Báo cáo ỨNG DỤNG PHẦN mềm VR CNC vào TRONG GIẢNG dạy

1 MỤC LỤC CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 4 1.1.Tên đề tài nghiên cứu 4 1.2. Giải pháp kỹ thuật đã biết 4 1.3. Mục đích của nghiên cứu 4 1.4. Nguyên lý chung của giải pháp nghiên cứu 4 CHƢƠNG 2 : CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU CHỦ YẾU TRONG ĐỀ TÀI 4 2.1. Lý thuyết Công nghệ CNC, thiết kế máy CNC trên phần mềm đồ họa solidwork 5 2.1.1. Những định nghĩa cơ bản trên máy CNC 5 2.1.2. Phân loại hệ điều khiển trên máy CNC 6 2.1.3. Các dạng nội suy theo đƣờng thẳng, cung tròn 10 2.2. Cấu trúc của hệ thống VR-CNC 11 2.3. Xây dựng CAD trên phần mềm Solidworks 12 2.4. Phần mềm EON studio 12 2.5. Thực thi việc giao tiếp giữa bộ điều khiển ảo và máy CNC 13 2.6. Xây dựng phiên bản VR-CNC Lạc Hồng version 1.0 (LHU version 1.0) 13 2.7. Xây dựng Lƣu đồ giải thuật 14 2.8. Máy phay CNC thực tế - ảo phiên bản LHU sau khi hoàn tất có giao diện 15 2.8.1 Tính năng đạt đƣợc 15 CHƢƠNG 3: ĐÁNH GIÁ GIẢI PHÁP NGHIÊN CỨU 16 3.1. Tính mới và tính sáng tạo giải pháp dự thị : 16 3.2. Khả năng áp dụng: 16 2 3.3. Hiệu quả 16 3.3.1 Kỹ thuật 16 3.3.2 Kinh tế 16 3.3.3 Xã hội 17 3.4. Mức độ triển khai 17 PHỤ LỤC MINH HỌA 17 (Tài liệu hƣớng dẫn sử dụng máy phay CNC thực - tế ảo + bài báo tham khảo đính kèm theo ) 17 TÀI LIỆU THAM KHẢO 17 Danh mục Hình vẽ Hình 1.1. Nguyên lý chung của giải pháp Hình 2.1. Hệ tọa độ Oxyz theo quy tắc bàn tay phải Hình 2.2. Hệ tọa độ và chiều chuyển động của các trục trên máy CNC Hình 2.3 Điều khiển theo điểm Hình 2.4 Các đường chạy theo điểm trong điều khiển theo điể Hình 2.5 Điều khiển đường viền 2D Hình 2.6 Điều khiển đường viền 2D1/2 Hình 2.7 Điều khiển 3D Hình 2.8 Điều khiển 4D và 5D Hình 2.9 Nội suy theo đường thẳng Hình 2.10 Nội suy cung tròn dùng G02 Hình 2.11 Nội suy cung tròn dùng G03 Hình 2.12 Cấu trúc hệ thống VR-CNC[2] Hình 2.13 Xây dựng CAD trong phần mềm Solidwork 3 Hình 2.14 Trước khi đã xử lý Hình 2.15 Sau khi đã xử lý Hình 2.16 Lưu đồ giải thuật hiển thị ngôn ngữ giao tiếp Hình 2.17 Lưu đồ thể hiện các bước thực thi chương trình tư động Hình 2.18 Máy phay CNC thực tế - ảo Phiên bản Lạc Hồng LHU version 1.0 4 CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1.Tên đề tài nghiên cứu Nghiên cứu Máy Phay CNC thực tế- ảo (VR-CNC) Phiên bản Lạc Hồng trên phần mềm (VR-CNC) và ứng dụng vào trong giảng dạy. 1.2. Giải pháp kỹ thuật đã biết Các phần mềm mô phỏng đã biết nhƣ Catia, mastercam, CNC simulation …. Nhƣợc điểm của các phần mềm này đều là không có bộ điều khiển CNC ảo nên làm cho Sinh Viên, công nhân rất khó thao tác trên 1 máy CNC thật 1.3. Mục đích của nghiên cứu Xây dựng hệ thống máy phay CNC thực tế - ảo (VRCNC) phiên bản VRCNC Lạc Hồng, mô phỏng quá trình điều khiển và gia công giống hệt một máy CNC thực tế[1]. Tạo điều kiện rất lớn đối với những trƣờng đại học, cao đẳng không có khả năng trang bị những máy CNC đắt tiền cho sinh viên thực tập, giúp các công ty xí nghiệp giảm thiểu việc đào tạo lại tay nghề cho ngƣời vận hành máy, tiết kiệm đƣợc chi phí và thời gian rất lớn. 1.4. Nguyên lý chung của giải pháp nghiên cứu Ngôn ngữ lập trình Visual Basic để thực hiện việc Giao tiếp giữa bộ điều khiển và máy CNC Xây dựng CAD (Máy CNC ảo đƣợc thiết kế trên phần mềm Solidwork ) Xử lý về ánh sáng và độ nét trên phần mềm EON Studio Xây dựng Phiên bản VRCNC- Lạc Hồng Hình 1.1. Nguyên lý chung của giải pháp 5 CHƢƠNG 2 : CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU CHỦ YẾU TRONG ĐỀ TÀI 2.1. Lý thuyết Công nghệ CNC, thiết kế máy CNC trên phần mềm đồ họa solidwork 2.1.1. Những định nghĩa cơ bản trên máy CNC 2.1.1.1.Hệ thống tọa độ trên máy CNC Để có thể tính toán quỹ đạo chuyển động của dụng cụ, Chúng ta nên gắn vào chi tiết một hệ trục tọa độ. Thông thƣờng trên các máy điều khiển theo chƣơng trình số ngƣời ta thƣờng sử dụng hệ tọa độ Decard Oxyz theo quy tắc bàn tay phải (hệ tọa độ thuận) và nó đƣợc gắn vào chi tiết gia công. Gốc của hệ trục tọa độ có thể đặt tại bất kỳ một điểm nào đó trên chi tiết (về mặt nguyên tắc) nhƣng thông thƣờng ngƣời ta sẽ chọn tại những điểm thuận lợi cho việc lập trình, đồng thời dễ dàng kiểm tra kích thƣớc theo bản vẽ của chi tiết gia công mà không phải thực hiện nhiều bƣớc tính toán bổ sung. Hình 2.1. Hệ tọa độ Oxyz theo quy tắc bàn tay phải Quy tắc bàn tay phải đƣợc chuẩn hóa là ngón tay cái chỉ chiều dƣơng của trục X, ngón tay giữa chỉ chiều dƣơng trục Z, còn ngón tay trỏ chỉ chiều dƣơng trục Y. Các trục quay tƣơng ứng với các trục X,Y, Z đƣợc kí hiệu bởi các chữ A, B, C. Chiều quay dƣơng là chiều quay theo chiều kim đồng hồ nếu nhìn theo chiều dƣơng của các trục X, Y, Z. 6 Hình 2.2. Hệ tọa độ và chiều chuyển động của các trục trên máy CNC Theo quy ƣớc chung, phƣơng của trục chính của máy là phƣơng của trục OZ, còn chiều dƣơng của nó đƣợc quy ƣớc khi dao tiến ra xa chi tiết. Ví dụ, với máy tiện 2D thông thƣờng thì trục chính của nó nằm ngang và trùng với phƣơng OZ của hệ tọa độ, chiều dƣơng của nó hƣớng ra khỏi ụ động trục chính. Phƣơng chuyển động của bàn xe sao theo hƣớng kính là phƣơng OX và chiều dƣơng của nó là hƣớng ra xa bề mặt chi tiết gia công. Đối với máy phay thẳng đứng, trục Z hƣớng theo phƣơng thẳng đứng lên trên, còn trục X và trục Y đƣợc xác định theo quy tắc bàn tay phải, tuy nhiên trong thực tế các nhà chế tạo máy lại thƣờng ƣu tiên chọn trục X là trục mà có chuyển động bàn máy dài hơn… Đối với các chuyển động quay xung quanh các trục tƣơng ứng X, Y, Z đƣợc xác định bằng các địa chỉ ký hiệu A, B, C. Và đƣợc xác định là dƣơng khi chiều quay đó có hƣớng thuận chiều kim đồng hồ khi nhìn theo chiều dƣơng của các trục tƣơng ứng ( khi nhìn vào gốc của hệ trục tọa độ từ phía các trục thì chiều quay của chúng là ngƣợc chiều kim đồng hồ). Ngoài ra còn có một số chuyển động phụ song song với các trục tƣơng ứng với các trục X, Y, Z là các địa chỉ U, V, W và hƣớng của chúng đƣợc biểu diễn trên hình 2.2 2.1.2. Phân loại hệ điều khiển trên máy CNC 2.1.2.1 Điều khiển theo điểm Điều khiển theo điểm đƣợc ứng dụng khi gia công theo các tọa độ xác định đơn giản. Dao sẽ thực hiện chạy dao nhanh đến các điểm đã đƣợc lập trình, trong hành trình 7 này dao không cắt vào chi tiết. Chỉ khi đạt tới các điểm đích, quá trình gia công mới đƣợc thực hiện theo lƣợng chạy dao đã lập trình Các trục có thể có chuyển động kế tiếp nhau hoặc tất cả các trục có thể có chuyển động đồng thời, giữa chúng không có mối quan hệ hàm số giữa các trục. Khi các trục có chuyển động đồng thời hƣớng của chuyển động tạo thành góc 45 o . Khi một trong 2 tọa độ đã đạt đƣợc thì trục thứ 2 sẽ đƣợc kéo theo đến điểm đích. Điều khiển này đƣợc ứng dụng trên các máy khoan tọa độ và trên các thiết bị hàn điểm. n S §õ¬ng ch¹y dao nhanh §õ¬ng ch¹y dao c¾t C¸c trôc ch¹y lÇn lù¬t C¸c trôc ch¹y ®ång thêi Y X P1 P2 Y X P1 P2 Hình 2.3 Điều khiển theo điểm Hình 2.4 Các đường chạy theo điểm trong điều khiển theo điểm 2.1.2.2 Điều khiển đường Điều khiển theo đƣờng tạo ra các đƣờng chạy song song với các trục của máy. Trong các điều khiển đƣờng mở rộng, 2 trục của máy chuyển động với tốc độ nhƣ nhau đồng thời ta có thể gia công bề mặt côn có góc 45 o Phạm vi ứng dụng của điều khiển đƣờng thƣờng bị thu hẹp trên các máy CNC. 2.1.2.3 Điều khiển theo đường viền Bằng điều khiển theo đƣờng viền ta có thể tạo ra các đƣờng viền hoặc đƣờng thẳng tùy ý trong một mặt phẳng hoặc không gian. Điều này đạt đƣợc nhờ chuyển động đồng thời của các bàn trƣợt máy theo 2 hoặc nhiều trục và giữa các trục này có mối liên hệ hàm số. 8 Tùy theo số lƣợng các trục đƣợc điều khiển đồng thời mà điều khiển đƣờng viền đƣợc chia thành: Điều khiển 2D, điều khiển 2D1/2, điều khiển 3D và điều khiển nhiều hơn 3 trục điều khiển đồng thời. Điều khiển 2D: Điều khiển 2D cho phép thực hiện một đƣờng viền nào đó của dụng cụ cắt trong một mặt phẳng gia công. Trục thứ 3 đƣợc điều khiển độc lập với 2 trục kia. Điều khiển 2D1/2: Dạng điều khiển này cho phép thực hiện các chuyển động của dụng cụ cắt theo mặt phẳng XOY hoặc XOZ. Nhƣ vậy thông qua các chức năng G code trong chƣơng trình NC ta có thể chuyển từ bề mặt X-Y sang mặt phẳng X-Z. x z x Y z Gia c«ng trong mÆt ph¼ng X/Z Gia c«ng trong mÆt ph¼ng X/Y z Y X §iÒu khiÓn 2 1 2D Hình 2.5 Điều khiển đường viền 2D Hình 2.6 Điều khiển đường viền 2D1/2 Điều khiển 3D: Bằng điều khiển 3D ta có thể thực hiện các chuyển động của dụng cụ cắt trong một không gian 3 chiều. Trong điều khiển 3D tất cả các trục máy chuyển động đồng thời. Trên máy phay bất cứ đƣờng viền nào cũng có thể đƣợc hình thành. 9 z Y X G Hình 2.7 Điều khiển 3D -Điều khiển 4D, 5D : Trên cơ sở của điều khiển 3D, ngƣời ta còn bố trí cho dụng cụ hoặc chi tiết có thêm 1 trục chuyển động quay (hoặc 2 trục chuyển động quay) xung quanh 1 trục nào đó theo một quan hệ ràng buộc với các chuyển động trên các trục khác của máy 3D. Với khả năng nhƣ vậy, các bề mặt phức tạp hay các bề mặt có trục quay có thể đƣợc thực hiện dễ dàng hơn so với khi gia công trên máy 3D. Mặt khác, vì lý do công nghệ nên có những bề mặt không thể thực hiện đƣợc việc gia công bằng 3D vì có thể tốc độ cắt sẽ khác nhau hoặc sẽ có những điểm có tốc độ cắt bằng không (nhƣ tại đỉnh của dao phay đầu cầu) hay lƣỡi cắt của dụng cụ không thể thực hiện việc gia công theo mong muốn ( ví dụ nhƣ góc cắt không thuận lợi hay có thể bị vƣớng thân dao vào các phần khác của chi tiết……). Hình 2.8 Điều khiển 4D và 5D 10 2.1.3. Các dạng nội suy theo đƣờng thẳng, cung tròn M(10/10) KA( 20/36.28) KE( -10/-12.36) Y X Hø¬ng ch¹y -J -I 10 10 -10 N100G03X-10Y-12.36 I-10J26.28F100 -10 M(10/10) KA(-10/32.36) KE( 20/-18.28) Y X Hø¬ng ch¹y -J +I 10 -10 N70G02X20Y-18.28 I20J-22.36F100 -10 2.10 Nội suy cung tròn dùng G02 2.11 Nội suy cung tròn dùng G03 Y X 10 10 N50G00X90Y60 Vx = Vy P(90/60) P1(20/30) Đường chạy dao khi tiến hành nội suy 2.9 Nội suy theo đường thẳng Đường chạy dao khi không nội suy [...]... vì không gây ra tiếng ồn nhƣ sử dụng máy CNC thực tế, vận hành máy CNC ảo trong phòng học mà hiệu quả học cũng tƣơng đƣơng với khi ra công xƣởng vận hành máy, Với phiên bản Lạc Hồng giao diện bằng tiếng việt cho nhiều ngƣời không biết tiếng anh cũng có thể học cách vận hành đƣợc máy CNC 3.4 Mức độ triển khai Đã chạy thử nghiệm thành công và đƣa vào ứng dụng giảng dạy trong trƣờng Đại Học Lạc Hồng bắt... vào giao diện ảo cho máy VRCNC thông qua thƣ viện EONX Type[6] , các quá trình chuyển động và di chuyển của hệ thống đƣợc mô phỏng bằng giao diện làm việc EON Studio 2.6 Xây dựng phiên bản VR- CNC Lạc Hồng version 1.0 (LHU version 1.0) Để hiển thị đƣợc Phiên bản Lạc Hồng trong giao diện ngƣời dùng, trong phần mềm VCNCMILL3 ta xây dựng cơ sở dữ liệu để lƣu trữ nhiều đặc tính trong một thƣ mục có tên... Khả năng áp dụng: - Thuận tiện trong việc đào tạo Sinh Viên, công nhân sử dụng máy CNC (mỗi ngƣời có một máy CNC ảo để thực hành) - Giảm chi phí rất lớn cho các trƣờng đại học, cao đẳng, học viện không đủ tiền để trang bị máy móc CNC - Có tính ứng dụng rất lớn trong việc đào tạo và phát triển nguồn nhân lực tại khu công nghiệp Đồng Nai 3.3 Hiệu quả 3.3.1 Kỹ thuật Qua việc học trên máy CNC ảo phiên... đƣờng tƣơng ứng trong vùng “định hình gia công” dùng các thuật toán để điều khiển các trục tọa độ Hệ truyền động gia công có sự so sánh và phản hồi, sau đó hệ thống đƣa ra kết quả lỗi dự báo Và cuối cùng hiển thị lỗi này trên biên dạng hình học (Hình 1) Hình 2.12 Cấu trúc hệ thống VR- CNC[ 2] 11 2.3 Xây dựng CAD trên phần mềm Solidworks Những hình ảnh đồ họa trong máy đƣợc xây dựng bằng phần mềm Solidworks... CNC hơn so với phƣơng pháp học lý thuyết trên sách vở 3.3.2 Kinh tế Đối tƣợng sinh viên, học viên Chi phí đầu tƣ 10 ngƣời học sử dụng 10 ngƣời học sử dụng 1 Máy Phay CNC thực tế 10 Máy phay CNC thực tế ảo phiên bản LHU 1000 000 000 VNĐ (một tỷ đồng) 60 000 000 VNĐ (sáu mƣơi triệu đồng) Qua bảng trên ta thấy rõ đƣợc lợi ích về kinh tế khi chúng ta đào tạo sinh viên, học viên trên phần mềm máy phay CNC. .. bằng phần mềm Solidworks Hình2.13 diễn tả quá trình phác họa các chi tiết cho máy VCNC[3] Từng chi tiết đƣợc thiết kế và đo đạc kỹ lƣỡng trƣớc khi hệ thống đƣợc lắp ráp hoàn chỉnh [4] Hình 2.13 Xây dựng CAD trong phần mềm Solidwork 2.4 Phần mềm EON studio Mô hình đƣợc đƣa vào xử lý về ánh sáng và từng lớp cấu trúc thiết lập trong môi trƣờng EON [5] Hình 2.14 và hình 2.15 hiển thị mô hình CAD trƣớc và sau... động câu lệnh trong chƣơng trình Hệ thống tọa độ của máy cần phải hợp nhất với hệ tọa độ của phôi[8] Hình 2.17 Lưu đồ thể hiện các bước thực thi chương trình tư động 14 2.8 Máy phay CNC thực tế - ảo phiên bản LHU sau khi hoàn tất có giao diện Hình 2.18 Máy phay CNC thực tế - ảo Phiên bản Lạc Hồng LHU version 1.0 2.8.1 Tính năng đạt đƣợc - Máy CNC ảo hoạt động trên phần mềm giống hệt nhƣ máy CNC thực tế... máy CNC Việc thực thi toàn bộ hệ thống giữa màn hình giao diện và bộ điều khiển trong việc nghiên cứu đƣợc thông qua thƣ viện EONX 3.0 Type Thƣ viện này cho phép gán vào trong cửa sổ mô phỏng của giao diện ảo trong chƣơng trình Microsoft Visual Basic 6.0 Giao tiếp giữa bộ điều khiển và giao diện ảo đƣợc đƣa vào biên dịch lớp cấu trúc dữ liệu Dữ liệu đã phân tích đƣợc chuyền từ bộ điều khiển ảo vào. .. thực tế - Sinh viên sau khóa học với máy CNC thực tế - ảo đa phần có thể thực thi gia công sản phẩm ngay trên máy thực tế 15 CHƢƠNG 3: ĐÁNH GIÁ GIẢI PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Tính mới và tính sáng tạo giải pháp dự thị : - Lần đầu tiên thực hiện tại nƣớc Việt Nam - Có tính mới với thế giới (trên thế giới đa phần chỉ có những phần mềm mô phỏng quá trình gia công của máy CNC) - Mang tính kết hợp kỹ thuật của các... sử dụng có thể thuận tiện sử dụng Lƣu đồ giải thuật tóm tắt đƣợc hiển thị trong những đặc tính ngôn ngữ khác nhau đƣợc thể hiện trong hình 2.16 ID Vietnamese English “100100” “Bang dieu khien LHU version 1.0” “Controller pane” “100101” “Phoi gia cong” “Workpiece” “100102” “ex1 Phay bien dang 1” “ex1 Profile1” Hình 2.16 Lưu đồ giải thuật hiển thị ngôn ngữ giao tiếp 13 2.7 Xây dựng Lƣu đồ giải thuật Trong