- Trong gia công NC một đường dụng cụ 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 UM (unit machining operation).
- Việc sinh đường dụng cụ cho một UMO thường phải qua 4 bước:
Bƣớc 1: Lập kế hoạch đường dụng cụ, trong bước này phải xác định hình dáng đường dụng cụ (tool-path topology)
Bƣớc 2: Tính toán các điểm CL (cutter-Location). Các điểm CL là các điểm đặc biệt trên dụng cụ, thường là ở tâm hoặc đáy dụng cụ. Kết thúc việc tính toán các điểm CL ta được các dữ liệu định vị dụng cụ gọi là CL-data.
Bƣớc 3: Nối đường dụng cụ. Từ bộ dữ liệu định vị dụng cụ CL-data phần mềm phải nối chúng lại với nhau theo một thuật toán đã được lập trình sẵn để được các đường dụng cụ liên tục, việc nối các dữ liệu CL - data thường dùng là đoạn thẳng hay cung tròn.
Bƣớc 4: Kiểm tra đường dụng cụ (verification). Đối tượng kiểm tra ở đây là sự va chạm giữa 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 thời điểm của bề mặt (toạ độ và véc tơ pháp tuyến). Sự va chạm xảy ra là do hai tình huống sau:
- Khi 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 di qua đỉnh lõm.
- Khi nối 2 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.
- 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:
+ Hướng tiếp cận dựa vào điểm tiếp xúc giữa dụng cụ và bề mặt chi tiết, ký hiệu là CC.
+ Hướng tiếp cận dựa vào sự định vị trực tiếp dụng cụ cắt trên bề mặt chi tiết, ký hiệu là DP.
2.8.1.1. Hướng tiếp cận dựa vào điểm tiếp x c CC.
- Trong hướng tiếp cận này các điểm định vị dụng cụ CL nhận được qua 2 bước.
- Đường dụng cụ được định trước trên bề mặt thiết kế.
- Các điểm CL được tính từ các điểm CC trên đường dụng cụ
Hình 2.14- Các phương pháp sinh đường định vị dụng cụ CL Phương pháp CC point
- Từng điểm P1(x1,y1,z1) trên đường CL path được tính từ các điểm tương ứng P(x,y,z) trên đường CC path rồi nối lại với nhau. Trên hình vẽ R là bán kính dụng cụ; O là tâm đầu cầu; n(nx,ny,nz) là véc tơ pháp đơn vị của bề mặt tiếp xúc P(x,y,z) ta có thể dẫn ra toạ độ của điểm P1 như sau:
- Toạ độ tâm cầu được tính bằng công thức: x0 x R c. os , y0 y R c. os , z0 z R c. os
Trong đó , , là các cosin chỉ phương của véctơ n. - Khi đó toạ độ của điểm P1 được xác định như sau: P1 = x1 x R c. os , y1 y R c. os , z1 z R c. osR
- Đối với dao đầu phẳng ta có công thức tính toán toạ độ điểm P1 như sau:
P1 =
- Tuỳ theo cách hình thành các đường tiếp xúc giữa dụng cụ và bề mặt gia công, các phương pháp sinh đường dụng cụ dựa trên điểm tiếp xúc CC lại được phân loại như sau:
i. 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 như tạo thành các tia…
ii. Phương pháp đẳng tham số (Iso-parametric): Đường tiếp xúc giữa dụng cụ và bề mặt gia công là đường cong tham số trong không gian tham số u, v.
iii. 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 hay là một vài đường đặc tính khác.
iv. Phương pháp đẳng dốc (Iso-phote): Đường tiếp xúc giữa dụng cụ và bề mặt gia công là các đường cong được offset 2D từ các đường cong đẳng dốc (Iso- inclination curve).
v. Phương pháp chiều cao nhấp nhô không đổi (Constant scallop height): Là phương pháp mà 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 chất của phương pháp này là phương pháp đẳng dốc.
2.8.1.2. Hướng tiếp cận trực tiếp DP
- Để có được đường dụng cụ cũng phải trải qua 3 bước tổng quát đã nêu ở trên, nhưng nội dung B1, B2 sẽ có điểm khác so với phương pháp "Hướng tiếp cận điểm CC". Cụ thể là:
- Hình dáng đường dụng cụ 2D có hình dáng là song song nhau, song song với đường biên, tia xuất phát từ 1 điểm trong vùng gia công và toả ra biên giới…
- 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 CL-data. Ưu điểm chính của phương pháp là có nguyên tắc tính như nhau cho mọi loại hình dáng dụng cụ:
1. Đường dụng cụ song song (Zig-Zac):
Hình 2.16- Đường dụng cụ song song 2. Đường dụng cụ song song với đường bao:
Hình 2.17- Đường dụng cụ song song với đường bao
2.8.1.3. So sánh đánh giá về hai phương pháp sinh đường tiếp x c giữa dụng cụ và chi tiết gia công 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, đẳng độ cao.
+ 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 không đổi.
- Ta phân tích hai phương pháp điển hình:
+ Phương pháp đẳng phẳng (Iso-planar): đâylà phương pháp 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 vệt chạy doa 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 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 2 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 (CL) 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 lập lại để tạo ra các đường tiếp xúc khác. Quá trình lập 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 đường tiếp xúc mới dựa trên đường tiếp xúc cũ, lỗi xử lý 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.