1/ Công nghệ CNC trong lĩnh vực cơ khí là gì?

1.1/ Tìm hiểu về công nghệ CNC

Sự ra đời của công nghệ CNC đã đánh dấu một bước ngoặc lớn trong cuộc cách mạng sản xuất cơ khí và hiện nay nó vẫn đang phát triển không ngừng để đưa cho ra những sản phẩm hoàn hảo nhất. Đây cũng là một trong những nền tảng của các công nghệ về sau này, không chỉ giới hạn trong ngành cơ khí mà nó còn được mở rộng ra các lĩnh vực khác như: Y tế, nông nghiệp, mỹ nghệ, smart,…



CNC là viết tắt của Computer Number Control (Có thể tạm dịch là: Điều khiển số với sự hỗ trợ của máy tính), đúng như ý nghĩa đó: Quá trình gia công cơ khí được thực hiện hoàn toàn bằng các thuật toán số với sự điều khiển hoàn toàn của máy tính thực hiện những yêu cầu của con người.

1.2/ Khi chưa có CNC việc gia công cơ khí hoàn toàn sử dụng bằng các máy cơ

Trước đây việc gia công cơ khí được thực hiện hoàn toàn trên các máy cơ như : Tiện cơ, phay cơ . Việc gia công như thế này rất tốn kèm thời gian và năng xuất không được cao. để vận hành các loại máy này đòi hỏi một máy phải có một thợ. Điều này đồng nghĩa các sản phẩm tạo ra sẽ không nhiều, hơn nữa độ chính xác sẽ không cao, dẫn đến hiểu quả kinh tế không được cao.

1.3/ Máy cơ được cải tiến, phát triển để cho ra đời máy CNC

Sau một thời gian cải tiến, máy CNC đã ra đời nhằm khắc phục những khuyết điểm trên các máy cơ, Công nghệ CNC được hiểu nôm na là quá trình gia công được điều khiển bằng máy tính. Để sử dụng việc bạn cần làm là thực hiện quá trình gia công trên máy tính bằng các phần mềm CAM. Sau khi quá trình gia công trên máy tính đã hoàn thành thì phần mềm sẽ xuất ra code NC của quá trình gia công. và việc cần làm bây giờ là chuyển code này vào máy CNC . bạn setup dao, phôi thì máy CNC sẽ gia công đúng như quá trình gia công trên máy tính

1/ Đồ gá rất quan trọng trong gia công CNC

2/ Định nghĩa và chức năng đồ gá:

2.1/ Định nghĩa

2.2/ Chức năng

• Bảo đảm vị trí chính xác giữa phôi và dụng cụ cắt.
• Giảm thời gian phụ và thời gian máy.
• Tận dụng và mở rộng khả năng công nghệ của máy.
• Giảm cường độ lao động của công nhân.
• Giảm thấp yêu cầu bậc thợ.

2.3/ Hình ảnh các loại đồ gá trên máy Phay, và Phay CNC ngoài thực tế, và cuối bài sẽ nói chi tiết về công dụng của nó

2.3.1/ Hình ảnh các loại đồ gá thường dùng

2.3.2/ Ê tô kẹp bằng khí nén

2.3.3/ Bàn gá nghiêng, gia công các lỗ, rãnh khuất chi tiết

2.3.4/ Bàn gá dịch chuyển theo hai phương

2.3.5/ Các loại bàn gá, đồ gá, fixture được thiết kế riêng cho chi tiết cụ thể, và sẽ có bộ phận chuyên thiết kế gia công đồ gá

3/ Phân loại đồ gá

3.1/ Theo tính chất vạn năng

Hình 1: Vấu kẹp

Hình 2: Êtô

Hình 3: Đầu phân độ

Hình 4: Bàn gá quay

3.2/ Theo công dụng

• Đồ gá gia công: đồ gá phay, đồ gá tiện, …
• Đồ gá lắp rắp.
• Đồ gá kiểm tra.

3.3/ Theo nguyên tắc truyền lực kẹp

• Đồ gá cơ khí.
• Đồ gá khí nén, thủy lực.
• Đồ gá điện từ.
• Đồ gá chất dẻo.

Name	Type	OS	Formats
BobCAD-CAM	Stand-alone/Plugin	Windows	dxf, dwg, iges, igs, step, stp, acis, sat, x_t, x_b, cad, 3dm, sldprt, stl, prt
CATIA	Built in	Windows	3dxml, catpart, igs, pdf, stp, STL, vrml
CAMWorks	Plugin	Windows	sab, sat, dwg, dxf, dwf, ipt, iam, idw, model, exp, catpart, catproduct, ai, eps, ad_part, ad_smp, igs, ckd, x_t, x_b, prt, asm, 3dm, par, psm, sldprt,sldasm, stp, step, stl, vda
Fusion 360	Built-In	Windows and Mac	catpart, dwg, dxf, f3d, igs, obj, pdf, sat, sldprt, stp
hyperMill	Stand-alone/Plugin	Windows	3dxml, 3dm, 3ds, 3mf, amf, dwg, dxf, idf, ifc, obj, pdf, sldprt, stp, STL, vrml
HSM / HSM Works	Plugin	Windows	catpart, catproduct, prt, sldprt,sldasm, stp, step, stl
Mastercam	Stand-alone/Plugin	Windows	sab, sat, dwg, sxf, ipt, iam, idw, model, exp, catpart, catproduct, ad_prt, ad_smp, igs, ckd, x_t, x_b, prt, asm, 3dm, par, psm, asm, slddrw, sldprt, sldasm, stl, vda
Powermill	Plugin	Windows	iges, step, stl, catpart, catproduct, nx
Siemens NX CAM	Plugin	Windows, macOS, Linux	asm, dat_default, dxf, jt, lek, prt, tso, xli
SolidCAM	Stand-alone/Plugin	Windows	3dxml, 3dm, 3ds, 3mf, amf, dwg, dxf, par, idf, ifc, obj, pdf, sldprt, stp, vrml, igs, ipt, prt, rvt, sldprt, stl, x_b, xgl
SolidWorks CAM	Plugin	Windows	3dxml, 3dm, 3ds, 3mf, amf, dwg, dxf, idf, ifc, obj, pdf, sldprt, stp, STL, vrml
SprutCAM	Stand-alone/Plugin	Windows	iges, dxf, stl, vrml, step, sldasm, sldprt, asm, par, psm, pwd

Các cấp độ khi vận hành CNC sẽ gặp như sau.

Chỉ biết vận hành máy, set dao, gá phôi, bù dao, thiết lập cơ bản và chạy máy.

Biết sử dụng phần mềm hiệu chỉnh code CNC như NCbrain, NC Plot, CimcoEdit

Người có thể sử dụng các phần mềm hỗ trợ gia công, gọi là phần CAM

1. Định nghĩa đồ gá phay

• Vỏ đồ gá phay cần có kích thước lớn vì lực cắt lớn quá trình cắt gây xung lực.
• Đồ gá phay có thể phân ra thành các loại: Đồ gá phay một chi tiết hay nhiều chi tiết, tiến dao thẳng hay tiến dao vòng, hoặc tiến dao theo một đường cong chép hình.

2. Các chỉ tiết đặc biệt của đồ gá phay (hình 1.30):

a. Cữ dao:

• Cữ dao phẳng: Dùng để xác định vị trí của dao phay so với chi tiết gia công theo một phương xác định,
• Cữ dao góc: Dùng để xác định vị trí của dao phay so với chi tiết gia công theo hai phương.
• Cữ dao góc vuông: Để xác định vị trí của đao phay định hình.

b. Căn so dao:

c. Chốt định hướng (hình 1.32):

• Loại chốt có bậc.
• Loại chốt không có bậc.

3. Đồ gá phay điển hình:

* Đồ gá phay đuôi ta-rô.

a. Cấu tạo và nguyên lí làm việc:

b. Phương pháp định vị:

• Mặt trụ của đuôi ta-rô định vị trên khối V dài khử bốn bậc tự do (OZ-; OY-; OZ; OY).
• Đuôi ta-rô tựa lên cữ (4) khử một bậc tự do (OX- ) khi tốc kẹp chặt ta-rô tựa lên chốt (6) khử bậc tự do còn lại (OX) đồ gá được định vị hoàn loàn.

a) Máy phay CNC và các trục điều khiển

Có nhiều loại máy phay CNC khác nhau, từ loại đơn giản với ba trục tọa độ (máy phay CNC trục chính đứng và ngang) đến các trung tâm gia công nhiều trục (> 3 trục).



Vấn đề quan trọng là phải xác định được chuyển động của các trục tọa độ trên máy cũng như mối quan hệ giữa chúng với hệ tọa độ được định nghĩa trên bộ điều khiển.

Trong chương 1 đã trình bày hệ thống tọa độ sử dụng cho các loại máy NC/CNC và các phương pháp điều khiển, chương này chủ yếu trình bày kỹ thuật lập trình cho máy phay CNC đứng 3 trục.

b) Dao phay CNC

Về cơ bản dao phay CNC không khác dao phay truyền thống. Máy CNC có một số đặc điểm ưu việt hơn máy công cụ truyền thống như tốc độ cao, độ chính xác cao, mức độ phức tạp của bề mặt gia công, khả năng tự động … Do vậy kết cấu cũng như chất lượng của dao phay CNC phải được nâng cao.

Hiện nay có rất nhiều công ty trên thế giới chuyên sản xuất dao và cho ra những sổ tay tra cứu rất hữu hiệu, thậm chí đã có những phần mềm tra cứu dao và chế độ cắt gọt một cách tự động khi ta thông báo chính xác vật liệu gia công, kích thước, hình dạng bề mặt gia công, cũng như chất lượng yêu cầu …

Để lập trình phay, người công nghệ ngoài việc biết chọn hình dạng kết cấu, vật liệu dao cho hợp lý mà còn phải nắm chắc các thông số của dao (tooling parameters).

Dưới đây là một số hình ảnh ví dụ về các loại dao và các dạng bề mặt gia công:

– Các loại dao phay ngón: đầu bằng, đầu tròn



– Dao phay mặt đầu gia công mặt phẳng



– Các loại dao phay đĩa và dạng và bề mặt gia công



Thông số của dao bao gồm: Số hiệu dao (tương thích với số hiệu trên ổ chứa dao; hình a)

Kết cấu và thông số hình học phần cắt của dao (hình b); Chiều dài hiệu chỉnh dao (hình c).



Thường để gia công một chi tiết cần sử dụng một vài dao cắt, trong đó mỗi dao có chiều dài hiệu chỉnh và đường kính khác nhau (hình 2.5). Do đó khi gia công, đối với mỗi dao, cần thực hiện hành trình tiến dao theo các phương khác nhau. Nếu lập trình tọa độ di chuyển theo chiều dài và đường kính mỗi dao, sẽ rất khó khăn và thực tế thực hiện không được.

Để thuận tiện cho việc lập trình cũng như hiệu chỉnh chương trình, các hệ điều khiển CNC đều có chức năng lưu trữ giá trị chiều dài và bán kính dao (tool parameters). Điều này cho phép thực hiện việc gia công mà không cần thay đổi chương trình, ngay cả khi có sự thay đổi chiều dài và đường kính dao.

Giá trị chiều dài và đường kính dao được xác lập trên máy trong quá trình rà dao (trong bước điều chỉnh máy ở chương 1) và được lưu trữ trong bộ nhớ. Căn cứ giá trị thiết lập đã được lưu trữ, hệ điều khiển sẽ tự động bù trừ cho tọa độ lập trình để được tọa độ di chuyển thực tế cho mỗi dao cắt.

c) Thông số gia công (machining parameters)

Thông số gia công cơ bản cần được xác lập ở bước nghiên cứu chi tiết gia công và

tiến trình công nghệ gia công trên máy CNC, bao gồm:

– Tốc độ trục chính (Spindle speed – vòng/phút)

– Tốc độ chạy dao theo phương X và Y (Feedrate – thường dùng mm/phút)

– Tốc độ chạy dao theo phương Z (Plunge feedrate – thường dùng mm/phút)

– Tốc độ cắt (cutting speed – m/phút)

– Chọn phôi (Stock) và lượng dư gia công (Stock allowance – mm) – Hình d

– Thiết kế quỹ đạo cắt và quỹ đạo chạy không của dao (Toolpath) – Hình d

– Chiều sâu cắt (Depth – mm) – Hình e

– Chiều sâu ăn dao (Down step – mm) – Hình e

– Bước chạy dao ngang (Stepover distance) – Hình e

– Mặt phẳng gia công (Tool plane) – Hình e

– Mặt phẳng an toàn (Cleance plane) – Hình e

– Mặt phẳng lùi dao (Retract plane) – Hình e

– Gia công thô (Roughing); Gia công bán tinh (Semi finishing); Gia công tinh

(Finishing); Gia công bóng, trơn láng (Smooth) – Hình f

– Phương pháp phay: Thuận (Conventional); Nghịch (Climb);

– Kiểu phay: Thẳng (Straight); Dốc (Ramping) – hình i; Xoắn (Helical) – hình j;

Biên dạng (Profiling) – hình k.

– Hiệu chỉnh bán kính dao (cutter compensation) Định nghĩa sự dịch chỉnh tâm dao so với quỹ đạo cắt. Sự dịch chỉnh bán kinh dao sang trái, phải, hủy sự dịch chỉnh được xác lập bởi các từ lệnh tương ứng G41, G42 và G40 (hình m).

• G72 Chu trình phay hốc chữ nhật
• Cấu trúc: G72 X.. Y.. Z.. D.. Q.. F..
• X.., Y.., Z.. Tọa độ điểm B
• D Trị số dịch dao ngang
• Q Trị số dịch dao đứng
• F Tốc độ chạy dao dọc

• G75 Chu trình phay hốc tròn
• Cấu trúc: G75 X.. Y.. Z.. R.. D.. Q.. F..
• X.. , Y.. , Z.. Tọa độ điểm B
• R.. Bán kính hốc
• D.. Trị số dịch dao ngang
• Q.. Trị số dịch dao đứng
• F.. Tốc độ chạy dao

• G80 Kết thúc chu trình khoan lỗ
• G82 Chu trình khoan lỗ không sâu
• Cấu trúc: G82 X.. Y.. Z.. R.. P.. F..
• X.. Y.. Z.. Tọa độ điểm B
• R.. Khoảng cách an toàn
• P.. Thời gian dừng (giây)
• F.. Tốc độ chạy dao

• G83 Chu trình khoan lỗ sâu
• Cấu trúc: G83 X.. Y.. Z.. R.. Q.. P.. F..
• X.. Y.. Z.. Tọa độ điểm B
• R.. Khoảng cách an toàn
• Q.. Trị số dịch dao đứng
• F.. Tốc độ chạy dao
• A – Điểm bắt đầu và kết thúc chu trình khoan lỗ sâu. Trị số dịch dao đứng Q tự động điều chỉnh giảm dần đến đáy lỗ (hình t).

• G90 Phương thức lập trình tuyệt đối
• G91 Phương thức lập trình tương đối
• G92 Dịch chuyển chuẩn thảo chương
• Cấu trúc: G92 X.. Z..
• X.. Z.. Tọa độ cần dịch chuyển tới
• G94 Tốc độ chạy dao phút (mm/phút).
• G95 Tốc độ chạy dao vòng (mm/vòng).

Khởi động và ngừng trục chính (M03/M04 và M05)

–  Cú pháp:M03 /M04 S1000;

–  Giải  thích:  quay  trục  chính  cùng/  ngược  chiều  kim  đồng  hồ  với  vận  tốc

1000 vòng/phút.

–  M05:ngừng quay trục chính (ngừng chương trình)

Các lệnh khác trong gia công CNC

–  Cú pháp:Tt M06;

–  Tt : định nghĩa dao số hiệu t cần thay. Vd: T1M06 ( chọn dao số

–  M06: lệnh thay dao

–  Phần  lớn  các  máy  CNC yêu  cầu  thoát dao theo  phương  Z  trước dao.

–  Lệnh T chọn dao nhưng không thay dao, do đó phải dùng với lện

–  Cần bù trừ chiều dài dao do mỗi dao có chiều dài khác nhau.

–  M08:khởi động tưới nguội (Flood)

–  M09:Tắt chế độ tưới nguội

– M00:khi dùng M00, chương trình sẽ tạm dừng cho đến khi nút START được nhấn.

–  M01: khi  dùng  M01,  chương  trình  sẽ  tạm  dừng  cho  đến  khi nút Optional Stop được chọn.

–  M30: Kết  thúc  chương  trình  và  quay  lại  đầu  chương  trình (thường dùng)

–  M02:Kết thúc chương trình nhưng không quay lại đầu chương trình

– G04: Dùng để tạm thời dừng di chuyển trục chính trong khoảng thời gian micro giây.

Các bộ phận, cấu tạo máy cnc:

Máy phay CNC được chia làm 2 loại: máy phay cnc đứng và máy phay cnc nằm. Mặc dù được chia thành 2 loại như vậy nhưng cấu tạo máy cnc vẫn gồm có các phần chính sau: