Luận văn thạc sĩ: XÂY DỰNG POSTPROCESSOR CHO MÁY PHAY CNC 5 TRỤC DMU 50

Hiện nay, nhu cầu chế tạo các sản phẩm có kết cấu và hình dáng phức tạp ngày càng gia tăng, đặc biệt trong các ngành: Hàng không vũ trụ, chế tạo vũ khí, sản xuất ôtô, tàu thủy,… Để gia công các chi tiết phức tạp này, các tổ hợp CNC nhiều trục luôn là lựa chọn đem lại hiệu quả cao. Máy CNC 5 trục là loại máy công cụ điều khiển số có khả năng nội suy đồng thời 5 trục chuyển động vì vậy nó có khả năng gia công những chi tiết phức tạp với độ chính xác kích thước, hình dạng cao và năng suất cao. Về mặt công nghệ, gia công trên trung tâm gia công CNC 5 trục là công nghệ có tính tập trung nguyên công rất cao, linh hoạt, hiệu suất khai thác máy lớn, và năng suất sản phẩm vượt trội.Các chương trình gia công trên máy CNC ngày càng được chuẩn hóa và có thể được tạo lập tự động nhờ công cụ CADCAM.Do có mối liên hệ chặt chẽ giữa việc tạo lập bản vẽ thiết kế và lập chương trình gia công CNC, CAD và CAM thường đi kèm với nhau trong các gói phần mềm được gọi là các hệ thống CADCAM. Một số hệ thống CADCAM điển hình hiện nay như MasterCAM, Catia, Pro Engineer, Delcam, Cimaton...Phương pháp sử dụng CADCAM để xuất chương trình gia công một cách tự động đã và đang được coi là phương pháp hiệu quả nhất. Đặc biệt là trường hợp gia công trên máy CNC nhiều trục (từ 4 trục trở lên).Các phần mềm CAM là phần mềm máy tính chuyên dùng có nhiệm vụ cung cấp chương trình điều khiển các thiết bị sản xuất, trước hết là các máy CNC (chương trình NC). Yêu cầu cơ bản đối với một chương trình NC là phải hoàn toàn tương thích với máy mà nó phục vụ, xét cả về ngôn ngữ lẫn cấu trúc, tính năng của máy.Các phần mềm CAM thương mại phải có 2 chức năng: Chức năng xử lý hình học và công nghệ chung, là chức năng cơ bản và do môđun cơ sở gọi là Processor thực hiện. Chức năng thứ 2 (hậu xử lý) đảm bảo chương trình NC tương thích với máy CNC cụ thể, do một môđun gọi là Postprocessor thực hiện.Postprocessor là một môđun đặc biệt của phần mềm CAM vạn năng, giữ vai trò giao diện hay cầu nối giữa CAM và CNC.Postprocessor hoặc là duy nhất đối với một tổ hợp máy CNC và bộ điều khiển hoặc nó được tổng quát hoá cho cả một dòng máy CNC nào đó. Trước đây các bộ Postprocessor thường được viết bằng ngôn ngữ lập trình FORTRAN, nhưng ngày nay bất kỳ ngôn ngữ lập trình nào cũng có thể được sử dụng cho mục đích này. Tuy nhiên ngôn ngữ Pascal và ngôn nhữ C là phổ dụng nhất. Các bộ Postprocessor thường thường bao gồm khoảng từ 1000 đến 5000 dòng lệnh, chủ yếu là các câu lệnh xử lý dữ liệu (phần tính toán số thường là khá nhỏ). Những nỗ lực bỏ ra khi viết một bộ Postprocessor thường trong phạm vi khoảng từ ba đến sáu tháng, đối với các dạng máy CNC đơn giản, còn đối với các máy CNC nhiều trục thì khoảng chừng một năm.Các phần mềm CADCAM có đầy đủ chức năng rất đắt (cỡ vài chục ngàn đến hàng trăm ngàn USD), có khi đắt hơn cả máy CNC, nhưng chỉ đảm bảo chức năng xử lý. Nhờ có bộ hậu xử lý mà người ta dùng chung được các phần mềm CADCAM đắt tiền cho nhiều máy CNC. Giải pháp sử dụng Postprocessor mang lại hiệu quả kinh tế và tiện ích sử dụng lớn cho các phần mềm CADCAM.Các bộ hậu xử lý thường do các nhà sản xuất phần mềm CAM cung cấp theo đặt hàng riêng của các nhà sản xuất, hoặc đôi khi do chính người sử dụng máy CNC. Tuy nhiên, có nhiều lý do dẫn đến việc các cơ sở sử dụng máy phải tự tạo Postprocessor cho riêng mình. Ngoài ra việc sử dựng các bộ postprocessor không chuẩn xác còn dẫn đến làm hư hỏng máy có thể gây thiệt hại lớn đến người sử dụng máy, vì máy CNC 5 trục rất đắt tiền. Từ những yêu cầu thực tế trên, việc tạo ra bộ postprocessor không những mang lại hiệu qua kinh tế mà còn đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật công nghệ.Do vậy, lựa chọn thực hiện luận văn này: “Xây dựng Postprocessor cho máy phay CNC 5 trục DMU50”.

MỤC LỤC

BẢN CAM ĐOAN i

TÓM TẮT LUẬN VĂN iv

DANH MỤC HÌNH VẼ v

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vii

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục đích của luận văn 3

3 Phạm vi nghiên cứu 3

4 Bố cục luận văn 3

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 5 TRỤC VÀ POSTPROCESSOR CHO MÁY CNC 5 TRỤC 4

1.1 Tổng quan về máy CNC 5 trục 4

1.1.1 Hệ trục tọa độ trên máy CNC 5 trục 4

1.1.2 Cấu hình máy CNC 5 trục 5

1.1.3 Lập trình gia công trên máy CNC 5 trục 8

1.1.4 Ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng của máy CNC 5 trục 11

1.2 Postprocesor cho máy 5 trục 14

1.2.1 Giới thiệu chung 14

1.2.2 Chức năng của Postprocessor 16

1.2.3 Các bài toán trong Postprocessor 17

1.2.4 Các phương pháp xây dựng bộ Postprocessor 19

1.2.5 Công cụ tạo Postprocessor của phần mềm SolidCAM 20

Chương 2 TẠO BỘ POSTPROCESSOR TRÊN CƠ SỞ PHẦN MỀM SOLIDCAM 21

2.1 Giới thiệu chung về phần mềm SolidCAM 22

2.1.1 Các tính năng nổi bật của phần mềm SolidCAM 22

2.2 Chức năng của phần mềm SolidCAM 29

2.2.1 Các chiến lược gia công đồng thời 5 trục 29

2.2.2 Công cụ GPPTool của SolidCAM 34

2.3 Tính toán động học ngược cho máy DMU50 36

2.3.1 Động học thuận và động học ngược 36

2.3.2 Máy DMU50 36

2.3.3 Động học thuận 40

2.3.4 Động học ngược 46

2.4 Tạo postprocessor trên phần mềm SolidCAM 49

2.4.1 Xây dựng tập tin [machine.PRP] 49

2.4.2 Tạo tập tin [machine.VMID] 55

2.4.3 Xây dựng tập tin [machine.GPP] 63

Chương 3 LẬP TRÌNH VÀ GIA CÔNG THỬ NGHIỆM TRÊN MÁY CNC 5 TRỤC DMU-5072 3.1 Mô hình hóa chi tiết cần gia công 72

3.2 Lập quy trình công nghệ 74

3.2.1 Phân tích chi tiết gia công 74

3.2.2 Lựa chọn phôi chế tạo phôi 74

3.2.3.Thiết kế tiến trình công nghệ 75

3.2.5 Xác định lượng dư gia công 75

3.2.6 Thiết kế các nguyên công 76

3.3 Lập trình gia công và tính toán đường chạy dao 77

3.3.1 Nguyên công 1 77

3.3.2 Nguyên công 2 78

3.4 Mô phỏng, kiểm tra quá trình gia công và xuất chương trình trên phần mềm SolidCAM 86

3.5 Thực hiện gia công trên máy CNC 89

3.5.1 Thực hiện nguyên công 1 trên máy tiện COMPACT 330 89

3.5.2 Thực hiện nguyên công 2 trên máy phay DMU-50 90

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92

1 Kết luận 92

2 Kiến nghị 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

PHỤ LỤC 95

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1: Hệ trục tọa độ trên máy CNC 4

Hình 2.2: Máy 5 trục với 2 trục quay được bố trí trên trục chính 6

Hình 2.3: Máy 5 trục với 2 trục quay được bố trí trên bàn máy 7

Hình 2.4: Máy 5 trục với 1 trục quay trên bàn máy và 1 trục quay trên trục chính 8

Hình 2.5: Các bước lập trình gia công với trợ giúp của hệ thống CAM 11

Hình 2.6: Một số sản phẩm gia công trên máy CNC 5 trục 13

Hình 2.7: Vai trò và vị trí của postprocessor trong hệ thống CAD/CAM/CNC 14

Hình 2.8:Sai số Toolpath phi tuyến 19

Hình 3.1: Quy trình lập trình gia công và tạo chương trình NC trên SolidCAM 26

Hình 3.2: Chiến lược gia công Parallel cuts 29

Hình 3.3: Chiến lược gia công Parallel to curves 30

Hình 3.4: Chiến lược gia công Parallel to surface 31

Hình 3.5: Chiến lược gia công Perpendicular to curve 31

Hình 3.6: Chiến lược gia công Morph between two boundary curves 32

Hình 3.7: Chiến lược gia công Morph between two adjacent surfaces 32

Hình 3.8: Chiến lược gia công Projection 33

Hình 3.9: Các kỹ thuật gia công trên máy 5 trục 33

Hình 3.10: Giao diện Machine Id Editor 36

Hình 3.11: Máy phay DMU50 37

Hình 3.12: Sơ đồ chuỗi động học của máy DMU50 38

Hình 3.13: Mô hình 3D của máy DMU-50 39

Hình 3.14: Hình 2D của bàn máy và trục chính 40

Hình 3.15: Giao diện công cụ Machine Id Editor 55

Hình 3.16: Các thông số ban đầu của máy 56

Hình 3.17: Các thông số trục chính của máy 56

Hình 3.18: Thêm trục X 57

Hình 3.19: Các thông số của trục X 58

Hình 3.20: Các thông số của trục Y 59

Hình 3.21: Các thông số của trục Z 60

Hình 3.22: Các thông số của trục B 61

Hình 3.23: Các thông số của trục C 62

Hình 3.24: Xác định thứ tự các trục 62

Hình 3.25: Cấu hình của máy DMU 50 62

Hình 3.26: NC được tạo bởi thủ tục line_5x 68

Hình 3.27: G-code được tạo bởi thủ tục move _5x 70

Hình 3.28: Một đoạn chương trình NC hoàn chỉnh 70

Hình 4.2: Biên dạng của bánh răng 72

Hình 4.3: Đường côn xoắn 73

Hình 4.4: Tạo các răng trên bề mặt côn 73

Hình 4.5: Chi tiết hoàn chỉnh 74

Hình 4.6: Kích thước phôi 75

Hình 4.6: Tiện biên dạng 77

Hình 4.7: Lựa chọn chi tiết để lập trình gia công 78

Hình 4.8: Định nghĩa các tham số ban đầu 79

Hình 4.9: Định nghĩa các tham số hình học 79

Hình 4.10: Định nghĩa các tham số dao 80

Hình 4.11: Định nghĩa các tham số mức gia công 80

Hình 4.12: Định nghĩa các tham số công nghệ 81

Hình 4.13: Định nghĩa hệ tọa độ gia công 82

Hình 4.15: Định nghĩa các tham số daol 83

Hình 4.16: Xác định các thông số mức gia công 83

Hình 4.17: Lựa chọn các tham số đường chạy dao 84

Hình 4.19: Định nghĩa các tham số góc trục của dao 85

Hình 4.20: Đường chạy dao 85

Hình 4.21: Các chế độ mô phỏng 86

Hình 4.22: Các bảng thông báo trạng thái của quá trình gia công 87

Hình 4.23: Xuất mã NC 87

Hình 4.25: Gia công trên máy tiện 89

Hình 4.26: Chi tiết sau nguyên công 1 89

Hình 4.27: Phay thô 90

Hình 4.28: Phay tinh 90

Hình 4.29: Sản phẩm 91

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

CAD Computer Aided Drawing (Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính) CAM Computer Aided Manufacturing (Sản xuất có sự trợ giúp của máy tính) CNC Computer Numberical Control (Điều khiển số tích hợp máy tính)

NC Numberical Control (Điều khiển số)

Các chương trình gia công trên máy CNC ngày càng được chuẩn hóa

và có thể được tạo lập tự động nhờ công cụ CAD/CAM

Do có mối liên hệ chặt chẽ giữa việc tạo lập bản vẽ thiết kế và lậpchương trình gia công CNC, CAD và CAM thường đi kèm với nhau trong cácgói phần mềm được gọi là các hệ thống CAD/CAM Một số hệ thốngCAD/CAM điển hình hiện nay như MasterCAM, Catia, Pro/ Engineer,Delcam, Cimaton

Phương pháp sử dụng CAD/CAM để xuất chương trình gia công mộtcách tự động đã và đang được coi là phương pháp hiệu quả nhất Đặc biệt làtrường hợp gia công trên máy CNC nhiều trục (từ 4 trục trở lên)

Các phần mềm CAM là phần mềm máy tính chuyên dùng có nhiệm vụcung cấp chương trình điều khiển các thiết bị sản xuất, trước hết là các máyCNC (chương trình NC) Yêu cầu cơ bản đối với một chương trình NC là phảihoàn toàn tương thích với máy mà nó phục vụ, xét cả về ngôn ngữ lẫn cấutrúc, tính năng của máy

Các phần mềm CAM thương mại phải có 2 chức năng:

- Chức năng xử lý hình học và công nghệ chung, là chức năng cơ bản

và do mô-đun cơ sở gọi là Processor thực hiện

- Chức năng thứ 2 (hậu xử lý) đảm bảo chương trình NC tương thíchvới máy CNC cụ thể, do một mô-đun gọi là Postprocessor thực hiện

Postprocessor là một mô-đun đặc biệt của phần mềm CAM vạn năng,giữ vai trò giao diện hay cầu nối giữa CAM và CNC

Postprocessor hoặc là duy nhất đối với một tổ hợp máy CNC và bộ điềukhiển hoặc nó được tổng quát hoá cho cả một dòng máy CNC nào đó Trướcđây các bộ Postprocessor thường được viết bằng ngôn ngữ lập trìnhFORTRAN, nhưng ngày nay bất kỳ ngôn ngữ lập trình nào cũng có thể được

sử dụng cho mục đích này Tuy nhiên ngôn ngữ Pascal và ngôn nhữ C là phổdụng nhất Các bộ Postprocessor thường thường bao gồm khoảng từ 1000 đến

5000 dòng lệnh, chủ yếu là các câu lệnh xử lý dữ liệu (phần tính toán sốthường là khá nhỏ) Những nỗ lực bỏ ra khi viết một bộ Postprocessor thườngtrong phạm vi khoảng từ ba đến sáu tháng, đối với các dạng máy CNC đơngiản, còn đối với các máy CNC nhiều trục thì khoảng chừng một năm

Các phần mềm CAD/CAM có đầy đủ chức năng rất đắt (cỡ vài chụcngàn đến hàng trăm ngàn USD), có khi đắt hơn cả máy CNC, nhưng chỉ đảmbảo chức năng xử lý Nhờ có bộ hậu xử lý mà người ta dùng chung được cácphần mềm CAD/CAM đắt tiền cho nhiều máy CNC Giải pháp sử dụngPostprocessor mang lại hiệu quả kinh tế và tiện ích sử dụng lớn cho các phầnmềm CAD/CAM

Các bộ hậu xử lý thường do các nhà sản xuất phần mềm CAM cung cấptheo đặt hàng riêng của các nhà sản xuất, hoặc đôi khi do chính người sử dụngmáy CNC Tuy nhiên, có nhiều lý do dẫn đến việc các cơ sở sử dụng máyphải tự tạo Postprocessor cho riêng mình

Ngoài ra việc sử dựng các bộ postprocessor không chuẩn xác còn dẫnđến làm hư hỏng máy có thể gây thiệt hại lớn đến người sử dụng máy, vì máyCNC 5 trục rất đắt tiền Từ những yêu cầu thực tế trên, việc tạo ra bộpostprocessor không những mang lại hiệu qua kinh tế mà còn đáp ứng đượccác yêu cầu kỹ thuật công nghệ.

Do vậy, lựa chọn thực hiện luận văn này: “Xây dựng Postprocessor chomáy phay CNC 5 trục DMU-50”

2 Mục đích của luận văn

Mục đích của luận văn là:

- Xây dựng bộ postprocessor cho máy CNC 5 trục DMU 50 tại trường

ĐH Công nghệ GTVT dựa trên cơ sở phần mềm SolidCAM

3 Phạm vi nghiên cứu

Trong khuân khổ luận văn, tôi tập trung giải quyết một số nội dung sau:

- Phần lý thuyết trình bày áp dụng cho các loại máy phay CNC 5 trục

- Áp dụng xây dựng bộ Postprocessor cho một cấu hình máy CNC 5trục cụ thể (Máy DMU50 tại trường ĐH Công nghệ GTVT)

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 5 TRỤC VÀ POSTPROCESSOR CHO

MÁY CNC 5 TRỤC 1.1 Tổng quan về máy CNC 5 trục

1.1.1 Hệ trục tọa độ trên máy CNC 5 trục

Các trục trên máy CNC cho phép xác định chiều chuyển độngcủa cơ cấu máy và dụng cu cắt Chúng được xác định như sau:

Hình 2.1: Hệ trục tọa độ trên máy CNC

Trục Z: trục Z có phương trùng với phương của trục chính của máychiều dương là chiều khi dao tiến ra xa chi tiết

Trục X: Trục X là trục nằm trên mặt bàn máy và chiều dương hướngsang bên phải nếu nhìn từ trục chính vào chi tiết

Trục Y: Sau khi xác định được các trục X, Z ta xác định trục Y theoquy tắc bàn tay phải (ngón tay trỏ chỉ chiều dương của trục Y)

Các trục quay quanh các trục X,Y,Z được ký hiệu là A,B,C Chiều quaydương được xác định theo quy tắc bàn tay phải

Các tổ hợp máy CNC có khá nhiều cấu hình khác nhau Dựa vào cách

bố trí các trục quay của máy có thể phân loại được máy CNC 5 trục

1.1.2 Cấu hình máy CNC 5 trục

Dựa vào cách bố trí các trục quay, người ta phân chia máy phay 5 trục

ra làm 3 loại như sau:

a) Máy 5 trục với 2 trục quay được bố trí trên trục chính( Head/Head)

Loại máy này tất cả các chuyển động quay, xoay đều ở trên đầu trụcchính những máy này có thể là máy phay đứng hoặc máy phay ngang

*) Ưu điểm

- Gia công các phôi có kích thước và trọng lượng lớn

- Khi thay đổi vị trí của điểm zero chỉ phải thực hiện phép dịch đơngiản, tọa độ chuyển đổi phụ thuộc vào chiều dài của dao

Hình 2.2: Máy 5 trục với 2 trục quay được bố trí trên trục chính

b) Máy 5 trục với 2 trục quay được bố trí trên bàn máy (Table/Table)

Cấu hình Table/Table có thể là máy phay đứng hoặc may phay ngangtất cả các chuyển động quay được thực hiện trên bàn máy ngoại trừ trụcchính

*) Ưu điểm

- Trục dụng cụ trong quá trính gia công luôn song song với trục Z củamáy Do vậy chu trình khoan có thể được thực hiện dọc theo trục Z của máy.Các chu trình gia công trên các hướng nghiêng so với phôi luôn thực hiệntrong mặt phẳng XY của máy có thể được thực hiện trong chế độ gia công 3trục đơn giản

- Chiều dài của dao có thể thay đổi mà không cần tạo lại chương trìnhgia công

*) Nhược điểm

- Kích thước phôi giới hạn.

- Không gian làm việc thường nhỏ hơn so với máy 3 trục

- Khi thay đổi điểm zero thì bộ hậu xử lý (postprocessor) buộc phải tínhtoán lại từ đầu để tạo ra chương trình tương ứng

Hình 2.3: Máy 5 trục với 2 trục quay được bố trí trên bàn máy

c)Máy 5 trục với 1 trục quay trên trục chính và 1 trục quay trên bàn máy (Head/Table)

Loại máy Head/Table có hầu hết các khả năng của máy 2 loại trên cóthể gia công được chi tiết lớn và nặng nhờ bàn máy có giá đỡ chắc chắn vàquay quanh trục của chính nó

Hình 2.4: Máy 5 trục với 1 trục quay trên bàn máy và 1 trục quay trên trục

Bước 1: Xác định trình tự gia công

Việc xác định tiến trình gia công phải được cấu trúc hóa cho chươngtrình gia công được tạo ra Người lập trình xác định trình tự gia công dựa trênbản vẽ chế tạo Ngoài ra phải xác định phương án kẹp cần thiết và thiết bị kẹp

sử dụng cho phương án kẹp cũng như từng bước gia công trong trình tự giacông

Bước 2: Xác định các dụng cụ cắt cần thiết

Người lập trình xác định dụng cụ cắt cần thiết cho từng bước gia công.Dụng cụ cắt được lựa chọn từ ngân hàng dụng cụ cắt

Bước 3: Tính toán thông số công nghệ

Thông số chế độ cắt có liên quan đến vật liệu gia công và dụng cụ cắtphải được xác định cho từng bước gia công

Bước 4: Tính toán thống số hình học

Bản vẽ thiết kế chế tạo được gắn vào một hệ trục tọa độ Các tọa độcần thiết cho chương trình gia công được lấy từ bản vẽ chế tạo hoặc phải đượctính toán thêm từ các tọa độ đã biết

Bước 5: Thiết lập chương trình gia công cho từng bước gia công

Với sự hỗ trợ của các thông số hình học và thông số công nghệ đã đượcxác định ở các bước trên, từng lệnh lập trình được thiết lập

Bước 6: Kiểm tra chương trình NC

Các chuyển động dịch chuyển được mô phỏng trên máy công cụ CNC

để kiểm tra và phát hiện các lỗi của chương trình

Ngày nay, trên các tổ hợp gia công hiện đại, các bộ điều khiển còncung cấp các công cụ soạn thảo (edition tools), giao diện (interface), trợ giúp(help) để hỗ trợ lập trình bằng tay (lập trình trực tiếp trên máy) Đối với máyCNC 5 trục, việc lập trình bằng tay rất khó khăn, thường chỉ áp dụng cho chitiết đơn giản

b) Lập trình tự động

Từ cơ sở CAD: Vẽ và thiết kế trên máy tính, người ta đã đưa vào một

hệ thống biên dịch trợ giúp cho quá trình lập trình, sau khi đã thiết kế xongchi tiết, người ta có thể lựa chọn quy trình công nghệ gia công và cách thứcgia công (Như chiến lược chạy dao, cắt thô, cắt bán tinh hay cắt tinh và cáckiểu ăn dao…) và từ kiểu được lựa chọn đó máy tính sẽ thông qua bộ tiền xử

lý (Preprocessor) xác định một chương trình gia công thích hợp dưới dạng mô

tả các quá trình dịch chuyển dụng cụ và các chế độ công nghệ tương ứng.Công việc tiếp theo là mã hóa chương trình gia công trên do bộ hậu xử lý(Postprocessor) theo mã của hệ thống điều khiển số tương thích được lắp trênmáy để cho ra chương trình gia công thích hợp với ngôn ngữ máy Kỹ thuật

đó gọi là CAM Hiện nay, các phần mềm CAD/CAM càng ngày càng mạnhhơn và có nhiều chức năng hơn cũng như giá thành ngày càng rẻ hơn và đãcho phép người sử dụng rất thuận lợi trong quá trình lập chương trình giacông

Quá trình tạo chương trình gia công trên máy CNC với sự trợ giúp củamáy tính được thể hiện thực hiện qua các bước như sau:

- Bước 1: Hình dạng hình học được phác thảo với sự trợ giúp của cácphần mềm CAD

- Bước 2: Từ các hình dạng hình học đã có người lập trình sử dụngphần mềm CAM để thiết lập các chiến lược chạy dao phù hợp Kết quả là dữliệu đường chạy dao (toolpath) theo định dạng chung được tạo lập Tập tinnày gọi là CL-File, CL-File chứa dữ liệu mô tả đường chạy dao mà dụng cụ

sẽ phải chuyển động theo khi gia công tạo hình Với mọi thời điểm các giá trị XYZ là vị trí của mũi dao (Tooltip) và cosin chỉ phương IJK của trục dụng cụ.Bên cạnh đó, CL-File cũng chứa các thông tin về công nghệ, như tốc độ trụcchính và lượng tiến dao

Hình 2.5: Các bước lập trình gia công với trợ giúp của hệ thống CAM

- Bước 3: Biến đổi CL-File sang chương trình NC cho máy CNC cụ thểnào đó Quá trình này hầu hết được thực hiện bởi một chương trình đặc biệtđược gọi là chương trình hậu xử lý

CNC 5 trục yêu cầu các giá trị tọa độ điều khiển các trục bao gồm X,

Y, Z, B, C Từ các giá trị cosin chỉ phương i, j, k và vị trí mũi dao x, y, z thuđược trong CL-File được sử dụng để biến đổi thành các giá trị tọa độ điềukhiển trục X, Y, Z, B C Quá trình tính toán này phụ thuộc vào cấu hình độnghọc của máy Sự đa dạng về cấu hình CNC 5 trục đòi hỏi sự phát triển của các

bộ Postprocesor phù hợp với từng máy cụ thể

- Bước 4: Là thực hiện chương trình gia công, dữ liệu được gửi trựctiếp từ máy tính tới máy CNC Mô phỏng và kiểm soát va chạm các chươngtrình CNC 5 trục trên các phần mềm hệ thống CAD/CAM hỗ trợ lập trìnhCNC 5 trục

1.1.4 Ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng của máy CNC 5 trục

Máy CNC 5 trục có nhiều ưu điểm hơn so với máy 3 trục

- Tăng độ chính xác.

Mỗi khi gá đặt lại phôi hoặc quá trình thiết lập tạo ra các sai lệch Từsai lệch đó tạo ra các lỗi (xếp chồng lên nhau) giữa các bề mặt gia công Việc

sử dụng máy 5 trục, cho phép chuyển động chính xác, tăng độ cứng vững, tốc

độ cắt cao cùng với nhiều cách thức gia công khác nhau có thể được thựchiện

- Giảm công việc gá đặt

Một lý do quan trọng để sử dụng máy 5 trục là để giảm thời gian gá đặtchi tiết Việc sử bộ đồ gá đặt cho các nguyên công thứ cấp là rất tốn kém vàmất thời gian Hầu hết các chi tiết có thể được sản xuất bởi một hoặc hai lần

gá, loại bỏ việc phải thêm các bộ gá đặt và thời gian

- Chất lượng bề mặt hoàn thiện tốt hơn

Sử dụng dao ngắn sẽ giảm thiểu độ rung và sản xuất thông suốt, chính xác Bằngviệc có thể thay đổi được góc của dao, phôi có thể được gia công ở một khu vựccắt mong muốn, nó sẽ không chỉ cải thiện bề mặt và có tính lặp lại, mà cũng sẽ cảithiện đáng kể tuổi thọ của dao

- Mở ra các khả năng gia công mới

Một số chi tiết không thể gia công trên máy 3 trục, một số chi tiết khácthi phải mất quá nhiều lần gá đặt để gia công được trên máy 3 trục Việcchuyển động đồng thời các trục mở ra khả năng gia công mới, có thể gia côngđược các chi tiết có độ phức tạp về hình học đòi hỏi độ chính xác cao

Việc sử dụng dao phay đầu phẳng để gia công mặt cong sẽ giảm thờigian cắt rất nhiều Các chi tiết có thể được gia công chính xác bằng việc lựachọn hợp lý góc định hướng tương đối giữa phôi và máy khi gá đặt và bằngviệc lựa chọn phương pháp gia công đúng đắn

Tuy nhiên có một vài nhược điểm như sau:

- Giá máy CNC 5 trục cao

- Cần bộ điều khiển CNC đủ mạnh.

- Việc thêm trục quay là nguyên nhân của việc gia tăng thêm sai số vịtrí

- Tốc độ cắt cao hơn với cùng lượng tiến dao

- Việc lập trình chỉ có thể thực hiện được với sự hỗ trợ của hệ thốngcác công cụ lập trình

Hiện nay, lập trình gia công trên máy CNC 5 trục vẫn vô cùng phứctạp Mô phỏng gia công, vận hành và phát hiện va chạm vẫn còn là các vấn đềrất khó Khi mua máy CNC 5 trục cần phải tiến hành nghiên cứu kỹ lưỡngphạm vi của sản phẩm cần phải gia công Bởi vì cấu trúc của mỗi một nhómmáy CNC 5 trục cụ thể chỉ phù hợp nhất với một dải sản phẩm cần gia công

cụ thể náo đó Chẳng hạn các máy có bàn quay rất phù hợp để gia công cácphôi tròn xoay như máy ép Tuy nhiên đối với việc sản xuất các kết cấu lớntrong công nghiệp khí động lực học, thì kiểu máy có một trục quay trên trụcchính thường được ưa thích hơn

CNC 5 trục ứng dụng để gia công các chi tiết phức tạp Một số chi tiếtgia công đặc trưng bằng máy CNC 5 trục trong hình 2.6

Hình 2.6: Một số sản phẩm gia công trên máy CNC 5 trục

1.2 Postprocesor cho máy 5 trục

1.2.1 Giới thiệu chung

Hệ thống CAD / CAM tạo ra véc tơ theo những đường dẫn 3D Mỗivéc tơ bao gồm hai thành phần i, j, k thể hiện cho hướng của dao và x, y, z thểhiện vị trí 3D của tâm mũi dao Mỗi vector được đại diện bởi một dòng mãlệnh trong file CL_data, và độ phân giải của các vectơ có thể phụ thuộc vàohoặc là việc thiết lập, hoặc bằng cách xác định sự thay đổi góc tối thiểu, hoặckhoảng cách tuyến tính hóa thông tin này được viết bằng một ngôn ngữchung (trong file CL_data) Tùy thuộc vào hệ thống CAD/CAM, các mã trongfile CL_data có thể là ngôn ngữ APT, CLS, NCI, hoặc ngôn ngữ khác Bộđiều khiển máy công cụ không hiểu và không sử dụng được những ngôn ngữchung này

Hình 2.7: Vai trò và vị trí của postprocessor trong hệ thống CAD/CAM/CNC

Các ngôn ngữ chung đó phải được dịch sang một ngôn ngữ để máy cóthể đọc được, quá trình đó được gọi là postprocessing Một bộ hâu xử lý sẽtính toán dựa trên cấu hình động học của máy và dữ liệu từ ngôn ngữ chung

để tính toán ra các mã điều khiển Mã này, lần lượt sẽ điều chỉnh chuyển độngcác trục của máy để gia công chi tiết Mỗi postprocessor sẽ cần thiết cho mộtloại máy đa trục cụ thể nào đó.

Postprocessor được sây dựng với các khả năng thông minh hơn để pháthiện giới hạn quay, tự động hạn chế và định vị lại các trục máy Các chuyểnđộng quay được điều chỉnh độ nghiêng dựa trên cách bố trí để phù hợp với vịtrí gia công Postprocessor sẽ tính toán để tránh, hoặc đưa ra cảnh báo nhữngvới những vị trí bất ổn, và chúng có thể đưa ra chuyển động quay nhanh hơn

để kiểm soát tốt hơn hướng các vấn đề chuyển động của máy

Luôn có hai cặp góc khi một bộ postprocessor xác định hướng của daodựa trên mô hình động học của máy 5 trục Bộ postprocessor lựa chọn cặpgóc phù hợp Ví dụ như vị trí hiện tại là X Y Z B + 30.000 C+0.000 vềmặt lý thuyết, dao cụ cũng có thể gia công ở vị trí này tại X Y Z B-30.000C+180.000, nhưng trong thực tế có thể sẽ không thực hiện được bởi vì có thểchi tiết sẽ bị khuất từ hướng đằng trước và chỉ có thể được thực hiện từ hướngđằng sau khi thiết bị quay, cũng có thể không có đủ hành trình của trục X trênmột máy nào đó

Lựa chọn vị trí 5 trục tốt nhất là nhiệm vụ của người tạo ra bộpostprocessor Một nhiệm vụ khác của người tạo ra bộ postprocessor là giảiquyết các vấn đề bất ổn trong thiết lập 5 trục Các bộ postprocessor sẽ tạo rachuyển động lùi dọc theo trục của dao trong các tình huống để đảm bảo antoàn Bộ postprocessor tốt sẽ tránh lùi dao thất thường và tái định vị nhanh

Nhiều xử lý chuyển độ an toàn giữa hai hoạt động gia công liên tiếp vớipostprocessor Các điều khiển rút dao vào một khu vực an toàn, và một máy 5trục định vị lại cho hoạt động tiếp theo Thay vì chỉ đơn giản là rút lại đến vịtrí gốc máy, vùng an toàn (hộp, bán cầu, hình trụ) có thể được sử dụng đểthực hiện rút dao lại một cách hiệu quả Hãy nhớ rằng một đường chạy dao

hiệu quả không phải là chuyển động thất thường và chuyển động không cầnthiết nó chỉ rút dao ra khỏi phôi để tạo một khoảng cách an toàn tối thiểu,trong khi duy trì tất cả các trục máy ở vị trí tối ưu.

1.2.2 Chức năng của Postprocessor

1) Đọc dữ liệu CL được bộ xử lý kết quả chung hoặc hệ thốngCAD/CAM đưa ra

2) Chuyển đổi sang hệ toạ độ máy

3) Chuyển đổi sang dạng toạ độ tuyệt đối hoặc tương đối

4) Kiểm tra các giới hạn của máy

- Giới hạn dịch chuyển của các trục

- Sự tương quan giữa dao cụ, phôi và máy

- Lượng tiến dao và tốc độ trục chính cho phép

- Các chức năng khác của máy:

+ Trơn nguôi

+ Thay dao

+ Thay phôi

+ Đo kiểm

5) Tính toán lượng tiến dao và tốc độ trục chính

6) Tính toán các lệnh dịch chuyển kể đến máy và bộ điều khiển

7) Tính toán nội suy

8) Đưa ra chương trình CNC theo đúng định dạng

9) Đưa ra các trợ giúp cho người lập trình

10) Đưa ra các chẩn đoán trong trường hợp bị lỗi

11) Các nhiệm vụ khác như:

- Tính toán thời gian gia công cho chi tiết

- Yêu cầu bộ nhớ cho chương trình

- Các chi phí

- Các mẫu yêu cầu, v.v.

Các bộ Postprocessor là thành phần cần thiết và quan trọng của các hệCAM nói chung Mặc dù nó rất nhỏ bé so với bộ xử lý chung đưa ra dữ liệu

CL, song chi phí phát triển chúng có thể rất cao Đáng chú ý là mỗi tổ hợpCNC với bộ điều khiển và máy tính yêu cầu một bộ Postprocessor riêng hoặc

ít nhất một bộ Postprocessor được mô-đi-phê Với một số lượng lớn các bộPostprocessor đã được phát triển cho đến nay, chắc chắn phải có những cógắng vượt bậc để vượt qua những khó khăn như:

- Sự đa dạng trong ứng dụng thực tiễn của các máy CNC

- Thiếu tiêu chuẩn hoá giữa các bộ điều khiển

- Thiếu tiêu chuẩn hoá trong thiết kế các bộ Postprocessor

1.2.3 Các bài toán trong Postprocessor

a Động lực học máy CNC

Đối với các hệ điều khiển theo dạng đường liên tục bộ postprocessorphải tính đến động lực học của chuyển động để tránh sai số vị trí

b Sự thay đổi vận tốc quĩ đạo

Các Servo sử dụng trong các máy CNC cũng có các sai số do trễ vậntốc Nếu quĩ đạo chạy dao là tuyến tính hoặc cung tròn bán kính lớn, và đápứng của các Servo là như nhau, thì các sai số này là không đáng kể Các sai số

tỷ lệ thuận với vận tốc

c Duy trì tốc độ cắt không đổi cho các máy tiện CNC

Để thu được tốc độ cắt không đổi, Postprocessor phải chia nhỏ quĩ đạodao, sau đó sẽ tính toán tốc độ trục chính, lượng tiến dao tương ứng với cácđoạn quĩ đạo

d Phép biến đổi hình học đối với các máy CNC nhiều trục

Trong quá trình sinh ra đường chạy dao (toolpath generation), trên cácmáy CNC nhiều trục đòi hỏi một quá trình xử lý tính toán sự định vị của trụcdụng cụ (tool axis orientations) Trong trường hợp này, quá trình tính toánchung sẽ sinh ra dữ liệu CL, trong đó mỗi bản ghi của dữ liệu này chứa đựngthông tin theo dạng X Y Z I J K Các giá trị X Y Z là giá trị tọa độ của cácđiểm mũi dao trên quĩ đạo chạy dao trong hệ tọa độ phôi, và các giá trị I J K

là các côsin chỉ phương của véc tơ trục dụng cụ tương ứng với các vị trí củadao kể trên trong cùng một hệ tọa độ Do vậy, các bộ Postprocessor cho cácmáy CNC nhiều trục phải có khả năng chuyển đổi các giá trị X Y Z I J K của

CL data sang các dịch chuyển của các trục của mỗi máy CNC có cấu hình cụthể

e) Bài toán phi tuyến trong chế độ gia công nhiều trục

Khi yêu cầu tái định vị trục dụng cụ, thì cần thiết phải dịch chuyển cáctâm quay trong khi quay một hoặc cả hai trục quay một cách đồng thời Nếucác dịch chuyển tịnh tiến và dịch chuyển góc này là có ở trong cùng một câulệnh gia công trong bộ điều khiển CNC, thì các dịch chuyển tuyến tính vàdịch chuyển góc sẽ đồng thời diễn ra theo gia số thời gian Kết quả là, quĩ đạocủa điểm mũi dao sẽ tuân theo một đường cong nào đó có quan hệ với phôigia công Việc hiệu chỉnh sai lệnh giữa các đường cong này và các đoạn tuyếntính như mô tả trong CL data là trách nhiệm của phần Postprocessor Trongthực tế, các bộ Postprocessor hiện hành mới chỉ đảm bảo được rằng sai lệchcủa quĩ đạo thực của điểm mũi dao nằm trong giới hạn có thể nào đó so vớiquĩ đạo mong muốn

Hình 2.8:Sai số Toolpath phi tuyến

Lẽ tự nhiên, quĩ đạo phi tuyến của điểm mũi dao luôn có nhu cầu đượctuyến tính hóa Khi độ cong của quĩ đạo dao xấp xỉ với độ cong của bề mặtgia công, thì có thể cho phép Postprocessor sát nhập một số các câu lệnh cắtthẳng thành một câu lệnh đơn Điều này cho phép nâng cao chất lượng bề mặtgia công và hiệu suất làm việc của máy

1.2.4 Các phương pháp xây dựng bộ Postprocessor

a Tạo từ đầu Postprocessor

Về nguyên tắc, người ta có thể tự tạo một bộ Postprocessor chuyêndùng, tuy nhiên có một số khó khăn gặp phải:

- Không đủ thông tin về hệ mã dùng trong CL-File

- Không đủ thông tin về máy, nhất là bộ điều khiển Các nhà cung cấp

bộ điều khiển không bao giờ công bố rộng rãi các phương pháp xử lý thôngtin, các thuật toán điều khiển

- Để có một bộ Postprocessor tốt thì phải sử dụng thuật toán rất phứctạp

Vì vậy phương pháp này thường chỉ tạo ra các Postprocessor đơn giảnvới chức năng thông dịch về ngôn ngữ là chính

b) Dùng công cụ phát triển chuyên dùng để tạo postprocessor

Các nhà sản xuất CAD/CAM chuyên nghiệp thường cung cấp các công

cụ phát triển (Development Kit) cho phép khách hàng của mình tạo ra bộPostprocessor một cách dễ dàng, mềm dẻo và có chất lượng Phương phápnày có nhiều ưu điểm:

- Dễ dàng sử dụng, người dùng dường như chỉ cần hiểu cấu trúc, giaodiện của công cụ và khai báo thuộc tính của bộ điều khiển, các máy và cácyêu cầu công nghệ

- Postprocessor tương thích với phần mềm CAD/CAM cơ sở

- Mềm dẻo để có thể thích ứng với sự đa dạng và sự phát triển của kỹthuật CAD/CAM/CNC

- Giảm thời gian chi phí phát triển

1.2.5 Công cụ tạo Postprocessor của phần mềm SolidCAM

Như đã trình bày ở trên, trong luận văn này sử dụng phương pháp tạoPostprocessor nhờ công cụ phát triển chuyên dùng (Development Kit) trên cơ

sở phần mềm SolidCAM Phần mềm SolidCAM cung cấp một thư việnPostprocessor cho nhiều dòng máy khác nhau và một công cụ GPPT (GeneralPre- and Post-Processor Tool) cho phép tạo ra các bộ Postprocessor cho từngmáy CNC riêng biệt

Không giống như hầu hết các phần mềm CAM hiện nay, SolidCAMkhông tính toán trực tiếp ra CL-File.Thay vào đó, SolidCAM sử dụng mộtloại mã bên trong riêng biệt là “Parameter code” hay “P-code” Nó đạt hiệuquả cao hơn sử dụng CL-File Postprocessor của SolidCAM được phát triểntrong môi trường khép kín, không đưa ra kết nối trực tiếp với dữ liệu CL tiêuchuẩn

Kết luận chương 1:

Chương 1 đã giải quyết được các vấn đề sau:

- Phân loại cấu hình máy CNC 5 trục và phương pháp lập trình trênmáy CNC 5 trục

- Vai trò, vị trí, chức năng, các bài toán trong Postprocssor và phươngpháp xây dựng Postprocessor

Đây là cơ sở để nghiên cứu phương pháp xây dựng bộ Postprocessortrên phần mềm SolidCAM trong chương 2

Chương 2 TẠO BỘ POSTPROCESSOR TRÊN CƠ SỞ PHẦN MỀM SOLIDCAM

2.1 Giới thiệu chung về phần mềm SolidCAM

2.1.1 Các tính năng nổi bật của phần mềm SolidCAM

Phần mềm SolidCAM như là một cầu kết nối giữa thiết kế và chế tạovới những tính năng mạnh mẽ dễ sử dụng Ưu điểm nổi bật của phần mềmSolidCAM là dễ dàng kết họp các tính năng mạnh mẽ của CAM (hỗ trợ giacông bằng máy tính) với khả năng tùy biến xử lý dữ liệu, tạo ra các chươngtrình nguồn để thực hiện trên máy CNC SolidCAM được sử dụng rộng rãiđặc biệt trong các ngành gia công cơ khí chế tạo ô tô, điện tử, làm các khuônđúc và dập…

- Tính năng tích hợp và liên kết toàn diện

Với khả năng tích hợp một cửa sổ của SolidCAM trong phần mềm thiết

kế Solidworks, tất cả các hoạt động chuẩn bị cho máy CNC đều có thể đượcđịnh nghĩa, tính toán và hiệu chỉnh mà không cần thoát khỏi môi trường củaSolidworks Tất cả các tham số hình học 2D và 3D được sử dụng cho quátrình gia công đều liên kết đầy đủ với mô hình thiết kế của Solidworks

Trong một phần CAM duy nhất thì một vài cấu hình của Solidworks cóthể được sử dụng Mỗi một cấu hình có thể diễn tả một trạng thái độc lập hoặcmột giai đoạn sản xuất của chi tiết gia công Khi các tham số hình học được

sử dụng để định nghĩa các thao tác của máy được thay đổi khi thiết kế trongSolidworks thì chương trình Solidcam sẽ cho phép người sử dụng tự độngđồng bộ hóa tất cả các thao tác của máy với các tham số hình học được cậpnhật

Tính liên kết toàn bộ đối với mô hình thiết kế Solidworks giúp giảmthiểu lỗi trong quá trình tạo chương trình cho máy CNC Ngoài ra còn có tínhnăng tự động nhận ra thành phần và tính năng tự động module quá trình giacông chi tiết của SolidCAM (machining - AFRM) với máy khoan đa trục vàcác lỗ phức tạp

Trong khi cung cấp việc tự động hóa việc lập trình CNC đến người sửdụng, thì công nghệ AFRM vẫn tiếp tục cung cấp, cho người sử dụng khảnăng điều khiển tốt ưu thông qua các tham số chạy máy

- Tính năng hiển thị và lượng dư gia công trong quá trình gia công

Mô hình gia công có thể được định nghĩa bằng một số đường viền 2D,

mô hình 3D hoặc có thể nhận chúng một cách tự động từ mô hình đích Lựachọn này cho phép người sử dụng gia công một cách hiệu quả các chi tiết đúchoặc các chi tiết mới được chế tạo thô

SolidCAM sử dụng sự khác biệt giữa mô hình phôi ban đầu và mô hìnhđích để tính toán các thao tác gia công trên mô hình 3D Sau mỗi bước giacông thành công, lượng dư gia công sẽ được cập nhật tự động

Tại bất kỳ giai đoạn nào của quy trình gia công, SolidCAM cũng cungcấp các tính năng mạnh mẽ để hiển thị, phân tích và gia công đối với lượng

dư gia công Các thành phần của lượng dư gia công có thể được định nghĩacho 2,5D, 3D và máy phay đa mặt 3 + 2 trục

- Tính phay 2.5D

Các mô hình thiết kế của Solidworks với các thành phần có dạng nhưđường cắt tròn, các đường viền và các đường khoan có thể được tích hợp lạithành quỹ đạo dao cắt cho máy CNC

Việc đều khiển quỹ đạo dao cắt một cách đầy đủ với một giải thuật đủmạnh có thể đảm bảo cho người sử dụng có thể gia công theo cách mà họmuốn Các thao tác có thể được dễ dàng sắp xếp lại trật tự, di chuyển, xoay vàlấy đối xứng.

- Tính năng phay 3D

Tính năng phay 3D của Solidcam có thể được sử dụng cho cả các chitiết hình trụ và các mô hình 3D phức tạp Với các chi tiết hình trụ, SolidCAM

sẽ phân tích mô hình và tự động phát hiện ra các lỗ cũng như các đường viền

để máy cố định tọa độ Z trong chiến lược gia công

Đối với khuôn, chi tiết thuộc ngành điện cũng như các phôi ban đầu,SolidCAM cung cấp các tính năng giá công 3D mạnh mẽ bao gồm chiến lượcnâng cao năng suất gia công tích hợp với việc tối ưu hóa lượng dư gia công.Cho dù mô hình thiết kế có phức tạp đến cỡ nào, SolidCAM cũng cung cấpmột lối tiệm cận tối ưu và một chiến lược gia công vớt các tính năng gia công3D cao cấp ứng dụng cho khuôn đúc và khuôn dập

- Tính năng tiện

SolidCAM tạo ra năng suất tối đa và giảm thiểu thời gian lập trình chomáy tiện CNC Việc tiện với các công cụ dẫn hướng tạo thuận lợi cho việc giacông các rãnh SolidCAM hỗ trợ một số lượng lớn dạng dụng cụ, bao gồm cả

hỗ trợ đặc biệt cho các quá trình gia công nâng cao của dòng dụng cụISCAR’s Turn Groove SolidCAM cung cấp tất cả các thao tác phay và khoancho các dụng cụ dẫn hướng trên mặt phẳng hoặc trên mặt trụ của phôi

- Tính năng gia công tia lửa điện

SolidCAM gia công bằng tia lửa điện xử lý các đường bao mặt cắt cũngnhư các đường vẽ nhọn đầu với góc không đổi và góc thay đổi như các đườngviền của máy 4 trục.

Các thuật toán thông minh của SolidCAM sẽ ngăn ngừa hiện tượngmảnh phoi bị rơi xuống bằng quá trình xử lý tự động các hốc Chương trìnhSolidCAM cung cấp đầy đủ cho người sử dụng đều khiển các điểm dừng vàcác điều kiện cắt dây tại bất kỳ điểm nào trên đường bao mặt cắt hoặc đường

vẽ góc nhọn

- Tính năng gia công 5D

Việc gia công đồng thời 5 trục đã trở nên ngày càng phổ biến nhờ nhucầu giảm bớt thời gian gia công, nâng cao chất lượng bề mặt gia công, kéo dàituổi thọ của dụng cụ cắt

SolidCAM sử dụng tất cả các ưu thế của việc gia công đồng thời 5 trục vớiviệc điều khiển va đập, mô phỏng gia công, cung cấp việc mô phỏng thựctoàn bộ máy công cụ, có khả năng kiểm tra sự va đập giữa dụng cụ và cácthành phần của máy…

2.1.2 Quy trình lập trình gia công và tạo chương trình NC trên phần mềm SolidCAM

Để thuận tiện cho việc nghiên cứu các chức năng của phần mềmSolidCAM trước hết cần nắm được quy trình lập trình gia công và tạo mã NCbằng phần mềm này Quy trình này tương đối khác so với một số phần mềmCAM khác như Pro/E hay Unigraphics NX Quy trình này thực hiện theo sơ

đồ hình 3.1

Hình 3.1: Quy trình lập trình gia công và tạo chương trình NC trên

- Chuẩn bị Preprocessor và Postprocessor cho máy được sử dụng để giacông Preprocessor và Postprocessor bao gồm 3 tập tin là: [machine.VMID],[machine.PRP], [machine.GPP] Nội dung cụ thể về Preprocessor vàPostprocessor được trình bày trong mục 3.3.

Bước 2: Thiết lập các thông số ban đầu

- Chọn máy, Preprocessor và Postprocessor

- Định nghĩa các hệ tọa độ

- Định nghĩa phôi, mô hình đối tượng gia công

- Các thiết lập khác

Bước 3: Lập trình gia công và tính toán đường chạy dao

Ở bước này, căn cứ vào quy trình công nghệ gia công chi tiết để sửdụng các chiến lược chạy dao phù hợp Sau khi thiết lập đầy đủ các tham sốcủa 1 nguyên công nào đó, ta sẽ lựa chọn tính toán đường chạy dao Khi này,SolidCAM sẽ sử dụng dữ liệu từ tập tin [machine.VMID] và [machine.PRP]cùng với chiến lược gia công được chọn để tính toán ra các đường chạy dao.Khi tính toán xong, ta có được các tham số của quá trình chạy dao (bao gồm

cả tham số liên quan đến vị trí các trục trên máy CNC) Dữ liệu này được lưuriêng biệt Không giống như các phần mềm CAM khác, SolidCAM không tạo

ra CL-File theo tiêu chuẩn Chính vì thế, dữ liệu sau khi tính toán đường chạydao chỉ sử dụng được cho phần mềm SolidCAM

Bước 4: Mô phỏng gia công

Với dữ liệu được tạo ra sau bước 3, có thể mô phỏng quá trình gia côngvới nhiều chế độ khác nhau như 2D, 3D, HostCAD, Solid Verify, Với các

dữ liệu về vị trí các trục máy, SolidCAM cho phép mô phỏng gia công trênmáy ảo (Machine Simulation) mà không cần chương trình NC Quá trình nàycho phép kiểm tra các va chạm (collision) trong quá trình gia công như: vachạm giữa dao và phôi khi chạy dao nhanh, giữa các thành phần của máy

và kiểm tra cả việc cắt lẹm trong quá trình gia công Từ đó ta có phương ánthay đổi chiến lược chạy dao để tránh các lỗi trên.

Bước 5: Xuất chương trình NC.

SolidCAM sẽ sử dụng dữ liệu được tạo ra sau bước 3 và sử dụng[machine.GPP] để tạo ra mã NC phù hợp Điều chỉnh việc xuất mã NC chophù hợp với bộ điều khiển máy CNC cụ thể sẽ được thực hiện thông qua việcthay đổi chương trình được viết trong tập tin [machine.GPP] Chính vì thế,không cần quan tâm đến một số bài toán như đã đề cập ở chương 2 trong quátrình xây dựng Postprocessor Các việc này đã được bản thân phần mềmSolidCAM giải quyết Ở đây, chỉ quan tâm đến việc sử dụng các dữ liệu đượctính toán để xuất ra mã NC cho phù hợp

Như vậy, có thể thấy quá trình lập trình gia công và xuất chương trình

NC của phần mềm SolidCAM là một quá trình khép kín Từ việc lập trình giacông đến tạo ra mã NC đều được thực hiện trên phần mềm SolidCAM Khôngthể sử dụng dữ liệu chạy dao của SolidCAM để tạo ra mã NC thông qua một

bộ Postprocessor riêng biệt Việc không tạo ra CL-File làm hạn chế khả năngtrao đổi dữ liệu với các phần mềm khác Việc này có thể đem lại một số khókhăn trong quá trình sử dụng SolidCAM

2.2 Chức năng của phần mềm SolidCAM

2.2.1 Các chiến lược gia công đồng thời 5 trục

SolidCAM cung cấp cho ta nhiều chiến lược gia công phục vụ cho từngkết cấu cụ thể của chi tiết

1 Parallel cuts:

Các đường chạy dao được sinh ra song song với các đường khác Vớichiến lược gia công này, yếu tố hình học cần được định nghĩa là:

- Bề mặt làm việc (Drive surface).

Hình 3.2: Chiến lược gia công Parallel cuts 2.Parallel to curves

Các đường chạy dao sinh ra song song với 1 đường dẫn được địnhnghĩa Với chiến lược gia công này, yếu tố hình học cần được định nghĩa là:

- Bề mặt làm việc (Drive surface)

- Đường cong chọn làm đường dẫn (Edge curve)

Hình 3.3: Chiến lược gia công Parallel to curves

3 Parellel to surface

Các đường chạy dao sinh ra trên bề mặt làm việc song song với bề mặtcho trước Với chiến lược gia công này, yếu tố hình học cần được định nghĩalà:

- Bề mặt làm việc (Drive surface)

- Bề mặt định hướng (Edge surface)

Hình 3.4: Chiến lược gia công Parallel to surface

4 Perpendicular to curve

Các đường chạy dao sinh ra vuông góc với đường cong dẫn được địnhnghĩa Với chiến lược gia công này, yếu tố hình học cần được định nghĩa là:

- Bề mặt làm việc (Drive surface)

- Đường dẫn (Lead curve)

Hình 3.5: Chiến lược gia công Perpendicular to curve

5 Morph between two boundary curves

Các đường chạy dao sinh ra trải ra trên bề mặt làm việc và nằm giữa 2đường dẫn Với chiến lược gia công này, yếu tố hình học cần được định nghĩalà:

- Bề mặt làm việc (Drive surface)

- 2 đường dẫn làm biên (Start Edge Curve , End Edge Curve)

Hình 3.6: Chiến lược gia công Morph between two boundary curves 6.Morph between two adjacent surfaces

Các đường chạy dao sinh ra trên bề mặt làm việc được bao bọc bởi 2mặt phẳng kề nhau Với chiến lược gia công này, yếu tố hình học cần đượcđịnh nghĩa là:

- Bề mặt làm việc (Drive surface)

- 2 mặt phẳng kiểm tra (Start Edge Surface , End Edge Surface)

Hình 3.7: Chiến lược gia công Morph between two adjacent surfaces

Một đường chạy dao được tạo ra trên bề mặt làm việc theo hình chiếucủa 1 đường cong trên bề mặt đó Với chiến lược gia công này, yếu tố hìnhhọc cần được định nghĩa là:

- Bề mặt làm việc (Drive surface)

- Đường cong lấy hình chiếu (Projection curves)

Hình 3.8: Chiến lược gia công Projection

Hình 3.9: Các kỹ thuật gia công trên máy 5 trục

2.2.2 Công cụ GPPTool của SolidCAM

GPP là bộ công cụ gồm hai chức năng tiền xử lý (Pre-processor) và hậu

xử lý (Post-processor) cho phép thực hiện:

1 Định nghĩa các thông số tiền xử lý để tạo ra đường chạy dao trongSolidCAM

2 Định nghĩa các thông số hậu xử lý và thủ tục ngôn ngữ liên quan tớiviệc chuyển đổi các dữ liệu chạy dao thành mã NC cho từng máy CNC cụ thể

Nó được sử dụng để phát triển các Pre-processor và Post-processor chocác máy CNC

Từ phiên bản SolidCAM 2011, với mỗi bộ điều khiển CNC riêng biệtcần thiết có 3 tập tin là:

- machine.PRP

- machine.GPP

- machine.VMID

Trong đó: [machine] là tên của bộ điều khiển

Các tập tin này được lưu trong thư mục: C:\Program Files\

SolidCAM2012\Gpptool\

Tập tin [machine.PRP] định nghĩa các tham số của Pre-Processor Gồm

có các nhóm tham số, mỗi nhóm tham số sẽ bao gồm nhiều tham số khácnhau Tùy vào từng máy cụ thể và yêu cầu chương trình NC xuất ra, cần khaibáo các tham số có liên quan Nó chứa các thông tin về máy CNC ví dụ: sốtrục làm việc đồng thời, cho phép các chu trình, điều chỉnh vị trí dao,… Nóquyết định đến việc sinh ra các đường chạy dao trong SolidCAM

Tập tin [machine.GPP] định nghĩa các thông số Post-processor Nóchuyển đổi các đường chạy dao được tính toán thành mã NC Định dạng NC,định nghĩa các chu trình,… trong chương trình NC được điều khiển thông quatập tin này

GPPL là một ngôn ngữ lập trình bậc cao dùng để điều khiển việc tính toán

mã NC trong SolidCAM GPPL để viết chương trình cho tập tin[machine.GPP]

Cũng giống như các ngôn ngữ lập trình khác, GPPL bao gồm:

- GPPL Variables (Các biến trong GPPL)

- GPPL Expressions (Các biểu thức trong GPPL)

- GPPL Statements (Các khai báo trong GPPL)

- GPPL commands (Các câu lệnh trong GPPL)

Cấu trúc chương trình [machine.GPP] bao gồm các thủ tục, ví dụ

@init_post, @rapid_move, @line,@line_5x, @arc_5x

Quá trình tính toán mã NC, căn cứ vào quá trình gia công và đường chạy dao

đã được tính toán trong Pre-processor, phần mềm SolidCAM sẽ gọi ra thủ tụctương ứng Mã NC xuất ra phụ thuộc vào chương trình được viết trong cácthủ tục được gọi Bằng việc viết chương trình phù hợp cho từng thủ tục cụthể, lập trình viên sẽ tạo ra được 1 bộ post-processor phù hợp với bộ điềukhiển đang có Tùy vào từng trường hợp cụ thể, lập trình viên sẽ gọi các thủtục liên quan

Bên cạnh các thủ tục có sẵn trên, lập trình viên có thể viết thêm các thủtục khác và gọi chúng ra trong quá trình lập trình

Tập tin [machine.VMID] dùng để định nghĩa các tham số cấu hình của

máy thông qua công cụ MachineIdEditor.exe Giao diện MachineIdEditor.exe

như hình 3.18