Nghiên cứu lập trình các quỹ đạo phức tạp trên cơ sở truyền tham số đặt trưng để gia công trên máy CNC

Tổng quan về công nghệ CADCAMCNC; lập trình gia công trên máy phay CNC 5 trục siemens sinumerik DMU65 monoblock DMG mori; tính toán, thiết kế tham số gia công nút cầu không gian sử dụng phần mềm CADCAM mô phỏng chi tiết 3D.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC ********** LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU LẬP TRÌNH CÁC QUỸ ĐẠO PHỨC TẠP TRÊN CƠ SỞ TRUYỀN THAM SỐ ĐẶT TRƯNG ĐỂ GIA CÔNG CÁC CHI TIẾT TRÊN MÁY CNC Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Phạm Văn Hùng Sinh viên thực : Trần Ngọc Tiếp MSSV : CB170267 Hà Nội, 09/2019 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Trần Ngọc Tiếp Đề tài luận văn: Nghiên cứu lập trình quỹ đạo phức tạp sở truyền tham số đặc trưng để gia công máy CNC Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy (KH) Mã số SV: CB170267 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 15/10/2019 với nội dung sau: Sửa lại Danh mục hình vẽ, bảng biểu chưa trùng luận văn; Sửa lại bố cục chương rõ ràng; Bổ sung báo luận văn; Việt hóa từ tiếng anh hình vẽ; Bỏ hình ảnh quyền đơn vị sản xuất trực tiếp ; Sửa lỗi tả; Chuyển chức phím bảng điều khiển mục lục; Rút gọn số chương trình gia công không cần thiết; Ngày Giáo viên hướng dẫn tháng 11 năm 2019 Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG SĐH.QT9.BM11 Ban hành lần ngày 11/11/2014 [ TRẦN NGỌC TIẾP - LUẬN VĂN THẠC SỸ ] October 1, 2019 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM/CNC 1.1 Giới thiệu máy công cụ điều khiển số (máy CNC) 1.1.1 Giới thiệu chung điều khiển số máy công cụ [3] 1.1.2 Các hệ điều khiển số 10 1.1.2.1 Hệ điều khiển NC (Numerical Control) 10 1.1.2.2 Hệ điều khiển CNC 10 1.1.2.3 Hệ điều khiển DNC (Direct Numerical Control) 11 1.1.3 Cơ sở lý thuyết lập trình gia cơng máy CNC 12 1.1.3.1 Chương trình NC 12 1.1.3.2 Các phương pháp lập trình 13 1.1.4 Các hệ điều khiển phổ biến máy CNC 13 1.1.4.1 Hệ điều hành FANUC [5] 14 1.1.4.2 Hệ điều hành Sinumerik Siemens [6,7] 16 1.1.4.3 Hệ điều khiển Heidenhain [8,9] 17 1.1.5 Nhận xét 19 1.2 Giới thiệu sở CAD/CAM/CAE-CNC lập trình CNC cho máy phay 20 1.2.1 Tổng quan công nghệ CAD/CAM-CNC [4] 20 1.2.1.1 Tổng quan CAD/CAM 20 [ TRẦN NGỌC TIẾP - LUẬN VĂN THẠC SỸ ] October 1, 2019 1.2.1.2 Khái quát chung CAD, CAM, CNC 20 1.2.1.3 Tích hợp cơng nghệ CAD/CAM- CNC 30 1.2.1.4 Vai trò CAD/CAM/CNC chu kỳ sản xuất 32 1.2.2 Q trình gia cơng ứng dụng cơng nghệ CAD/CAM/CNC 33 1.2.2.1 Hệ thống CAD/CAM/CNC 33 1.2.2.2 Q trình gia cơng máy CNC 34 1.3 Kết luận chương 35 CHƯƠNG 36 LẬP TRÌNH GIA CƠNG TRÊN MÁY PHAY CNC TRỤC SIEMENS SINUMERIK DMU65 MONOBLOCK – DMG MORI 36 2.1 Giới thiệu máy phay CNC trục Siemens Sinumerik DMU65 36 2.1.1 Bộ điều khiển SIEMENS SINUMERIK 36 2.1.2 Trung tâm gia công CNC SIEMENS SINUMERIK DMU65 MonoBLOCK – DMG MORI 37 2.2 Bảng điều khiển hình SIEMENS SINUMERIK 39 2.2.1 Tổng quan 39 2.3 Một số chương trình gia công 42 2.3.1 Lập trình 44 2.3.2 Kết mô 2D 44 2.3.3 Kết mô 3D 44 2.4 Kết luận chương 45 CHƯƠNG 46 TÍNH TỐN, THIẾT KẾ THAM SỐ GIA CÔNG NÚT CẦU KHÔNG GIAN SỬ DỤNG PHẦN MỀM CAD/CAM MÔ PHỎNG CHI TIẾT 3D 46 3.1 Giới thiệu Giàn không gian 46 3.1.1 Ứng dụng 46 3.1.2 Liên kết giàn không gian bao gồm chi tiết: 48 3.2 Chi tiết: Nút cầu giàn không gian 50 [ TRẦN NGỌC TIẾP - LUẬN VĂN THẠC SỸ ] October 1, 2019 3.3 Chế tạo nút cầu giàn không gian 52 3.3.1 Công đoạn chế tạo chi tiết nút cầu giàn không gian 52 3.3.2 Nội dung thực gia cơng cầu chương trình tham số: 52 3.4 Giải thuật tính tốn tham số cầu 53 3.4.1 Xác định vị trí lỗ 53 3.4.2 Xác định thông số lượng dư nguyên công phay, chiều sâu lỗ ren 54 3.4.3 Xác định thông số lỗ công nghệ 55 3.4.4 Một số yêu cầu công nghệ 55 3.4.5 Các cơng thức tính tốn 56 3.4.6 Xác định trình tự gia công 58 3.4.7 Giải thuật góc quay tới vị trí lỗ theo trình tự q trình gia cơng nút cầu không gian 62 3.5 Cấu trúc chương trình 67 3.5.1 Tham số đặc trưng cần truyền 67 3.5.2 Các tham số phụ cần truyền 68 3.6 Kết luận chương 72 CHƯƠNG 4: 73 LẬP TRÌNH THAM SỐ MÔ PHỎNG GIA CÔNG CHI TIẾT NÚT CẦU KHÔNG GIAN TRÊN PHẦN MỀM 3D VERICUT 73 4.1 Mô gia công chi tiết phần mềm Mô 3D Vericut 73 4.1.1 Chương trình gia cơng chi tiết với D220, số lỗ gia công 73 4.1.2 Tiến hành chạy chương trình mơ gia cơng cầu D220, số lỗ phần mềm Vericut 74 4.1.3 Chương trình gia công chi tiết với D220, lỗ với góc âm, góc thay đổi, bỏ lỗ thứ lỗ thứ 80 4.1.4 Tiến hành chạy mô chương trình gia cơng chi tiết với D220, lỗ với góc âm, góc thay đổi, bỏ lỗ thứ lỗ thứ 82 4.2 Kết luận chương 86 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87 [ TRẦN NGỌC TIẾP - LUẬN VĂN THẠC SỸ ] October 1, 2019 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 PHỤ LỤC 89 Chương trình MAIN (Gọi chương trình, nhập tham số chính) 89 Chương trình MACRO (gia cơng phay mặt, khoan taro lỗ) 89 Chương trình SUB 96 [ TRẦN NGỌC TIẾP - LUẬN VĂN THẠC SỸ ] October 1, 2019 LỜI NÓI ĐẦU Tính cấp thiết nay: Trong thời đại cơng nghiệp hóa đại hóa, lĩnh vực khí đổi phát triển không ngừng lĩnh vực sản xuất suất chất lượng nhờ linh hoạt q trình tự động hóa sản xuất Trong sản xuất cơng nghiệp việc ứng dụng hệ thống gia cơng tích hợp điều khiển máy tính (CIM - Computer Ingtegrated Mannufacturing) đóng vai trị quan trọng; Sử dụng máy điều khiển số (CNC –Computer Numerical Control) giúp nâng cao suất lao động, nâng cao độ xác gia công hiệu kinh tế, đồng thời rút ngắn chu kỳ sản xuất cho phép giảm thời gian chuẩn bị sản xuất thay đổi sản phẩm…Chính nước giới ứng dụng rộng rãi máy điều khiển số vào lĩnh vực khí chế tạo Ở Việt Nam máy NC CNC phổ biến nhiều nhà máy, viện nghiên cứu công ty liên doanh, máy công cụ CNC nhanh chóng đưa q trình sản xuất cơng nghiệp động, linh hoạt, tự động hóa cao; Máy CNC tiến phát triển vượt bậc sản xuất khí Sự xuất máy CNC nhanh chóng làm thay đổi q trình sản xuất cơng nghiệp Đặc biệt việc phát triển trung tâm gia cơng CNC mang lại tự động hồn tồn từ khâu cấp phơi đến hồn thiện sản phẩm đạt độ xác tin cậy cao Tuy nhiên để điều khiển hoạt động trung tâm gia công cần tìm hiểu sáng tạo tổ hợp kiến thức nhiều lĩnh vực, thực cơng nghệ CNC chiếm lĩnh vị trí cao hệ thống sản xuất tổ chức, cá nhân, doanh nghiệp toàn giới ; Hiện máy điều khiển số nhập từ nước nên việc khai thác cịn gặp nhiều khó khăn, đặc biệt việc gia công biên dạng phức tạp Với nhu cầu cần thiết thời đại phát triển ngày đỏi hỏi vấn đề sản xuất khí phải triển khai cách nhanh gọn, đơn giản dễ sử dụng Cùng với tính chất cơng việc chuyên môn đơn vị nơi mà em công tác liên quan tới lĩnh vực Với lý để hồn thành khóa học Thạc sỹ Khoa học Công nghệ Chế tạo máy em xin chọn đề tài tốt nghiệp : “Nghiên cứu lập trình quỹ đạo phức tạp sở truyền tham số đặc trưng để gia công máy CNC” [ TRẦN NGỌC TIẾP - LUẬN VĂN THẠC SỸ ] October 1, 2019 * Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu khai thác sử dụng trung tâm gia công trục Tìm hiểu hệ điều hành SIEMENS SINUMERIK cách sử dụng tham số lập trình Macro nhằm làm đơn giản hóa tiết kiệm thời gian lập trình; Dùng làm tài liệu tham khảo cho sản xuất; Đưa lập trình tham số vào sản xuất tương lai * Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Máy nghiên cứu: Trung tâm gia công trục CNC SIEMENS SINUMERIK DMU65 MonoBLOCK – DMG MORI; Nghiên cứu hệ điều hành SIEMENS SINUMERIK phạm vi nghiên cứu cụ thể biến số truyền tham số chu trình gia công, để ứng dụng gia công chi tiết phức tạp chi tiết máy phay trục DMU65 MonoBLOCK – DMG MORI hệ điều hành SIEMENS SINUMERIK * Ý nghĩa khoa học: - Lập trình gia cơng chi tiết phức tạp máy CNC SIEMENS SINUMERIK DMU65 MonoBLOCK – DMG MORI cách sử dụng tham số lập trình làm cho việc viết chương trình trở nên đơn giản Dữ liệu đầu vào khơng cịn số cố định mà tham số hóa giúp cho việc nhập thơng số ban đầu linh hoạt hơn; - Lập trình tham số cho phép sử dụng tối đa chức tính tốn máy CNC gia công họ chi tiết, giảm số lượng dòng lệnh, sử dụng biến số để đại diện cho kích thước cụ thể, thay đổi kích thước tùy chọn với nhu cầu sản xuất, chuẩn hóa số hóa bước gia cơng loạt chi tiết có biên dạng * Ý nghĩa thực tiễn: - Trong sản xuất hàng loạt gia công đơn lẻ, có chi tiết đặt hàng có tương đồng với biên dạng, quy trình cơng nghệ, nguyên công gia công khác số kích thước, tiêu chuẩn; - Việc lập trình tham số thực đa dạng yêu cầu khác loại chi tiết, tiết kiệm thời gian, chi phí sản xuất, khối lượng cơng việc [ TRẦN NGỌC TIẾP - LUẬN VĂN THẠC SỸ ] October 1, 2019 * Nội dung đề tài gồm chương: - Chương 1: Tổng quan Công nghệ CAD/CAM/CNC; - Chương 2: Lập trình, gia cơng máy phay CNC trục hệ điều khiển SIEMENS; - Chương 3: Tính tốn, thiết kế, lập trình tham số gia công nút cầu không gian, sử dụng phần mềm CAD/CAM mô chi tiết 3D; - Chương 4: Lập trình tham số mơ gia cơng chi tiết nút cầu không gian phần mềm 3D VERICUT Qua thời gian thực đề tài em nhận dạy, giúp đỡ, hướng dẫn tận tình PGS.TS Phạm Văn Hùng Do thời gian thực đề tài có hạn thông tin tài liệu liên quan mà thân tìm chưa phong phú nên khó tránh khỏi thiết sót Em mong nhận góp ý thầy cô giáo Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phạm Văn Hùng đồng nghiệp trung tâm Hỗ trợ đào tạo Nghiên cứu đổi cơng nghệ khí, Viện Cơ khí tạo điều kiện giúp đỡ em [ TRẦN NGỌC TIẾP - LUẬN VĂN THẠC SỸ ] October 1, 2019 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM/CNC 1.1 Giới thiệu máy công cụ điều khiển số (máy CNC) 1.1.1 Giới thiệu chung điều khiển số máy công cụ [3] Từ năm 1807 Joseph M Jacquard sử dụng bìa đục lỗ để điều khiển máy dệt Những năm ngành công nghiệp dầu mỏ hóa chất sử dụng nguyên lý Năm 1947 John Parsons cơng ty Pasrons có trụ sở Traverse City, Michigan (Mỹ) bắt đầu thí nghiệm ý tưởng sử dụng liệu đường cong ba chiều để điều khiển máy công cụ gia công số phận phức tạp máy bay Ông sử dụng thành cơng ngun lý xấp xỉ tốn học (nguyên lý nội suy) để cắt gọt biên dạng cánh máy bay trực thăng (helicopter rotor blade) vào tháng 12 năm 1948 Tháng năm 1949 Parsons liên kết với phịng thí nghiệm Servomechanisms (cơ cấu Servo) Viện công nghệ Masachuset (Massachusetts Insutute of Technology - MIT) nhằm phát triển máy tự động điều khiển số mà kết vào năm 1952 chế tạo thành công máy tự động điều khiển số đầu tiên, máy phay trục đứng Cincinnati Hydrotel Cụm điều khiển máy (Machine Control Unit - MCU) thiết kế từ đèn điện tử chân không chiếm nhiều không gian máy công cụ MCU tiếp nhận liệu máy từ bìa đục lỗ để tạo chuyển động theo ba trục toạ độ nhờ nội suy tuyến tính Ngay sau đó, phương án chế tạo máy NC công nghiệp đề nghị với nguyên tắc sau: - Sử dụng máy tính để tính tốn quỹ đạo chạy dao, lưu liệu vào bìa đục lỗ - Dùng thiết bị đọc máy để tự động đọc liệu từ bìa đục lỗ; - Hệ thống điều khiển có nhiệm vụ xử lý liên tục đưa thông tin điều khiển động dẫn động cấu chấp hành Năm 1959 triển lãm máy công cụ Pari trưng bày máy NC giới Thơng tin điều khiển (chương trình gia công chi tiết) máy ghi bìa đục lỗ Mãi khoảng thập kỷ 60, máy NC sản xuất sử dụng công nghiệp Tuy nhiên điều khiển số dùng đèn điện tử nên tốc độ xử lý chậm, cồng kềnh tiêu tốn nhiều lượng Việc sử dụng chúng khó khăn, chương trình chứa băng bìa đục lỗ, khó hiểu không sửa chữa Giao tiếp người máy khó khăn khơng có hình, bàn phím Sau linh kiện bán dẫn sử dụng phổ biến cơng nghiệp (khoảng năm 1960) máy gọn hơn, tốc độ xử lý cao hơn, [ TRẦN NGỌC TIẾP - LUẬN VĂN THẠC SỸ ] October 1, 2019 R58=180 R59=90 STOPRE CALL "SUB" ; LO THU M22 -_LB6: ENDIF IF R206==0 GOTOF _LB7: IF R206 GOTOF _LB9: STOPRE N017 MSG("LO THU 6-M22") R1=1 R2=18 R3=22 R30=232.9 ; GIA TRI XOA R33=38.6 ; GIA TRI ZOA R36= 106 ; GIA TRI H R100=80 ; S KHI KHOAN R40=40 ; CHIEU SAU KHOAN R41=30;FEED RATE KHOAN R42=30; S KHI TARO R43=2.5; BUOC REN S_USERTXT[1]="M22" R60=232.9 R61=38.6 STOPRE CALL "SUB" ; LO THU 7-M64 -_LB7: ENDIF IF R207==0 GOTOF _LB8: 94 [ TRẦN NGỌC TIẾP - LUẬN VĂN THẠC SỸ ] October 1, 2019 IF R207 GOTOF _LB9: STOPRE N017 MSG("LO THU 7-M64") R1=1 R2=58 R3=64 R30=270 ; GIA TRI XOA R33=92.5 ; GIA TRI ZOA R36=93 ; GIA TRI H R100=50 ; S KHI KHOAN R40=100 ; CHIEU SAU KHOAN R41=40; FEED RATE KHOAN R42=30; S KHI TARO R43=6; BUOC REN S_USERTXT[1]="M64" R62=270 R63=92.5 STOPRE CALL "SUB" ; LO THU M27 -_LB8: ENDIF N017 MSG("LO THU 8-M27") IF R208==0 GOTOF _END: IF R208 STOPRE R1=1 R2=24 R3=27 R30=307.1 R33=38.6 R36= 106 GOTOF _END: ; GIA TRI XOA ; GIA TRI ZOA ; GIA TRI H 95 [ TRẦN NGỌC TIẾP - LUẬN VĂN THẠC SỸ ] October 1, 2019 R100=80 ; S KHI KHOAN R40=50 ; CHIEU SAU KHOAN R41=30;EED RATE KHOAN R42=30; S KHI TARO R43=3; BUOC REN S_USERTXT[1]="M27" R64=307.1 R65=38.6 STOPRE CALL "SUB" GOTOF _END: ; -_LB9: MSG(" NHAP NHAM DU LIEU OR CHO LUA CHON LO CAN KHOAN") GOTOB _LB9: ENDIF _END: M30 Chương trình SUB ; -OP1-MILLING N017 MSG("OPERATION : FACE_MILLING_0") N018 G40 G17 G710 G94 G90 G64 N019 SUPA G0 Z=_Z_HOME D0 N020 SUPA G0 X=_X_HOME Y=_Y_HOME N021 G0 A0.0 C=DC(0.0) N024 T