1) Điểm gốc của máy M
Quá trình gia cơng trên máy điều khiển theo chương trình số được thiết lập bằng một chương trình mơ tả quỹ đạo chuyển động tương đối giữa lưỡi cắt của dụng cụ và phơi. Vì vậy để đảm bảo việc gia cơng đạt được độ chính xác thì các dịch chuyển của dụng cụ phải được so sánh với điểm 0 (zero) của hệ thống đo lường và người ta gọi điểm gốc của của hệ tọa độ của máy hay gốc đo lường M (Machine referecce zero). Các điểm này được các nhà máy chế tạo quy định trước.
2) Điểm chuẩn của máy R.
Để giám sát và điều chỉnh kịp thời quỹ đạo chuyển động của dụng cụ, cần thiết phải bố trí một hệ thống đo lường để xác định quãng đường thực tế (tọa độ thực) so với tọa độ lập trình. Trên các máy CNC người ta đặt các mốc để theo dõi các tọa độ thực của dụng cụ trong quá trình dịch chuyển, vị trí của dụng cụ luơn luơn được so sánh với gốc đo lường của máy M. Khi bắt đầu đĩng mạch điều khiển của máy thì tất cả các trục phải được chạy về một điểm mà giá trị tọa độ của nĩ so với điểm gốc M phải luơn luơn khơng đổi và do các nhà chế tạo máy quy định. Điểm đĩ gọi là chuẩn của máy (ký hiệu Machine Reference Point). Vị trí của điểm chuẩn này được tính tốn chính xác từ trước bởi một cá (cữ chặn) lắp trên bàn trượt và các cơng tắc giới hạn hành trình. Do độ chính xác vị trí của các máy CNC là rất cao (thường với hệ Metre thì giá trị của nĩ là 0,001 mm và với hệ inch là 0,0001 inch) nên khi dịch chuyển trở về điểm chuẩn của các trục thì ban đầu nĩ chạy nhanh cho đến khi gần đến vị trí thì chuyển sang chế độ chạy chậm để định vị một cách chính xác.
Hình 2.2.1 - Các điểm gốc và điểm chuẩn trên máy thẳng đứng
3) Điểm zero của phơi và điểm gốc của chương trình P.
a) Điểm gốc của phơi W.
Khi bắt đầu gia cơng, cần phải tiến hành xác định tạo độ điểm zero của chi tiết hay gốc chương trình so với điểm M để xác định và hiệu chỉnh hệ thống đo lường dịch chuyển.
Điểm zero (O) của phơi W (ký hiệu workpiece zero point) xác định hệ tọa độ của phơi trong quan hệ với điểm zero của máy (M). điểm W của phơi được chọn bởi người lập trình và đuợc đưa vào hệ thống CNC khi đặt số liệu máy trước khi gia cơng.
Điểm gốc của phơi cĩ thể được chọn tùy ý bởi người lập trình trong phạm vi khơng gian làm việc của máy và của chi tiết. Tuy vậy, nên chọn điểm nào ở trên phơi cho thuận tiện khi xác định các thơng giữa nĩ với M. Thường với chi tiết tiện, người ta chọn điểm W đặt dọc theo trục quay (tâm trục máy tiện) và cĩ thể chọn đầu mút trái hay đầu mút phải của phơi. Đối với chi tiết phay, nên lấy một điểm nằm ở gĩc làm điểm W của phơi, thường dùng là gĩc bên trái phía trên phơi.
Hình:2.22. Điểm zero của phơi W,
của chương trình P và của máy M b) Điểm gốc của chương trình.
Tùy thuộc vào bản vẽ chi tiết gia cơng mà người ta sẽ cĩ một hay một số điểm chuẩn để xác định tọa độ của các bề mặt khác. Trong trường hợp đĩ, điểm này gọi là điểm gốc chương trình P. Thực tế trong quá trình gia cơng, nếu chọn điểm gốc W của phơi trùng với điểm gốc của chương trình thì sẽ càng thuận lợi cho quá trình lập trình vì khơng phải thực hiện nhiều phép tính tốn bổ xung.
Hình 2.23 - Chọn điểm gốc của chi tiết và điểm gốc của chương trình Khi khoan các lỗ phân bố trên đường trịn
4) Điểm gốc cuả dụng cụ.
Để đảm bảo quá trình gia cơng chi tiết với việc sử dụng nhiều dao và mỗi dao cĩ hình dạng và kích thước khác nhau được chính xác, cần phải cĩ các điểm gốc của dụng cụ. Điểm gốc của dụng cụ là những điểm cố định và nĩ được xác định tọa độ chính xác so với các điểm M và R.
a) Điểm chuẩn của dao P.
Điểm chuẩn của dao là điểm mà từ đĩ ta lập trình chương trình chuyển động trong quá trình gia cơng. Đối với dao tiện, người ta chọn điểm nhọn của mũi dao và đối với dao phay ngĩn, dao khoan thì người ta chọn điểm P ở tâm trên đỉnh dao, cịn với dao phay đầu cầu, người ta chọn điểm P là tâm mặt cầu.
Hình .2.24 - Các điểm chuẩn P của dao
Dao tiện (a), Dao phay ngĩn (b), Dao phay đầu cầu (c) b) Các điểm gốc của dao (điểm gá đặt dao).
Thơng thường người ta sử dụng 2 loại cán dao, một loại chuơi trụ và một loại chuơi cơn theo tiêu chuẩn.
Đối với chuơi dao thì lấy điểm đặt dụng cụ E cịn đối với lỗ gá dao thì lấy điểm gá dụng cụ N. Khi chuơi dao lắp vào lỗ gá dao thì điểm N và E phải trùng nhau. Trên cơ sở của điểm chuẩn này, người ta cĩ thể xác định các kích thước để đưa vào bộ nhớ lượng bù dao. Các kích thước này cĩ thể bao gồm chiều dài của dao tiện theo phương x
và z (điểm mũi dao) hay chiều dài của dao phay và bán kính của nĩ. Các kích thước này cĩ thể được xác định từ trước bằng cách đo trên các thiết bị đo chuyên dùng hay xác định ngay trên máy rồi đưa vào hệ điều khiển CNC để thực hiện việc bù dao.
* Điểm gá dao.
Trong quá trình gia cơng, cĩ thể ta phải dùng đến một số dao và số lượng dao tùy thuộc vào yêu cầu của bề mặt gia cơng, vì thế ta phải thực hiện việc thay dao. Trên các máy cĩ cơ cấu thay dao tự động thì yêu cầu thay dao phải khơng được để dao chạm vào phơi hoặc máy, vì thế cần phải cĩ điểm thay dao. Đối với máy hoặc các trung tâm gia cơng thì thơng thường bàn máy phải chạy về điểm chuẩn, cịn đối với máy tiện, thường các điểm chuẩn nằm trên đầu revonve nên khơng cần thiết phải chạy đến điểm chuẩn mới thực hiện thay dao mà cĩ thể đến một vị trí nào đĩ đảm bảo an tồn cho quá trình quay đầu rovonve là cĩ thể được nhằm mục đích giảm thời gian phụ.
Cĩ thể nĩi rằng các điểm chuẩn R, điểm zero M của máy, các điểm gốc phơi W và điểm N của dao là rất quan trọng vì nĩ liên quan đến quá trình gia cơng của một chi tiết thực mà trong khi lập trình gia cơng người ta đã tạm bỏ qua các giá trị đĩ để cho quá trình gia cơng được thực hiện đơn giản hơn (đĩ là lập trình theo quỹ đạo đường viền của chi tiết gia cơng). Vấn đề bỏ qua này sẽ được đưa vào một lượng điều chỉnh trong khi tiến hành gia cơng gọi là “dịch điểm chuẩn” hoặc gọi là “zero offset” và đưa thêm vào “lượng bù dao” gọi là (Tool calibaration). Khi đĩ vị trí của lưỡi cắt của dao sẽ đồng nhất với các tọa độ lập trình mà ta đã tiến hành khi lập trình gia cơng.
2.8. Các phương pháp nhập dữ liệu.
2.8.1. Nhập dữ liệu theo lối thủ cơng (MDI).
Nhập dữ liệu theo lối thủ cơng hay cịn gọi là MDI (Manual Data Input) liên quan đến việc vào dữ liệu lập trình gia cơng thơng qua một màn hình CRT đặt tại nơi bố trí máy NC, do vậy tránh phải dùng đến băng cĩ đục lỗ. Việc lập trình thường do người
điều khiển máy đĩ đảm nhiệm luơn. Các hệ NC được trang bị bộ phận MDI cĩ một máy tính để làm bộ phận điều khiển (CU).
MDI được thiết kế để tạo thuận lợi cho quá trình lập trình gia cơng chi tiết bằng cách sử dụng kiểu tương tác, nhằm hỗ trợ người vận hành máy NC trong mọi bước của qúa trình đĩ. Nĩ truy vấn người vận hành máy về các chi tiết trong cơng việc cắt gọt để rồi người vận hành nhập chương trình vào máy khi họ hồn thành cơng việc trả lời các câu hỏi.
Ưu điểm lớn nhất của MDI là đơn giản. Nĩ thể hiện một con đường tương đối dễ dàng để các xí nghiệp nhỏ quá độ tới NC. Chỉ cần rất ít thay đổi trong hoạt động của xí nghiệp là đã cĩ thể dùng hệ thống NC cĩ trang bị MDI. Do khơng cần cĩ băng đục lỗ nên nhờ MDI mà cĩ thể tiết kiệm được thiết bị đục băng mà bình thường hệ NC nào cũng phải cĩ.
Hạn chế của MDI là ở chỗ chương trình phải tương đối ngắn và đơn giản và như vậy cũng đồng nghĩa với các cơng việc cắt gọt cũng khơng được phức tạp.
2.8.2. DNC – điều khiển số trực tiếp.
a. Định nghĩa.
Cĩ thể định nghĩa DNC (Direct Numerical Control) là một hệ thống chế tạo trong đĩ các máy cơng cụ được điều khiển bằng một máy tính thơng qua đường nối trục tiếp và trong thời gian thực. Trong DNC khơng cĩ bộ phận đọc băng, do đĩ bớt đi được một thành phần kém tin cậy nhất thay vì dùng bộ phận đọc băng, chương trình gia cơng chi tiết được chuyển trực tiếp từ bộ nhớ của máy tính tới máy cơng cụ. Về nguyên tắc, cĩ thể dùng một máy tính lớn để điều khiển hằng trăm máy cơng cụ riêng biệt.
Các thành phần của một hệ thống DNC - Máy tính trung tâm (máy chính)
- Bộ nhớ khối lớn, trong đĩ lưu trữ các chương trình gia cơng chi tiết - Đường truyền viễn thơng
- Các máy cơng cụ. b. Phân loại DNC.
Tùy theo cách thiết lập liên kết truyền thơng giữa máy tính điều khiển với máy cơng cụng mà người ta chia ra làm hai loại: DNC cĩ BTR và hệ DNC cĩ MCU .
- Hệ DNC cĩ BTR (Behind – the Tape – Reader) trong cấu hình của hệ này máy tính được nối trực tiếp với bộ điều khiển của NC thơng thường, bằng cách thay thế bộ phận đọc băng bằng các đường truyền viễn thơng.
- Hệ DNC cĩ MCU chuyên dụng: trong cấu hình của hệ này, tồn bộ điều khiển NC thơng thường bị loại bỏ, thay thế vào đĩ là một bộ điều khiển máy chuyên dụng, cĩ tên là MCU (Machine Controler Unit). MCU chuyên dụng là một thiết bị được thiết kế riêng để tạo thuận lợi cho việc truyền thơng giữa máy cơng cụ và máy tính. Cĩ một bộ phận mà ở đĩ sự liên kết truyền thơng là rất quan trọng, đĩ là phần nội suy đường trịn của quỹ đạo dao cắt. Cấu hình MCU chuyên dụng đạt tới một sự cân bằng cao giữa độ chính xác của phép nội suy với tốc độ cắt kim loại. Sự cân bằng này nĩi chung là cao hơn so với hệ BTR
MCU chuyên dụng là kết nối mềm, trong khi bộ phận điều khiển NC truyền thống là kết nối cứng. Ưu điểm của kết nối mềm là ở tính mềm dẻo của nĩ. Cĩ thể dễ dàng thay đổi các chức năng điều khiển của nĩ để đạt được những cải tiến mong muốn. Cịn ở bộ phận điều khiển NC thơng thường, do phải thay thế lại kết cấu mạch dẫn đến nếu muốn cải tiến và sửa đổi một chức năng điều khiển nào đĩ nên khơng thể cĩ được sự mềm dẻo như vậy.
Ưu điểm của cấu hình hệ DNC cĩ BTR là giá thành thấp. Các hệ BTR khơng cần thay thế bộ điều khiển truyền thống bằng MCU chuyên dụng. Tuy nhiên ưu điểm đĩ chỉ là tạm thời khi các máy NC cĩ bán trên thị trường đều là máy CNC. Bộ điều khiển của CNC thực hiện chức năng rất giống với mục đích của một MCU chuyên dụng khi được kết nối vào một hệ DNC.
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM CATIA 3.1. Giới thiệu phần mềm tích hợp CAD/CAM/CAFCATIA
CATIA được viết tắt từ cụm từ (Computer Aided Three Dimensional
Interactive Application), dịch nơm na cĩ nghĩa trong tiếng việt là “ Xử lý tương tác trong khơng gian ba chiều cĩ sự hỗ trợ của máy tính”, Catia là một bộ phần mềm thương mại phức hợp CAD/CAM/CAE được hãng Dassault Systemes ( đây là một cơng ty của Pháp) phát triển và IBM là nhà phân phối trên tồn thế giới. Catia được viết bằng ngơn ngữ lập trình C++. Catia là viên đá nền tảng đầu tiên của bộ phần mềm quản lý tồn bộ 1 chu trình sản phẩm của hang Dassault
3.2. Lịch sử phát triển phần mềm.
Phần mềm này được viết vào cuối những năm 1970 và đầu 1980 để phát triển máy bay chiến đấu Mirage của Dassault, sau đĩ được áp dụng trong ngành hàng khơng vũ trụ, ơ tơ, đĩng tàu, và các ngành cơng nghiệp khác. Kiến trúc sư Frank Gehry đã sử dụng nĩ để thiết kế các Bảo tàng Guggenheim Bilbao và Walt Disney Concert Hall.
CATIA bắt đầu được hãng sản xuất máy bay Pháp Avions Marcel Dassault phát triển, vào thời điểm đĩ là khách hàng của các phần mềm CADAM CAD.
Lúc đầu phần mềm tên là CATI (Conception Assistée Tridimensionnelle Interactive — tiếng Pháp nghĩa là Thiết kế ba chiều được máy tính hỗ trợ và cĩ tương tác ) nĩ đã được đổi tên thành CATIA năm 1981, khi Dassault tạo ra một chi nhánh để phát triển và bán các phần mềm và ký hợp đồng khơng độc quyền phân phối với IBM.
Năm 1984, Cơng ty Boeing đã chọn CATIA là cơng cụ chính để thiết kế 3D, và trở thành khách hàng lớn nhất.
Năm 1988, CATIA phiên bản 3 đã được chuyển từ các máy tính Mainframe sang UNIX.
Năm 1990, General Dynamics/Electric Boat Corp đã chọn CATIA như là cơng cụ chính thiết kế 3D, thiết kế các tàu ngầm hạt nhân của Hải quân Hoa Kỳ. Năm 1992, CADAM đã được mua từ IBM và các năm tiếp theo CADAM CATIA V4 đã được cơng bố. Năm 1996, nĩ đã được chuyển từ một đến bốn hệ điều hành Unix, bao gồm IBM AIX, Silicon Graphics IRIX, Sun Microsystems SunOS và Hewlett- Packard HP-UX.
Năm 1998, một phiên bản viết lại hồn tồn CATIA, CATIA V5 đã được phát hành, với sự hỗ trợ cho UNIX, Windows NT và Windows XP từ 2001. Năm 2008, Dassault cơng bố CATIA V6, hỗ trợ cho các hệ điều hành Windows, các hệ điều hành khơng phải Windows khơng được hỗ trợ nữa.
Phần mềm CATIA là hệ thống CAD/CAM/CAE 3D hồn chỉnh và mạnh mẽ nhất hiện nay, do hãng Dassault Systems phát triển, phiên bản mới nhất hiện nay là CATIA V5R20 (mới hơn nữa là CATIA V62009) , là tiêu chuẩn của thế giới khi giải quyết hàng loạt các bài tốn lớn trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: xây dựng, cơ khí, tự động hĩa, cơng nghiệp ơ tơ, tàu thủy và cao hơn là cơng nghiệp hàng khơng. Nĩ giải quyết cơng việc một cách triệt để, từ khâu thiết kế mơ hình CAD (Computer Aided Design), đến khâu sản xuất dưa trên cơ sở CAM (Computer Aided Manufacturing, khả năng phân tích tính tốn, tối ưu hĩa lời giải dựa trên chức năng CAE(Computer Aid Engineering) của phần mềm CATIA
3.3. Tổng quan về các phần mềm CAD/CAM hiện đại.
CAD – Computer Aided Design : Thiết kế dưới sự trợ giúp của máy tính
CAD xuất hiện vào trước năm 1960, với tư cách là cơng cụ vẽ (Drafting Tool). Vì vậy, trước đây CAD được coi như là “cây bút chì điện tử” (electronic Pencil). Cho đến những năm 80 của thế kỷ trước, vẽ vẫn là chức năng cơ bản của các phần mềm CAD. Các cơng cụ vẽ đã khơng ngừng được cải tiến và được bổ xung thêm các tiện ích khiến cho cơng việc vẽ được tiến hành nhanh chĩng hơn, chính xác hơn và giúp cho việc quản lý, trao đổi tài liệ thiết kế được dễ dàng hơn. Với chức năng vẽ thì theo tên goi ban đầu, CAD chỉ là cơng cụ trợ giúp vẽ trên máy tính điện tử (Computer Aided Draffting).
Theo thời gian CAD đuợc phát triển theo 2 hướng:
- Một mặt, CAD được tích hợp thêm nhiều chức năng mới. Với các tính năng đồ họa đặc trưng của mình, CAD đã trở thành mơi trường phát triển các cơng cụ tính tốn, phân tích, sản xuất (như tính tốn động học, động lực học cơ cấu, tính tốn khí động, nhiệt, từ, rung động cho đến việc lập trình, quản lý quy trình cơng nghệ gia cơng trên máy CNC,…). Nĩi cách khác, CAD ngày càng được tích hợp thêm những chức năng mới và nhờ các chức năng này CAD đã trở thành cơng cụ vơ cùng hữu dụng cho các kỹ