Tác giả: ThS. Nguyễn Thành Nhân
Đơn vị: BM Cơ khí - Khoa Cơ điện
I. Đặt vấn đề
Hiện nay trong lĩnh vực gia công cơ khí có nhiều phương pháp để thực hiện, việc sử dụng các phương pháp truyền thống bằng các máy công cụ vẫn còn được sử dụng rộng rãi, tuy nhiên nó phụ thuộc nhiều vào kỹ năng của người đứng máy, độ chính xác, tối ưu quy trình và hiệu quả của nó đạt được còn nhiều hạn chế. Để khắc phục những nhược điểm này phương pháp gia công trên máy CNC hay còn gọi là gia công cơ khí chính xác đang dần thay thế phương pháp gia công truyền thống. Gia công cơ khí chính xác (gia công CNC - Computer Numerical Control) là công nghệ gia công cơ khí hiện đại sử dụng các máy gia công tự động, hoạt động theo lệnh lập trình của hệ điều hành đi kèm với máy, nhằm tạo ra chi tiết gia công có độ chính xác, năng suất cao.
Việc gia công bằng máy CNC mang lại nhiều ưu thế so với các giải pháp gia công cơ khí truyền thống bằng các máy công cụ đó là: tăng độ chính xác, tối ưu được quy trình công nghệ, linh hoạt trong sản xuất, tiết kiệm thời gian gia công và tạo ra năng suất, hiệu quả cao trong sản xuất.
Hình 1. Quá trình gia công chi tiết chính xác trên máy phay CNC
Để thực hiện quá trình gia công trên máy CNC cần phải lập được chính xác chương trình gia công. Chương trình gia công có thể lập trình thủ công bằng tay hoặc thực hiện trên máy tính sử dụng phần mềm CAD/CAM. Về nguyên tắc, bạn phải nắm vững phương pháp lập chương trình, sử dụng thành thạo các kỹ thuật và công cụ lập trình bằng tay trước khi viết chương trình trên máy tính. Tuy nhiên để lập trình được chương trình gia công cho bất kỳ dạng chi tiết nào trên máy CNC được tối ưu, yêu cầu người kỹ sư cơ khí cần có được những kiến thức và kỹ năng chuyên sâu về quá trình lập trình, điều khiển máy CNC.
II. Phương pháp tối ưu trong lập trình gia công cơ khí chính xác trên máy tiện, phay CNC
Để gia công được chi tiết trên máy CNC cần phải sử dụng máy tính lập trình chương trình và điều khiển vận hành máy, dụng cụ cắt để gia công phôi thành chi tiết giống như mẫu đã được thiết kế trước đó. Do đó trong các nguyên công gia công trên máy CNC, nguyên công lập trình chương trình gia công chi tiết rất quan trọng, việc lập trình chương trình gia công đúng, chính xác và tối ưu sẽ giúp quá trình gia công trên máy CNC mang lại hiệu quả cao nhất.
Hình 2. Lập trình chương trình gia công CNC
Để lập trình được chương trình gia công trên máy CNC tối ưu và hiệu quả, yêu cầu cần phải nắm vững các bước sau:
1- Nghiên cứu bản vẽ chi tiết: Đây là bước đầu tiên và cũng rất quan trọng bởi vì nó sẽ quyết định các hoạt động sau đó chế tạo ra những sản phẩm chất lượng. Khi nghiên cứu bản vẽ cần nắm được các yêu cầu về độ chính xác của chi tiết gồm dung sai về kích thước, hình dáng, vị trí tương quan giữa các bề mặt, chất lượng bề mặt, tính cơ lý của vật liệu gia công, nguyên lý làm việc của chi tiết, từ đó sẽ quyết định phương pháp gia công cho phù hợp.
2- Lựa chọn phôi gia công, dụng cụ gá kẹp và dụng cụ cắt: Dựa vào các yêu cầu của chi tiết trên bản vẽ sẽ chọn được dạng phôi có hình dạng, kích thước, vật liệu ... phù hợp. Khi xác định được phôi giúp cho việc lựa chọn được loại máy gia công, loại dao, dụng cụ gá kẹp và thiết lập chế độ cắt hợp lý.
3- Chế độ cắt: Các yếu tố này gồm tốc độ vòng quay của phôi hoặc dao, bước tiến của bàn máy hoặc phôi và chiều sâu cắt. Những thông số này được thiết lập phụ thuộc vào vật liệu phôi, loại dao sử dụng, đặc tính kỹ thuật máy và yêu cầu kỹ thuật của chi tiết.
4- Lập chương trình gia công CNC: Các máy gia công CNC hoạt động dựa trên hệ điều hành sử dụng ngôn ngữ lập trình mã G, do đó cần lậpchương trình CNC bao gồm tập hợp các câu lệnh sử dụng ngôn ngữ mã G này để yêu cầu máy CNC thực hiện gia công tự động trên phôi. Đây là bước quan trọng nhất để tạo ra được chương trình giúp máy CNC gia công chính xác và hiệu quả nhất. Để lập được chương trình CNC yêu cầu người thực hiện phải có kiến thức, kỹ năng về sử dụng các câu lệnh, các loại chu trình gia công, sử dụng các loại phần mềm thiết kế, gia công CNC. Khi lập chương trình có thể lập bằng tay rồi nhập trực tiếp trên máy CNC hoặc sử dụng các phần mềm trên máy tính như Mastercam, Creo Parametric, Siemens NX, SolidCAM, Inventor CAM, Cimatron… để thiết kế chi tiết và thiết lập quá trình gia công CNC, xuất chương trình NC sau đó nhập chương trình này sang máy gia công CNC. Quá trình lập chương trình gia công CNC thường rất phức tạp và mất nhiều thời gian, do đó hiện nay công việc này được thực hiện thông qua các phần mềm hỗ trợ như trên để việc viết chương trình được chính xác và nhanh nhất.
5- Kiểm tra chương trình CNC: Để tạo được một chương trình gia công CNC chính xác, tránh mắc lỗi thì người lập trình phải phải kiểm tra, hoàn thiện chương trình trước khi sử dụng hoặc gửi tới người vận hành máy CNC. Hiện có nhiều cách để kiểm tra chương trình gia công, cách phổ biến nhất là sử dụng những phần mềm mô phỏng CNC như NCPlot, SSCNC, CimcoEdit, Vericut...Khi sử dụng các chương trình mô phỏng này sẽ giúp người lập trình kiểm tra được các lỗi xuất hiện trong quá trình gia công như va dao, phôi, vị trí không gia công được, chế độ cắt, kích thước…, từ đó sẽ sửa chữa và hoàn thiện được chương trình chính xác và tối ưu.
6- Ghi chú chương trình: Do gia công sử dụng nhiều loại dụng cụ cắt, nhiều chi tiết khác nhau, từ đơn giản đến phức tạp, do đó phải có những ghi chú đi kèm giúp người lập trình, vận hành nhận biết, phân biệt được chi tiết gia công, loại dụng cụ cắt, những bước cần chú ý, tránh các sai sót khi gia công. Những ghi chú này cũng giúp quá trình gia công kiểm soát được dụng cụ cắt, chất lượng sản phẩm, tránh các lỗi hay gặp.
7- Truyền chương trình CNC: Sau khi hoàn thành được chương trình gia công sẽ tiến hành nạp chương trình vào máy CNC. Các phương pháp nạp chương trình hiện nay là nhập chương trình vào bộ lưu trữ trong bộ nhớ của máy CNC thông qua cổng kết nối S232 hoặc dùng truyền trực tiếp qua dây DNC kết nối với máy tính hoặc có thể truyền từ xa qua kết nối wifi.
Hình 3. Phương pháp lập trình chương trình gia công CNC tối ưu
Toàn bộ quy trình từ lập trình chương trình đến gia công chi tiết được thực hiện một cách chính xác, khoa học, tối ưu, thì việc gia công trên máy CNC mới đảm bảo chi tiết hoàn thiện đạt được các tiêu chí về yêu cầu kỹ thuật, hiệu quả và an toàn.
III. Kết luận
Gia công cơ khí chính xác là một trong những yêu cầu quan trọng của một người Kỹ sư cơ khí cần phải làm được, đây là mục tiêu được Trường Đại học Công nghiệp Dệt May Hà Nội luôn tập chung nguồn lực tốt nhất cho đào tạo ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí. Sinh viên học tại trường được lập trình gia công CNC tối ưu theo phương pháp trên và gia công chi tiết trực tiếp trên thiết bị tiện, phay CNC hiện có tại trường . Đây chính là những lợi thế trong đào tạo của nhà trường giúp sinh viên đạt hiệu quả cao trong học tập, phát huy tính sáng tạo và tiếp cận với thực tế sản xuất tại doanh nghiệp hiện nay.
Hình 4. Sinh viên gia công chi tiết đã lập trình trên máy CNC tại HTU
Tài liệu tham khảo
1. Trần Văn Địch, Giáo trình công nghệ CNC (2012), NXB Giáo Dục Việt Nam.
2. Trần Thế San, Nguyễn Ngọc Phương, Hướng dẫn lập trình CNC trên máy công cụ (2009), NXB Khoa học và Kỹ thuật.
3. Trần Thế San, Nguyễn Ngọc Phương, Sổ tay lập trình CNC: Máy tiện - máy phay - trung tâm gia công CNC (2011), NXB Khoa học và Kỹ huật.