Control Phương pháp điều khiển hoặc hệ thống điều khiển một máy công cụ bằng các lệnh ở dạng số, thông tin được ghi lại bằng ký tự nhờ sử dụng mã số và chữ cái hay phím chức năng... Post
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-
HỒ VIỆT ANH
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BỘ TẠO MÃ GIA CÔNG PHAY CNC 5 TRỤC CHO PHẦN MỀM CAM
CHUYÊN NGÀNH: CƠ ĐIỆN TỬ
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH : CƠ ĐIỆN TỬ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS, HOÀNG VĨNH SINH
HÀ NỘI - 2014
Trang 2MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU ii
DANH MỤC HÌNH ẢNH iii
DANH CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN iv
MỞ ĐẦU 1
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 3
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỂ CÔNG NGHỆ CAD/CAM 4
1.1 Tổng quan 4
1.1.1 Lịch sử phát triển của CAD/CAM 4
1.1.2 Các quá trình trong thiết kế trợ giúp bằng máy tính 5
1.1.3 Thông tin dữ liệu trong CAD/CAM 6
1.1.4 Phần cứng trong hệ thống CAD/CAM 7
1.1.5 Phần mềm trong hệ thống CAD/CAM 8
1.1.6 Mô hình hình học trong CAD/CAM 9
1.1.7 Mô phỏng trong CAD/CAM 11
1.2 Cơ sở tính toán đường dụng cụ trong gia công phay 11
1.2.1 Khái niệm về đường dụng cụ 11
1.2.2 Dụng cụ phổ biến trong gia công phay 11
1.2.3 Một số phương pháp tính đường dụng cụ 13
CHƯƠNG 2 BỘ ĐIỀU KHIỂN HAIDENHAIN ITNC 530 DÙNG CHO MÁY PHAY 5 TRỤC 20
2.1 Cấu trúc của một chương trình Heidenhain 20
2.1.1 Cấu trúc của một câu lệnh chương trình 21
2.1.2 Cấu trúc của một từ chương trình 21
2.1.3 Các chức năng dịch chuyển, các chu trình 21
2.1.4 Các chức năng vận hành máy 22
2.2 Cấu trúc động học của máy phay 5 trục Mikron UCP 600 27
2.2.1 Cấu trúc của máy CNC 27
2.2.2 Hệ trục tọa độ tiêu chuẩn 28
Trang 32.2.3 Hệ trục tọa độ của máy phay 5 trục Mikron UCP 600 29
2.2.4 Vị trí điểm gốc 30
2.2.5 Ma trận Denavit – Hartenberg 31
CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU LẬP BỘ POST PROCESSOR 33
3.1 Tổng quan 33
3.2 Post processor trong Cimatron 35
3.2.1 GPP-Post 36
3.2.2 Các tiến trình để tạo GPP-Post 37
3.2.3 Các chỉ dẫn về DFPost 38
3.2.4 Các phần của DFPost 39
3.2.5 Cấu trúc file chương trình Post processor 45
3.2.6 Biên dịch file chương trình Post processor 45
3.2.7 Các biến số và hằng số 45
3.2.7.3 Các hằng ký tự 47
3.2.7.4 Các ký tự điều khiển 48
3.3 Xây dựng bộ Post processor cho phay 49
3.3.1 Áp dụng phương pháp Denavit-Hartenberg cho máy Mikron UCP 600 49
3.3.2 Chương trình 53
3.4 Kiểm nghiệm bộ Post processor trong môi trường NC của Cimatron 63
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 73
PHỤ LỤC 73
Trang 4DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Bảng So Sánh, Đánh Giá Các Phương Pháp Sinh Đường Dụng Cụ 18
Bảng 2.1: Một Số Chức Năng Vận Hành Máy 26
Bảng 3.1: Bảng Tham Số Trạng Thái Denavit-Hartenberg 50
Bảng 3.2: So Sánh Giữa Giá Trị Trính Toán Và Giá Trị Trong Máy Của Góc C 59
Bảng 3.3: Bảng So Sánh Giá Trị Góc A Giữa Tính Toán Và Mong Muốn 59
Trang 5DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Thông Tin Dữ Liệu Trong Cad/Cam 7
Hình 1.2: Phần Cứng Trong Cad/Cam 8
Hình 1.3: Các Dạng Đường Dụng Cụ 11
Hình 1.4: Các Loại Dao Phay Phổ Biến 12
Hình 1.5: Các Thông Số Của Dụng Cụ 12
Hình 1.6: Hiện Tượng Va Chạm Khi Tính Đường Dụng Cụ 14
Hình 1.7: Các Phương Pháp Sinh Đường Định Vị Định Cụ Cl 15
Hình 1.8: Phương Pháp Cc Với Dao Đầu Phẳng 15
Hình 1.9: Các Dạng Đường Tiếp Xúc Theo Các Phương Pháp Khác Nhau 16
Hình 1.10: Hình Dáng Các Đường Dụng Cụ 2d 17
Hình 2.1: Cấu Trúc Một Khối Chương Trình 20
Hình 2.2: Chiều Dài Dao Và Đường Kính Dao 23
Hình 2.3: Cách Xác Định Chiều Dài Dao 24
Hình 2.4: Chênh Lệch Chiều Dài Và Bán Kính Dao 25
Hình 2.5: Máy Phay 5 Trục Mikron Ucp 600 27
Hình 2.6: Mô Hình Mô Phỏng Của Máy Phay 5 Trục Mikron Ucp 600 27
Hình 2.7: Hệ Tọa Độ Trên Máy Cnc 28
Hình 2.8: Hệ Tọa Độ Trên Máy Cnc Và Chuyển Động Của Các Trục 29
Hình 2.9: Hệ Trục Tọa Độ Của Máy Mikron Ucp 600 30
Hình 3.1: Sơ Đồ Định Nghĩa Bộ Hậu Vi Xử Lý 34
Hình 3.2: Lưu Đồ Thể Hiện Các Bước Xây Dựng Một Bộ Hậu Vi Xử Lý Trong Cimatron 36
Hình 3.3: Hướng Chuyển Động Của Các Trục 50
Hình 3.4: Mô Hình Động Học 50
Hình 3.5: Thêm Hệ Tọa Độ F(Xp, Yp, Zp) 52
Hình 3.6: Tính Toán Các Góc Của Các Véc Tơ Đơn Vị 62
Hình 3.7: Hướng Các Trục Quay Của Máy Mikron 57
Hình 3.8: Hướng Của Các Góc 58
Trang 6Hình 3.9: Mô Hình Chi Tiết 64
Hình 3.10: Định Nghĩa Đường Dụng Cụ 65
Hình 3.11: Tạo Phôi Cho Chi Tiết 65
Hình 3.12: Các Thủ Tục Gia Công Nc Trong Cimatron 65
Hình 3.13: Tạo G-Code Từ Đường Dụng Cụ Bằng Post Processor 66
Trang 7DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN
Ký
AC Adaptive Control
Là tập hợp tất cả các phần tử điều khiển và áp dụng các đặc tính tự thích nghi vào hệ thống điều khiển hay đảm bảo sự tự động sửa chữa các lỗi trong trường hợp có một thông tin không đầy đủ
Information Interchange
Code mã nhị phân được ứng dụng phổ biến trong kỹ thuật số để trình bày các ký tự chức năng khác cần cho việc truyền dữ liệu
CAD Computer Aid
Design Sử dụng máy tính vào việc thiết kế tự động
CAE Computer Aid
Engineering Sử dụng máy tính vào việc mô hình hóa tự động
CAM Computer Aid
Manufacturing
Sử dụng máy tính vào quản lý, điều khiển và vận hành sản xuất
CAP Computer Aided
Planning Sử dụng máy tính vào việc lập kế hoạch
CIM
Computer Intergraded Manufacturing
Sự liên kết toàn bộ giữa CAD và CAM vào một quá trình được giám sát và điều khiển hoàn toàn bằng máy tính
CLD Cutter Location
Data Dữ liệu về dụng cụ cắt
Trang 8CNC
Computer Numerical Control
Hệ thống dựa trên máy vi tính, chứa một hoặc một vài máy vi tính (bộ vi xử lý) trong đó các phần mềm giữ chức năng thi hành các thuật toán của việc điều hành máy công cụ
Control
Phương pháp điều khiển hoặc hệ thống điều khiển một máy công cụ bằng các lệnh ở dạng số, thông tin được ghi lại bằng ký tự nhờ sử dụng mã số và chữ cái hay phím chức năng
Trang 9Trong dây chuyền sản xuất linh hoạt thì máy công cụ điều khiển số CNC đóng một vai trò rất quan trọng Sử dụng máy công cụ điều khiển số cho phép giảm khối lượng gia công chi tiết, nâng cao độ chính xác gia công và hiệu quả kinh tế, đồng thời rút ngắn được chu kỳ sản xuất Chính vì vậy hiện nay nhiều nước trên thế giới đã và đang ứng dụng rộng rãi các máy điều khiển số vào lĩnh vực cơ khí chế tạo
Ở Việt Nam hiện nay, các máy CNC đang được nhập khẩu và sử dụng rộng rãi để chế tạo ra các chi tiết cơ khí, đặc biệt là chế tạo các khuôn mẫu chính xác, các chi tiết phục vụ công nghiệp quốc phòng Chúng ta cũng đang có những mục tiêu quốc gia nhằm mục đích tự chế tạo máy công cụ điều khiển số CNC Để đạt được mục tiêu sản xuất được máy CNC đòi hỏi phải có nhiều bước đi, một trong những bước đó là đào tạo đội ngũ cán bộ kỹ thuật có trình độ hiểu biết về máy công cụ và điều khiển máy công cụ CNC Qua quá trình học tập và trau dồi kiến thức tại trường, em đã quyết định chọn CNC làm định hướng cho đồ án tốt nghiệp của mình
Trong luận văn tốt nghiệp ngành cơ điện tử, đề tài em đã chọn để thực hiện là
“Nghiên cứu xây dựng bộ tạo mã gia công phay CNC 5 trục cho phần mềm CAM”
Post processor là một chương trình hậu sử lý, nó xử lý trực tiếp dữ liệu đường tâm dao từ chương trình xử lý (processor) thành tập hợp các lệnh được thiết kế cho một hệ thông máy công cụ NC cụ thể Những đặc điểm của máy công cụ này sẽ được xem xét bởi chương trình hậu xử lý và chuyển thành ngôn ngữ của chương trình hậu
xử lý của thiết bị điều khiển máy công cụ đó Chương trình hậu xử lý sẽ xem xét mẫu đầu vào, được yêu cầu bởi đơn vị điều khiển riêng và gán các mã xác định cho các tốc
độ riêng biệt, các tỉ số tiến dao, các thông tin điều khiển theo các đặc tính riêng của máy
Trang 10Cimatron là phần mềm được phát triển bởi hãng CIMATRON CO , Ltd Đây là một phần mềm tích hợp CAD/CAM dùng cho lĩnh vực thiết kế gia công cơ khí hàng đầu của thế giới Phần mềm Cimatron do nhóm chuyên gia của Nhật Bản và Israel hợp tác xây dựng từ năm 1990, một gói phần mềm Cimatron bao gồm tất cả các yếu tố phục vụ đầy đủ nhu cầu của một người kỹ sư thiết kế từ việc xây dựng mô hình đến
mô phỏng gia công hay làm khuôn Khác với các phần mềm CAD/CAM khác như Catia, Pro/Engineer…Cimatron đặc biệt nổi trội trong khả năng thực hiện gia công CNC và thiết kế khuôn
Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, đến nay em đã hoàn thành nội dung của bản luận văn Vì thời gian hoàn thành luận văn có hạn, đồng thời do khả năng và kinh nghiệm bản thân còn hạn chế đối với một đề tài mới mẻ với bản thân nên chắc rằng trong luận văn còn có những thiếu sót, tồn tại Em mong được sự chỉ bảo của mọi người để kết quả tìm hiểu, nghiên cứu của luận văn được hoàn thiện hơn Nhân dịp này em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy PGS.TS Hoàng Vĩnh Sinh đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành bản luận văn này Những góp ý chỉ bảo của thầy
đã giúp em rất nhiều trên con đường định hướng ứng dụng những kiến thức CNC vào thực tế sản xuất
Trang 11LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Gia công trên các máy phay CNC hiện nay đã trở thành phổ biến nhờ những ưu điểm của chúng: chính xác, nhanh chóng, phù hợp với mọi loại hình sản xuất và đặc biệt là khả năng thích ứng với nhiều loại sản phẩm có độ phức tạp cao
Phần mềm CAD/CAM là công cụ không thể thiếu khi sử dụng máy CNC Nó tạo
ra mã gia công (G-code) dựa trên bản thiết kế để điều khiển trực tiếp máy CNC hoạt động theo đúng ý đồ thiết kế
Bộ Post-processor là 1 bộ biên dịch từ đường chạy dao tính toán được trong phần mềm CAM, dựa vào cấu trúc động học của máy để sinh ra mã gia công
Các hệ phần mềm CAD/CAM phổ biến đều cung cấp bộ post-processor cho gia công phay CNC 3 trục Riêng với 5 trục thì không có sẵn mà phải mua bổ sung kèm theo những công đoạn thiết lập tham số rất phức tạp và kinh phí thường rất lớn, từ 18.000USD đến 30.000USD / bộ / máy
Như vậy, đề tài sẽ giải quyết được các nghiên cứu về cấu trúc động học của máy cũng như đáp ứng được nhu cầu của các doanh nghiệp sản xuất trong nước
Trang 12CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỂ CÔNG NGHỆ CAD/CAM
1.1 Tổng quan
1.1.1 Lịch sử phát triển của CAD/CAM
Nhờ sự phát triển của công nghệ máy tính, các nhà sản xuất muốn tự động quá trình thiết kế và muốn sử dụng cơ sở dữ liệu này cho qúa trình tự động sản xuất Đây
là ý tưởng cho ngành khoa học CAD/CAM ra đời CAD/CAM được hiểu là sử dụng máy tính trong quá tình thiết kế và sản xuất hay theo thuật ngữ tiếng Anh là máy tính trợ giúp thiết kế và sản xuất Từ sự ra đời của CAD/CAM, các lĩnh vực khác của việc ứng dụng máy tính cũng đã phát triển theo như:
• Đồ hoạ máy tính: CG
• Công nghệ trợ giúp bằng máy tính: CAE
• Thiết kế và phác họa trợ giúp bằng máy tính: CADD
• Quá trình sản xuất trợ giúp bằng máy tính: CAPP
Tất cả những lĩnh vực sinh ra đó đều liên quan tới những nét đặc trưng của quan niệm về CAD/CAM CAD/CAM là một lĩnh vực rộng lớn nó là trái tim của nền sản xuất tích hợp và tự động
Lịch sử phát triển của CAD/CAM gắn liền với sự phát triển của công nghệ máy tính và kỹ thuật đồ hoạ tương tác (ICG) Vào cuối những năm 1950 đầu những năm
1960 CAD/CAM có những bước phát triển đáng kể, khởi đầu có thể nói là tại Massachusetts Institute of Technology (MIT) - Mỹ với ngôn ngữ lập trình cho máy tính APT (Automatically Programmed Tools) Mục đích của APT là để lập trình cho máy điều khiển số, nó được coi như là một bước đột phá cho tự động hoá quá trình sản xuất
Những năm 1960 đến 1970 CAD tiếp tục phát triển mạnh, hệ thống Turnkey CAD được thương mại hoá, đây là một hệ thống hoàn chỉnh bao gồm phần cứng, phần mềm, bảo trì và đào tạo, hệ thống này được thiết kế chạy trên mainframe và minicomputer Tuy nhiên khả năng xử lý thông tin, bộ nhớ và ICG của mainframe và minicomputer hạn chế nên các hệ CAD/CAM thời kỳ này kém hiệu quả, giá thành cao
và chỉ được sử dụng trong một số rất ít lĩnh vực
Năm 1983 máy tính IBM-PC ra đời, đây là thế hệ máy tính lý tưởng về khả năng
Trang 13xử lý thông tin, bộ nhớ, đồ hoạ cho CAD/CAM Điều này tạo điều kiện cho các hệ CAD/CAM phát triển rất nhanh chóng
Cuối những năm 1990 là thời kỳ CAD/CAM đạt đến những thành tựu đáng kể, rất nhiều phần mềm đồ sộ được tung ra thị trường và ứng dụng rộng rãi trong thiết kế
và sản xuất của nhiều ngành công nghiệp
Hiện nay các phần mềm CAD/CAM nổi tiếng đang có mặt trên thị trường như: CIMATRON-Israel; DELCAM-Anh; Pro-Engineer-Mỹ; Uni-Graphics- Mỹ;
SURFCAM- Mỹ; MasterCAM-Mỹ
Phần mềm CAE xuất hiện sau CAD/CAM, khi mà những đòi hỏi về chất lượng của sản phẩm rất cao Moldflow (Australia) và Moldex (Taiwan) là 2 phần mềm điển hình
1.1.2 Các quá trình trong thiết kế trợ giúp bằng máy tính
• Thiết kế mô hình hình học (design modeling)
• Phân tích mô hình (design analysis)
• Thẩm định thiết kế (design review)
• Kết xuất tài liệu thiết kế (design documentation)
Khi hiệu chỉnh các đối tượng thiết kế thì trước tiên máy tính tính toán lại mô hình hình học thông qua mô hình toán học sau đó thay đổi sự hiển thị trên màn hình
Mô hình hình học có thể biểu diễn 1 trong 3 dạng: 2D, 2.5D và 3D Mô hình 3D
có thể là khung dây (wire-frame) hay khối rắn (solid)
Kỹ thuật đồ hoạ cho phép quan sát mô hình thiết kế một cách tốt nhất thông qua việc biểu diễn các đối tượng vẽ bằng màu và kỹ thuật tô bóng (render)
Trang 141.1.2.2 Phân tích mô hình hình học
Việc phân tích mô hình sau thiết kế được thực hiện nhờ phần mềm CAD/CAM Điều này làm cho công việc phân tích trở nên đơn giản hơn nhiều so với toán học thông thường và cho kết quả đáng tin cậy trong một thời gian nhanh chóng, nhờ vào kết quả đó mà người thiết kế sẽ hiệu chỉnh lại thiết kế cho phù hợp Tuỳ theo tính năng
và yêu cầu của chi tiết mà sự phân tích có thể là những quá trình sau: Phân tích nhiệt,
áp suất, ứng suất, biến dạng, cong vênh, khả năng điền đầy khuôn, quá trình đông đặc
Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) là một công cụ toán học quan trọng trong các bài toán phân tích Phương pháp này chia tự động chi tiết thành nhiều phần nhỏ hình tam giác hay chữ nhật nối tiếp nhau rồi phân tích từng phần nhỏ đó Kết quả của quá trình phân tích có thể là một bảng báo cáo (report), một bức tranh điền đầy hay một mô hình chi tiết đã bị cong, hay biến dạng được đặt trùng với mô hình lý thuyết,
từ đó người thiết kế sẽ nhìn thấy những vị trí biến dạng cực đại và điều chỉnh thiết kế
Ví dụ Moldex và Mold- flow là các phần mềm CAE chuyên phân tích quá trình điền đầy khuôn, cong vênh, nhiệt, áp xuất ANSYS - chuyên phân tích ứng xuất và biến dạng
1.1.2.3 Thiết kế thẩm định
Quá tình này kiểm tra lại độ chính xác của tất các các yếu tố, khía cạnh (aspects) trong bản thiết kế như: kích thước, phân lớp (layers) các đối tượng theo tính năng, kiểm tra va chạm, cắt lẹm Một số công việc kiểm tra có thể sử dụng kỹ thuật mô phỏng đồ hoạ
1.1.2.4 Kết xuất tài liệu thiết kế
Đây là giai đoạn kết xuất các tài liệu kỹ thuật, bản vẽ chế tạo, quy trình công nghệ, bảng vật liệu, film mô phỏng Các tài liệu này có thể được kết xuất tự động hoặc bán tự động và được lưu trữ cùng bản thiết kế mô hình theo dự án (project) Chúng được cập nhật khi mô hình thiết kế thay đổi
1.1.3 Thông tin dữ liệu trong CAD/CAM
Vấn đề cốt yếu trong giao tiếp CAD/CAM là giao tiếp giữa thiết kế và sản xuất trên cơ sở dữ liệu dùng chung Mô hình toán học, mô hình đồ hoạ, bảng thông số kỹ
Trang 15thuật của vật liệu, dung sai là các dữ liệu dùng chung của CAD và CAM được lưu trữ trong cơ sở dữ.liệu của một dự án thiết kế và chế tạo Trong thiết kế và sản xuât thủ công truyền thống thì dữ liệu được thông qua các tài liệu kỹ thuật, bản vẽ Người thiêt
kê đưa ra kết quả cuối cùng là bản vẽ chế tạo và người sản xuất tiếp nhận bản vẽ đó để chế tạo sản phẩm
Với phương pháp cổ điển bộ phận sản xuất không thể truy cập thông tin khi bộ phận thiết kế chưa hoàn thành công việc, điều này dẫn đến quá trình làm việc năng xuất thấp, thời gian kéo dài Với công nghệ CAD/CAM do dữ liệu là dung chung nên tại bất cứ thời điểm nào bộ phận sản xuất cũng có thể truy cập dữ liệu từ bản vẽ thiết
kế để lấy thông tin, từ các thông tin đó bộ phận sản xuất có thể chuẩn bị: kế hoạch sản
xuất, đặt vật tư, lập chương trình NC (hình 1.1) Do vậy khi giai đoạn thiết kế kết thúc cũng là lúc mà quá trình sản xuất đã sẵn sàng
Hình 1.1: Thông tin dữ liệu trong CAD/CAM
1.1.4 Phần cứng trong hệ thống CAD/CAM
CPU (Central Processing Unit), hay còn gọi là thiết bị nhập dữ liệu, thiết bị xuất
dữ liệu, thiết bị nhớ dữ liệu là các phần cứng cơ bản trong các hệ CAD/CAM Một PC thông thường với các thiết bị ngoại vi tối thiểu gồm bàn phím, con chuột, màn hình và một ổ đĩa mềm đã có thể đủ để một số phầm mềm CAD/CAM làm việc nhưng rất khó thực hiện được việc thiết kế và chế tạo cho các dự án lớn, phức tạp.Để tăng năng xuất
và chất lượng thiết kế người ta đã tạo ra nhiều phần cứng mở rộng cho CAD/CAM (hình 1.2) ví dụ như:
Trang 16Hình 1.2: Phần cứng trong CAD/CAM
* Thiết bị nhập liệu phổ biến nhất là con chuột và bàn phím, nhưng các thiết bị này không đủ khả năng để nhập thông tin của các đối tượng thiết kế phức tạp như mô hình của một pho tượng chẳng hạn, để nhập thông tin cho các đối tượng phức tạp như vậy phải sử dụng thiết bị số hoá ghép nối với máy tính như máy đo toạ độ 3D, máy scaner laser 4D
* Để sử dụng cho các nhà thiết kế chuyên nghiệp người ta đã chế tạo ra các bảng
số hoá trên đó là toàn bộ các chức năng của phần mềm và vùng đồ hoạ ghép nối với phần mềm CAD/CAM gọi là tablet
Lưu ý rằng trong phần cứng của hệ CAD/CAM không bao gồm các máy công cụ
vì kết thúc của giai đoạn CAM là kết xuất ra các chương trình gia công NC CODE)
(NC-1.1.5 Phần mềm trong hệ thống CAD/CAM
Phần mềm cho phép người sử dụng điều khiển phần cứng để khai thác những tính năng kỹ thuật của cả hệ thống phục vụ cho thiết kế và sản xuất Có thể chia ra 5 tác vụ chính mà phần mềm cho phép chúng ta làm việc trên hệ thống CAD/CAM đó là:
Chức năng nhập dữ liệu: Mỗi phần mềm được thiết kế theo một phương pháp
Trang 17nhập dữ liệu khác nhau Khả năng tương tác tốt giữa người sử dụng và máy tính nói lên rằng phần mềm đó có các chức năng nhập dữ liệu tốt
Chức năng hiệu chỉnh: Bao gồm các chức năng như xoá, thay thế hay sửa đổi
thuộc tính
Chức năng biến đổi hình ảnh: Bao gồm các chức năng như: di chuyển, quay,
thu phóng
Chức năng điều khiển màn hình: Bao gồm các chức năng như: Zoom, Pan, ẩn
nét khuất, tô bóng, thay đổi điểm nhìn
Chức năng xuất dữ liệu: Bao gồm các chức năng kết xuất dữ liệu bản vẽ, tài liệu
văn bản kỹ thuật ra máy in hay các thiết bị ngoại vi khác và khả năng kết xuất dữ liệu cho các phần mềm khác
Các tác vụ trên chỉ cho chúng ta đánh giá về mặt hình thức của một phần mềm còn phần quan trọng nhất trong phần mềm là các thuật toán tính toán trong đó có tối
ưu hay không? Độ tin cậy của các kết quả tính toán ra sao? Điều này chỉ các nhà viết chương trình mới biết còn người sử dụng muốn biết chỉ có thể đưa ra các bài toán cụ thể để kiểm tra
1.1.6 Mô hình hình học trong CAD/CAM
Để biểu diễn các vật thể trên máy tính, việc đầu tiên là phải mô hình toán học được vật thể đó Sau đó sử dụng kỹ thuật đồ hoạ máy tính để hiển thị vật thể trên màn hình CAD/CAM dựa vào toán học và kỹ thuật đồ hoạ máy tính để biểu diễn các vật thể trong không gian thiết kế gọi là các mô hình hình học (geometric modeling) của vật thể được biểu diễn
Các hệ CAD/CAM có khả năng biểu diễn các đối tượng đồ hoạ trong không gian 2D, 2.5D và 3D
1.1.6.1 Biểu diễn 2D
Các hệ thống đầu tiên chỉ có khả năng biểu diễn 2D, đây là một nhược điểm rất lớn vì nó gây ra nhiều lỗi trong quá trình sản xuất do khả năng quan sát hình ảnh kém
và lượng thông tin không đầy đủ Các bản vẽ 2D nói chung sử dụng hơn 2 hình chiếu
ví dụ chiếu đứng, chiếu bằng, chiếu cạnh Bộ phận sản xuất lấy thông tin để chế tạo sản phẩm dựa vào các hình chiếu đó nên phải tưởng tượng ra sản phẩm thật trong
Trang 18không gian, điều này gây ra những khó khăn nhất định vì không phải bất cứ ai cũng có
nó chứa đựng cả thông tin bên trong và bề mặt chi tiết Có 2 xu hướng nghiên cứu mô hình khối rắn đó là:
Hình học khối rắn cơ bản (constructive solid geometry – CSG) Phương pháp này
sử dụng các khối rắn cơ bản như: lập phương, trụ, cầu, chóp để xây dựng mô hình Mô hình loại này đòi hỏi một khối lượng tính toán lớn nhưng yêu cầu ít không gian lưu trữ
dữ liệu
Biểu diễn đường bao (boundary representation B-rep) Mô hình này sử dụng tất
cả các đường bao để biểu diễn chi tiết, nó cho phép biểu diễn được các chi tiết có bề mặt rất phức tạp Mô hình B-rep cần một không gian lưu trữ dữ liệu lớn nhưng sự tính toán lại ít hơn mô hìng CSG
Xu thế hiện nay trong các phần mềm CAD/CAM là kết hợp cả 2 phương pháp biểu diễn CSG và B-rep để sử dụng các điểm mạnh của mỗi phương pháp biểu diễn Với mỗi cách biểu diễn bằng khung dây hay khối rắn, các phần mềm đang phát triển mạnh mẽ theo phương pháp biểu diễn mô hình tham số hoá, các đặc điểm toán học của
mô hình như toạ độ, độ cong, các vectơ tiếp tuyến, pháp tuyến được gắn với các
Trang 19tham số được hiển thị động khi kích chuột và cho phép thay đổi trực tiếp các đặc điểm này ngay trong quá trình thiết kế
1.1.7 Mô phỏng trong CAD/CAM
Mô phỏng là một khả năng quan trọng trong CAD/CAM, nhờ mô phỏng mà người thiết kế có thể thiết kế một sản phẩm hay một quá trình và phân tích các ứng xử của hệ thống mà không cần phải chế tạo mẫu thật hay tiêu hao năng lượng để hoạt động trên một hệ thống thật Ví dụ:
+ Mô phỏng trong thiết kế các mối ghép cơ khí
+ Mô phỏng hoạt động của robot trong một dây truyền sản xuất
+ Mô phỏng quá trình cắt bề mặt không gian trên máy phay CNC
1.2 Cơ sở tính toán đường dụng cụ trong gia công phay
1.2.1 Khái niệm về đường dụng cụ
Đường dụng cụ là đường mà một điểm đặc biệt của dụng cụ được dẫn theo nó trong quá trình gia công thì bề mặt dụng cụ sẽ tiếp xúc với bề mặt cần gia công
Điểm được biệt được dẫn thường lấy là điểm tâm ở mũi dụng cụ Tùy theo phương thức gia công là 2D, 3D, 5D sẽ có tương ứng là đường dụng cụ 2D, 3D, 5D (hình l-3)
Đường dụng cụ 2D Đường dụng cụ 3D Đường dụng cụ 5D
Hình 1.3: Các dạng đường dụng cụ
1.2.2 Dụng cụ phổ biến trong gia công phay
Máy điều khiển theo chương trình số có khả năng dẫn dắt dụng cụ theo bất kỳ một quỹ đạo nào, vì vậy hình dạng dụng cụ không cần quá phức tạp Các loại dao trong gia công phay thường là dao ngón và một số biến thể của chúng (hình 1.4)
Trang 20Hình 1.4: Các loại dao phay phổ biến
1 Dao đầu cầu; 2 Dao thân côn đầu cầu; 3 Dao đầu phẳng
4 Dao thân côn đầu phẳng; 5 Dao đầu phẳng cố gốc lượn
6 Dao đầu phẳng thân côn cố gốc lượn
Trong hầu hết các phần mềm CAD/CAM đều cho phép khai báo các loại hình dáng dao như (hình 1.4) Các thông số để định nghĩa hình dạng hình học (hình 1-5) gồm:
+ Chiều dài an toàn H2
+ Chiều dài từ mũi dao đến chuẩn lỗ gá dụng cụ H3
Trang 211.2.3 Một số phương pháp tính đường dụng cụ
Hiện nay có nhiều phương pháp tính đường dụng cụ (Tool-path generation) được
sử dụng trong các hệ CAD/CAM khác nhau Để tính được đường dụng cụ thì điều kiện tiên quyết là phải mô hình toán được mô hình chi tiết và mô hình dụng cụ hay nói cách khác phải quản lý được cơ sở dữ liệu của mô hình chi tiết và mô hình dụng cụ Từ cơ
sở dữ liệu đó, các hệ CAD/CAM của các hãng phần mềm có thể sử dụng các thuật toán khác nhau trong việc sinh đường dụng cụ Mô hình toán để tạo mô hình chi tiết cho đến nay sử dụng ba loại là: mô hình bề mặt (surface), mô hình khối rắn (solid) và
mô hình lưới điển rời rạc Còn để mô hình dụng cụ người ta sử dụng hai loại mô hình
bề mặt và mô hình khối rắn
Trong gia công NC, một đường dụng cụ (Toolpath) được hiểu là đường dẫn dụng
cụ trong một nguyên công bằng một dụng cụ nhất định, một nguyên công như vậy được gọi là một đơn vị gia công UMO (Unit Machining Operation)
Việc sinh đường dụng cụ cho một UMO thường trải qua 4 bước:
Bước 1: Lập kế hoạch đường dụng cụ Trong bước này phải xác định hình dáng
đường dụng cụ (Toolpath topology)
Bước 2: Tính toán các điểm CL (Cutter-Location) Các điểm CL là các điểm đặc
biệt trên dụng cụ, thường là ở tâm và đáy dụng cụ Kết thúc việc tính toán các điểm
CL ta được các dữ liệu định vị dụng cụ gọi là CLD (Cutter - Location - Data)
Bước 3: Nối đường dụng cụ: Từ bộ dữ liệu CLD, ta phải nối chúng lại với nhau
theo một thuật toán để được đường dụng cụ liên tục Việc nối các dữ liệu CLD thường dùng là các đoạn thẳng hay cung tròn
Bước 4: Kiểm tra đường dụng cụ (Verification) Đối tượng kiểm tra ở đây là sự
va chạm của dụng cụ với các bề mặt của chi tiết (gauge), sở dĩ có sự va chạm này là do một số phương pháp tính đường dụng cụ chỉ quan tâm đến các thông tin cục bộ tại từng điểm của bề mặt (toạ độ và véc tơ pháp tuyến) Sự va chạm (hình 1-6) xảy ra là
do hai tình huống sau:
Khi tính dữ liệu định vị dụng cụ để gia công điểm này thì dụng cụ lại chạm vào điểm khác của bề mặt, điều này thường xảy ra khi dụng cụ đi qua đỉnh lõm (Concave-gauge)
Trang 22Khi nối hai điểm CL cạnh nhau bằng một đoạn thẳng thì tại các điểm trung gian trên đoạn thẳng đó dụng cụ cắt lẹm vào bề mặt, điều này thường xảy ra khi dụng cụ đi qua đỉnh lồi (Convex-gauge)
Va chạm tại vùng lõm Va chạm qua vùng lồi Không cắt tại vùng lõm
Hình 1.6: Hiện tượng va chạm khi tính đường dụng cụ
Tuỳ theo cách tính các điểm CL, các phương pháp sinh đường dụng cụ có thể được phân loại theo hai hướng tiếp cận, đó là:
1) Hướng tiếp cận dựa vào điểm tiếp xúc giữa dụng cụ và bề mặt chi tiết (Cutter Contact Point), ký hiệu là CC
2) Hướng tiếp cận dựa vào sự định vị trực tiếp dụng cụ cắt trên bề mặt chi tiết (Direct Positioning), ký hiệu là DP
1.2.3.1 Hướng tiếp cận dựa vào điểm tiếp xúc CC
Trong hướng tiếp cận này các điểm định vị dụng cụ CL nhận được qua 2 bước:
Đường dụng cụ được định trước (planned) trên bề mặt thiết kế
Các điểm CL được tính từ các điểm CC trên đường dụng cụ
Từng điểm P1 (X1, Y1, Z1) trên đường CL (CL path) được tính từ các điểm tương ứng P(x,y,z) trên đường CC path rồi nối lại với nhau Trên (hình 1-7), R là bán kính dụng cụ, 0 là tâm đầu cầu, n(nx,ny,nz) là véc tơ pháp đơn vị của bề mặt điểm tiếp xúc P(x,y,z) ta có thể dẫn ra toạ độ của điểm P1 như sau:
Trang 231 Phương pháp CC 2 Phương pháp DP
Hình 1.7: Các phương pháp sinh đường định vị định cụ CL
Toạ độ tâm cầu được tính bằng công thức:
Đối với dao đầu phẳng công thức tính toạ độ điểm P1 như sau: (hình 1.8)
Hình 1.8: Phương pháp CC với dao đầu phẳng
5^3
Trang 24• Phương pháp đẳng phẳng (Iso-plannar): Phương pháp này sinh ra các đường tiếp xúc là giao điểm giữa bề mặt cần gia công và các mặt phẳng song song nhau hoặc
có một quy luật nào đó ví như tạo thành các tia
• Phương pháp đẳng tham số (Iso-parametric): Đường tiếp xúc giữa dụng cụ
và bề mặt gia công là đường cong đẳng tham số trong không gian tham số u,v
• Phương pháp đẳng độ cong (Iso-curvature): Đường tiếp xúc giữa dụng cụ và
bề mặt gia công là các đường cong trên bề mặt có cùng độ cong (curvature) hay là một vài đường đặc tính khác
• Phương pháp đẳng dốc (Iso-phote): Đường tiếp xúc giữa dụng cụ và bề mặt gia công là các đường cong được offset 3D từ các đường cong đẳng dốc (iso-inclination curve)
Hình 1.9: Các dạng đường tiếp xúc theo các phương pháp khác nhau
• Phương pháp chiều cao nhấp nhô không đổi (Constant scallop height): Đường tiếp xúc giữa dụng cụ và bề mặt gia công là các đường sao cho chiều cao nhấp nhô để lại trên bề mặt gia công là không đổi Thực ra cơ sở của phương pháp này
Trang 25chính là phương pháp đẳng dốc
1.2.3.2 Hướng tiếp cận định vị trực tiếp DP (Direct positioning)
Để có được đường dụng cụ cũng phải trải qua các bước tổng quát đã nêu ở trên,
nhưng nội dung bước 1 và 2 sẽ có các điểm khác so với phương pháp “Hướng tiếp cận
điểm CC” Cụ thể là:
Hình dáng đường dụng cụ 2D (Toolpath topology) được định trước trên mặt
phẳng vuông góc với trục dụng cụ (hình 1.10) Biên giới của vùng cần gia công phải
được xác định bằng các đường biên dạng (contour), trong vùng cần gia công đó đường
dụng cụ 2D được sinh ra một cách có quy luật bằng các thuật toán thích hợp Thường
đường dụng cụ 2D có các hình dáng là: song song với nhau, song song với đường biên
giới, tia xuất phát từ một điểm trong vùng gia công và toả ra đường bao
Các vị trí dụng cụ riêng lẻ trên đường dụng cụ 2D được hạ thấp dần cho đến khi
dụng cụ tiếp xúc với bề mặt chi tiết Từ đó có được dữ liệu CLD Ưu điểm chính của
phương pháp là: nguyên tắc tính như nhau cho mọi loại hình dáng dụng cụ và chi tiết
Đường dụng cụ song song (zig-zac) Đường dụng cụ song song với đường bao
Hình 1.10: Hình dáng các đường dụng cụ 2D
Trang 261.2.3.3 So sánh, đánh giá các phương pháp sinh đường dụng cụ
Bảng 1.1: Bảng so sánh, đánh giá các phương pháp sinh đường dụng cụ
Phương pháp CC Phương pháp DP
Nguyên tắc cơ
bản
Tìm đường tiếp xúc giữa dụng cụ
và bề mặt cần gia công trước từ đó xác định điểm CL thông qua điểm
tiếp xúc CC
Đường dụng cụ 2D được áp đặt trước và cao độ Z tìm được thông qua sự tiếp xúc giữa dụng cụ và
1 Thuật toán đơn giản
2 Không phải kiểm tra cắt lẹm vì tại bất kỳ điểm CL tính được, dụng cụ chỉ được phép tiếp xúc với một hoặc nhiều bề mặt của
mô hình chi tiết
Nhiều khi chiều cao nhấp nhô không quản lý được do đường dụng cụ 2D được áp đặt trước
Cơ sở dữ liệu Bề mặt (surface) 1 Khối rắn (solid)
2 Bề mặt (surface)
1.2.3.4 So sánh, đánh giá về các phương pháp sinh đường tiếp xúc giữa dụng
cụ và chi tiết trong phương pháp CC
Các phương pháp sinh đường tiếp xúc giữa dụng cụ và chi tiết có thể xếp vào hai nhóm có nét cơ bản trái ngược nhau đó là: một nhóm thì áp đặt trước các đường tiếp xúc, không quản lý chiều cao nhấp nhô như phương pháp đẳng phẳng, đẳng tham số,
Trang 27đẳng độ cong, điểm yếu chung nhất của các phương pháp sinh đường dụng cụ này là đường dụng cụ được sinh ra theo một quy tắc toán học đặt trước cho các loại bề mặt khác nhau Trong khi đó nhóm kia thì xuất phát từ yêu cầu chiều cao nhấp nhô để tính
ra lượng offset cần thiết, từ đó sinh ra đường tiếp xúc như phương pháp đẳng dốc, chiều cao nhấp nhô khổng đổi Ta sẽ phân tích hai phương pháp điển hình:
Phương pháp đẳng phẳng (iso-planar) hiện nay được sử dụng rộng rãi trong các
hệ CAD/CAM Bản chất của phương pháp này là áp đặt trước đường tiếp xúc giữa dụng cụ và chi tiết (là giao điểm của các mặt phẳng với bề mặt chi tiết) nên chiều cao nhấp nhô giữa hai vết chạy dao liên tiếp không quản lý được Để có chất lượng bề mặt tốt theo phương pháp này thì phải có các kinh nghiệm về chọn hình dáng đầu dụng cụ, hình dáng vết tiếp xúc phù hợp với bề mặt chi tiết Các phương pháp nhóm này có hiệu quả tính toán tốt, tạo ra các đường dụng cụ rõ ràng không chồng chéo lên nhau, nhưng chất lượng bề mặt gia công lại không tốt đặc biệt khi các bề mặt có tính lồi lõm lớn
Phương pháp đẳng dốc (iso-phote): Đây là phương pháp mới được đưa vào sử
dụng trong các hệ CAD/CAM Bản chất của phương pháp này là đường tiếp xúc giữa dụng cụ và chi tiết được tính trên cơ sở đảm bảo chiều cao nhấp nhô giữa hai vết chạy dao liên tiếp phải nhỏ hơn dung sai cho phép h<=[h] Ưu điểm của phương pháp này là chất lượng bề mặt gia công tốt, dữ liệu định vị dụng cụ (CLD) và chiều dài đường dụng cụ giảm Điều này có thể dễ dàng nhận thấy khi gia công bằng dao đầu phẳng các
bề mặt phẳng vuông góc với trục dao thì bước tiến ngang có thể bằng đường kính dao
mà bề mặt vẫn không có các nhấp nhô
Các đường tiếp xúc trong phương pháp này được sinh ra nhờ một đường tiếp xúc chính là đường cong bao Đối với mỗi điểm trên đường cong chính một điểm “song song” khác được tạo thành phụ thuộc vào chiều cao nhấp nhô yêu cầu Một đường cong spline đi qua các điểm “song song” được tạo ra và bước tiến trước (division) được xác định Đường cong spline vừa tạo ra lại dùng làm đường cong chính (master)
và quá trình lặp lại để tạo ra các đường tiếp xúc khác Quá trình lặp sẽ kết thúc khi toàn bộ bề mặt được tính xong Trong trường hợp tính toán phức tạp, điểm yếu của phương pháp này là có thể xảy ra lỗi xử lý số Do việc tính đuờng tiếp xúc mới dựa trên đường tiếp xúc cũ, lỗi xử lý số có thể lớn hơn đối với đường tiếp xúc mới và lỗi
có thể bị tích luỹ dần, một số trường hợp bài toán không hội tụ
Trang 28CHƯƠNG 2 BỘ ĐIỀU KHIỂN HAIDENHAIN iTNC 530 DÙNG CHO MÁY
PHAY 5 TRỤC 2.1 Cấu trúc của một chương trình Heidenhain
Chương trình gồm các khối lệnh để gia công một chi tiết trên máy công cụ điều khiển số NC, thành phần của mỗi khối gồm có (hình 2-1):
Hình 2.1: Cấu trúc một khối chương trình
+ Số thứ tự khối (Block number)
+ Phần chức năng (path function)
+ Các từ lệnh
Chỉ số khối TNC theo thứ tự tăng dần
Khối lệnh đầu tiên của chương trình là BEGIN PGM, tên chương trình và đơn vị
đo Các khối lệnh tiếp theo chứa các thông tin sau:
+ Kích thước phôi
+ Định nghĩa dao, các hàm về dao
+ Tốc độ cắt, tốc độ quay trục chính
+ Các đường chạy dao, lệnh gia công theo chu trình, và các hàm khác
Khối lệnh cuối cùng của chương trình là END PGM, tên chương trình và đơn vị
đo
Ngay sau khi tạo một chương trình NC mới, cần khai báo kích thước phôi (dạng khối hộp có các cạnh nằm dọc theo các trục X, Y, Z) để phục vụ cho chương trình mô phỏng đồ họa TNC Nếu muốn định nghĩa kích thước phôi sau, ấn phím BLK FORM Kích thước phôi dọc theo các trục X, Y và Z có thể được khai báo tối đa là 100000
mm, và được định nghĩa bằng 2 đỉnh của hình hộp:
Điểm MIN: tọa độ đỉnh gần gốc tọa độ nhất (Tọa độ tuyệt đối)
Điểm MAX: tọa độ đỉnh xa gốc tọa độ nhất (Tọa độ tuyệt đối hoặc gia tăng)
Trang 29Chú ý: Việc khai báo chỉ cần thiết cho việc chạy mô phỏng để kiểm tra chương
trình
2.1.1 Cấu trúc của một câu lệnh chương trình
Mỗi câu lệnh chương trình bắt đầu bằng một số thứ tự câu Trong chương trình Heidenhain số thứ tự câu là một số tự nhiên, số thứ tự câu được tăng dần từ đầu đến cuối chương trình, số thứ tự giúp tìm dễ dàng các câu trong bộ nhớ của hệ điều khiển trong trường hợp cần phải thay đổi một câu chương trình Giá trị của con số tự nhiên không ảnh hưởng đến trình tự khi soạn thảo các khối chương trình
2.1.2 Cấu trúc của một từ chương trình
Mỗi khối chương trình bao gồm các từ có chứa đựng các thông tin hình học và công nghệ hoặc thông tin kỹ thuật của chương trình Người ta phân chia thành hai nhóm từ chương trình:
1 Nhóm từ biểu thị chức năng dịch chuyển
2 Nhóm từ biểu thị chức năng điều khiển máy và các chức năng phụ Mỗi từ chương trình bao gồm một chữ cái và một dãy số có dấu hoặc không có dấu Dấu nằm giữa chữ cái và số (ví dụ: X-50) Dãy các con số có thể là số thập phân, người ta tách phần nguyên và phần thập phân bằng một dấu chấm (ví dụ: X150.45) Mỗi chữ cái có một ý nghĩa xác định
2.1.3 Các chức năng dịch chuyển, các chu trình
2.1.3.1 Các chức năng dịch chuyển
Các chức năng dịch chuyển được biểu thị bằng các chữ cái địa chỉ, ví dụ chữ cái
địa chỉ L mô tả chức năng dịch chuyển theo đường thẳng, chữ cái C mô tả chức năng
dịch chuyển theo một nửa đường tròn quanh một tâm cho trước; chữ RND tả chức năng về một cung tròn có bán kính xác định giữa hai đường viền giao nhau…
2.1.3.2 Các chu trình
Những chức năng dịch chuyển thực hiện nhiều quá trình chuyển động gọi là các chu trình Những chu trình được nhiều người sử dụng như chu trình khoan là các chức năng đã được quy chuẩn hoá của hệ điều khiển Người sử dụng có thể lập các chu trình riêng theo các yêu cầu đặc biệt của mình và cài đặt vào trong bộ nhớ của hệ điều khiển Các chu trình không biểu thị các điều kiện dịch chuyển mới Để giảm thời gian
Trang 30cho việc lập trình đồng thời tăng sự thuận tiện khi lập trình nhiều điều kiện dịch chuyển được nhóm lại thành một chu trình
2.1.4 Các chức năng vận hành máy
Các chức năng vận hành máy bao gồm các từ biểu thị số vòng quay trục chính S, lượng chạy dao F, dụng cụ cắt và các chức năng hỗn hợp M Phần lớn các chức năng này có thể hiện phần công nghệ của của chương trình NC
2.1.4.1 Số vòng quay trục chính
Từ dùng để chỉ số vòng quay trục bao gồm chữ cái địa chỉ S và một số nguyên đằng sau nó cho biết số vòng quay trên một phút của trục chính, số vòng quay trục chính được sử dụng trong khối lệnh thay dao TOOL CALL Trong chương trình muốn thay đổi tốc độ quay trục chính ta làm như sau:
1 Ấn phím TOOL CALL
2 Bỏ qua câu hỏi Tool number = ? bằng cách ấn phím NO ENT
3 Bỏ qua câu hỏi Working spindle axis X/Y/Z ? bằng cách ấn phím NO ENT
4 Nhập số vòng quay trục chính cho câu hỏi Spindle speed S = ?, rồi ấn phím
END để xác nhận
Có thể thay đổi tốc độ cắt theo từng nấc khi máy đang gia công bằng phím cứng
2.1.4.2 Lượng chạy dao
Lượng chạy dao F (mm/phút hoặc inch/phút) là tốc độ mà tâm dao di chuyển Lượng chạy dao tối đa theo các trục khác nhau có thể khác nhau, (được đặt giá trị trong bảng thông số của máy) Có thể đặt lượng chạy dao trong bất kỳ khối lệnh gọi dao TOOL CALL nào
Lượng chạy dao nhanh khi không cắt F MAX: Muốn đặt chế độ chạy không, ấn phím ENT hoặc phím F MAX khi TNC hỏi FEED RATE F = ?
Chú ý: Cũng có thể chạy không bằng cách dùng lượng chạy dao lớn như F30000
Khi đó lượng chạy dao này sẽ còn tác dụng cho đến khi có lệnh thay đổi lượng chạy dao Khác với FMAX chỉ có tác dụng trong khối lệnh chứa nó
Thời gian hoạt động (Duration of effect): Lượng chạy dao đặt bằng số sẽ có tác
dụng cho đến khi có lệnh thay đổi tốc độ cắt khác
Lượng chạy dao không F MAX chỉ tác dụng trong khối lệnh chứa nó, sau đó
Trang 31lượng chạy dao lại được trả về giá trị bằng số lần đặt gần nhất
Có thể thay đổi lượng chạy dao theo từng nấc khi máy đang gia công bằng phím cứng
2.1.4.3 Dụng cụ cắt
Các yêu cầu cho bù dao
Các đường chạy dao thường được lập trình dựa trên các bản vẽ, do vậy để TNC
có thể tính toán đường chạy dao qua tâm dao - hoặc đường bù dao - người sử dụng phải nhập các thông số về chiều dài và bán kính cho mỗi con dao sử dụng
Các dữ liệu về dao có thể được lập trình trực tiếp trong chương trình bằng khối lệnh TOOL DEF, hoặc có thể được nhập vào từ bảng dụng cụ Trong bảng dụng cụ, người dùng có thể nhập thêm các thông tin khác cho mỗi con dao cụ thể Khi chạy chương trình, TNC sẽ lấy dữ liệu về dao ở cả hai nơi, trong file chương trình và trong bảng dụng cụ
Tên và số hiệu dao
Mỗi dao có một số hiệu phân biệt từ 0 đến 254 Trong bảng dụng cụ, người sử
dụng có thể nhập tên cho mỗi dao (tên không quá 32 ký tự) Dao số (hay dao T0 trong bảng dụng cụ) tự động được lấy làm chuẩn, nghĩa là chiều dài dao L0 = 0 và bán kính dao R0 = 0 Chiều dài dao và bán kính dao được nêu trong (hình 2-2)
Hình 2.2: Chiều dài dao và đường kính dao Chiều dài dao L (Tool length L)
Muốn xác định chiều dài dao phải tiến hành so dao đó với dao số 0
+ L > L0: Dao có chiều dài lớn hơn chiều dài dao số 0
+ L < L0: Dao có chiều dài nhỏ hơn chiều dài dao số 0 Để xác định chiều dài
Trang 32dao, làm theo các bước sau (hình 2-3):
Hình 2.3: Cách xác định chiều dài dao
+ Đưa dao số 0 đến điểm tham chiếu chuẩn, ví dụ như mặt làm việc với Z = 0 + Đặt mốc tính cho trục dao là 0
+ Thay dao cần đặt chiều dài vào
+ Đưa dao đó đến điểm tham chiếu chuẩn
+ TNC hiển thị chênh lệnh tọa độ giữa dao đang dùng và dao số 0
+ Dùng phương thức bắt tọa độ điểm thực để nhập giá trị đó vào bảng dụng cụ cho dao tương ứng hoặc dùng giá trị đó cho lệnh TOOL DEF trong file chương trình
Bán kính dao R (Radius R)
Có thể nhập giá trị bán kính dao trực tiếp
Giá trị chênh lệch chiều dài và bán kính của dao được chỉ ra trên (hình 2-4) Giá trị chênh lệch có dấu dương (ĐL, DR, DR2 > 0) có nghĩa là dao vượt quá cỡ Nếu máy chấp nhận dao vượt cở, có thể nhập các giá trị chênh lệch đó trong lệnh TOOL CALL của chương trình
Giá trị chênh lệch có dấu âm (DL, DR, DR2 < 0) có nghĩa dao có kích thước nhỏ hơn kích thước đã định nghĩa Nhập giá trị chênh lệch này vào bảng dụng cụ tương ứng để điều chỉnh
Trang 33Hình 2.4: Chênh lệch chiều dài và bán kính dao
Trong khối lệnh TOOL CALL, giá trị chênh lệnh có thể được nhập vào dạng số hoặc thông qua tham số Q Giá trị chênh lệnh chỉ được phép trong khoảng ± 99.999mm
Nhập số hiệu dao, chiều dài và bán kính dao trong lệnh TOOL DEF
Chú ý: Có thể chuyển trực tiếp giá trị chiều dài và bán kính dao vào trong dòng
lệnh bằng cách ấn phím tọa độ thích hợp
Ví dụ: 4 TOOL DEF 5 L+10 R+5
2.1.4.4 Chức năng phụ (chức năng vận hành máy)
Từ biểu thị chức năng phụ bao gồm chữ cái địa chỉ M và một số mã gồm 2 chữ số (bảng 2-1) Các chức năng phụ có thể là quá trình đóng mở đơn giản, ví dụ: đóng mở dung dịch trơn nguội hoặc là quá trình phức tạp hơn, ví dụ: thay dao
Trang 34Tác động cuối câu lệnh
Lưu giữ
bộ nhớ
Tác động câu lệnh
M03 Quay trục chính bên phải X
M04 Quay trục chính bên trái X
M13 Quay trục chính bên phải,
M14 Quay trục chính bên trai,
Trang 352.2 Cấu trúc động học của máy phay 5 trục Mikron UCP 600
2.2.1 Cấu trúc của máy CNC
Máy CNC Mikron UCP 600 sẽ được sử dụng để nghiên cứu trong đồ án Đây là máy CNC 5 trục sử dụng bộ điều khiển iTNC 530 Hình 2.5 thể hiện mô hình mô phỏng
Hình 2.5: Máy phay 5 trục Mikron UCP 600
Hình 2.6: Mô hình mô phỏng của máy phay 5 trục Mikron UCP 600
Trang 362.2.2 Hệ trục tọa độ tiêu chuẩn
Để có thể tình toán quỹ đạo chuyển động của dụng cụ, cần thiết phải gắn vào chi tiết một hệ trục tọa độ Thông thường trên cách máy điều khiển theo chương trình số, người ta thường sử dụng hệ tọa độ Descard OXYZ theo quy tắc bàn tay phải (hệ tọa độ thuận) nhưng thông thường người ta sẽ chọn tại những điểm thuận lợi cho việc lập trình, đồng thời dễ dàng kiểm tra kích thước theo bản vẽ của chi tiết gia công mà không phải thực hiện nhiều bước tính toán bổ sung
Hình 2.7: Hệ tọa độ trên máy CNC
Một đặc điểm mang tính quy ước là trên các máy điều khiển theo chương trình
số, chi tiết gia công được xem là luôn luôn cố định và luôn gắn với hệ thống tọa độ cố định nói trên, còn mọi chuyển động tạo hình và cắt gọt đều do dụng cụ thực hiện Trong thực tế, điều này đôi khi là ngược lại, ví dụ như trên máy phay thì chính bàn máy mang phôi thực hiện chuyển động tạo hình, còn dụng cụ chỉ thực hiện chuyển động cắt gọt Vì vậy khi sử dụng máy điều khiển theo chương trình số cần phải luôn tạo nên một thói quen để tránh những nhầm lẫn đáng tiếc có thể gây ra nguy hiểm cho máy, dụng cụ và con người
Trang 37Hình 2.8: Hệ tọa độ trên máy CNC và chuyển động của các trục
Theo quy ước chung, phương của trục chính của máy là phương của trục OZ còn chiều dương của nó được quy ước khi dao tiến ra xa chi tiết Đối với máy phay thẳng đứng, trục Z hướng theo phương thẳng đứng lên trên, còn trục X và Y được xác định theo quy tắc bàn tay phải, tuy nhiên trong thực tế các nhà chế tạo máy lại thường ưu tiên chọn trục X là trục mà có chuyển động bàn máy dài hơn Đối với các chuyển động xung quanh cách trục tương ứng X, Y, Z được xác định bằng các địa chỉ A, B, C sẽ được xác định là dương khi chuyền quay đó có hướng thuận chiều kim đồng hồ khi nhìn theo chiều dương của các trục tương ứng (khi nhìn vào gốc của hệ trục tọa độ từ phía các trục thì chiều quay của chúng là ngược chiều kim đồng hồ) Ngoài ra, còn một
số chuyển động phụ song song với các trục tương ứng với các trục X, Y, Z là các địa chỉ U, V, W và hướng của chúng được biểu diễn như trên hình
2.2.3 Hệ trục tọa độ của máy phay 5 trục Mikron UCP 600
Máy Mikron UCP 600 là máy CNC dạng TTRR-T, Table/Table CNC TTRR-T
ám chỉ các trục của máy Như có thể quan sát trong hình vẽ, từ vị trí dụng cụ cắt tới đế phía trên có 2 trục tịnh tiến Z và Y Từ chi tiết tới đế dưới có 2 trục quay C, A và 1 trục tịnh tiến X Table/table có nghĩa là các trục quay quay đồng thời Bàn quay đầu tiên mang chi tiết, bàn quay thứ 2 mang bàn quay thứ nhất
Trang 38Hình 2.9: Hệ trục tọa độ của máy Mikron UCP 600
Trang 392.2.5 Ma trận Denavit – Hartenberg
Phương pháp Denavit-Hartenberg được sử dụng cho mô hình động học của máy Mikron UCP 600 Trong phương pháp này, mô hình động học được xác định không phụ thuộc vào tải trọng động Phương pháp Henavit-Hartenberg bao gồm các bước như sau:
1 Xác định hệ tọa độ cho mỗi khớp động
2 Xác định 4 tham số cho mỗi lần chuyển hệ tọa độ
3 Lập ma trận Denavit-Hartenberg
Để xác định các hệ trục tọa độ của mỗi khớp nối, ta tiến hành thực hiện theo các bước sau:
Zi được chọn theo hướng của khớp động Trục này có thể hướng theo chiều
âm hoặc dương
Xi được chọn dọc theo đường vuông góc chung của Zi-1 và Zi Nếu trục Zi-1cắt trục Zi thì hướng của trục Xi có thể được chọn tùy ý miễn là vuông góc với trục Zi Khi hai trục Zi-1 và Zi song song với nhau, thì giữa hai trục này có nhiều đường pháp tuyến chung, ta có thể chọn trục Xi tùy ý Thông thường ta sẽ chọn trục Xi đi qua gốc tọa độ của khớp (i-1)
Gốc tọa độ Oi được trọn tại giao điểm của hai trục Xi và Zi
Trục Yi được chọn sao cho hệ tọa độ (Ozyz)i là hệ quy chiếu thuận
Các trục X và Y của hệ tọa độ (Oxyz)0 được chọn tùy ý (tuy nhiên phải chọn
αi là góc quay quanh trục Xi để Zi-1 trùng với Zi ;
ai là khoảng cách theo phương Xi giữa hai trục Zi-1 và Zi;
Trang 40 di là khoảng cách theo phương Zi-1 từ Oi-1 đến trục Xi;
θi là góc quay quanh trục Zi-1 từ trục Xi-1 đến trục Xi ;
Các tham số này có thể được xác định sau mỗi lần chuyển hệ trục tọa độ Những tham số này sau khi xác định được điền vào ma trân Denavit-Harternberg Ma trân này diễn tả chuyển động quay và tịnh tiến từ một hệ trục tọa độ này sang hệ trục tọa độ khác