần trình bày thao tác để tạo đường MasterCam Màn hình giao diện hình sau: Vùng nút lệnh Thực đơn Thực đơn phụ Hình 3.1: Giao diện MasterCAM 3.1.1.1 Các vấn đề chung MasterCAM Design A - Menu (The Main Menu) B Menu thứ ( The Secondary Menu) C - Sử dụng Menu ( Using the Menus: ) 3.1.1.2 Configuring MasterCAM (Hình thể MasterCAM) Một số đặc tính Mastercam sử dụng phù hợp việc chọn hình thể Menu : Main menu / Screen / Configure 3.1.1.3 Getting Started ( bắt đầu khai thác) 3.1.1.4 Point Entry Commands (Lệnh vào điểm) 3.1.1 Construction Method Phương pháp xây dựng 3.1.1.6 Create (tạo lập) 3.1.1.7 Curves : Đường cong 3.1.1.8 Surfaces: Bề mặt Đặc tính Mastercam cho phép thiết kế số kiểu bề mặt tạo bề mặt cắt tỉa, nối Bề mặt tạo gồm kiểu sau: Kiểu thông số, kiểu số, kiểu hỗn hợp 3.1.1.9 Drafting : Vẽ thiết kế Hàm vẽ thiết kế Mastercam cho phép tạo sửa kích thước (ngang, đứng, song song, đường sở, đường kết nối, góc, đường kính hướng nhìn, ngồi hướng nhìn, bán kính đường thích với phơng nhãn khác nhiều kiểu đường mũi tên, đường chia, mặt cắt thực thể 3.1.1.10 Delete : Xoá Lệnh xoá sử dụng để bỏ thực thể (điểm, đường, cung, spline mặt cong, bề mặt thông số vẽ từ hình liệu sở Mastercam) 3.1.1.11 Modify : Sửa đổi 3.1.1.12 Xform : Thay đổi 3.1.1.13 Screen: (Màn hình) 3.1.1.14 Shade ( Tơ bóng) 3.1.2 MasterCAM Mill 3.1.2.1 Begin Using MasterCAM Mill (Sử dụng Mastercam Mill.) Phần phác thảo trình bước sinh chương trình NC cho phay Mỗi bắt đầu Mastercam Mill hệ thống menu Menu thứ hai xuất hình 3.1.2.2 NC - Commands Lệnh NC 10 3.1.2.2.1 Cửa sổ NC 3.1.2.2.2 Coordinates Subwindow: Cửa sổ toạ độ phụ/thứ cấp 3.1.2.2.3 Entry / Exit Subwindow: Cửa sổ phụ vào / 3.1.2.2.4 Miscellaneous Values Subwindow: 3.1.2.2.5 Tool display subwindow: Cửa sổ phụ biểu diễn dụng cụ 3.1.2.3 - Toolpaths: Đường dẫn dao 3.1.2.4 Contour: Đường đồng mức 3.2 phương pháp Lập trình gia cơng khả tự động tạo lập chương trình gia cơng MasterCAM Phương pháp lập trình gia cơng MasterCAM phương pháp tự động lập chương trình gia công tiến hành theo bước sau: 3.2.1 Thiết kế vẽ chi tiết gia công 3.2.2 Chọn phôi 3.2.3 Chọn dụng cụ cắt 3.2.4 Tự động tạo lập chương trình gia cơng MasterCAM 11 12 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MASTERCAM TẠO LẬP CHƯƠNG TRÌNH NC ĐỂ GIA CƠNG CHI TIẾT PHỨC TẠP TRÊN MÁY PHAY CNC - ARMONI 4.1 Chi tiết gia công - Chi tiết gia công lôgô trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Nam Định - Trên chi tiết có biên dạng phức tạp phần bánh hay chữ việc tính tốn toạ độ điểm khó khăn đặc biệt chữ viết đường cong, thực lập trình thủ cơng tay khó thực Do ta chọn phương án sử dụng phần mềm MASTERCAM để tạo chương trình NC gia cơng chi tiết tương thích với máy phay CNC - ARMONI - Mơ hình chi tiết thiết lập⇒⇒ản khoa học kỹ thuật - 2001 [8] - PGS.TS Nguyễn Đắc Lộc - Công nghệ chế tạo theo hướng ứng dụng tin học Nhà xuất khoa học kỹ thuật [9] - PGS.TS Nguyễn Đắc Lộc ,TS Tăng Huy - Điều khiển số & công nghệ máy điều khiển số CNC Nhà xuất khoa học kỹ thuật - 1996 [10] - PTS Đoàn Thị Minh Trinh - Công nghệ CAD/CAM Nhà xuất khoa học kỹ thuật [11] - PGS TS Trần Vĩnh Hưng (chủ biên), KS Trần Ngọc Hiền - MasterCAM Phần mềm thiết kế công nghệ CAD/CAM điều khiển máy CNC Nhà xuất khoa học kỹ thuật - 2006 [12] - Phần mềm điều khiển máy phay CNC - ARMONI (Tài liệu tiếng Anh) – Tây Ban Nha 13