Bài tập lớn công nghệ CNC

TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG --------o0o-------- BÀI TẬP LỚN CÔNG NGHỆ CNC Giáo viên hƣớng dẫn: Nguyễn Tiến Dũng. Sinh viên thực hiện: Đặng Văn Anh. Lớp: Cơ Điện Tử k45. Hà Nội - 11/2008 Bài tập lớn Công nghệ CNC 2 Sinh viên: Đặng Văn Anh Lớp: Cơ Điện Tử K45 Mục lục PHẦN I: LÝ THUYẾT. I. Tìm hiểu cấu trúc và hệ điều khiển máy CNC 1. Cấu trúc chung của máy CNC..................................................................................... 4 2. Máy phay 5 trục Haas VF-2TR ................................................................................... 6 2.1. Kích thước của máy .......................................................................................... 7 2.2. Đặc điểm kĩ thuật và ưu điểm ............................................................................ 8 2.3. Bộ điều khiển Haas. .........................................................................................10 3. Trung tâm gia công nằm ngang Haas EC 630PP ........................................................13 II. Lập trình trên máy CNC 1. Hệ tọa độ, điểm gốc, điểm chuẩn. ..............................................................................14 2. Lập trình phay ...........................................................................................................15 2.1. Các lệnh di chuyển ...........................................................................................15 2.2. Lệnh tọa độ và lệnh kích thước. .......................................................................17 2.3. Lệnh tốc độ chạy dao F ....................................................................................17 2.4. Lệnh tốc độ trục chính S. .................................................................................17 2.5. Lệnh thay dao T ...............................................................................................17 2.6. Các lệnh phụ ....................................................................................................18 2.7 Lệnh dịch chỉnh và bù dao ................................................................................18 2.8. Chu trình gia công trên máy phay. ...................................................................19 3. Lập trình tiện. ............................................................................................................22 3.1. Chu trình khoan trên hệ điều khiển Fanuc. ......................................................22 3.2. Chu trình khoan và ta rô ren trên hệ điều khiển Fargo. ...................................22 PHẦN II: BÀI TẬP. 1. Lập trình trên máy phay. 1.1. Trình tự gia công và chế độ cắt. ..............................................................................25 a. Khoan 5 lỗ ∅10. ..................................................................................................25 b. Phay 4 hốc (phay tinh). .......................................................................................26 c. Phay rãnh(phay tinh). .........................................................................................26 1.2. Chương trình gia công. ...........................................................................................27 a. Chương trình con khoan 5 lỗ ∅10. ....................................................................27 Bài tập lớn Công nghệ CNC 3 Sinh viên: Đặng Văn Anh Lớp: Cơ Điện Tử K45 b. Chương trình con phay hốc. ................................................................................28 c. Chương trình con phay rãnh. ..............................................................................28 d. Chương trình chính .............................................................................................28 2. Lập trình trên máy tiện. a.Trình tự gia công và chế độ cắt. ..................................................................................30 Tiện mặt đầu. ..........................................................................................................30 Tiện tinh mặt ngoài. ................................................................................................30 Tiện rãnh. ...............................................................................................................30 Tiện ren M24 ..........................................................................................................30 Tiện cắt đứt ............................................................................................................30 b. Chương trình gia công ...............................................................................................31 Bài tập lớn Công nghệ CNC 4 Sinh viên: Đặng Văn Anh Lớp: Cơ Điện Tử K45 PHẦN I: LÝ THUYẾT. I. Tìm hiểu cấu trúc và hệ điều khiển máy CNC 1. Cấu trúc chung của máy CNC Ngoài các bộ phận nêu trên máy CNC còn một số bộ phận như: Vòi phun nước làm mát, hệ thống cửa che chắn bảo vệ, đèn chiếu sáng, hệ thống đo… Trục chính của máy có đài gá dao côn tiêu chuẩn để thuận lợi cho việc gá lắp tự động dụng cụ cắt. Ổ tích dao trên máy CNC có thể là dạng đĩa hoặc dạng xích tùy theo kết cấu của máy: 1. Trục chính. 2. Ổ tích dao. 3. Cơ cấu thay dao. 4. Bảng điều khiển. 5. Bàn máy. 6. Động cơ dẫn động. 7. Đế máy. Ổ tích dao dạng đĩa Ổ tích dao dạng xích Bài tập lớn Công nghệ CNC 5 Sinh viên: Đặng Văn Anh Lớp: Cơ Điện Tử K45 Hệ thống biến đổi truyền dẫn chuyển động trong máy CNC thường là vít me đai ốc bi để tăng độ chính xác gia công và giảm hệ số ma sát. Động cơ servo điều khiển vô cấp theo số vòng quay. Cũng có thể dùng động cơ bước để dẫn động tuy nhiên có hạn chế về dải công suất lớn. Bàn máy trong máy CNC có thể là loại bàn máy thường hoặc có thể là các bàn xoay để tăng số trục gia công giúp cho máy có thể gia công các bề mặt phức tạp. Bộ phận truyền dẫn Cơ cấu vít me đai ốc bi Loại bàn xoay 2 trục. Loại bàn xoay nghiêng Bài tập lớn Công nghệ CNC 6 Sinh viên: Đặng Văn Anh Lớp: Cơ Điện Tử K45 2. Máy phay 5 trục Haas VF-2TR Bài tập lớn Công nghệ CNC 7 Sinh viên: Đặng Văn Anh Lớp: Cơ Điện Tử K45 2.1. Kích thước của máy Bài tập lớn Công nghệ CNC 8 Sinh viên: Đặng Văn Anh Lớp: Cơ Điện Tử K45 2.2. Đặc điểm kĩ thuật và ưu điểm Kết cấu máy chắc chắn. Thân máy được chế tạo bằng gang chất lượng cao, ưu điểm của gang là độ bền nén cao gấp 10 lần so với thép. Haas luôn chú trọng việc tăng cứng khi đúc các chi tiết gang với rất nhiều gân để tăng độ chống uốn và độ giảm chấn. Mỗi chi tiết gang đều được kiểm tra sau khi đúc để đảm bảo không có khuyết tật đúc. Bàn máy 2 trục: Có thể tháo lắp, có thể nghiêng ± 120°, xoay 360° và nó được điều khiển trực tiếp thông qua bộ điều khiển của máy. Bàn máy 2 trục giúp cho máy có thể gia công được các bề mặt rất phức tạp. Bộ thay dao tự động: Bộ thay dao tự động nằm ngoài vỏ máy giải phóng thêm không gian làm việc trong khi vẫn mang lại sự linh hoạt lớn hơn khi sử dụng đồ gá lớn hoặc bàn chia độ. Bộ thay dao gồm 24 dao, cộng thêm với 1 dao trên trục chính, với đặc điểm thay dao cánh tay kép giúp thay dao nhanh hơn. Đường kính dao lớn nhất có thể thay là 76mm khi giá dao đầy và 127 dao khi giá dao còn trống. Bàn máy 2 trục Thay dao cánh tay kép Bài tập lớn Công nghệ CNC 9 Sinh viên: Đặng Văn Anh Lớp: Cơ Điện Tử K45 Hệ thống thay dao cơ điện tử, thời gian thay dao trong khi làm việc là 3.6s và thời gian di chuyển dao đến dao là 2.8s. Các ổ bi chế tạo bằng thép đã nhiệt luyện: Haas sử dụng các ổ bi trong các sống trượt được chế tạo bằng thép nhiệt luyện. Haas chế tạo vòng bi bằng công nghệ mài chính xác khiến khe hở giữa các chi tiết chuyển động tương đối được khử trong mọi hướng chuyển động. Vít me bi dạng mỏ neo kẹp: Hệ thống cào phoi tự động Hệ thống vít tải tự động mang phôi ra khỏi vùng không gian trong vỏ máy,vắt nước làm mát ra và đổ ra tại độ cao 685 mm. Hệ thống sen sơ thông minh sẽ phát hiện lực xoắn bị quá tải khi kẹt phoi và tự động đảo chiều vít tải. Vòi phun nước làm mát có thể lập trình Đây là đặc điểm nổi bật chỉ có ở Haas. Haas lưu ý người sử dụng luôn cố định mở cửa máy để điều chỉnh nước làm mát. P-Cool là vòi làm mát đa điểm luôn tự động hướng tia nước về chi tiết gia công. Vị trí của vòi phun được điều khiển thông qua chương trình, vì thế tiết kiệm thời gian cho người công nhân. Gia công cao tốc. Lựa chọn HSM cung cấp một công cụ mạnh để giảm thời gian gia công và nâng cao độ chính xác. Sử dụng một thuật toán được gọi là “tăng tốc sau nội suy”, được kết hợp với bộ phận “look-ahead” lên đến 80 khối lệnh đơn, HSM cung cấp một lượng chạy dao nhanh mà không làm biến dạng đường chạy đã lập trình. Lựa chọn HSM chấp nhận sử dụng mã G. Haas chỉ sử dụng loại vít me hàng đầu, đạt chất lượng cao nhất trong ngành công nghiệp cơ khí. Vít me bi Haas luôn được giữ ở trạng thái gần căng, sau đó được kiểm tra để đảm bảo 100% độ song song dọc trục. Bài tập lớn Công nghệ CNC 10 Sinh viên: Đặng Văn Anh Lớp: Cơ Điện Tử K45 2.3. Bộ điều khiển Haas. Máy Haas có tới 22 chu trình gia công kín. Một số lệnh và chu trình gia công kín: - Các lệnh nội suy: G01, G02, G03. - Lệnh tọa độ G90,G91. - Lệnh trở về điểm gốc máy: G28. - Phay hốc tròn: G12, G13. - Khoan lỗ bắt bu lông: G70, G71, G72. - Phay hốc phức tạp: G150. - Bù đường kính dao khi cắt 2 chiều: G40, G41, G42. - Bù chiều dài dao khi cắt 2 chiều: G43, G44, G49. - Bù đường kính dao khi cắt 3 chiều: G141. - Chu trình khoan, khoét ta rô: G81÷G89. • Nhanh, mạnh, tốc độ Triple 32-Bit • Tương thích với mã G – tiêu chuẩn quốc tế. • Khởi động tự động 1 phím bấm. • Mã G và M tiêu chuẩn • Đặt chuẩn phôi, chuẩn dao: * Nhập dữ liệu bằng 1 phím bấm * Bù dao (bán kính / đường kính) * 200 vị trí bù hình học, bù mòn * 105 vị trí đặt phôi • Soạn thảo xử lý “Word” • Gia công từ giữa chương trình. • Đối xứng ảnh • Xem lại chương trình dạng đồ họa • Bộ nhớ chương trình 16 MB • Hiển thị “máy tính – calculator” • Tay quay điện tử đa chức năng • Về điểm “O” bằng 1 phím bấm (G28) • Hiện quá trình cảnh báo, báo lỗi • Quản lý tuổi bền dụng cụ • Thể hiện lực cắt trên màn hình. • Bù sai số biến dạng nhiệt • Tự phát hiện lỗi. • Cổng USB. • Giao diện của 5 chức năng phụ mã M • Điều khiển số trực tiếp DNC. Trái tim của mỗi trung tâm gia công Haas là bộ điều khiển đa chức năng với 1 mục đích: tăng năng suất cho người vận hành. Để giảm thời gian đào tạo cho người sử dụng, chương trình dạng mã G có thể nạp và chạy mà chỉ cần sửa chữa nhỏ hoặc không cần sửa chữa. Bài tập lớn Công nghệ CNC 11 Sinh viên: Đặng Văn Anh Lớp: Cơ Điện Tử K45 Bảng mã lệnh của hệ điều khiển Haas Mã: Chức năng: Mã Chức năng G00 Chuyển động chạy dao nhanh G59 Chọn hệ toạ độ gia công 6 G01 Chuyển động thẳng nội suy G60 Định vị trí theo một phương hướng duy nhất G02 Nội suy theo chiểu kim đồng hồ G61 Mẫu điểm dừng chính xác G03 Nội suy ngược chiểu kim đồng hồ G64 Huỷ G61 G04 Máy dừng đều G65 Lệnh gọi chương trình con macro (tuỳ chọn) G09 Dừng chính xác G68 Trục quay (tuỳ chọn) G10 Khởi động bù G69 Huỷ G68 (tuỳ chọn) G12 Phay túi dạng tròn theo chiều kim đồng hồ (Yasnac) G70 Lỗ bulông tròn (Yasnac) G13 Phay túi dạng tròn ngược chiều kim đồng hồ (Yasnac) G71 Lỗ bulông cong(Yasnac) G17 Chọn mặt phẳng XY G72 Lỗ bulông dọc theo góc (Yasnac) G18 Chọn mặt phẳng ZX G73 Chu trình khoan lỗ khép kín tốc độ cao G19 Chọn mặt phẳng YZ G74 Chu trình ta rô khép kín ngược G20 Chọn đơn vị đo inch G76 Khoan khép kín trước G21 Chọn đơn vị đo mét G77 Khoan khép kín sau G28 Quay về điểm tham chiếu, về gốc máy. G80 Hủy chu trình khép kín. G29 Di chuyển từ điểm tham số G81 Khoan khép kín G31 Lượng tiến dao cho đến phần bỏ qua (tuỳ chọn) G82 Khoan điểm khép kín G35 Đơn vị đo đường kính dụng cụ tự động G83 Khoan lỗ thường G36 Đơn vị đo bù gia công tự động (tuỳ chọn) G84 Tarô khép kín G37 Đơn vị đo bù dụng cụ tự động (tuỳ chọn) G85 Khoan khép kín G40 Huỷ bù cắt G86 Bắt đầu/ kết thúc khoan G41 Bù cắt 2D trái G87 Bắt đầu/Kết thúc/Huỷ bỏ chu trình khoan khép kín G42 Bù cắt 2D phải G88 Khoan/ dừng đều/ huỷ lệnh khoan G43 Bù chiều dài dụng cụ + G89 Chu trình khoan / dừng đều khép kín G44 Bù chiều dài dụng cụ - G90 Hệ tọa độ tuyệt đối G47 Xác định text G91 Hệ tọa độ tương đối. G49 Huỷ G43/G44/ G143 G92 Lập trục toạ độ gia công – Fanuc hoặc Haas G50 Huỷ G51 G93 Lượng tiến dao theo thời gian nghịch đảo G51 Chia tỉ lệ (tuỳ chọn) G94 Lượng tiến dao tính theo phút G52 Lập hệ toạ độ gia công G52 (Yasnac) G98 Quay trở về điểm ban đầu G52 Lập hệ toạ độ cục bộ G52 (Fanuc) G99 Quay trở về mặt phẳmg R G52 Lập hệ toạ độ cục bộ (Haas) G100 Huỷ hình ảnh phản chiếu Bài tập lớn Công nghệ CNC 12 Sinh viên: Đặng Văn Anh Lớp: Cơ Điện Tử K45 G53 Chọn hệ toạ độ cho máy không theo mẫu G101 Huỷ hình ảnh phản chiếu G54 Chọn hệ toạ độ gia công 1 G102 Lập chương trình hiển thị RS-232 G55 Chọn hệ toạ độ gia công 2 G103 Hạn chế bộ đệm khối G56 Chọn hệ toạ độ gia công 3 G107 [nh xạ hình trụ G57 Chọn hệ toạ độ gia công 4 G110 Chọn hệ trục toạ độ gia công 7 G58 Chọn hệ toạ độ gia công 5 G112 Chọn hệ trục toạ độ gia công 9 G113 Chọn hệ trục toạ độ gia công 10 G143 Bù độ dài dụng cụ trục 5 (tuỳ chọn) G114 Chọn hệ trục toạ độ gia công 11 G150 Phay túi đa năng G115 Chọn hệ trục toạ độ gia công 12 G153 Chu trình khoan lỗ khép kín tốc độ cao trục 5 G116 Chọn hệ trục toạ độ gia công 13 G154 Chọn trục toạ độ gia công P1-P99 G121 Chọn hệ trục toạ độ gia công 18 G155 Chu trình tarô nghịch đảo khép kín trục 5 G122 Chọn hệ trục toạ độ gia công 19 G161 Chu trình khoan khép kín trục 5 G123 Chọn hệ trục toạ độ gia công 20 G162 Chu trình khoan điểm khép kín trục 5 G124 Chọn hệ trục toạ độ gia công 21 G163 Chu trình khoan lỗ thường khép kín trục 5 G125 Chọn hệ trục toạ độ gia công 22 G164 Chu trình tarô khép kín trục 5 G126 Chọn hệ trục toạ độ gia công 23 G165 Chu trình khoan khép kín trục 5 G127 Chọn hệ trục toạ độ gia công 24 G166 Bắt đầu / kết thúc khoan khép kín trục 5 G128 Chọn hệ trục toạ độ gia công 25 G169 Chu trình khoan / dừng đều khép kín trục 5 G129 Chọn hệ trục toạ độ gia công 26 G174 Tarô general rigid ngược chiều kim đồng hồ G136 Đo trung điểm bù gia công tự động G184 Tarô general rigid theo chiều kim đồng hồ G141 Bù cắt 3D+ G187 Đảm bảo điều khiển chính xác đối với máy vận hành tốc độ nhanh Các chức năng phụ: Mã Chức năng Mã Chức năng M00 Dừng chương trình M39 Quay dụng cụ trên đầu rovolver M01 Dừng CT có điều kiện M76 Tắt hiển thị điều khiển M03 Mở trục chính theo chiều thuận. M77 Kích hoạt hiển thị điều khiển. M04 Mở trục chính theo chiều ngược. M80 Tự động mở cửa. M05 Đóng trục chính. M81 Tự động đống cửa M06 Thay đổi dụng cụ. M82 Nhả kẹp dụng cụ M08 Bật dung dịch làm mát M86 Kẹp dụng cụ M09 Tắt dụng dịch chất làm mát M88 Cấp nước làm mát qua trục chính M21-28 Thay đổi giao diện người dùng M89 Ngừng cấp chất làm mát qua trục chính M30 Kết thúc chương trình và reset M90 Chế độ ngủ. M31 Tải phoi ra trước. M97 Gọi chương trình tại chỗ M33 Dừng tải phoi M98 Gọi chương trình con M36 Pallet sãn sàng M99 Khởi động hoặc lặp lại chương trình con Bài tập lớn Công nghệ CNC 13 Sinh viên: Đặng Văn Anh Lớp: Cơ Điện Tử K45 3. Trung tâm gia công nằm ngang Haas EC 630PP Bài tập lớn Công nghệ CNC 14 Sinh viên: Đặng Văn Anh Lớp: Cơ Điện Tử K45 II. Lập trình trên máy CNC 1. Hệ tọa độ, điểm gốc, điểm chuẩn. a. Hệ tọa độ b. Các điểm chuẩn Điểm chuẩn M của máy Là điểm gốc của hệ tọa độ của máy và điểm này do nhà sản xuất quy định. Điểm M còn xác định giới hạn vùng làm việc của máy. Điểm gốc W của chi tiết. Điểm W là gốc tọa độ của chi tiết. Vị trí của W phục thuộc vào lựa chọn của người lập trình: khi tiện W thuộc đường tâm và mặt đầu của chi tiết, khi phay thường chọn W ở góc trên, đường viền của chi tiết. Điểm chuẩn của dao. Hệ tọa độ trên máy phay ngang Hệ tọa độ trên máy phay đứng Các điểm chuẩn P của dao a. Dao tiện b. Dao phay ngón c. Dao phay đầu cầu Bài tập lớn Công nghệ CNC 15 Sinh viên: Đặng Văn Anh Lớp: Cơ Điện Tử K45 c. Điểm gá dao d. Điểm O của chi tiết Là điểm trước khi gia công dụng cụ cắt nằm ở đó. Việc xác định điểm O của chi tiết khi phải đảm bảo rằng khi thay dao không ảnh hưởng đến chi tiết và đồ gá. 2. Lập trình phay 2.1. Các lệnh di chuyển Lệnh G00 (G00 + IP) với IP là tọa độ điểm đến. Di chuyển dao nhanh tới vị trí lập trình với tốc độ mặc định của máy. Đường chạy dao luôn là đường thẳng. Lệnh G01 ( G01 IPf Ff ) với Ff là tốc độ chạy dao. Chỉ thị chạy dao theo phương thẳng với tốc độ F tới vị trí xác định có tọa độ IPx. Lệnh G02 và G03 Chỉ thị chạy dao theo biên dạng cung tròn với tốc độ cắt xác định Ff. Lệnh có thể lập trình theo tọa độ tâm I, J, K hoặc lập trình theo bán kính R. G02: chạy dao theo chiều thuận kim đồng hồ. G03: Chạy dao theo chiều ngược kim đồng hồ. Thông thường người ta sử dụng 2 loại cán dao đó là: loại chuôi trụ và chuôi côn tiêu chuẩn. E là điểm đặt dao. N là điểm gá dao. Khi chuôi dao lắp vào lỗ gá dao thì E và N phải trùng nhau. Trên cơ sở của điểm chuẩn này, người ta có thể xác định các kích thước để đưa vào bộ nhớ bù dao Lệnh G02 & G03 trong mặt phẳng xy Bài tập lớn Công nghệ CNC 16 Sinh viên: Đặng Văn Anh Lớp: Cơ Điện Tử K45 Nội suy theo cung tròn chỉ có thể thực hiện trong mặt phẳng: xy, xz, yz tương ứng với các lệnh là G17, G18 và G19. Khi lập trình theo bán kính R nếu cùng tròn > 180° thì R > 0; cung tròn 0 Chú ý :rằng các lệnh G00,G01, G02, G03 đều là các lệnh hình thức (modal), nghĩa là mỗi khi các lệnh này được sử dụng thì chức năng của chúng được duy trì cho đến khi có chỉ thị hủy bỏ hoặc thay thế bằng các chức năng cùng loại. G90 G54 G00 X-0.25 Y-0.25 G01 Y1.5 F12 G02 X 1.884 Y 2.384 R 1.25 G90 G54 G00 X-0.25 Y-0.25 G01 Y1.5 F12 G02 X 1.884 Y 0.616 R -1.25 Lập trình theo bán kính với G02 Bài tập lớn Công nghệ CNC 17 Sinh viên: Đặng Văn Anh Lớp: Cơ Điện Tử K45 2.2. Lệnh tọa độ và lệnh kích thước. Lệnh G90: Lập trình theo hệ tọa độ tuyệt đối (Absolute positioning). Lệnh G91: Lập trình theo hệ tọa độ tương đối (Incremental postioning) Lệnh G20: Lập trình theo hệ inch. Lệnh G21: Lập trình theo hệ mét. 2.3. Lệnh tốc độ chạy dao F Lệnh G94: Định nghĩa tốc độ chạy dao bằng inch ( hoặc mm) / phút, lệnh này được đặt ở đầu chương trình để quy định lượng chạy dao theo phút. Kết hợp với các chức năng G20 hoặc G21 để có lượng chạy dao theo inch hoặc mm. Đây là chức năng modal, nó chỉ được hủy bỏ khi có chức năng G95 xuất hiện. Lệnh G95: Định nghĩa tốc độ chạy dao theo số vòng quay ( inch hoặc mm/ vòng). Đây cũng là chức năng modal. 2.4. Lệnh tốc độ trục chính S. Chỉ thị tốc độ quay của trục chính theo đơn vị vòng / phút, nó thường được sử dụng theo các lệnh mở trục chính: M03 – mở trục chính theo chiều thuận kim đồng hồ M04 – mở trục chính theo chiều ngược kim đồng hồ. M05 – đóng trục chính. Ví dụ : N10 S3000 M03 : Mở trục chính với vận tốc 3000 v/p theo chiều thuận. 2.5. Lệnh thay dao T Lệnh này đi kèm với lệnh M06 để chỉ thị thay dao. Chỉ thay dao khi trục chính ngừng quay và đã về điểm an toàn : Bài tập lớn Công nghệ CNC 18 Sinh viên: Đặng Văn Anh Lớp: Cơ Điện Tử K45 Ví dụ: N10 T2 M06 – Thay dao số 2. 2.6. Các lệnh phụ Lệnh dừng chương trình không điều kiện: M00. Lệnh dừng chương trình có điều kiện: M01. Lệnh kết thúc chương trình M30. Lệnh bật chất làm mát M07: Chất làm mát là khí. M08: Chát làm mát là lỏng. M09: Tắt chất làm mát. 2.7 Lệnh dịch chỉnh và bù dao G41: Bù trừ dao ở bên trái chi tiết. G42: Bù trừ dao ở bên phải chi tiết. G40: Hủy bỏ hiệu chỉnh kích thước dao. G43: Hiệu chỉnh kí