Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o B 0 Trêng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi B 1 LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc B 8 Ngµnh: c¬ khÝ chÕ t¹o B 2 T×m hiÓu ph¬ng ph¸p lËp tr×nh tù ®éng gia c«ng c¸c bÒ mÆt 3d víi sù trî gióp cña m¸y tÝnh. øng dông gia c«ng khu«n NguyÔn Duy KiÒu B 01 Hµ néi 2006 B 3 17061131409191000000 Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o B 4 Trêng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi B 5 LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc B 9 Ngµnh: c¬ khÝ chÕ t¹o B 6 T×m hiÓu ph¬ng ph¸p lËp tr×nh tù ®éng gia c«ng c¸c bÒ mÆt 3d víi sù trî gióp cña m¸y tÝnh. øng dông gia c«ng khu«n NguyÔn Duy KiÒu B 1 Ngêi híng dÉn khoa häc: TS. NguyÔn Huy Ninh B 21 Hµ néi 2006 B 7 LËp tr×nh tù ®éng gia c«ng c¸c bÒ mÆt 3d víi sù trî gióp cña m¸y tÝnh LuËn v¨n th¹c sÜ – NguyÔn Duy KiÒu Lêi cam ®oan T«i: NguyÔn Duy KiÒu, ngêi thùc hiÖn ®Ò tµi luËn v¨n Th¹c sÜ “T×m hiÓu ph¬ng ph¸p lËp tr×nh tù ®éng gia c«ng c¸c bÒ mÆt 3D víi sù trî gióp cña m¸y tÝnh.
øng dông vµo thùc tÕ gia c«ng khu«n” xin cam ®oan: - Tù b¶n th©n nghiªn cøu vµ tham kh¶o tµi liÖu ®Ó thùc hiÖn ®Ò tµi ®îc giao, díi sù híng dÉn cña TiÕn sÜ NguyÔn Huy Ninh – Khoa C¬ khÝ – Trêng §H B¸ch Khoa Hµ Néi. - Kh«ng lÊy tµi liÖu còng nh trÝch dÉn cña bÊt cø ai mµ kh«ng nªu cô thÓ tªn tuæi t¸c gi¶. - Trong ®Ò tµi ®îc giao ®· vËn dông kinh nghiÖm cña b¶n th©n còng nh c¸c kh¸m ph¸ míi víi c¸c thùc nghiÖm cha cã ai lµm t¬ng tù. T«i xin cam ®oan víi nh÷ng g× m×nh ®· tr×nh bµy.
NÕu sai t«i xin chÞu tr¸ch nhiÖm. Hng Yªn, ngµy 05 th¸ng 10 n¨m 2006 Häc viªn NguyÔn Duy KiÒu -1- LËp tr×nh tù ®éng gia c«ng c¸c bÒ mÆt 3d víi sù trî gióp cña m¸y tÝnh LuËn v¨n th¹c sÜ – NguyÔn Duy KiÒu Môc lôc Trang Lêi cam ®oan 1 Môc lôc 2 PhÇn 1: Më ®Çu 3 1.2 C¸c c«ng viÖc c¬ b¶n cña ngêi kü thuËt viªn lËp tr×nh 7 1.3 Nh÷ng vÊn ®Ò ®Æt ra khi nghiªn cøu vÒ APT t¹i ViÖt Nam 8 PhÇn 2: Mét sè ng«n ng÷ c¬ b¶n vµ kh¸i niÖm vÒ ng«n ng÷ APT 9 2.1 Mét sè ng«n ng÷ c¬ b¶n 9 2.2 §Æc ®iÓm vµ mét sè kh¸i niÖm vÒ ng«n ng÷ APT 11 2.1 Nh÷ng ®Æc ®iÓm tãm t¾t vÒ APT 11 2.2 C¸c kh¸i niÖm trong ng«n ng÷ APT 12 2.3 Ký tù dïng trong ng«n ng÷ APT 13 PhÇn 3: §Þnh nghÜa h×nh häc trong APT 14 3.2 C¸c ®êng th¼ng 15 3.4 MÆt ph¼ng 17 PhÇn 4: ThiÕt lËp ®êng ch¹y dao trong APT 25 4.1 §êng ch¹y dao Point to Point 25 4.2 C¸c bÒ mÆt kiÓm so¸t 27 4.3 KiÓm so¸t víi mÆt ph¼ng Check 29 4.4 LÖnh Start-Up 31 4.5 LËp tr×nh víi ®êng ch¹y dao Continuos-Path 35 4.6 ThiÕt ®Æt dung sai 40 PhÇn 5: C¸c c©u lÖnh thuéc bé hËu xö lý tiÕp theo trong APT 42 5.1 C¸c c©u lÖnh thuéc bé hËu xö lý 42 5.2 C¸c lÖnh phô trî 48 PhÇn 6: Nghiªn cøu thùc nghiÖm qua mét sè phÇn mÒm CAD-CAM 50 6.1 ThiÕt kÕ chi tiÕt 52 6.2 LËp quy tr×nh, thø tù gia c«ng vµ m« pháng 52 6.3 XuÊt ch¬ng tr×nh gia c«ng theo m· lÖnh G 57 6.4 Gia c«ng chi tiÕt trªn m¸y CNC 67 6.5 ViÕt mét sè ch¬ng tr×nh APT gia c«ng chi tiÕt 69 PhÇn 7: Sö dông c¸c lÖnh vÏ mÆt trong Pro/Engineer ®Ó thiÕt kÕ c¸c chi tiÕt thµnh 73 máng phøc t¹p 7.1 ThiÕt kÕ Ch¾n bïn tríc xe m¸y 73 7.2 ThiÕt kÕ c¸nh qu¹t bµn, qu¹t c©y 83 KÕt luËn 85 KiÕn nghÞ vµ híng nghiªn cøu tiÕp theo 85 tµi liÖu tham kh¶o 86 -2- LËp tr×nh tù ®éng gia c«ng c¸c bÒ mÆt 3d víi sù trî gióp cña m¸y tÝnh LuËn v¨n th¹c sÜ – NguyÔn Duy KiÒu PhÇn 1 U Më ®Çu 1.1 §Æt vÊn ®Ò: Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, nÒn s¶n xuÊt c¬ khÝ cña ViÖt nam ®· ®îc ®Çu t trang bÞ nhiÒu lo¹i m¸y CNC ®· dÉn ®Õn nh÷ng thay ®æi to lín trong c¸ch thøc tæ chøc vµ thùc hiÖn s¶n xuÊt c¸c chi tiÕt c¬ khÝ, trong s¶n xuÊt khu«n mÉu nh»m rót ng¾n thêi gian t¹o ra mét s¶n phÈm míi. Nh chóng ta ®· biÕt, viÖc ®iÒu khiÓn chuyÓn ®éng cña m¸y c«ng cô ®iÒu khiÓn sè ®îc thùc hiÖn bëi c¸c m· ®iÒu khiÓn sè ®îc dÞch sang c¸c lÖnh cña m¸y. C¸c m· ®iÒu khiÓn sè cã thÓ ®îc ph©n lo¹i thµnh 2 nhãm: Nh tr×nh bµy ë h×nh 1.
C¸c lÖnh ®iÒu khiÓn c¸c bé phËn cña m¸y riªng biÖt nh t¾t/ më ®éng c¬, chän tèc ®é cña trôc, thay ®æi dao c¾t vµ t¾t më thiÕt bÞ lµm m¸t (nh÷ng thao t¸c nµy ®îc thùc hiÖn b»ng c¸ch cho m¹ch ®iÖn ch¹y vµo r¬le hoÆc m¹ng ®iÒu khiÓn l«gic) vµ nh÷ng lÖnh ®iÒu khiÓn sù chuyÓn ®éng cã tÝnh t¬ng t¸c gi÷a ph«i vµ dao c¾t. Nh÷ng lÖnh nµy bao gåm nh÷ng th«ng tin nh trôc vµ kho¶ng c¸ch chuyÓn ®éng t¹i mçi thêi ®iÓm cô thÓ. Nh÷ng th«ng tin nµy ®îc dÞch sang c¸c lÖnh ®iÒu khiÓn chuyÓn ®éng cña m¸y vµ sau ®ã ®îc thùc hiÖn bëi hÖ thèng ®iÒu khiÓn c¬ ®iÖn. Tõ khi m¸y c«ng cô ®iÒu khiÓn sè (NC) ®îc ph¸t minh, ngêi ta ®· gi¶i quyÕt ®îc c¸c vÊn ®Ò phøc t¹p trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ, lËp tr×nh ga c«ng cho c¸c chi tiÕt phøc t¹p mµ nÒn s¶n xuÊt cña toµn thÕ giíi ®Æt ra.
Nh vËy kÜ thuËt sè lµ mét gi¶i ph¸p gióp cho ta gi¶m bít chi phÝ ngµy cµng leo thang trong s¶n xuÊt m¸y mãc phøc t¹p ®ßi hái ®é chÝnh x¸c cao. Chóng ta ®· cã gi¶i ph¸p lµ sö dông c¸c phÇn mÒm hç trî trong thiÕt kÕ, t¹o khu«n, lËp tr×nh gia c«ng m« pháng trªn m¸y tÝnh råi xuÊt ch¬ng tr×nh cho t¬ng thÝch víi c¸c m¸y CNC ®ang sö dông. C¸c phÇn mÒm CAD-CAM -3- LËp tr×nh tù ®éng gia c«ng c¸c bÒ mÆt 3d víi sù trî gióp cña m¸y tÝnh LuËn v¨n th¹c sÜ – NguyÔn Duy KiÒu ®ã ®· hç trî cho c¸c kÜ s thiÕt kÕ, c¸c lËp tr×nh viªn tõ ý tëng t¹o ra s¶n phÈm míi, cho ®Õn kh©u hoµn thiÖn s¶n phÈm sau khi ®· xuÊt ch¬ng tr×nh NC cho c¸c m¸y CNC nh: Mestercam, Cimatron, Pro/Engineer, Catia. ViÖc sö dông c¸c phÇn mÒm hç trî trong thiÕt kÕ, t¹o khu«n mÉu, gia c«ng m« pháng vµ cuèi cïng lµ xuÊt ch¬ng tr×nh NC hiÖn nay th× hÇu nh tÊt c¶ c¸c h·ng chÕ t¹o trong c¸c ngµnh s¶n xuÊt xe h¬i, m¸y bay, tµu thuû… ®Òu sö dông.
C¸c phÇn mÒm nµy xÐt vÒ kh¶ n¨ng øng dông thùc tÕ cã møc ®é kh¸c nhau nhng ®Òu cã nh÷ng ®Æc ®iÓm chung lµ: Ch¬ng tr×nh NC HÖ thèng ®iÒu hµnh KÝch thíc LÖnh C¬ cÊu ®iÒu khiÓn ThiÕt bÞ dÞch vµ Servo L«gic §iÖn ¸p R¬ le ®iÒu khiÓn ChuyÓn ®éng Cuén c¶m tuyÕn tÝnh To¹ ®é Y H×nh 1.1: C¸c lÖnh ®iÒu khiÓn chuyÓn ®éng sè - ThiÕt kÕ ®îc chi tiÕt m« h×nh 3D d¹ng Solid hay d¹ng mÆt. -4- LËp tr×nh tù ®éng gia c«ng c¸c bÒ mÆt 3d víi sù trî gióp cña m¸y tÝnh LuËn v¨n th¹c sÜ – NguyÔn Duy KiÒu - ThiÕt kÕ ®îc khu«n mÉu tõ m« h×nh chi tiÕt 3D H×nh 1.2 - LËp tr×nh vµ ch¹y kiÓm tra trªn m¸y tÝnh m« pháng ®êng ch¹y dao hay d¹ng m« h×nh 3D. - XuÊt ch¬ng tr×nh NC cho c¸c lo¹i m¸y CNC kh¸c nhau ®Ó thùc hiÖn viÖc gia c«ng hoµn thiÖn chi tiÕt hay khu«n mÉu.3 -5- LËp tr×nh tù ®éng gia c«ng c¸c bÒ mÆt 3d víi sù trî gióp cña m¸y tÝnh LuËn v¨n th¹c sÜ – NguyÔn Duy KiÒu H×nh 1.2 lµ vÝ dô mét chi tiÕt n¾p trªn cña g¹t tµn thuèc l¸ ®îc thiÕt kÕ b»ng phÇn mÒm Pro/Engineer (hoÆc b»ng Mastercam, Cimatron, Catia, UNI a) b) H×nh 1. Sau khi c«ng viÖc thiÕt kÕ ®îc hoµn thµnh trªn m¸y tÝnh, ta cã thÓ t¹o ra bé khu«n Ðp nhùa cho 4 s¶n phÈm mét lÇn Ðp nh h×nh 1.
Chi tiÕt H×nh 1.5 phÇn khu«n trªn vµ khu«n díi nh h×nh 1. ViÖc tiÕp theo lµ bæ sung thªm cho hai thít khu«n nµy hÖ thèng lç tho¸t thùa, hÖ thèng lµm m¸t khu«n -6- LËp tr×nh tù ®éng gia c«ng c¸c bÒ mÆt 3d víi sù trî gióp cña m¸y tÝnh LuËn v¨n th¹c sÜ – NguyÔn Duy KiÒu vµ hÖ thèng ®Þnh vÞ g¸ ®Æt gi÷a chóng víi nhau còng nh trªn m¸y Ðp.4-b) lµ mét vÝ dô mét bé khu«n Ðp nhùa hoµn chØnh. ViÖc cßn l¹i lµ lËp tr×nh gia c«ng m« pháng chóng råi xuÊt ch¬ng tr×nh cho m¸y phay CNC.5 lµ vÝ dô khi ta lËp tr×nh vµ ch¹y m« pháng gia c«ng phÇn khu«n bªn cña bé khu«n t¸ch trµ. Dao ë ®©y cã cung ®Çu trßn dïng gia c«ng c¸c mÆt ®Þnh h×nh 3D phøc t¹p.2 C¸c c«ng viÖc c¬ b¶n cña ngêi kü thuËt viªn lËp tr×nh: X¸c ®Þnh kÝch thíc ph«i th«ng qua kÝch thíc cña chi tiÕt vµ lîng d cho mçi bÒ mÆt cÇn gia c«ng.
X¸c ®Þnh sè bíc gia c«ng trªn m¸y CNC Chän m¸y, chän ®iÓm 0 cña chi tiÕt vµ mÆt ph¼ng lïi dao. ChÕ ®é c¾t (tèc ®é quay cña trôc chÝnh, tèc ®é tiÕn cña bµn m¸y, chiÒu s©u c¾t, lîng dÞch dao sau mçi l¸t c¾t…) vµ mÆt ph¼ng lïi dao khi gÆp ®¶o, di chuyÓn vÞ trÝ c¾t… Chän hoÆc t¹o ®èi tîng ®Ó dông cô c¾t “nhËn d¹ng” nh: ®êng, mÆt, thÓ tÝch… qua ®ã dông cô ph©n biÖt ®iÓm ®Çu ®iÓm cuèi hµnh tr×nh, gi¸ trÞ bï dao… Tuy nhiªn chóng ta cha thùc sù hiÓu lµ ë c¸c phÇn mÒm nµy trong qu¸ tr×nh lËp tr×nh gia c«ng, viÖc chän c¸c ®êng, c¸c bÒ mÆt ®Ó chØ ®Þnh cho dông cô c¾t nhËn biÕt ®îc th× ®iÒu g× ®ang diÔn ra vµ dùa trªn c¬ së tÝnh to¸n nµo? T¹i sao dông cô c¾t l¹i chän ®îc ®iÓm tiÕp cËn ®êng hay bÒ mÆt ®ã vµ nhËn diÖn ®îc c¸c ®êng bao, c¸c bÒ mÆ 3D? Råi tõ ®êng ch¹y dao th«ng qua bé biÕn ®æi thµnh mét ®Þnh d¹ng cã thÓ mét m¸y nµo ®ã chÊp nhËn ®îc. -7- LËp tr×nh tù ®éng gia c«ng c¸c bÒ mÆt 3d víi sù trî gióp cña m¸y tÝnh LuËn v¨n th¹c sÜ – NguyÔn Duy KiÒu §Ò tµi ®îc giao t×m hiÓu b¶n chÊt cña c¸c phÇn mÒm CAD/CAM, øng dông ng«n ng÷ lËp tr×nh tù ®éng APT ®Ó lËp tr×nh gia c«ng c¬ khÝ. KÕ ®ã t×m hiÓu ng«n ng÷ APT vµ híng x©y dùng hÖ thèng xö lý APT.2 Nh÷ng vÊn ®Ò ®Æt ra khi nghiªn cøu vÒ ng«n ng÷ APT ë ViÖt Nam: Nh ta ®îc biÕt th× ng«n ng÷ APT cã trªn 3000 c©u lÖnh, bao gåm c¸c c©u lÖnh vÒ m« t¶ h×nh häc c¸c ®èi tîng ®å ho¹ nh ®iÓm, ®êng, mÆt.; C¸c c©u lÖnh ®iÒu khiÓn m¸y; C¸c c©u lÖnh ®iÒu khiÓn vÞ trÝ dao.