Trong bài viết này, tác giả đưa ra khả năng kết hợp giữa phần mềm Vectrics Aspire 8.5 với phần mềm Mach 3 để điều khiển gia công trên các máy khắc gỗ CNC. Kết quả đạt được bao gồm lập trình và xuất code gia công trên phần mềm Vectrics Aspire 8.5, thiết lập giao diện phần mềm Mach 3 và truyền dữ liệu từ phần mềm Mach 3 đến máy CNC để gia công.
HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Lập trình gia công máy khắc gỗ CNC phần mềm MACH Vectrics Aspire 8.5 Manufacturing on CNC wood engraving machines with MACH and Vectrics Aspire 8.5 Nguyễn Thị Thanh Vi Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng Email: vinguyen247@gmail.com, nttvi@ute.udn.vn Mobile: 0905753952 Tóm tắt Từ khóa: BOB Mach3; CAD/CAM, G-Codes; Giao diện Mach3; Vectrics Aspire 8.5 Ngày nay, gia công máy công cụ điều khiển số - máy CNC trở thành cơng nghệ chủ chốt sản xuất khí đại Tuy nhiên, sở sản xuất chưa khai thác hết khả công nghệ Nguyên nhân chủ yếu khả lập trình tức chương trình điều khiển máy CNC lập trình tay với chưa sử dụng nhiều phần mềm hỗ trợ lập trình Ứng dụng cơng nghệ CAD/CAM vào máy CNC sử dụng rộng rãi cơng đại hóa cơng nghiệp khí nước nhà Nghiên cứu khả mở rộng chức phần mềm CAD CAD/CAM có kết nối với phần mềm khác để tạo mơi trường tự động hóa thiết kế công nghiệp ngày quan tâm Trong báo này, tác giả đưa khả kết hợp phần mềm Vectrics Aspire 8.5 với phần mềm Mach3 để điều khiển gia công máy khắc gỗ CNC Kết đạt bao gồm lập trình xuất code gia công phần mềm Vectrics Aspire 8.5, thiết lập giao diện phần mềm Mach3 truyền liệu từ phần mềm Mach đến máy CNC để gia công Abstract Keywords: BOB Mach3; CAD/CAM; G-Codes; Interface Mach3; Vectrics Aspire 8.5 Ngày nhận bài: 21/7/2018 Ngày nhận sửa: 10/9/2018 Ngày chấp nhận đăng: 15/9/2018 Nowadays, Computer Numerical Control (CNC) machining has become the key technology in the modern manufacturing However, current manufacturing facilities not fully exploit the technological capabilities of this technology The main reason is the programmability, which means that the control of CNC machines is manually programmed without using any software supports In this regard, applying CAD/CAM software on the CNC machining is the most widely used method in the modernization of the mechanical industry On this subject, research for the scalable functionality of existing CAD or CAD/CAM software in connection with other ones to enable to create an automatic and industrial design environment has been an increasing interest In this paper, we introduce a novel combination between Vectrics Aspire 8.5 and Mach3 to control the machining on CNC wood engraving machines The obtained results include programmation and exportation of codes on the Vectrics Aspire 8.5 software, setting-up of the Mach3 software interface, and data transfer from the Mach software to the CNC machine for machining HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 GIỚI THIỆU [1] Sự phát triển không ngừng khoa học kĩ thuật nay, việc điêu khắc gỗ khơng cịn dừng lại việc điêu khắc tay mà cịn có hỗ trợ máy móc Phổ biến phải kể đến máy điêu khắc gỗ CNC Đây công nghệ tiên tiến lĩnh vực khắc gỗ nghệ thuật có nhiều ưu vượt trội sản phẩm tạo với vẽ thiết kế, thuận lợi cho doanh nghiệp gia công khắc gỗ hàng loạt; thời gian gia cơng ngắn nên tiết kiệm chi phí gia cơng, gia cơng sản phẩm với độ xác cao nên giảm thiểu tối đa lỗi người tạo ra… Hiện nay, nhiều xưởng gỗ cơng nghiệp nước ta bố trí máy điêu khắc gỗ CNC để phục vụ sản xuất Các máy CNC thường có số trục điều khiển 2, 3, 4, trục Nhưng sở sản xuất chưa khai thác hết khả công nghệ máy, máy có nhiều trục Thật để chạy máy CNC khơng khó, khó phải nắm phần mềm ứng dụng vẽ máy Ngày nay, nhiều phần mềm đồ họa phục vụ lĩnh vực thiết kế, mô chuyển động, hỗ trợ lập trình gia cơng máy điêu khắc gỗ CNC giới thiệu nước phát triển như: Mastercam, Cimatron, Catia, ProE/Engineer, Unigraphic,… Đây phần mềm mạnh, cho phép thiết lập vẽ 2D, 3D chi tiết máy cho phép tự động chuyển mã chương trình gia cơng máy cơng cụ CNC Tuy nhiên phần mềm lại ngốn tài nguyên hệ thống cần chuyên gia sử dụng Do vậy, tác giả nhận thấy để ứng dụng phần mềm cách rộng rãi có hiệu lĩnh vực sản xuất đồ gỗ mỹ nghệ phần mềm Vectric Aspire 8.5 ưu điểm dễ sử dụng, đơn giản với người dùng mới, xuất sang file gia cơng tương thích với nhiều dịng máy điêu khắc, giá thành máy điêu khắc khơng cao áp dụng rộng rãi cho doanh nghiệp sản xuất đồ gỗ vừa nhỏ nước ta Tiếp theo việc nhúng cài đặt hệ thống máy tính trực tiếp vào hệ thống máy CNC phần giúp ứng dụng cho doanh nghiệp nhỏ, nơi mà có diện tích để đặt hệ thống máy lập trình Khi liệu hệ thống máy thiết lập máy, thứ trở nên đơn giản chúng phục vụ cho mục đích điêu khắc gỗ CNC Chính vậy, ứng dụng phần mềm Vectrics Aspire 8.5 kết hợp phần mềm Mach cho phép điều khiển máy CNC trực tiếp từ máy tính sau thiết lập vẽ chi tiết máy, chọn phôi, vật liệu, dao cụ kiểu chạy dao… CƠ SỞ LÝ THUYẾT/PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Giới thiệu phần mềm Mach Vectrics Aspire 8.5 Mach phần mềm đóng gói để chạy máy tính cá nhân hữu ích thuận tiện để thay điều khiển máy Mach giao tiếp qua cổng máy in (DB25) tùy yêu cầu mà ta có thề chọn máy có hai cổng máy in [2][6] Hình Giao diện Mach trước HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Phần mềm Vectrics Aspire 8.5 Vectrics [4] [5] phần mềm có giao diện trực quan dễ sử dụng cho thiết kế sản xuất điêu khắc, Ngồi tính mạnh mẽ, Vectrics Aspire 8.5 cịn có cơng cụ bạn chuyển đổi phác thảo 2D, hình ảnh, vẽ tác phẩm nghệ thuật kỹ thuật số vào mô hình hỗ trợ 3D chi tiết sau tính 3D gia cơng thơ hồn thiện đường chạy dao để cắt xác hình dạng Hình Giao diện phần mềm Vectrics Aspire 8.5 2.2 Phương pháp nghiên cứu Trong báo này, tác giả vào nghiên cứu cách thiết lập giao diện Mach 3, với cải tiến so với trước để giao diện trở nên trực quan hơn, tiến hành lập trình phần mềm Vectrics Aspire 8.5 truyền tải liệu để tiến hành gia công từ Mach đến máy CNC 2.2.1 Thiết lập giao diện Mach [2] Với giao diện Mach có trước đây, tác giả nhận thấy giao diện phần mềm chưa thực trực quan, dễ dàng cho người sử dụng Trong phần mềm Mach có phần mềm bổ sung MachScreen giúp cho người dùng tự thiết lập lại giao diện Mach theo mong muốn người Chính vậy, tác giả nghiên cứu để tạo giao diện phần mềm cho Mach cần thành phần như: Cửa sổ quan sát trạng thái gia công sản phẩm, cửa sổ quan sát dịng lệnh chương trình, nút nhấn chạy, nút nhấn dừng lại, nút nhấn chạy từ dòng lệnh thứ, nút cho trục, nút set cho trục, nút nhấn điều khiển tay cho trục… với bước thiết lập giao diện dây: + Sử dụng phần mềm dành riêng cho tạo giao diện “MachScreen” phần mềm dễ sử dụng nhất, phần mềm tác giả cập nhật liên tục; + Thiết kế số ảnh/nút/lựa chọn mong muốn người tạo Photoshop; Dưới số nút: + Mở file mở rộng: set, lset có sẵn tạo MachScreen HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 + Lập trình Macro chạy ngầm bên Mach để thêm tùy biến cách thức điều khiển, mã hóa việc vào liệu, dễ dàng biến Mach thành cơng cụ hữu ích cho ứng dụng máy CNC chuyên biệt Chẳng hạn để lắp nút nhấn Cycle Start, Feed Hold, Stop, Reset bên ngồi Panel điều khiển, ta chèn vào mã chương trình đây: If IsActive(INPUT1) Then DoOEMButton(1000) 'Cycle Start Button End If If IsActive(INPUT2) Then DoOEMButton(1001) 'Feed Hold Button End If If IsActive(INPUT3) Then DoOEMButton(1003) 'Stop Button End If If IsActive(INPUT4) Then DoOEMButton(1021) 'Reset Button End If Trong đó, nút nhấn đấu vào ngõ vào INPUT1, INPUT2, INPUT3, INPUT4 2.2.2 Lập trình phần mềm Vectrics Aspire 8.5 [4] Trong ứng dụng phần mềm Vectrics Aspire 8.5, tác giả ứng dụng để tạo điêu khắc mẫu logo Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng, nơi tác giả cơng tác (Hình 3) Hình Logo Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng Tác giả sử dụng công cụ sẵn có phần mềm, đặc biệt phần hỗ trợ tạo nhanh khối 3D, tính đặc biệt so với phần mềm khác - Khởi động Vectrics Aspire 8.5, tạo Model cách chọn “Create a new file” - Để thuận lợi cho việc thiết lập mẫu gia công, ta cần tạo phân vùng làm việc (Hình 4) Hình Tạo phân vùng làm việc HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 - Phần mềm cho phép chèn hình ảnh, logo sẵn có tạo thành phần cho mà khơng cần phải thiết kế lại Logo Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng dễ dàng thêm vào (Hình 5) Hình Hình ảnh logog chèn vào - Việc tạo mẫu 3D thực cách nhanh chóng Bước thực tạo nguyên công gia công (Toolpaths) cho phép chọn dao, đường chạy dao, nguyên công gia công… xuất code Tại cần phải nghiên cứu chia bước thực nguyên công để tạo sản phẩm đều, đẹp, đạt độ xác + Sau nghiên cứu, tác giả đưa bước nguyên công gồm: phay thô nhiều lớp vật liệu cần phay theo phương Z lớn, chọn Select Roughing tool, với vật liệu gia cơng Wood, hình dạng dao End Mill, đường kính dao cần phải ý đến đơn vị đo Metric Tools (mm) hay Inch Tool (đơn vị đo Anh) (Hình 6); phay mũi dao Ball Nose với thông số như: Diameter (đường kính dao), Included Angle(A) góc mũi dao stepdown, stepover cuối để chi tiết thu sắc nét mịn màng hơn, phay mũi dao small V - Bit mm 90 degree Thông số Stepover ta chọn nhỏ bề mặt chi tiết gia cơng mịn thời gian gia cơng lâu Hình Tool Database + Khai báo phơi (Material Setup) (Hình 7) với chiều dày phôi (Materal Thickness) Nên chọn cách dao Stragery Raster để dao ăn theo đường zic zắc Chọn Calculate để hệ thống bắt đầu tính tốn đường chạy dao (Hình 8) HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Hình Material Setup Hình Toolpaths (Calculate) - Phần mềm góp phần cho mô gia công thực tế để điều chỉnh kết cho phù hợp Cuối ta dễ dàng lưu lại kết cách vào File > Save as > đặt tên file: giacong.crv3d Những file lưu trữ dung lượng thấp, điểm mạnh phần mềm so với mềm khác Phần mềm Vectrics Aspire 8.5 cho phép xuất sang file gia cơng tương thích với nhiều dịng máy điêu khắc KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Giao diện Mach sau thiết lập Mach sau thiết lập có giao diện Giao diện trực quan cho quán sát rõ ràng Hình Giao diện Mach thiết lập 3.2 Lập trình xuất code gia công với Vectrics Aspire 8.5 Sau thực đầy đủ thao tác, ta nhận chương trình mơ hồn chỉnh, xuất mã G ta có chương trình NC mã G với khoảng 5000 câu lệnh HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Sử dụng phần mềm Vectrics Aspire 8.5 thiết kế tự động biên dịch chương trình điều khiển máy gia cơng tự động, viết dạng mã lệnh M-G code Chương trình: T1M6 G17 G0Z20.000 G0X0.000Y0.000S12000M3 G0X300.000Y0.011Z6.000 G1Z-6.000F762.0 G1X173.250Z-6.000F2540.0 X172.200Z-5.655 … X300.000 G0Z6.000 G0Z20.000 G0X0.000Y0.000 M30 Gia công ảo với phần mềm cho thấy gia cơng có xác hay khơng trước đưa vào thực tế sản xuất máy Hình 10 Mơ hình 2D Hình 11 Mơ hình 3D HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Sau tiến hành chọn loại dao, cài đặt thông số dao, kiểu chạy dao, độ dày phôi, … kết thu sau: Hình 12 Mơ hình 3D sau gia công mô ảo 3.3 Truyền liệu từ phần mềm Mach đến máy CNC để gia công Liên kết máy CNC điêu khắc gỗ với Mach dựa bo mạch điều khiển nó, BOB Mach Hình 13 Sơ đồ CNC Controler Hệ điều khiển CNC thiết kế có kết hợp Mach3 CDA controller Mach3 phần mềm hãng Artsoft, thực chức chuyển file “M-G-code” thành mã máy CDA controller điều khiển chế tạo, dùng CPU vi xử lý PIC dịng 18F4620 Được nhúng chương trình mà thực chức CNC controller: Giải mã lệnh đưa tín hiệu khuếch đại chuyển thành tín hiệu xung điều khiển trục X, Y đến tọa độ tương ứng tự động điều chỉnh độ cao dao cắt theo nhấp nhơ vật cắt HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 KẾT LUẬN Với báo hoàn thành việc thiết lập giao diện phần mềm Mach trực quan so với giao diện trước đây, việc lập trình xuất code gia cơng phần mềm Vectrics Aspire 8.5 làm cách đơn giãn nhờ vào chức tạo mẫu 3D phần mềm Đối với máy CNC nói chung máy CNC khắc gỗ nói riêng, để viết chương trình gia cơng bề mặt có biên dạng phức tạp gặp nhiều khó khăn, tốn nhiều thời gian công sức, không đảm bảo độ xác theo u cầu chí khơng thể thực Trong báo đưa ứng dụng phần mềm Vectrics Aspire 8.5 việc gia công điêu khắc logo Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng giải vấn đề việc lập trình cho bề mặt gia công phức tạp trở nên dễ dàng hơn, tiết kiệm thời gian cho trình sản xuất, đảm bảo độ xác gia cơng, nâng cao suất giá thành sản phẩm Việc kết hợp Vectrics Aspire 8.5 Mach góp phần truyền liệu trực tiếp từ máy tính đến máy điêu khắc gỗ CNC để gia công Sự kết hợp Mach Vectrics Aspire 8.5 đột phá cho công nghiệp nước nhà, giúp cho việc gia công CNC đơn giãn LỜI CẢM ƠN Tác giả cảm ơn hỗ trợ Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng đồng nghiệp việc nghiên cứu Bên cạnh đó, tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội việc hỗ trợ để xuất nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Hiếu Giang, Nguyễn Trường Thịnh, 2004, “Giáo trình Máy điều khiển theo chương trình số NC-CNC”, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật HCM, tài liệu lưu hành nội bộ; [2] Artsoft USA, 2009, Mach3 CNC Controller Software; [3] Trần Cơng Chính, “Ứng dụng phần mềm mastercam tạo lập chương trình để gia cơng chi tiết có bề mặt phức tạp máy phay cnc – arimony”, NXB Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên, 2010; [4] Vectrics, 2016, Aspire V8.5 User Manual; [5] http://www.Vectrics.com/ [6] http://www.machsupport.com/ ... sau gia cơng mô ảo 3. 3 Truyền liệu từ phần mềm Mach đến máy CNC để gia công Liên kết máy CNC điêu khắc gỗ với Mach dựa bo mạch điều khiển nó, BOB Mach Hình 13 Sơ đồ CNC Controler Hệ điều khiển CNC. .. hành lập trình phần mềm Vectrics Aspire 8.5 truyền tải liệu để tiến hành gia công từ Mach đến máy CNC 2.2.1 Thiết lập giao diện Mach [2] Với giao diện Mach có trước đây, tác giả nhận thấy giao... nhiều dịng máy điêu khắc KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3. 1 Giao diện Mach sau thiết lập Mach sau thiết lập có giao diện Giao diện trực quan cho quán sát rõ ràng Hình Giao diện Mach thiết lập 3. 2 Lập trình