BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
PHÙNG VĂN DƯƠNG
Chuyên ngành: KHÍ CHẾ TẠO
LUẬN VĂN THẠC SỸ
NGÀNH CƠ KHÍ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS: TRẦN XUÂN VIỆT
Hà Nội - 2005
Nghiªn cøu thuËt lËp tr×nh g
i
a
c«ng NC øng dông vµo gia c«ng CNC
cho ®èi t-îng cô thÓ ( chi tiÕt tiÖn, phay )
1
MôC LôC Trang
Môc lôc.... 1
Më ®Çu..... 3
Ch-¬ng 1: Tæng quan vÒ c«ng nghÖ trªn m¸y gia c«ng ®iÒu khiÓn CNC 5
1.1.
Kh¸i niÖm vÒ gia c«ng CNC ..................................................................
5
1.2.
C¸c lo¹i m¸y gia c«ng CNC ..................................................................
15
1.2.1.
M¸y khoan .............................................................................................
15
1.2.2.
M¸y doa .................................................................................................
16
1.2.3.
M¸y phay ...............................................................................................
17
1.2.4.
M¸y tiÖn ................................................................................................
18
1.2.5.
Trung t©m gia c«ng khoan phay ............................................................
19
KÕt luËn ch-¬ng 1 ................................................................................
21
Ch-¬ng 2: ChuÈn bÞ c«ng nghÖ vµ lËp tr×nh gia c«ng CNC ........................ 22
2.1.
ChuÈn bÞ c«ng nghÖ gia c«ng chi tiÕt c¬ khÝ trªn m¸y c«ng cô CNC.....
22
2.2.
2.2.1.
2.2.2
Ch-¬ng tr×nh CNC vµ cÊu h×nh ch-¬ng tr×nh NC ..................................
Ch-¬ng tr×nh CNC .................................................................................
CÊu h×nh ch-¬ng tr×nh CNC ..................................................................
23
23
23
2.3.
C¸c ph-¬ng thøc t¹o lËp ch-¬ng tr×nh CNC ..........................................
29
2.3.1.
LËp tr×nh thñ c«ng trùc tiÕp t¹i m¸y gia c«ng CNC (Manual Data Input)
29
2.3.2.
LËp tr×nh cã trî gióp cña m¸y tÝnh (Computer Aided NC programming)..
29
2.4.
Ng«n ng÷ l©p tr×nh CNC.........................................................................
33
2.4.1.
HÖ m· lÖnh NC c¬ b¶n (iso 6983, DIN 66025) ...................................
34
2.4.2.
Ng«n ng÷ lËp tr×nh bËc cao (APT, EXAPT, SYMAP) ..........................
48
2.4.3.
VÝ dô lËp ch-¬ng tr×nh gia c«ng CNC theo ng«n ng÷ APT...................
KÕt luËn ch-¬ng 2 ................................................................................
71
72
Ch-¬ng 3: Kü thuËt lËp tr×nh gia c«ng CNC ................................................ 73
3.1.
Vßng lÆp (Loops) ...................................................................................
73
3.2.
Ch-¬ng tr×nh thø cÊp (Subroutine Subprogram) ....................................
75
3.3.
VÜ lÖnh (Maro) .......................................................................................
KÕt luËn ch-¬ng 3 ................................................................................
77
87
Ch-¬ng 4: C¬ së lËp tr×nh phay vµ tiÖn CNC ................................................ 88
2
4.1.
4.1.1.
4.1.2.
C¬ së lËp tr×nh chung cho phay vµ tiÖn ..................................................
Néi suy cung trßn khi tiÖn vµ phay ........................................................
Mét sè thÝ dô vÒ néi suy cung trßn trªn m¸y CNC - Denford ...............
88
88
93
4.2.
C¸c chu tr×nh phay phay CNC ...............................................................
96
4.3.
C¸c chu tr×nh tiÖn CNC .........................................................................
102
4.4.
øng dông lËp tr×nh gia c«ng CNC .........................................................
125
4.4.1.
LËp tr×nh gia c«ng phay CNC ................................................................
125
4.4.2.
LËp tr×nh gia c«ng tiÖn CNC .................................................................
136
KÕt luËn ch-¬ng 4 ................................................................................
KÕt luËn chung .............................................................................................
144
144
Tµi liÖu tham kh¶o ..................................................................
146
3
më ®Çu
Trong mét vµi thËp niªn gÇn ®©y, cïng víi sù ph¸t triÓn cña khoa häc vµ c«ng
nghÖ, c¸c s¶n phÈm khÝ ngµy cµng phong phó l-îng, chñng lo¹i vµ chÊt
l-îng. §Ó ®¸p øng nhu cÇu thÞnh hiÕu cña ng-êi tiªu dïng sè l-îng, §Ó ®¸p øng
kÞp thêi thÞ hiÕu cña ng-êi tiªu dïng, c¸c nhµ s¶n xuÊt kh«ng thÓ chØ dïng c¸c thiÕt
bÞ c«ng nghÖ th«ng th-êng.
HiÖn nay, viÖc ®-a m¸y gia c«ng ®iÒu khiÓn theo ch-¬ng tr×nh (m¸y NC
hoÆc m¸y CNC) vµo qu¸ tr×nh chÕ t¹o s¶n phÈm khÝ gi¶i ph¸p thÓ mang l¹i
hiÖu qu¶ kinh tÕ cao h¬n m¸y gia c«ng th«ng th-êng phï hîp víi kinh ph¸t
triÓn chung.
ë n-íc ta, sè l-îng m¸y gia c«ng NC - CNC ®-îc nhËp tõ n-íc ngoµi vÒ ngµy
cµng nhiÒu, trong ®ã kh¸ nhiÒu m¸y, trung t©m gia c«ng CNC hiÖn ®¹i ®¾t
tiÒn. VÊn ®Ò p thiÕt hiÖn nay ph¶i dông khai th¸c C¸c m¸y CNC ®· ®-îc
®Çu t- nh- thÕ nµo ®Ó ®em l¹i hiÖu qkinh tÕ cao, ®ång thêi ph¶i tæng kÕt kinh
nghiÖm khai th¸c vµ sö dông c¸c lo¹i m¸y hiÖn ®¹i nµy trong s¶n xuÊt c¬ khÝ ®Ó t×m
ra nh÷ng gi¶i ph¸p cã hiÖu qu¶ h¬n, nhÊt lµ c«ng viÖc chuÈn bÞ nh©n lùc kü thuËt ®Ó
tiÕp nhËn chuyÓn giao c«ng nghÖ - vËn hµnh dÞch b¶o tr× thuËt trong qu¸
tr×nh sö dông m¸y.
Do vËy, trong lÜnh vùc ®µo t¹o kiÕn thøc vÒ c«ng nghÖ gia c«ng c¸c chi tiÕt c¬
khÝ trªn m¸y ®iÒu khiÓn theo ch-¬ng tr×nh sè (NC, CNC) lµ rÊt quan träng. Tuy vËy
néi dung nµy l¹i rÊt míi phøc t¹p, cÇn ph¶i ®-îc nghiªn cøu t×m hiÓu tæng
hîp thÓ nh÷ng vÊn ®Ò liªn quan nguyªn gia c«ng theo ch-¬ng tr×nh
sè, m¸y dung gia c«ng CNC, chuÈn c«ng nghÖ lËp tr×nh gia c«ng tn
m¸y CNC, v.v
LuËn v¨n nµy víi ®Ò tµi: " Nghiªn cøu thuËt lËp tr×nh gia c«ng NC
øng dông vµo gia c«ng CNC cho ®èi t-îng thÓ (chi tiÕt tiÖn phay)" nh»m gãp
phÇn nhá bÐ vµo viÖc tæng hîp kiÕn thøc chuyªn m«n phôc vô cho qu¸ tr×nh ®µo t¹o
nh©n lùc kü thuËt ngµnh c¬ khÝ theo h-íng ®æi míi.
Néi dung cña luËn v¨n ®-îc chia thµnh c¸c phÇn ch-¬ng nh- sau:
Më ®Çu.
Ch-¬ng 1. Tæng quan vÒ c«ng nghÖ trªn m¸y gia c«ng ®iÒu khiÓn CNC.
4
Ch-¬ng 2. ChuÈn bÞ c«ng nghÖ vµ lËp tr×nh gia c«ng.
Ch-¬ng 3. Kü thuËt lËp tr×nh gia c«ng CNC.
Ch-¬ng 4. C¬ së lËp tr×nh phay vµ tiÖn CNC.
KÕt luËn chung.
Do ®iÒu kiÖn kh¸ch quan vµ chñ quan nªn luËn v¨n nµy cßn cã nh÷ng h¹n chÕ
nhÊt ®Þnh. T¸c gi¶ rÊt tr©n träng ®ãn nhËn nh÷ng ý kiÕn ®ãng gãp ®Ó luËn v¨n ®-îc
hoµn thiÖn h¬n.
Xin tr©n träng c¶m ¬n
Hµ Néi, N¨m 2005
Ch-¬ng 1
Tæng quan vÒ c«ng nghÖ trªn m¸y gia c«ng
®iÒu khiÓn theo ch-¬ng tr×nh sè (NC, CNC)
1.1. Kh¸i niÖm chung vÒ gia c«ng CNC
§iÒu khiÓn sè (NC = Numerical Control) trong 30 n¨m qua ®· t¸c ®éng tíi
ngµnh chÕ t¹o m¸y, ®· tao ra nh÷ng m¸y míi c«ng ®éng hkhÝ míi.
Ngµy nay, m¸y ®iÒu khiÓn (CNC-Machine) thµnh phÇn b¶n cña thèng gia
c«ng linh ho¹t. §Ó thÓ ®¸p øng yªu u cao, tõng kiÓu y ph¶i kh¶ n¨ng ®¶m
nhËn nh÷ng chøc n¨ng ®iÒu khiÓn nhÊt ®Þnh.
Trong thêi kú ®Çu ch-a cã m¸y ®iÒu khiÓn sè phï hîp. Ng-êi ta ch-a nhËn biÕt
®-îc nh÷ng yªu cÇu phô ph¸t sinh khi l¾p ®Æt thèng ®iÒu khiÓn (NC) vµo m¸y
th-êng ph¶i thay ®æi kÕt cÊu m¸y. Do vËy ng-êi ta b¾t ®Çu c¸c m¸y phay
tiÖn, nh÷ng m¸y nµy ®· ®-îc chÕ t¹o phï hîp víi ph-¬ng thøc ®iÒu khiÓn theo
ch-¬ng tr×nh hoÆc ®-îc trang cÊu chÐp h×nh vµ trªn ®ã trang cho chóng
c¸c hÖ thèng ®o vµ hÖ khëi ®éng dïng cho chÕ ®é ®iÒu khiÓn sè (NC). Nhê ®ã, chØ sau
mét n¨m mét thÕ hÖ m¸y míi ra ®êi, ®ã m¸y ®iÒu khiÓn (NCM = Numerical
Control Maschine).
ý t-ëng vÒ ®iÒu khiÓn m¸y b»ng c¸c lÖnh ®-îc nhí, nh- ngµy nay ®· ®-îc thùc
hiÖn ë c¸c m¸y CNC thÕ 14. thuËt nµy b¾t ®Çu víi c¸c trß ch¬i ®¸nh
chu«ng ®-îc ®iÒu khiÓn b»ng c¸c trôc quay c¾m c¸c t¨m ®iÒu khiÓn ch¹m o
chu«ng.
Sau ®©y c¸c mèc quan träng ®¸ng ghi nhí qu¸ tr×nh ph¸t triÓn thuËt
®iÒu khiÓn b»ng sè:
* N¨m 1808: Joseph M. Jacquard ®· dïng b×a t«n ®ôc ®Ó ®iÒu khiÓn c¸c m¸y dÖt.
VËt mang tin thÓ thay thÕ ®-îc dïng ®Ó ®iÒu khiÓn m¸y ®· ph¸t minh chÝnh b×a
t«n cã ®ôc c¸c lç.
* N¨m 1863: M. Fourneaux ®· s¸ng chÕ ra ®µn d-¬ng cÇm ®éng, tªn gäi næi
tiÕng thÕ giíi lµ Pianola, cã dïng mét b¨ng giÊy khæ réng 30 cm, víi c¸c lç t-¬ng øng
®Ó ®iÒu tiÕt khÝ nÐn, t¸c ®éng lªn hÖ phÝm Ên c¬ khÝ t¹o ra nh¹c ®iÖu. Ph-¬ng ph¸p nµy
®· ®-îc tiÕp tôc ph¸t triÓn ®Ó sau ®ã thÓ ®iÒu khiÓn ©m l-îng, ¸p lùc Ên c¸c
phÝm tèc ®é cuén cña b¨ng giÊy. B¨ng giÊy ®· trë thµnh vËt mang tin thuËt
®iÒu khiÓn c¸c chøc n¨ng phô ®· ®-îc ph¸t minh.
* N¨m 1938: Claude E. Shannon ®· ®¹t ®-îc thµnh c«ng víi luËn ¸n tiÕn ë viÖn
c«ng nghÖ M.I.T. (Massachusetts Institute of Technology) tÝnh to¸n chuyÓn giao
nhanh gi÷ liÖu ë d¹ng nhÞ ph©n (binary date) cã vËn dông lý thuyÕt ®¹i sè BOOL (Bool
Algebra) x¸c nhËn c«ng t¾c ®iÖn thµnh phÇn hiÖn thùc duy nhÊt cho gi¶i ph¸p
nµy. Nh÷ng nÒn t¶ng cña m¸y tÝnh ngµy nay, thuËt ®iÒu khiÓn ®·
®-îc chuÈn bÞ.
* N¨m 1946: TiÕn sÜ John W. Mauchly tiÕn sÜ J. Presper Eckert ®· cung cÊp m¸y
tÝnh sè ®iÖn tö ®Çu tiªn cã tªn lµ ANIAC cho qu©n ®éi Mü. C¬ së cña kü thuËt xö lý sè
liÖu ®iÖn tö ®· ®-îc t¹o lËp.
* N¨m 1949-1952: John Parsons ViÖn c«ng nghÖ MIT ®· nghiªn cøu theo hîp
®ång cña kh«ng qu©n Mü (US Air Force) mét thèng dïng cho c¸c m¸y c«ng ®Ó
®iÒu khiÓn trùc tiÕp vÞ trÝ cña c¸c trôc vÝt me b»ng ®Çu ra cña mét m¸y tÝnh chøng
minh chøc n¨ng th«ng qua gia c«ng mét chi tiÕt. Parsons ®· c«ng bèn luËn ®iÓm
c¬ b¶n vÒ ý t-ëng nµy nh- sau:
1. L-u tr÷ (nhí) c¸c vÞ trÝ ®· tÝnh to¸n ë b×a ®ôc lç (Punched cards).
2. C¸c b×a ®ôc lç ®-îc ®äc trªn m¸y.
3. C¸c trÝ ®· ®-îc ®äc ph¶i ®-îc th«ng b¸o liªn tôc c¸c gi¸ trÞ trung gian
bæ sung ph¶i ®-îc tÝnh to¸n, sao cho
4. C¸c ®éng SERVO (Servomotor) thÓ ®iÒu khiÓn chuyÓn ®éng a c¸c
trôc.
C¸c chi tiÕt tÝch hîp ngµy cµng phøc t¹p dïng trong c«ng nghiÖp m¸y bay cÇn
®-îc chÕ tvíi m¸y nµy. Nh÷ng chi tiÕt nµy mét phÇn ®· ®-îc tchÝnh x¸c víi
c¸c liÖu to¸n häc, nh-ng rÊt khã gia c«ng thñ c«ng. Mèi liªn kÕt gi÷a m¸y tÝnh
(Computer) vµ kü thuËt NC ®· lµ tiÒn ®Ò khi khëi ®Çu qu¸ tr×nh ph¸t triÓn nµy.
* N¨m 1952: Trong viÖn c«ng nghÖ MIT ®· vËn nh m¸y c«ng ®iÒu khiÓn
®Çu tiªn. §ã m¸y CINCINNATI HYDROTEL trôc vit me th¼ng ®øng. ®iÒu
khiÓn cã cÊu t¹o gåm nhiÒu ®Ìn ®iÖn tö (electronic Tubes), t¹o kh¶ n¨ng chuyÓn ®éng
®ång thêi ba trôc, tøc néi suy ®-êng th¼ng ®ång thêi theo ba trôc (3D
Linearinterpolation) nhËn liÖu qua b¨ng ®ôc nhÞ ph©n (Binary Code
Punched band).
* N¨m 1954: Bendix ®· mua c¸c b¶n quyÒn ph¸t minh cña Parsons chÕ t¹o ra
®iÒu khiÓn NC hoµn chØnh ®Çu tiªn cã dïng c¸c ®Ìn ®iÖn tö.
* N¨m 1957: Kh«ng qu©n (US Air Force) ®· l¾p ®Æt nh÷ng m¸y phay NC ®Çu
tiªn trong c¸c x-ëng cña m×nh.
* N¨m 1958: Ng«n ng÷ lËp tr×nh biÓu t-îng ho¸ (symbolish) ®Çu tiªn lµ APT
(Automatically programmed Tool = C«ng lËp tr×nh ®éng) ®· ®-îc giíi thiÖu
trong quan hÖ liªn kÕt víi m¸y tÝnh IBM 704.
* N¨m 1960: C¸c hÖ ®iÒu khiÓn NC trong kü thuËt ®Ìn b¸n dÉn (transitor) ®· thay thÕ
c¸c hÖ ®iÒu khiÓn cò (dïng ®Ìn relais®Ìn ®iÖn tö ).
* N¨m 1965: Gi¶i ph¸p thay dông cô tù ®éng ATC (Automatic Tool Change) ®· n©ng
cao tr×nh ®é tù ®éng ho¸ kh©u gia c«ng.
* N¨m 1968: thuËt m¹ch tÝch hîp IC (Integrated Circuits) ®· lµm cho ®iÒu
khiÓn nhá gän vµ tin cËy h¬n.
* N¨m 1969: Nh÷ng gi¶i ph¸p ®Çu tiªn ®iÒu khiÓn liªn kÕt chung mét m¸y tÝnh
trung t©m DNC (Direct Numerical Control hoÆc Distributed Numerical Control) ®·
®-îc thiÕt lËp ë Mü b»ng hÖ ®iÒu khiÓn Sundstrand Omnicontrol vµ m¸y tÝnh IBM.
* N¨m 1970: Gi¶i ph¸p thay bÖ/ phiÕn g¸ ph«i tù ®éng (Automatic Palete Change)
* N¨m 1972: Nh÷ng hÖ ®iÒu khiÓn NC ®Çu tiªn cã l¾p ®Æt mét m¸y tÝnh nhá
(Minicomputer) chÕ t¹o hµng lo¹t ®· t¹o ra mét thÕ míi tiÒm lùc m¹nh h¬n, ®ã
®iÒu khiÓn dïng m¸y tÝnh nhá CNC (Computerised Numerical Control),
nh-ng thÕ hÖ y l¹i thay thÕ nhanh b»ng thÕ míi h¬n m¹nh h¬n, ®ã
®iÒu khiÓn sè dïng vi tÝnh cã hÖ vi xö lý (Microprocessors -CNC) sau nµy.
* N¨m 1976: C¸c vi xö (Microprocessors) t¹o ra mét cuéc c¸ch ng trong
thuËt CNC.
* N¨m 1978: C¸c thèng gia c«ng linh ho¹t ( Flexible Manufacturing Systems)
®-îc t¹o lËp hiÖn thùc.
* N¨m 1979: Nh÷ng khíp nèi liªn hoµn CAC/CAM (Computer Aided Design/
Computer Aided Manufacturing = thiÕt vµ chÕ t¹o trî gióp cña m¸y tÝnh) ®Çu
tiªn xuÊt hiÖn.
* N¨m 1980: Nh÷ng c«ng tgióp lËp tr×nh tÝch hîp trong ®iÒu khiÓn CNC ®·
t¹o ra cuéc tranh c·i vÒ quan ®iÓm, xoay quanh vÊn ®Ò lµ cÇn hay kh«ng cÇn gi¶i ph¸p
®iÒu khiÓn cã dïng c¸ch n¹p d÷ liÖu trùc tiÕp b»ng tay.
* N¨m 1984: Nh÷ng ®iÒu khiÓn CNC m¹nh, c¸c c«ng trî gióp lËp tr×nh ®å
ho¹ (Graphic), ®· ®¹t nh÷ng chuÈn mùc míi cao h¬n ®èi víi viÖc lËp tr×nh t¹i x-ëng
s¶n xuÊt.
* N¨m 1985-1986: Nh÷ng ®iÒu khiÓn CNC víi c¸ch lËp tr×nh t-¬ng t¸c ®å ho¹
(graphic interactive programming) ®· lµm cho viÖc lËp tr×nh t¹i x-ëng s¶n xuÊt hÊp
dÉn h¬n.
* N¨m 1986-1987: Nh÷ng giao diÖn tiªu chuÈn ho¸ (Standard Interfaces) ra con
®-êng tiÕn tíi c«ng x-ëng ®éng ho¸ trªn trao ®æi th«ng tin liªn th«ng, nghÜa
tiÕn tíi t¹o tËp c¸c gi¶i ph¸p TÝch hîp ho¸ ®éng s¶n xuÊt CIM (Computer
Integrated Manufacturing)
* N¨m 1990: C¸c giao diÖn (Digital interfaces), gi÷a ®iÒu khiÓn NC c¸c
khëi ®éng, c¶i thiÖn ®é chÝnh x¸c ®¸p øng ®iÒu khiÓn cña c¸c trôc NC (NC axsis)
vµ trôc chÝnh cña m¸y.
* N¨m 1992: C¸c hÖ thèng CNC hë (Open- ended Control) t¹o kh¶ n¨ng vµ ®iÒu kiÖn
biÕn ®æi thÝch øng theo yªu cÇu sö dông.
* N¨m 1993: dông theo tiªu chuÈn ®Çu tiªn c¸c khëi ®éng (®éng c¬) tuyÕn tÝnh
(Linear) ë c¸c trung t©m gia c«ng MC (Manufacturing Centres)
N¨m 1994:
KhÐp n chuçi qu¸ tr×nh CAD/CAM/CNC (CAD/CAM/CNC process chain)
b»ng c¸ch dông NURBS (Not Uniforme Rationale B-Splines) lµm ph-¬ng ph¸p
néi suy (interpolation method) trong c¸c CNC. NURBS ph-¬ng ph¸p dïng ®Ó
diÔn to¸n häc c mÆt th«ng th-êng c¸c mÆt ®Æc biÖt (vÝ dô: MÆt trô, mÆt
cÇu, mÆt xuyÕn...) b»ng c¸c ®iÓm (points) c¸c th«ng (parameters) t¹o thµnh
h×nh l-íi gåm nhiÒu nót ®Ó diÔn mÆt ®¹t ®é mÞn ®é s¾c nÐt cao. Nh÷ng
thèng CAD/CAM míi xö lý trùc tiÕp NURBS, ®-îc truy cËp tõ hÖ CAD trong hÖ CNC.
Gi¶i ph¸p nµy gi¶m ®-îc khèi l-îng liÖu, n©ng cao chÝnh x¸c tèc ®é lý, t¹o
ra chuyÓn ®éng ®Òu ®Æn cña m¸y, lµm t¨ng tuæi thä cña m¸y vµ dông cô.
* N¨m 1996: §iÒu khiÓn khëi ®éng (Digital Motor Control) néi suy chÝnh
x¸c (Fine interpolation) víi ®é ph©n gi¶i nhá h¬n 0.001m vµ l-îng tiÕn ®¹t tíi gi¸ trÞ
100 m/ phót.
Nãi chung, gia c«ng chi tiÕt khÝ trªn c¸c m¸y c«ng ®iÒu khiÓn CNC
nh÷ng nÐt kh¸c biÖt so víi m¸y c«ng th«ng th-êng (kh«ng ®iÒu khiÓn
CNC), sau ®©y lµ nh÷ng nÐt tãm t¾t cÇn ®-îc l-u ý.
* §Æc tr-ng c¬ b¶n cña c¸c m¸y gia c«ng CNC:
- Tù ®éng ho¸ cao
- Tèc ®é dÞch chuyÓn, tèc ®é quay lín (lín h¬n 1000 vßng/phót)
- §é chÝnh x¸c cao (Sai lÖch kÝch th-íc < 1/1000 mm)
- N¨ng suÊt gia c«ng cao (gÊp 3 lÇn m¸y th-êng)
- TÝnh linh ho¹t cao, nghÜa thÝch nghi nhanh víi ®èi t-îng gia c«ng thay ®æi,
thich nghi víi s¶n xuÊt lo¹t nhá
- TËp trung nguyªn c«ng cao (Gia c«ng nhiÒu mÆt trªn chi tiÕt trong mét lÇn
g¸ ph«i)
- Kh¶ n¨ng lÆp l¹i c«ng viÖc gia c«ng (lËp tr×nh gia c«ng mét lÇn, dông p
l¹i nhiÒu lÇn)
- ChuÈn bÞ c«ng nghÖ ®Ó gia c«ng chi tiÕt cã kh¸c so víi m¸y th-êng lµ ph¶i lËp
ch-¬ng tr×nh NC ®Ó ®iÒu khiÓn m¸y theo ng«n ng÷ h·ng chÕ t¹o m¸y ®·
cµi ®Æt cho hÖ ®iÒu khiÓn NC, CNC
- M¸y gia c«ng CNC cã gi¸ trÞ kinh tÕ rÊt lín (m¸y rÊt ®¾t tiÒn, vÝ dô: M¸y hiÖn
®¹i cña c n-íc c«ng nghiÖp ph¸t triÓn th-êng b¸n víi gi¸ lín h¬n mét v¹n
USD t-¬ng ®-¬ng ng tr¨n triÖu ®Õn vµi ®ång ViÖt Nam). VËn hµnh ®¬n
gi¶n nh-ng b¶o d-ìng söa ch÷a phøc t¹p, tèn kÐm, ph¶i m«i tr-êng
®iÒu hoµ tèt (nhiÖt ®é kh«ng qu¸ 45
0
C ,®é Èm kh«ng qu¸ 75%), Kh«ng thÝch
hîp víi tr×nh ®é s¶n xuÊt thÊp, kh«ng nªn dïng m¸y CNC ®Ó gia c«ng chi tiÕt
®¬n gi¶n, v× chi phÝ m¸y lín.
* C¸c thµnh phÇn chÝnh cña mét thèng gia c«ng CNC theo nguyªn ®iÒu khiÓn
b»ng sè NC:
- Ch-¬ng tr×nh gia c«ng chi tiÕt (Part program),
- ThiÕt bÞ n¹p ch-¬ng tr×nh (Program Imput Device),
- HÖ ®iÒu khiÓn m¸y (MCU=Machine Control Unit),
- HÖ khëi ®éng (Drive system),
- M¸y gia c«ng (Machine Tool),
- HÖ ph¶n håi (Feedback system).
* C¸c d¹ng tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®-îc hÖ CNC t¹o lËp:
- C¸c tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn sè (Numerical control signals) vÒ d÷ liÖu vÞ trÝ, dao cô..
- C¸c tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn tiÕn tr×nh (sequence control signals) ®Ó thùc hiÖn c¸c thao
t¸c rêi r¹c (discrete) ®ßi hái kh¶ n¨ng nhËp/xuÊt b»ng tÝn hiÖu sè cña m¸y tÝnh.
* ®iÒu khiÓn m¸y (MCU= Machine Control Unit) ho¹t ®éng trªn phÇn cøng
vµ phÇn mÒm:
- PhÇn cøng: HÖ ®iÒu khiÓn lËp tr×nh gia c«ng CNC, dô: FANUC,
MITSUBISHI, hÖ HEIDENHAIN,
- PhÇn mÒm ®iÒu khiÓn ch-¬ng tr×nh gia c«ng CNC gåm cã:
+ PhÇn mÒm vËn hµnhGåm 4 ch-¬ng tr×nh (Ch-¬ng tr×nh gi¸m s¸t; Ch-¬ng tr×nh
logich; Ch-¬ng tr×nh biªn tËp; Ch-¬ng tr×nh chuÈn ®o¸n)
+ PhÇn giao diÖn m¸y (®iÒu khiÓn m¸y)
+ PhÇn mÒm øng dông, th-êng ®-îc gäi lµ ch-¬ng tr×nh chi tiÕt hoÆc ch-¬ng tr×nh gia
c«ng, ®-îc t¹o lËp theo hai c¸ch sau:
. LËp tr×nh theo hÖ m· lÖnh G
. p tr×nh theo th«ng lµ dïng c biÕn c¸c ®Þa chØ c¸c lÖnh lËp tr×nh kh¸c
nh- c¸c phÐp tÝnh häc, quyÕt ®Þnh, nh¸nh c chøc n¨ng ®iÒu khiÓn, ®Ó t¹o
lËp mét ch-¬ng tr×nh thø cÊp (Subprogram) hoÆc mét ch-¬ng tr×nh vÜ lÖnh (Macro
program) ®Ó gia c«ng mét nhãm bÒ mÆt hoÆc chi tiÕt trïng lÆp nhau.
MÆt kh¸c, nÕu t ph-¬ng thøc lËp tr×nh th× cã lËp tr×nh thñ c«ng lËp tr×nh
tù ®éng:
. LËp tr×nh thñ c«ng lµ dïng tay trùc tiÕp so¹n th¶o ch-¬ng tr×nh gia c«ng NCvíi bµn
phÝm cña m¸y vi tÝnh hoÆc víi bµn phÝm CNC cña m¸y gia c«ng. Ph-¬ng thøc
nµy®-îc gäi lµ lËp tr×nh b»ng c¸ch n¹p d÷ liÖu b»ng tay.
. LËp tr×nh ®éng lµ dïng ng«n ng÷ lËp tr×nh bËc cao, nh-: APT (Atomaticaly
Programmed Tool), APT I, APT II, APT III, APT IV, c¸c ng«n ng÷ lËp tr×nh
bËc cao kh¸c t-¬ng ®-¬ng nh- SPLIT, AXAPT, COMPACT II, ADAPT, Nh÷ng m
gÇn ®©y lËp tr×nh CAD/CAM - CNC c¬ së ng«n ng÷ lËp tr×nh bËc cao APT®-îc
coi lµ gi¶i ph¸p lËp tr×nh tù ®éng trän gãi h÷u hiÖu. §Õn nay ®· cã hµng tr¨m hÖ phÇn
mÒm CAD/CAM - CNC ®-îc c¸c n-íc t¹o lËp, dô: DENFORD (Anh) BOXFORD
PORTFIOLIO (Anh), HAIDENHAIN (§øc,) CIMATRON (israel), MASTERCAM
10
(Mü),v.vPhÇn lín c¸c nµy dïng trªn m¸y vi tÝnh, mét ho¹t ®éng trªn m¸y nhá
(Minicomputer) hoÆc m¸y tÝnh lín (Mainframe) trªn liÖu h×nh häc,
thuËt, c«ng nghÖ thèng nhÊt chung cho hai kh©u liªn th«ng thiÕt kÕt cÊu chi
tiÕt (CAD) vµ chuÈn bÞ c«ng nghÖ chi tiÕt (CAM) bao gån viÖc t¹o lËp quü ®¹o c¾t cña
dao t¹o lËp ch-¬ng tr×nh gia c«ng NCcho chi tiÕt cÇn chÕ t¹o theo ng«n ng÷ lËp
tr×nh phï hîp víi m¸y gia c«ng CNC ®-îc sö dông.
* Ph-¬ng tiÖn l-u gi÷ ch-¬ng tr×nh NC:
B×a lç Bé ®äc b×a lç
(punched card) (punched card reader)
B¨ng lç Bé ®äc b¨ng lç
(punched tape) (punched tape reader)
§Üa mÒm M¸y vi tÝnh
(diskette) (PC)
B¨ng tõ Bé ®äc b¨ng
(Magnetic tape) (Magnetic tape reader)
N¹p d÷ liÖu b»ng tay Bµn phÝm CNC
(MDI=Manual hoÆc bµn phÝm m¸y tÝnh
Data Input) (CNC desk top tutor, PC keyboard)
* Ph©n biÖt gi÷a m¸y gia c«ng NC vµ m¸y gia c«ng CNC
- M¸y gia c«ng NC m¸y gia c«ng CNC ®Òu theo nguyªn ®iÒu khiÓn theo
ch-¬ng tr×nh sè, chØ kh¸c ë hÖ ®iÒu khiÓn: m¸y gia c«ng NC dïng hÖ NC, cßn
m¸y gia c«ng CNC dïng hÖ ®iÒu khiÓn CNC
- HÖ ®iÒu khiÓn CNC linh ho¹t h¬n vµ m¹nh h¬n hÖ NC, d-îc chÕ t¹o theo c¸c
m«dun kh¸c nhau, kh¶ n¨ng lËp tr×nh t¹i x-ëng s¶n xuÊt, c«ng trî
gióp lËp tr×nh ®å ho¹ rÊt m¹nh to¹ kh¶ n¨ng m« pháng 2D hoÆc 3D trªn mµn
h×nh qu¸ tr×nh gia c«ng tr-íc khi c¾t ph«i.
- CNC rÊt nhanh nh¹y tèc ®é chuyÓn tiÕp liÖu cao, thêi gian thùc
hiÖn chu tr×nh gia c«ng ng¾n, tèc ®é ph¸t ®éng cña servo cao, thêi gian
chu cña ®iÒu khiÓn l«gÝch (PLC=Programmable Logic Kontroller
kh¶ n¨ng lËp tr×nh tù do ng¾n.
- C¸c trôc ®iÒu khiÓn NC Cña m¸y gia c«ng NC hoÆc CNC ph¶i ®¶m b¶o hai
tiÒn ®Ò sau:
+ Mçi trôc NC cÇn cã mét hÖ ®iÖn tö ®Ó cho dÞch chuyÓn,
+Mçi trôc NC cÇn cã mét ph¸t ®éng ®iÒu chØnh ®-îc ®iÒu khiÓn ®-îc,
vÝ dô: ®éng c¬ mét chiÒu, ®éng c¬ b-íc,
HÖ ®iÒu khiÓn
CNC
(CNC control unit)
11
- M¸y gia c«ng NC hoÆc CNC ho¹t ®éng theo nguyªn vßng trßn ®iÒu khiÓn
khÐp kÝn.
§èi víi c¸c n-íc cã nÒn c«ng nghiÖp ph¸t triÓn, viÖc sö dông m¸y NC trong s¶n
xuÊt tõ nhiÒu n¨m ®· kh«ng cßn lµ gi¶i ph¸p tiÒm Èn rñi ro vÒ kü thuËt hoÆc vÒ kinh tÕ
n÷a. Tuy vËy, nÕu muèn l¾p ®Æt vµ sö dông lÇn ®Çu tiªn m¸y NC cÇn xÐt kü c¸c tiÒn ®Ò
chÝnh cña c¬ së s¶n xuÊt.
Nh÷ng kinh nghiÖm ch luü nhiÒu n¨m cña c¸c nhµ chÕ t¹o m¸y c«ng , cña
c¸c nhµ chÕ t¹o thèng ®iÒu khiÓn a nh÷ng ng-êi sö dông ë mäi lÜnh c c«ng
nghiÖp ®· x¸c nhËn lµ viÖc dông m¸y NC ngµy nay kh«ng cßn mét kho¶n ®Çu t-
lín kÌm theo rñi ro ®Ó thö nghiÖm mét c«ng nghÖ míi. QuyÕt ®Þnh ®Çu t- ®Ó dông
m¸y NC thÓ dùa trªn nh÷ng c©n nh¾c suy xÐt thËn träng mÆt kinh tÕ
nghiÖp, nghÜa lµ tr-íc hÕt ph¶i tÝnh to¸n chi phÝ ®Çu t- vµ lîi nhuËn thu ®-îc.
M¸y c«ng ®iÒu khiÓn (NC Machine Tool) gi¶i ph¸p tèi -u ®éng
ho¸ s¶n xuÊt hµng lo¹t nhá vµ ®¬n chiÕc, nh-ng ph¶i cã tiÒn ®Ò vµ quy ho¹ch sö dông
t×nh bao qu¸t réng. NhiÒu tµi liÖu chuyªn m«n ®-îc c«ng trong nh÷ng n¨m qua
®· ®Ò cËp ®Õn c©u hái lµ: Gi¶i ph¸p sö dông m¸y NC liÖu cã lîi thùc sù kh«ng? Nh÷ng
n¨m ®Çu cña thËp niªn 60, nh÷ng nhµ tiªn phong NC ®· b¸o c¸o kinh nghiÖm ®Çu tiªn
cña hä, nh-ng l¹i kh«ng ph¶i lu«n lu«n kinh nghiÖm tÝch cùc. ®ã, mäi phÝa liªn
quan cÇn ph¶i phèi hîp víi nhau.
H·ng chÕ t¹o m¸y cÇn l-u ý xem viÖc hoµn thiÖn / bæ sung c¸c kiÓu lo¹i m¸y s½n
b»ng c¸c ph¸t ®éng ®iÒu khiÓn ®-îc c¸c c«ng kiÓm tra thÓ dÉn ®Õn kÕt
qu¶ chÊp nhËn ®-îc hay kh«ng tr-íc hÕt trªn ®Ò ¸n m¸y NC thÓ t¹o b-íc
®i phï hîp trong kü thuËt NC.
H·ng ®iÖn tö kh«ng cßn chØ dùa vµo c¸c ®¹i l-îng ®iÖn th«ng th-êng ®-îc n÷a,
cÇn ph¶i m¸y ghi dao ®éng (Oszillograph) dïng tia Catèt ®Ó thùc hiÖn c¸c phÐp
®o cña m×nh ph¶i am hiÓu c¸c ®¬n vËt kh«ng th«ng dông, nh÷ng kh¸i niÖm
míi nh-: Momen quay, xo¾n tr-ît (Stick - Slip), hÖ sè ma s¸t v.v..., mÆt kh¸c còng cÇn
ph¶i nhËn thøc thiÕt cña m×nh ph¶i ho¹t ®éng lµm viÖc trong m«i tr-êng kh¾c
nghiÖt nhiÒu bôi kim lo¹i nhá, dÇu chÊt lµm t, nhiÖt ®é thay ®æi lín...
víi ®é tin cËy cao nhÊt.
Ng-êi dông trong hÕt c¸c tr-êng hîp ®èi kh¸ng víi hép ®en ®iÒu khiÓn,
kh«ng cã kh¶ n¨ng t¸c ®éng hiÖu chØnh trong khi qu¸ tr×nh gia c«ng diÔn ra tù ®éng.
Qua ®ã, c¸c phÝa (h·ng chÕ t¹o m¸y, h·ng ®iÖn tö, ng-êi dông) ®· nhËn thøc
®-îc mét ®iÒu ph¶i phèi hîp víi nhau tèt t¹o ®iÒu kiÖn trî lÉn nhau. Tr-íc
hÕt, viÖc trao ®æi kinh nghiÖm réng r·i t¹o ®iÒu kiÖn ®Ó c«ng nghÖ NC ®¹t tíi tr×nh
®é ngµy nay cña nã. thay ®æi kinh nghiÖm nµy cÇn thiÕt nhê ®ã v-ît qua c¸c
giíi h¹n cña c¬ së s¶n xuÊt vµ cña ngµnh
Ngµy nay, viÖc ®Çu t- dông t m¸y c«ng cô ®iÒu khiÓn NC kh«ng cßn ®Æt ra
nh÷ng vÊn ®Ò khã nhËn biÕt ®èi víi n¨ng lùc cña s¶n xuÊt. C¸c ®Ò ¸n rµng
12
nghiªm tóc ®· ®-îc t¹o lËp vµ ®é tin cËy cña m¸y, hÖ ®iÒu khiÓn ®· ®-îc kiÓm nghiÖm
chøng minh nhiÒu lÇn. Thùc cho thÊy sau khi hoµ nhËp thiÕt NC ®Çu tiªn
vµo qu¸ tr×nh s¶n xuÊt th× chØ mét thêi gian kh«ng l©u nhiÒu thiÕt kh¸c tiÕp theo
còng ®-îc ®-a vµo dông. Lý do ë ®©y lµ hiÓu: C¸c m¸y c«ng ®iÒu khiÓn NC
gia c«ng nhanh h¬n, tin cËy h¬n vµ chÝnh x¸c h¬n víi chi phÝ Ýt h¬n. §iÒu ®ã cã gi¸ trÞ
Ýt nhÊt lµ cho hÇu hÕt c¸c m¸y NC hiÖn ®-îc giíi thiÖu trªn thÞ tr-êng. Nh÷ng m¸y nµy
chiÕm träng t-¬ng ®èi lín trong ngµnh s¶n suÊt m¸y c«ng xÐt mÆt gi¸ trÞ t¹i
c¸c n-íc c«ng nghiÖp ph¸t triÓn.
Ng-êi mua m¸y NC ®Ó dông chØ cÇn quan t©m ®Õn nh÷ng vÊn ®Ò gia c«ng
gi¶i ph¸p gia c«ng, mµ kh«ng cÇn ph¶i t×m hiÓu qu¸ s©u vÒ cÊu t¹o cña m¸y.
§iÒu cÇn thiÕt ë ®©y ph¶i xem xÐt c©n nh¾c khi nµo gi¶i ph¸p ®Çu t-
dông mét m¸y c«ng cô NC, CNC ®em l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ.
Mçi mét m¸y c«ng cô cã ®Æc ®iÓm mµ nã ®-îc cÊu t¹o tõ mét tæ hîp nhiÒu trôc
th¼ng quay (linear and rotate axises). §Ó thÓ ®iÒu khiÓn c¸c trôc nµy b»ng
(NC = numerical Control) ph¶i cã hai tiÒn ®Ò sau cho mçi trôc NC (NC axis):
1. Mçi trôc NC cÇn cã mét hÖ thèng ®o ®iÖn tö vÒ dÞch chuyÓn,
2. Mçi trôc NC cÇn cã mét bé ph¸t ®éng ®iÒu chØnh ®-îc vµ ®iÒu khiÓn ®-îc.
thèng ®o dÞch chuyÓn bé ph¸t ®éng ®-îc nèi trùc tiÕp víi ®iÒu
khiÓn sè (NC, CNC).
NhiÖm cña NC so s¸nh c¸c gi¸ trÞ cÇn ®¹t trÝ ®· ®Þnh tr-íc víi
c¸c gi¸ trÞ thùc tÕ vÒ vÞ trÝ do thèng ®o vÒ dÞch chuyÓn th«ng b¸o vµ khi cã sai lÖch
gi÷a hai gi¸ trÞ nµy (gi¸ trÞ cÇn vµ gi¸ trÞ thùc) sÏ ph¸t ra mét tÝn hiÖu ®iÒu chØnh truyÒn
®¹t tíi c¸c ph¸t ®éng cña c¸c trôc ®Ó c©n b»ng sai lÖch ®ã. Nguyªn n¹p
c¸c th«ng tin h×nh häc trong mét vßng ®iÒu khiÓn khÐp kÝn (Control Cycle) cã thÓ nh-
h×nh 1-1.
§iÒu khiÓn theo quü ®¹o liªn tôc th«ng b¸o nh÷ng gi¸ trÞ trÝ míi c¸c trôc
®iÒu khiÓn ph¶i ®¹t tíi, nhê ®ã thÓ ®¹t ®-îc nh÷ng chuyÓn ®éng liªn tôc theo quü
®¹o.
ë m¸y tiÖn, trôc chÝnh cña m¸y còng ®-îc x¸c lËp trôc NC (NC axis) nÕu
nh÷ng trôc dông cô ®-îc ph¸t ®éng ®Ó khoan phay.
PhÇn lín c¸c trung t©m gia c«ng ®-îc trang bµn trßn quay ®iÒu khiÓn NC.
Bµn trßn quay theo nhÞp, nhÞp quay 4 90
0
hoÆc 12 30
0
,
kh«ng
tÝnh vµo c¸c
trôc ®iÒu khiÓn NC.
CÊu tróc ®iÖn cña c¸c ®iÒu khiÓn CNC ngµy nay ®-îc thiÕt lËp trªn
dông c¸c vi (microprocessors) 16 vµ 32 bit c¸c m¹ch tÝch hîp IC