NGUYỄN ĐĂNG MINH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN ĐĂNG MINH CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU GIA CÔNG SẢN PHẨM CÓ BỀ MẶT PHỨC TẠP TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG MAXXTURN 65 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành: Chế tạo máy KHOÁ 2009 Hà Nội – Năm 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN ĐĂNG MINH NGHIÊN CỨU GIA CÔNG SẢN PHẨM CÓ BỀ MẶT PHỨC TẠP TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG MAXXTURN 65 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành: Chế tạo máy Người hướng dẫn khoa học: TS Vũ Toàn Thắng Hà Nội – Năm 2011 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn nghiên cứu thực chịu trách nhiệm nội dung trung thực luận văn Học viên Nguyễn Đăng Minh Mục lục Trang Danh mục bảng hình vẽ Mở đầu Chương – Tổng quan máy tiện CNC trung tâm tiện CNC 1.1 Máy công cụ thông thường 1.2 Máy công cụ NC 1.3 Máy công cụ CNC 1.4 Máy tiện CNC trung tâm tiện CNC Chương – Lập trình CNC 2.1 Những khái niệm 16 16 2.1.1 Các điểm gốc, điểm chuẩn 16 2.1.1.1 Điểm gốc máy M 16 2.1.1.2 Điểm chuẩn máy R 17 2.1.1.3 Điểm gốc phôi W 17 2.1.1.4 Điểm chuẩn gá dao N 17 2.1.2 Dịch điểm chuẩn, bù dao 17 2.1.2.1 Dịch điểm chuẩn 18 2.1.2.2 Bù dao 18 2.2 Chương trình NC 20 2.3 Bảng lệnh G-Code M-Code Sinumerik 840D 22 2.4 Cấu trúc lệnh G-Code 26 2.4.1 Các lệnh thiết đặt 26 2.4.2 Các lệnh di chuyển 27 2.4.3 Các lệnh gọi dao bù dao 30 2.4.4 Các lệnh biến hình 32 2.4.5 Một số lệnh khác 34 2.5 Lập trình với trục C 36 2.6 Lập trình với trục Y 37 2.7 Lập trình phay 39 2.7.1 TRANSMIT 39 2.7.2 TRACYL 40 2.8 Chương trình chu trình 42 2.8.1 Chương trình 42 2.8.2 Các chu trình 43 2.9 Ví dụ lập trình gia công chi tiết Chương – Gia công sản phẩm có bề mặt phức tạp 69 75 3.1 Các dạng bề mặt gia công máy 75 3.2 Giới thiệu phần mềm Unigraphics NX 78 3.3 Ứng dụng phần mềm NX thiết kế, phân tích, gia công 86 3.3.1 Sử dụng NX Manufacturing để lập trình gia công 86 3.3.2 Tổng quan mô kiểm tra (ISV) 88 3.3.3 Xây dựng mô hình mô máy tiện phay trục 91 3.3.4 Xây dựng post processor cho điều khiển 91 3.3.5 Mô động học trình gia công 92 3.3.6 Mô động học số loại máy khác 93 Chương – Kết bàn luận 97 4.1 Kết luận chung 97 4.2 Những kết luận văn 98 4.3 Một số vấn đề tiếp tục mở rộng nghiên cứu 98 Tài liệu tham khảo 99 Danh mục bảng hình vẽ Trang Bảng 1.1 Một số đặc điểm cua máy tiện CNC Bảng 2.1 Bảng mã lệnh G-Code 22 Bảng 2.2 Bảng mã lệnh M-Code 23 Hình 1.1 Máy tiện CNC Meteor (kiểu để bàn) hãng Denford Hình 1.2 Máy tiện CNC TUR1550 cỡ lớn hãng TOOLMEX Hình 1.3 Các trục máy CNC 10 Hình 1.4 Các trục chuyển động trung tâm gia công Maxxturn 65 11 Hình 1.5 Đầu rơvônve với động dẫn động dao phay 12 Hình 1.6 Trung tâm tiện có hai đầu rơvônve 13 Hình 1.7 Collect gá lắp đa giác côn hãng Sanvik 14 Hình 1.8 Hệ thống vận chuyển phôi chi tiết trung tâm gia công 15 Maxxturn 65 Hình 2.1 Các điểm gốc, điểm chuẩn 16 Hình 2.2 Dịch điểm chuẩn 18 Hình 2.3 Các kích thước dụng cụ 19 Hình 2.4 Các vị trí lưỡi cắt, bán mũi kính dao 19 Hình 2.5 Bộ điều khiển Sinumerik 840D 20 Hình 2.6 Dịch điểm chuẩn 26 Hình 2.7 Các mặt phẳng gia công 26 Hình 2.8 Sơ đồ cấu trúc lệnh 28 Hình 2.9 Sơ đồ cấu trúc lệnh 28 Hình 2.10 Sơ đồ cấu trúc lệnh 28 Hình 2.11 Sơ đồ cấu trúc lệnh 29 Hình 2.12 Sơ đồ cấu trúc lệnh 29 Hình 2.13 Các giá trị bù dao cho lưỡi dao phải trái dao cắt rãnh 30 Hình 2.14 Bù bán kính phải 31 Hình 2.15 Bù bán kính trái 31 Hình 2.16 Điểm cắt lý thuyết bán kính lưỡi cắt 31 Hình 2.17 Contour phôi có bù không bù bán kính lưỡi cắt 31 Hình 2.18 Dịch chuyển điểm gốc tuyệt dối tương đối 32 Hình 2.19 Quay hệ tọa độ 33 Hình 2.20 Biến đổi tỷ lệ contour 33 Hình 2.21 Đối xứng contour 34 Hình 2.22 Trục dao quay 35 Hình 2.23 Trục C máy 36 Hình 2.24 Vị trí trục 37 Hình 2.25 Bản vẽ chi tiết gia công 38 Hình 2.26 Vùng gia công 38 Hình 2.27 Sơ đồ gia công lục giác 40 Hình 2.28 Phay contour với trục 41 Hình 2.29 Chương trình 42 Hình 2.30 Sơ đồ khoan, doa 45 Hình 2.31 Chi tiết khoan 45 Hình 2.32 Sơ đồ khoan lỗ sâu 46 Hình 2.33 Khoan sâu chi tiết 47 Hình 2.34 Khoan sâu chi tiết 48 Hình 2.35 Sơ đồ ta rô cứng 49 Hình 2.36 Ta rô trục 50 Hình 2.37 Sơ đồ ta tô tùy dộng 51 Hình 2.38 Sơ đồ doa doa 52 Hình 2.39 Sơ đồ doa 52 Hình 2.40 Sơ đồ doa 53 Hình 2.41 Sơ đồ doa 53 Hình 2.42 Sơ đồ gia công 54 Hình 2.43 Sơ đồ gia công 54 Hình 2.44 Sơ đồ cấu trúc rãnh 55 Hình 2.45 Tiện rãnh dọc trục 56 Hình 2.46 Cấu trúc rãnh thoát dao 57 Hình 2.47 Xác định dạng gia công 59 Hình 2.48 Sơ đồ gia công 60 Hình 2.49 Điểm bắt đầu 61 Hình 2.50 Cấu trúc rãnh thoát dao 62 Hình 2.51 Các kích thước ren 63 Hình 2.52 Góc ăn dao 63 Hình 2.53 Dạng gia công xác định số đầu mối ren 64 Hình 2.54 Sơ đồ chuỗi ren 65 Hình 2.55 Sơ đồ gia công rãnh thẳng 66 Hình 2.56 Sơ đồ gia công rãnh cong 67 Hình 2.57 Sơ đồ phay hốc chữ nhật 68 Hình 2.58 Sơ đồ phay hốc tròn 68 Hình 2.59 Bản vẽ chi tiết gia công 69 Hình 2.60 Các dao dùng cho gia công 70 Hình 3.1 Các trục chuyển động máy Maxxturn 65 75 Hình 3.2 Các dạng bề mặt phức tạp gia công 77 Hình 3.3 Modeling Shape Studio 80 Hình 3.4 Sheet Metal 80 Hình 3.5 Assembly 81 Hình 3.6 Synchronous Modeling 81 Hình 3.7 Drafting PMI 82 Hình 3.8 Mold Wizard 82 Hình 3.9 Progressive Die Wizard 83 Hình 3.10 NX Human 83 Hình 3.11 NX Advanced Simulation 84 Hình 3.12 NX Motion Simulation 84 Hình 3.13 NX Manufacturing 85 Hình 3.14 Thiết đặt thông số gia công cần thiết 86 Hình 3.15 Mô Tool Path chi tiết gia công 87 Hình 3.16 Các cấp độ mô 88 Hình 3.17 Sơ đồ mối liên hệ ISV 90 Hình 3.18 Sơ đồ máy tiện phay trục 91 Hình 3.19 Thiết đặt chức cần thiết 92 Hình 3.20 Mô động học trình gia công 93 Hình 3.21 Kiểm tra bề mặt 93 Hình 3.22 Trung tâm tiện phay trục WFL M35 94 Hình 3.23 Máy phay trục DMU50V 95 Hình 3.24 Máy phay trục Hermle C30 96 Mở đầu Lý lựa chọn đề tài Công nghiệp hóa đại hóa sản xuất chủ trương lớn đất nước ta Để đẩy mạnh công nghiệp hóa đại hóa cần ưu tiên áp dụng tiến khoa học kỹ thuật vào sản xuất Một thành tựu quan trọng tiến khoa học kỹ thuật tự động hóa sản xuất Phương thức cao tự động sản xuất sản xuất linh hoạt Trong dây chuyền sản xuất linh hoạt máy điều khiển số CNC đóng vai trò quan trọng Sử dụng máy công cụ điều khiển số cho phép giảm khối lượng gia công chi tiết nâng cao độ xác gia công hiệu kinh tế, rút ngắn chu kỳ sản xuất Vì mà máy điều khiển số ứng dụng rộng rãi vào lĩnh vực khí chế tạo Để sử dụng máy điều khiển số cách có hiệu quả, nhà công nghệ biết lập quy trình công nghệ với loạt chi tiết mà phải có khả lập trình nhanh chóng, xác Hơn nữa, việc ứng dụng cho có hiệu quả, tận dụng tối đa khả gia công máy vấn đề quan trọng Chính mà tác giả chọn cho đề tài “Nghiên cứu gia công sản phẩm có bề mặt phức tạp trung tâm gia công MAXXTURN 65” nhằm nâng cao khả lập trình gia công cho có hiệu cao tận dụng hết khả gia công linh hoạt máy Maxxturn 65 cho máy điều khiển số khác Đối tượng nội dung nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu trung tâm gia công Maxxturn 65, sử dụng điều khiển Siemens 840D Nội dung nghiên cứu tìm hiểu hệ điều hành Siemens cho máy CNC Lập trình gia công xây dựng mô động học trình gia công Gia công sản phẩm mẫu máy Maxxturn 65 ĐH Bách khoa Hà nội 17 Manufacturing: Lập trình gia công CNC, dễ dàng thiết lập chương trình, nhiều chiến lược giúp tối ưu đường chạy dao,… hỗ trợ Machine Tool Simulation giúp mô gia công mô hình máy thực, giúp kiểm soát tốt hạn chế nguy va đập xảy gia công Thư viện possproceser có nhiều post điều khiển tiếng thông dụng Hình 3.13 NX Manufacturing 85 3.3 Ứng dụng phần mềm NX thiết kế, phân tích, gia công Sử dụng modul thiết kế để tạo chi tiết, phân tích hiệu chỉnh hoàn thiện chi tiết với modul phân tích (Motion Simualtion, Advanced Simulation) Với sản phẩm khuôn đúc sử dụng modul làm khuôn (Mold Wizard, Progressive Die Wizard) Dùng MoldFlow Part Advisor để phân tích sản phẩm, hỗ trợ cho việc hoàn thiện khuôn ( vị trí miệng phun tối ưu, phát đường hàn, lỗ khí…) Sau có sản phẩm sử dụng modul gia công (NX Manufacturing) để lập trình xuất chương trình sang máy để gia công Trong phần nói modul gia công để lập trình cho sản phẩm, dùng modul khác liên quan để tối ưu việc gia công hỗ trợ phân tích mô trình gia công (ISV) 3.3.1 Sử dụng NX Manufacturing để lập trình gia công Khi có chi tiết thiết kế chọn Start Æ Manufacturing để vào modul gia công Trong cửa sổ xuất hiện, với máy từ trục trở lên ta chọn mill_multi-axis Giao diện môi trường Manufacturing xuất Thiết đặt tham số đầu vào MCS WORKPIECE: phôi, chi tiết, đồ gá, vật liệu chọn dao (Create Tool) Chọn phương pháp gia công (Create Operation), thiết đặt tham số gia công cần thiết Path Setting Hình 3.14 Thiết đặt thông số gia công cần thiết 86 Một vấn đề cần lưu ý với việc lập trình gia công trục trường hợp gia công bề mặt phức tạp có dạng quay quanh trục chính: trục quay C điều khiển lập trình cho chuyển động để kết hợp với chuyển động dao theo X, Y, Z tạo nên bề mặt phức tạp Ta phải thiết đặt trục dao (Tool Axis) với lựa chọn Away from line (để cho trục dao vuông góc với trục quay C) Hình 3.15 Mô Tool Path chi tiết gia công Quá trình gia công tối ưu nhờ vào chức tự động thiết đặt tốc độ tối ưu (tốc độ trục chính, tốc độ chạy dao, tốc độ quay dao) dựa vật liệu chi tiết, vật liệu dao, phương pháp gia công (thô, bán tinh, tinh) Từ menu bar chọn: Preferences Æ Manufacturing Æ Operation Æ Automatically Set in Operation Tiếp theo chọn Verify Sau chọn Post Process để mô đường chạy dao để xuất chương trình tương ứng với điều khiển dùng, với máy Maxxturrn 65 điều khiển Siemens 840D 87 3.3.2 Tổng quan mô kiểm tra (ISV) Modul mô kiểm tra (Integrated Simulation And Verification) hay gọi tắt ISV Cho phép mô máy CNC với kích thước thật Quá trình mô chĩnh xác chuyển động máy, bao gồm chức tính toán điều khiển cấu hình máy ISV có kiểm tra va chạm, phát va chạm phần máy, đồ gá, dao, chi tiết trình gia công Có thể quan sát chức điều khiển macro, chương trình con, lệnh chu trình chức lệnh G, M ISV cải thiện chất lượng trình gia công so sánh chi tiết thiết kế với chi tiết gia công máy thực Dẫn đến giảm giá thành sản phẩm loại trừ trình chạy thử (dry run), giảm can thiệp tay người vận hành máy, giảm cố hư hại với máy, dao, đồ gá, chi tiết loại trừ va chạm ISV bao gồm phần sau: Visualize, Simulation, Advanced Simulation, Machine Tool Builder, Machine Tool Driver, Setup Configurator Hình 3.16 Các cấp độ mô 88 Visualize - Mô đường chạy dao - Không mô động học máy - Có kiểm tra ăn sâu (gouge) va chạm (collision) - Hiển thị vật liệu bị gỡ bỏ dạng 2D Simulation - Mô đường chạy dao - Mô động học máy bao gồm dao đồ gá - Thư viện máy điều khiển thông thường - Có kiểm tra ăn sâu (gouge) va chạm (collision) Advanced Simulation - Mô hoàn toàn động học máy với mô hình máy thực xây dựng - Có kiểm tra ăn sâu (gouge) va chạm (collision) - Có nhiều tùy chỉnh mô khác - Có thể liên kết với Post Builder - Mô xác máy với lệnh máy (G, M) Machine Tool Builder - Dùng để xây dựng cấu hình máy - Sử dụng đối tượng hình học liên kết Assembly - Xây dựng động học phận máy, chuyển động trục - Thiết đặt mô hình đồ gá - Có thể hiệu chỉnh động học liên kết thư mục động học 89 Machine Tool Driver Hình 3.17 Sơ đồ mối liên hệ ISV Machine Tool Driver (MTD) hay gọi điều khiển NC ảo Tạo chương trình CNC để mô điều khiển CNC Khởi tạo chuyển động tương ứng với cấu hình máy xây dựng Các chuyển động máy điều khiển MTD MTD viết ngôn ngữ Tcl dùng NX, viết ngôn ngữ cấp cao (C++) MTD mô chu trình đặc biệt, kiện (User Defined Events – UDE), macro, chức điều khiển mà nhà cung cấp không hỗ trợ 90 3.3.3 Xây dựng mô hình mô máy tiện phay trục Trong NX, chọn Start Æ All Applications Æ Machine Tool Builder Thiết lập phận máy Thiết lập trục chuyển động tương ứng X, Y, Z, C Hình 3.18 Sơ đồ máy tiện phay trục 3.3.4 Xây dựng Post Processor cho điều khiển Ngoài Windows chọn Start Æ UGS 7.5 Æ Manufacturing Tools Æ Post Builder Chọn File Æ New Nhập: Siemens_840D_4x phần Post Name Chọn Post Output Unit Milimeters Chọn Machine Tool 4-Axis with Rotary Table Chọn Controller Æ Library Æ SIEMENS – Sinumerik_840D Chọn OK Æ Thiết đặt chức cần thiết 91 Hình 3.19 Thiết đặt chức cần thiết 92 3.3.5 Mô động học trình gia công Sau có mô hình máy với post processor tương ứng, ta tiến hành mô động học trình gia công máy tiện phay trục Hình 3.20 Mô động học trình gia công Chọn Show Thickness by Color để đánh giá bề mặt xem phần vật liệu thừa, phần bị dao ăn sâu vào Hình 3.21 Kiểm tra bề mặt 93 3.3.6 Mô động học số loại máy khác Với kỹ thuật tương tự, số máy CNC xây dựng mô động học, bao gồm số post processor thông dụng (Fanuc, Siemens, Heidenhain) Hình 3.22 Trung tâm tiện phay trục WFL M35 94 Hình 3.23 Máy phay trục DMU50V 95 Hình 3.24 Máy phay trục Hermle C30 96 Chương Kết bàn luận 4.1 Kêt luận chung Để gia công sản phẩm có bề mặt phức tạp mà lập trình trực tiếp máy phần mềm CAM trợ giúp mạnh mẽ cho việc lập trình Khi lập trình trực tiếp máy cần phải nắm vững cấu trúc lệnh, mã lệnh điều khiển dùng lập trình linh hoạt Khi lập trình có trợ giúp phần mềm CAM, người lập trình cần nắm vững kỹ thuật lập trình với phần mềm CAM Người lập trình cần biết mã lệnh điều khiển dùng Việc xuất mã chương trình tương ứng với điều khiển dùng Post Processor đảm nhiệm Với phần mềm NX, phần mềm mạnh mẽ lập trình CAM, trình gia công tối ưu hơn: - Thông qua việc mô động học máy, ta quan sát chuyển động máy, dao, đồ gá, phôi cách rõ ràng Giúp loại bỏ lỗi va đập, ăn sâu dao vào chi tiết gia công, vùng vật liệu thừa - Quá trình gia công tối ưu nhờ vào chức tự động thiết đặt tốc độ tối ưu (tốc độ trục chính, tốc độ chạy dao, tốc độ quay dao) dựa vật liệu chi tiết, vật liệu dao, phương pháp gia công (thô, bán tinh, tinh) Với NX Manufacturing (lập trình gia công) , NX Machine Tool Builder (tạo mô hình máy CNC), NX Post Builder (tạo Post Processor) việc lập trình gia công trở nên đơn giản nhiều, giúp tiết kiệm thời gian, nâng cao suất, giảm giá thành sản phẩm, hiệu kinh tế cao 97 4.2 Những kết luận văn - Trình bày tổng thể lập trình gia công với điều khiển Siemens 840D trung tâm gia công Maxxturn 65 - Sử dụng phần mềm NX để lập trình gia công cho chi tiết có bề mặt phức tạp Gia công sản phẩm trung tâm Maxxturn 65 - Xây dựng mô động học trình gia công trung tâm tiện phay trục, kèm theo xây dựng Post Processor cho điều khiển Siemens 840D - Ngoài xây dựng thêm số mô động học vài dòng máy khác (WFL M35, DMU50V, Hermle C30) kèm theo bao gồm Post Processor thông dụng (Fanuc, Siemens, Heidenhain) 4.3 Một số vấn đề tiếp tục mở rộng nghiên cứu Do phức tạp máy Maxxturn 65, nên mô động học thiếu nhiều chuyển động Post Processor thiếu nhiều chức điều khiển Siemens 840D (gia công trục thứ cấp, cấu cấp phôi, tự động đóng mở cấu kẹp, …) Vì cần nghiên cứu phát triển thêm để hoàn thiện Thông qua việc nghiên cứu động học máy Maxxturn 65, với dòng máy khác, với kỹ thuật tương tự, hoàn toàn xây dựng mô động học trình gia công với tất chuyển động máy Cũng nghiên cứu phát triển hoàn thiện mô động học với dòng máy khác trục, trục, trục nhiều trục chẳng hạn mô động học cho robot gia công Kèm theo bao gồm hoàn thiện việc tạo Post Processor với đầy đủ chức cho điều khiển khác (Fanuc, Siemens, Heidenhain,…) với dòng máy khác Nghiên cứu triển khai ứng dụng thực tế sản xuất kết nghiên cứu để hoàn thiện kết nghiên cứu 98 Tài liệu tham khảo Emco Maier Ges.m.b.H (2009), Emco Maxxturn 65 with Sinumerik 840D Emco Maier Ges.m.b.H (2009), Emco WinNC Sinumerik 810D/840D Turning Emco Maier Ges.m.b.H (2005), Manual Turn Sinumerik 810D/840D UGS Corp (2010), NX 7.5 Documentation UGS Corp (2010), NX 7.5 Cast UGS Corp (2005), Mill Manufacturing Proces UGS Corp (2005), Turning Manufacturing Process UGS Corp (2005), Multi-Axis Techniques UGS Corp (2005), NX Manufacturing Fundamentals 10 UGS Corp (2005), Advanced Machining Applications 11 Ming C Leu (2009), NX7 For Engineering Design, Missouri University Of Science And Technology 12 UGS Corp (2005), Post Building Techniques 13 UGS Corp (2008), Post Training 14 UGS Corp (2004), Milling With Sinumerik 5-Axis Machining 15 UGS Corp (2004), Practical Applications Of Unigraphics 16 UGS Corp (2004), UG post-processor customized training 17 UGS Corp (2005), Applications Of Advanced Simulation 18 UGS Corp (2005), Advanced Assembly Techniques 19 UGS Corp (2005), Design Applications Using NX 20 UGS Corp (2005), MoldWizard Design Process 21 UGS Corp (2005), Drafting Essentials 22 UGS Corp (2005), Mechanical Free Form 23 UGS Corp (2005), Associative Pramatric Design 99 ... tài Nghiên cứu gia công sản phẩm có bề mặt phức tạp trung tâm gia công MAXXTURN 65 nhằm nâng cao khả lập trình gia công cho có hiệu cao tận dụng hết khả gia công linh hoạt máy Maxxturn 65 cho... Maxxturn 65 lập trình gia công với điều khiển Siemens 840D bao gồm ví dụ cụ thể Chương 3: Gia công sản phẩm có bề mặt phức tạp Chương trình bày dạng bề mặt phức tạp gia công máy Maxxturn 65 Lập... HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN ĐĂNG MINH NGHIÊN CỨU GIA CÔNG SẢN PHẨM CÓ BỀ MẶT PHỨC TẠP TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG MAXXTURN 65 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành: Chế tạo máy