Lập trình bằng máy

Lập trình bằng máy

Chơng i. tổng quan về lập trình bằng máy. 1.1 Giới thiệu chung về lập trình bằng máy. Đối với công nghệ gia công cơ trên máy CNC, tính kinh tế cho nó phụ thuộc rất nhiều vào giá thành lập trình. Gía thành này sẽ rất cao nếu nh phải lập trình bằng tay, bởi lập trình bằng tay tiêu hao thời gian tại vị trí lập trình do phải tìm lỗi và tối u hoá chơng trình. Trong khi đó, phần lớn công việc lập trình đều tuân theo quy tắc xác định, đến mức có thể chuyển dao khéo léo cho máy tính. Do đó, cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin và công nghệ điện tử, các phần mềm ứng dụng cho việc lập trình bằng máy đã ra đời và đang đợc sử dụng rộng rãi tại các nớc công nghiệp phát triển. Nét đặc trng của việc lập trình bằng máy là ứng dụng ngôn ngữ lập trình định h- ớng theo nhiệm vụ. Khi lập trình bằng máy, ngời lập trình mô tả hình dáng hình học của chi tiết gia công, các quỹ đạo của dụng cụ cắt và các chức năng của máy CNC theo một ngôn ngữ định hớng bởi các kí hiệu. Với sự trợ giúp của các ngôn ngữ lập trình, việc lập trình bằng máy có những đặc điểm và u điểm sau: + Xác định nhiệm vụ gia công tơng đối đơn giản mà không cần thực hiện các tính toán bằng máy + Chỉ cần truy nhập một ít dữ liệu, có thể sản sinh ra một lợng lớn các số liệu cho nhiệm vụ gia công và những tính toán cần thiết. Các công việc này đều do máy tính đảm nhiệm. + Dùng ngôn ngữ biểu trng tơng đối dễ học, mà các từ của nó hợp thành từ những khái niệm nhỏ, trong ngôn từ kỹ thuật chuyên môn gia công. + Tiết kiệm đợc phần lớn thời gian trong khi mô tả các chi tiết gia công và các chu trình công tác cần thực hiện. + So với lập trình bằng tay thì hạn chế đợc các lỗi lập trình và chỉ cần cấp rất ít các dữ liệu vào máy và hầu nh không phải thực hiện các tính toán. 1.2 Lập trình bằng máy tại nơi lập trình độc lập. Ngày nay với ứng dụng của máy tính, công việc lập trình bằng máy đợc sử dụng rộng rãi tại các vị trí lập trình độc lập. Lập trình độc lập có những u điểm sau: - Ngôn ngữ lập trình thống nhất cho các công nghệ khác nhau, ví dụ: tiện, khoan, phay, gia công điện hoá - Đối thoại bằng dao diện đồ hoạ với những hớng dẫn điều khiển. Thông qua sạon thảo TEXT trên màn hình, ngời sử dụng đợc phỏng trực tiếp trên màn hình. - Sử lý số đợc thực hiện với tốc độ cao nhờ trang bị nhiều các cụm vi xử lý (Microprocessor), và các cụm tính toán số học chuyên dụng cho bài toán hình học. Do đó, rút ngắn đợc thời gian xử lý. - Kiểm tra trên màn hình đồ hoạ các dịch chuyển theo biên dạng tính toán, kể các các trờng hợp va chạm. - Chơng trình NC tại đầu ra của bộ hậu xử lý và đợc lu giữ trên các đĩa từ, đĩa compact nhờ những mạch nối ghép thích hợp. Và do đó, thông qua mạng LAN (Local Area Network) nội bộ của máy, để truyền dữ liệu gia công, tới từng vị trí lập trình NC. Với sự trợ giúp của máy tính, các dữ liệu hình học đợc đa ra từ thiết kế có thể chuyển dao lìên cho quá trình gia công, nhờ hệ thống CAD- CAM 1.3 Các chơng trình tính toán phục vụ cho việc lập trình bằng máy. Nh đã nêu ở trên, khi lập trình bằng máy, ngời lập trình mô tả hình dáng hình học của chi tiết, cùng các quỹ đạo của dụng cụ cắt và các chức năng của máy NC theo một ngôn ngữ định hớng bởi các ký hiệu. Từ chơng trình nguồn này, máy tính tạo cho ta một chơng trình gia công phù hợp với máy NC kèm theo bộ hậu xử lý, muốn vậy máy tính phải có hai chơng trình tính toán đặc biệt. 1.3.1 Bộ xử lý (Processor) Bộ xử lý là một chơng trình phần mềm thực hiện các tính toán hình học và công nghệ. Ngời ta gọi dữ liệu xuất của bộ xử lý là CLDATA, các dữ liệu này đa ra một giải pháp chung về các vấn đề gia công, không phụ thuộc một máy gia công nào. CLDATA (Cutter Location Data) nghĩa là các dữ liệu định vị vị trí của dữ liệu của dụng cụ cắt. Bộ xử lý có nhiệm vụ dịch chơng trình nguồn, thực hiện các tính toán hình học và xác định sai số về lập trình. Các sai số lập trình và những tính toán hình học này đợc liệt kê vào bản ghi sai sót. Sau mỗi lần chạy thử, nếu không có sai sót thì các kết quả tính toán hình học đợc biểu thị dới dạng lới CLDATA 1, đồng thời đợc lu trữ trên đĩa từ. Còn các số liệu công nghệ trong chơng trình nguồn đợc tính toán bởi phần công nghệ của bộ xử lý. Trong đó, bao gồm việc xác định chế độ cắt, phân chia lớp cắt, và tính toán thời gian cơ bản để cắt gọt và thời gian phụ. Dữ liệu xuất của bộ xử lý công nghệ gọi là CLDATA 2. 1.3.2 Bộ hậu xử lý Bộ hậu xử lý tiếp theo là một chơng trình máy tính, xây dựng nhằm thích ứng dữ liệu công nghệ và dữ liệu hình học mà ta gọi là CLDATA 1 và CLDATA 2 với máy NC xác định. Tiến trình liên tiếp theo thời gian của toàn bộ dữ liệu từ chơng trình nguồn với các quá trình xử lý và hậu xử lý là toàn toàn phức tạp, song xoá bỏ nhanh các sai số về lập trình. Gần đây, các hệ thống xử lý nối ghép từng bộ hậu xử lý cho phép lập trình t- ơng tác, trong đó ngời lập trình đối thoại trực tíêp với máy. Mỗi tệp chơng trình trong chơng trình nguồn đợc dẫn trực tiếp đến nhiều câu lênh trong chơng trình NC: MÁY CÔNG CỤ CNC N1 N3 N2 N4 101 103 102 104 Thời gianChương trình gia côngKế hoạch dụng cụBăng đục lỗ, đóa từ. Tờ ghi sai sót CLDATA CLDATA Tờ ghi sai sót Dữ liệu dao Dữ liệu vật liệu Dữ liệu vật liệu Dữ liệu dao Chương trình thích nghi với máy NC Bộ hậu xử lý Chương trình xử lý công nghệ Chương trình xử lý hình học Bộ xử lý MÁY TÍNH CHƯƠNG TRÌNH NGUỒN NGƯỜI LẬP TRÌNH 1.4 Mét sè ng«n ng÷ lËp tr×nh b»ng m¸y Cã kho¶ng h¬n 100 ng«n ng÷ lËp tr×nh, ®· ®ỵc x©y dùng ngay tõ nh÷ng n¨m ci thËp kû 50. PhÇn lín ng«n ng÷ nµy triĨn khai ®Ĩ ®¸p øng cho nhu cÇu vỊ c«ng nghƯ vµ m¸y mãc. Theo n¨m th¸ng chóng còng kh«ng qua khái ®ỵc sù kiĨm nghiƯm vỊ thêi gian. Tuy nhiªn, mét sè ng«n ng÷ ®· thĨ hiƯn ®ỵc tÝnh u viƯc vµ chóng ®· ®ỵc sư dơng cho ®Õn ngµy nay. A. C¸c u ®iĨm thĨ hiƯn tÝnh u viƯt. - Cho phÐp x¸c ®Þnh bµi to¸n mét c¸ch ®¬n gi¶n, kh«ng cÇn tÝnh to¸n nhiỊu. - Ng«n ng÷ x©y dùng tõ c¸c ký tù biĨu trng dƠ häc dƠ nhí. - C¸c tÝnh to¸n cÇn thiÕt ®Ịu do m¸y tÝnh thùc hiƯn B. Một số ngôn ngữ phổ biến. -APT: Automatically Programmed: Công cụ lập trình tự động -EXAPT: Extended Subset of APT: Tập con mở rộng của APT. Ngôn ngữ này có một u điểm quan trọng đó là: tính toán tối tu chế độ cắt một cách tự động. EXAPT đợc triển khai ở Đức năm 1964 và dựa trên đó có 3 phiên bản sau: *EXAPT I *EXAPT II *EXAPT III -MINIAPT: Tệp con thu gọn của APT. Là ngôn ngữ lập trình do nhà chế tạo phần mềm HOM thiết lập. Phục vụ cho điều khiển đờng và điều khiển phi tuyến. MINIAPT với vốn từ vựng thu gọn là 200 từ. -TELEAPT: Ngôn ngữ này do hãng IBM phát triển, phục vụ cho việc điều khiển điểm, đờng và phi tuyến 2 2 1 D. Ngôn ngữ này thuộc họ APT cho phép thông qua mạng TELEPHONE. để chuyển dữ liệu vào máy tính xử lý -COMPACT2: là ngôn ngữ lập trình vạn năng, dùng cho các nghiệp vụ điều khiển đờng, và phi tuyến, do viện nghiên cứu dữ liệu quốc gia Mỹ (MDSI) phát triển. Đây là ngôn ngữ có thể dùng đợc hệ thống TELEPHONE và chế độ hoạt động nhiều đối tác trên nhiều TERMINAL (thiết bị đầu cuối). Và do đó, COMPACT2 đợc phát triển rộng rãi trên các nớc công nghiệp phát triển. -ELAN: Là ngôn ngữ do Pháp xây dng, phục vụ cho việc điều khiển số từ 2 -4 trục. ELAN ra đời gắn liền với máy tính để bàn của hãng HEWLETT PACKARD. -AUTO PROCESOROGRAMMED: Ngôn ngữ lập trình cả vấn đề: Tiện, phay,khoan, do hãng BOEHRINGEN phát triển dựa trên các máy tính trung bình và nhỏ. -MITURN: Là ngôn ngữ lập trình do Hà lan phát triển trên công nghệ tiện MITURN cho phép bằng tính toán có thể tìm ra các dữ liệu gia công và cắt gọt. 1.5 Giới thiệu về APT. APT Automatically Programmed Tools, nghĩa là công cụ lập trình tự động và là ngôn ngữ lập trình NC bậc cao đầu tiên đợc sử dụng rộng rãi cho thế hệ máy công cụ điều khiển số. Ngôn ngữ này đợc nghiên cứu thành công tại phòng thí nghiệm hệ thống điện của viện công nghệ Massachuset trong sự hợp tác với ngành công nghiệp hàng không Hoa Kỳ. Vào những năm 1955 APT đợc phát triển rộng rãi tại Mỹ và đã thích ứng với các công việc gia công, kể cả lập trình 3D phức tạp. Ưu việt lớn của APT đó là: Nó đã trở thành chuẩn mực cho thế giới rộng lớn các máy NC. Hơn nữa, APT còn đợc phát triển hết sức đa dạng bên ngoài nứơc Mỹ.: ví dụ nh: NEAPT tại ANH, EXAPT tại Đức, IFAPT tại Pháp Là ngôn ngữ lập trình cảu CAM, APT có khoảng 3000 từ vựng để lập trình cho việc gia công đơn giản cũng nh các yếu tố đờng cong 3 chiều nh hình: Hình cầu, hình trụ, parabol, mặt võng Với APT ngời lập trình có thể xác định hình dáng dụng cụ, dung sai mô tả hình dáng hình học của chơng trình gia công, chuyển động dụng cụ cũng nh các lệnh hỗ trợ. Hệ thống APT cho phép ta có khả năng xử lý dữ liệu gia công với các chức năng nổi bật nh: Copy, Mirro, di chuyển, xoay, Và có thể làm mềm hóa chơng trình gia công bởi Macro Là ngôn ngữ lập trình bằng máy, APT cũng có 2 chơng trình tính toán đặc biệt đó là: Bộ xử lý và bộ hậu xử lý. Bộ xử lý APT là chơng trình máy tính phục vụ cho việc xử lý chơng trình nguồn. Từ đó đa ra một file dữ liệu (CL) bao gồm dữ liệu vị trí dao và các thông tin điều khiển máy. Bộ hậu xử lý cũng là một chơng trình máy tính, xây dựng nhằm mục đích xử lý file CLDATA và tạo ra chơng trình NC thích ứng với máy kèm theo nó. APT là hệ thống lập trình không gian 3 chiều, cùng một lúc có thể điều khiển tới 5 trục. Để lập trình APT điều tiên ngời lập trình phải tìm hình dáng hình học của chơng trình gia công tiếp theo là định hớng chuyển động của dụng cụ cắt. Trong khi lập trình, điểm nhìn (VIEW POINT) của ngời lập trình luôn cố định. Và nh vậy chi tiết gia công là cố định, và dụng cụ cắt đợc coi là di chuỷên. Do sự tiện dụng cho nhiều nhiệm vụ gia công, nên đã có rất nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau đợc suy diễn từ nó nh một tệp con của nó, APT là ngôn ngữ viết tắt tiếng ANH, các chỉ thị đợc thiết lập bởi quy tắc về cấu ngôn từ. Các ký tự cấu thành bộ từ vựng đợc tách ra từ bảng mã ASCII cơ sở (128 ký tự đầu tiên), Cấu trúc một chơng trình APT gồm 5 phần nh sau: 1. Phần mở đầu: Có nhiệm vụ khai báo nguồn. 2. Mô tả hình học: có nhiệm vụ mô tả hình dáng hình học chi tiết gia công. 3. Chế độ cắt: Có nhiệm vụ khai báo công cụ tốc độ trục chính, tốc độ tiến dao, và chế độ làm mát trơn nguội 4. Thiết lập đờng chạy dao: có nhiệm vụ chỉ dẫn chuyển động dụng cụ cắt để gia công chi tiết. 5. Phần kết thúc: Khai báo kết thúc để hoàn thành chơng trình. chơng II: APT phần định nghĩa hình học. Có 3 phần chính trong chơng trình APT, đó là: Mô tả hình học, thiết lập đờng chạy dao và các câu lệnh thuộc bộ hậu xử lý. ở đây phần định nghĩa hình học sẽ đa ra các câu lệnh cơ bản, sử dụng để mô tả hình dáng hình học của chi tiết gia công. 2.1 Các câu lệnh định nghĩa hình học. Các câu lệnh định nghĩa hình dáng hình học đợc sử dụng để mô tả phần Profile cấu thành từ rất nhiều các phần tử nhỏ, đặc biệt là các điểm, đờng tròn, cung cong, các mặt phẳng và Profile 2 chiều, Profile 3 chiều. Qua phần mô tả hình học chi tiết gia công, APT sẽ căn cứ vào các phần tử hình học đã định nghĩa, để từ đó thiết lập đờng chạy dao, và quyết định trạng thái chuyển động của lỡi cắt. Phần hình học phải đợc định nghĩa trớc các lệnh thiết lập đờng chạy dao trong chơng trình APT. Mặc dù dạng xác định hình học biến đổi trong cấu trúc theo dạng hình học cơ bản đã đợc định nghĩa và thông tin chứa đựng trong câu lệnh có dạng chung nh sau: {Nhãn lệnh} Tên thực thể = Dạng thực thể/ thông tin về việc định nghĩa thực thể. Ví Dụ: C1 = CIRCLE/CENTER,P1,RADIUS,5 Nhãn lệnh là từ lựa chọn không bắt bụôc chỉ đợc sử dụng cho câu lệnh của vòng lặp hoặc tham chiếu trong chơng trình. Tên thực thể là tên ký hiệu cho thực thể hình học cần định nghĩa. Tên thực thể có thể bao gồm 6 ký tự, có thể bao gồm các ký tự chữ và các con số. Tên lệnh không đợc trùng với từ khoá trong APT. Để phân biệt ký tự với giá trị số, tên ký tự bắt đầu phải là một ký tự Alphabe. Trong APT để cung cấp thêm thông tin cho việc định nghĩa còn có các từ khoá chính và phụ chúng không đợc sử dụng nh tên lệnh khai báo dạng thực thể. Một tên lệnh đã đợc định nghĩa, nó có thể đợc tham chiếu trong các lệnh định nghĩa hình học hoặc các lệnh chạy dao. Sau đây là một vài ví dụ về tên đợc ký hiệu hợp lệ và không hợp lệ. Các ký hiệu hợp lệ: P1 PT1 L1 LIN1C1 PL1 Các dạng ký hiệu không hợp lệ. 5986: Không có ký tự chữ cái ở đầu. EXAMPLE: Vợt quá 6 ký tự POINT: Trùng với từ khoá trong APT. A4.45: Ký tự không hợp lệ. Có dấu chấm thập phân. Dấu bằng đợc sử dụng để gán một tên cho một thực thể hình học hoặc một Macro và có thể đợc sử dụng để gán trị số cho một biến nh trình bày trong VD: P1 = POINT/1,5,2 Gán tên P1 cho điểm (1,5,2) M1 = MACRO/X,Y,Z Gán tên M1 cho một hàm chơng trình. X = 10.0 Gán giá trị 10.0 cho biến X. Dạng thực thể là từ khoá lu giữ bên trong một bộ nhớ đợc sử dụng để chia ra kiểm thực thể hình học định nghĩa trong phần profile 2 chiều đơn giản, nó có thể là một trong các từ khoá sau: POINT, LINE, CIRCLE, và PLANE. Một số dạng thực thể đợc lu trữ trong bộ nhớ, phục vụ cho việc định nghĩa bề mặt 3 chiều trong APT đó là: CONE (Hình nón) CYLNDR (cylinder hình trụ) ELLIPS. (elipse Hình elíp) HYPER (hypebola -hypebol) LCONIC (loft conic- mặt cong nối tiếp) PARSRE: (parametric surface - bề mặt tham số) QADRIC (general quadric mặt toán học tổng quát) RLDSRE (ruled surface bề mặt kẻ) SPHERE (sphere- hình cầu) TABCYL (tabulade cylinder hình trụ có biến dạng đợc thành lập bởi thống kê điểm). Dờu gạch chéo (/) đợc sử dụng để phân cách từ khoá chính và dữ liệu theo sau nó, có thể cũng đợc sử dụng nh ký hiệu cho phép chia số học. Sự định nghĩa thực thể đa ra các thông tin cần thiết cho sự mô tả thực thể. Nó có thể là đơn giản là tập giá trị các con số, từ bổ nghĩa tham khảo cho các thực thể hình học phân biệt, từ khoá trong APT Có 4 dạng thực thể cơ bản là: Point, Line, Circle, và Plane. sẽ đợc đa ra trong chơng trình này. 2.2 Định nghĩa điểm. Một điểm đợc xem là một vị trí trong không gian và đợc xác định duy nhất bởi 3 kích thớc xác định trong hệ thống toạ độ vuông góc. Trong toán học, điểm có thể đợc định nghĩa bằng nhiều cách. Sau đây là phơng pháp định nghĩa điểm đợc đa ra trong phần này. 2.2.1 Theo hệ toạ độ vuông góc. Dạng câu lệnh để xác định một điểm dựa vào toạ độ vuông góc của nó nh sau: POINT/ Tọa độ X, toạ độ Y, toạ độ Z. Chú ý rằng khi toạ độ Z không đợc đa ra thì giá trị của nó đã đợc xác định bởi lệnh ZSURE đa ra trớc đó. Nếu lệnh ZSURE không đợc sử dụng thì giá trị toạ độ Z của điểm đó đợc gán bằng 0. Ví dụ: O Y Z P1(3,4,5) P2(6.5,5.7,0) X Hai điểm với ký hiệu P1, P2 đợc xác định trong hệ toạ độ vuông góc nh hình 2.1. Giá trị toạ độ của 3 điểm này là P1(3,4,5), P2(6.5,5.7). Lệnh định nghĩa hình học của 3 điểm này đợc đa ra nh sau: P1 = POINT/3,4,5 P2 = POINT/6.5,5.7,0 2.2.2 Theo hệ toạ độ cực. [...]... THRU,PP1, RADIUS,2.5 2.5 Định nghĩa mặt phẳng Mặt phẳng là bề mặt chứa đựng vô số các đờng thẳng nối bởi 2 điểm bất kỳ trên nó Mặt phẳng có thể đợc sử dụng nh bề mặt Part Drive hoặc Check trong quá trình thiết lập quá trình đờng chạy dao Sau đây là một vài câu lệnh phổ biến thờng đợc sử dụng để định nghĩa mặt phẳng 2.5.1 Mặt phẳng đợc định ra bởi ba điểm phân biệt không thẳng hàng Qua 3 điểm phân biệt không... bổ nghĩa vị trí: RIGHT và LEFT để chỉ ra vị trí tâm của đờng tròn cần định nghĩa so với đờng nối điểm cho trớc và tâm đờng tròn cho trớc Hớng quan sát (Viewing diection) dọc theo đờng thẳng vừa thiết lập từ điểm cho trớc với tâm đờng tròn cho trứơc xác định từ bổ nghĩa trực tiếp XLARGE, XSMALL, YLARGE, YSMALL để xác định vị trí tiếp xúc của đờng tròn mong muốn trong quan hệ với các vị trí khác có thể