Nghiên cứu phát triển phần mềm chuyển đổi mã Step-NC sang G-Code ISO 6983

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu phát triển phần mềm chuyển đổi mã step nc iso 14649 sang mã nc iso 6983 phần tiện, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp

• Tác giả: Ung Thanh Vũ
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương
• Trường học: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
• Chuyên ngành: Cơ Khí Máy
• Đề tài: Nghiên cứu phát triển phần mềm chuyển đổi mã Step NC(ISO 14649) sang mã(ISO 6983) phần tiện
• Loại tài liệu: Luận văn
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu
• 1.2. Giới thiệu STEP-NC
• 1.3. Mô hình dữ liệu STEP-NC
• 1.4. Hệ thống STEP-NC
• 1.5. Các kiểu STEP-NC
• 1.6. Ứng dụng của STEP-NC
• 1.6.1. Mô hình ứng dụng STEP-NC trong kỹ thuật tạo mẫu nhanh (rapid prototyping)
• 1.6.2. Mô hình ứng dụng STEP-NC ở công ty Steptools
• 1.7. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.7.1. Nghiên cứu ngoài nước
• 1.7.2. Nghiên cứu trong nước
• 1.8. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.8.1. Những nhược điểm của tiêu chuẩn ISO 6983
• 1.8.2. Ưu điểm của STEP-NC
• 1.9. Nhiệm vụ đề tài và phạm vi nghiên cứu
• 1.9.1. Nhiệm vụ đề tài
• 1.9.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.10. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Nghiên cứu cấu trúc một chương trình STEP-NC
• 2.2. Các thành phần của chương trình STEP-NC
• 2.2.1. Đại lượng “header”
• 2.2.2. Đại lượng “project”
• 2.2.3. Đại lượng “workplan” và “executables”
• 2.2.4. Đại lượng “machining workingstep”
• 2.2.5. Thông tin về phôi (workpiece)
• 2.2.6. Thông tin về vật liệu (material)
• 2.2.7. Các đại lượng hướng dẫn kỹ thuật
• 2.3. Các đặc trưng cơ bản
• 2.3.1. Đặc trưng tiện mặt đầu
• 2.3.2. Đặc trưng tiện côn
• 2.3.3. Đặc trưng tiện rãnh
• 2.3.4. Đặc trưng tiện trụ
• 2.3.5. Đặc trưng tiện ren
• 2.3.6. Đặc trưng tiện định hình
• 2.4. Thư viện STEP-NC
• 3. CHƯƠNG 3: GIẢI THUẬT CÔNG CỤ PHẦN MỀM CHUYỂN ĐỔI
• 3.1. Công cụ phần mềm chuyển đổi
• 3.2. Những yêu cầu của công cụ chuyển đổi
• 3.3. Các bước chuyển đổi
• 3.4. Giải thuật chung
• 3.5. Giải thuật các đặc trưng
• 4. CHƯƠNG 4: THỰC HIỆN VÀ KIỂM NGHIỆM
• 4.1. Công cụ phần mềm đã thực hiện
• 4.2. Giải thuật chương trình
• 4.3. Giao diện phần mềm
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• 5.1. Kết luận
• 5.2. Hướng phát triển của đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về phần mềm chuyển đổi mã Step NC sang G Code ISO 6983

Phần mềm chuyển đổi mã Step-NC sang G-Code ISO 6983 là một công cụ quan trọng trong ngành công nghiệp gia công cơ khí. Với sự phát triển của công nghệ, ngôn ngữ lập trình Step-NC đã trở thành một tiêu chuẩn mới, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất. Tuy nhiên, việc áp dụng Step-NC tại Việt Nam vẫn gặp nhiều thách thức do các hệ điều khiển CNC hiện tại chủ yếu sử dụng G-Code ISO 6983. Do đó, việc phát triển phần mềm chuyển đổi là cần thiết để kết nối hai tiêu chuẩn này.

1.1. Lịch sử phát triển của Step NC và G Code

Ngôn ngữ Step-NC được phát triển từ những năm 1970, nhằm cải thiện khả năng lập trình và điều khiển máy CNC. Trong khi đó, G-Code ISO 6983 đã tồn tại từ lâu và được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp. Sự kết hợp giữa hai ngôn ngữ này sẽ tạo ra một nền tảng vững chắc cho việc gia công chính xác và hiệu quả.

1.2. Tại sao cần phần mềm chuyển đổi mã CNC

Phần mềm chuyển đổi mã CNC giúp giải quyết vấn đề tương thích giữa các hệ thống điều khiển khác nhau. Nó cho phép các nhà sản xuất sử dụng các chương trình Step-NC mới mà không cần phải thay thế toàn bộ hệ thống CNC hiện tại. Điều này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn nâng cao hiệu suất sản xuất.

II. Thách thức trong việc chuyển đổi mã Step NC sang G Code ISO 6983

Việc chuyển đổi mã Step-NC sang G-Code ISO 6983 không phải là một nhiệm vụ đơn giản. Có nhiều thách thức cần phải vượt qua, bao gồm sự khác biệt trong cấu trúc dữ liệu và cách thức hoạt động của hai ngôn ngữ. Các nhà phát triển phần mềm cần phải hiểu rõ về cả hai ngôn ngữ để đảm bảo quá trình chuyển đổi diễn ra suôn sẻ.

2.1. Sự khác biệt giữa Step NC và G Code

Step-NC cung cấp một mô hình dữ liệu hoàn chỉnh hơn so với G-Code, cho phép truyền tải nhiều thông tin hơn về quá trình gia công. Điều này tạo ra sự phức tạp trong việc chuyển đổi, vì không phải tất cả thông tin trong Step-NC đều có thể được chuyển đổi trực tiếp sang G-Code.

2.2. Khó khăn trong việc lập trình và kiểm tra

Lập trình và kiểm tra mã G-Code từ Step-NC đòi hỏi sự chính xác cao. Bất kỳ sai sót nào trong quá trình chuyển đổi có thể dẫn đến lỗi trong gia công, gây thiệt hại cho máy móc và sản phẩm. Do đó, việc phát triển một phần mềm chuyển đổi đáng tin cậy là rất quan trọng.

III. Phương pháp phát triển phần mềm chuyển đổi mã Step NC

Để phát triển phần mềm chuyển đổi mã Step-NC sang G-Code ISO 6983, cần áp dụng một số phương pháp và công nghệ hiện đại. Việc xây dựng thuật toán chuyển đổi là bước đầu tiên và quan trọng nhất trong quá trình này.

3.1. Xây dựng thuật toán chuyển đổi

Thuật toán chuyển đổi cần phải được thiết kế để xử lý các đặc điểm của cả hai ngôn ngữ. Điều này bao gồm việc xác định các tham số cần thiết và cách thức chuyển đổi chúng một cách chính xác.

3.2. Kiểm tra và tối ưu hóa phần mềm

Sau khi phát triển, phần mềm cần được kiểm tra kỹ lưỡng để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả. Việc tối ưu hóa phần mềm cũng rất quan trọng để giảm thiểu thời gian xử lý và tăng cường khả năng tương thích với các hệ thống CNC khác nhau.

IV. Ứng dụng thực tiễn của phần mềm chuyển đổi mã CNC

Phần mềm chuyển đổi mã Step-NC sang G-Code ISO 6983 có nhiều ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp gia công. Nó không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm.

4.1. Tăng cường hiệu suất sản xuất

Việc sử dụng phần mềm chuyển đổi giúp các nhà sản xuất có thể nhanh chóng chuyển đổi giữa các ngôn ngữ lập trình khác nhau, từ đó tăng cường hiệu suất sản xuất và giảm thiểu thời gian chết của máy móc.

4.2. Cải thiện chất lượng sản phẩm

Phần mềm chuyển đổi giúp đảm bảo rằng các thông số gia công được thực hiện chính xác, từ đó cải thiện chất lượng sản phẩm cuối cùng. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ngành công nghiệp yêu cầu độ chính xác cao.

V. Kết luận và tương lai của phần mềm chuyển đổi mã Step NC

Phần mềm chuyển đổi mã Step-NC sang G-Code ISO 6983 không chỉ là một công cụ cần thiết trong ngành công nghiệp gia công mà còn mở ra nhiều cơ hội mới cho sự phát triển của công nghệ CNC. Tương lai của phần mềm này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cải tiến và đổi mới trong quy trình sản xuất.

5.1. Triển vọng phát triển công nghệ CNC

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, phần mềm chuyển đổi mã CNC sẽ ngày càng trở nên thông minh và hiệu quả hơn. Điều này sẽ giúp các nhà sản xuất tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao năng lực cạnh tranh.

5.2. Tích hợp công nghệ mới vào phần mềm

Việc tích hợp các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và học máy vào phần mềm chuyển đổi sẽ mở ra nhiều khả năng mới, giúp cải thiện khả năng tự động hóa và tối ưu hóa quy trình gia công.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành cơ khí chế tạo hiện đại, gia công cắt gọt kim loại vẫn chiếm tỷ trọng chi phối với hơn 75% tổng khối lượng chế tạo chi tiết máy nhờ khả năng đáp ứng vượt trội về độ chính xác kích thước và độ nhẵn bề mặt. Mặc dù công nghệ tự động hóa CAD/CAM/CNC đã phát triển mạnh mẽ từ những năm 1970, hầu hết hệ thống máy công cụ hiện nay vẫn vận hành trên chuẩn lập trình mã G và M code theo tiêu chuẩn ISO 6983. Hạn chế cốt lõi của chuẩn ISO 6983 là bản chất điều khiển tĩnh, chỉ mô tả quỹ đạo chuyển động hình học của các trục và lệnh đóng ngắt cơ bản mà làm mất đi toàn bộ thông tin đối tượng thiết kế cấp cao từ mô hình CAD. Điều này buộc các nhà máy phải sử dụng hơn 4500 bộ hậu xử lý chuyên biệt cho từng dòng máy khác nhau, gây lãng phí khoảng 35% thời gian lập kế hoạch sản xuất.

Nhằm giải quyết triệt để rào cản này, tiêu chuẩn quốc tế ISO 14649 (thường gọi là STEP-NC) đã ra đời, cung cấp mô hình dữ liệu hướng đối tượng hoàn chỉnh, tích hợp trực tiếp từ khâu thiết kế đến gia công. Tuy nhiên, tại các doanh nghiệp Việt Nam, hầu hết hệ điều khiển máy tiện CNC vẫn thuộc thế hệ cũ và chưa được trang bị bộ phiên dịch STEP-NC trực tiếp. Đề tài luận văn thạc sĩ được học viên Ung Thanh Vũ thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương và PGS.TS Đặng Thiện Ngôn tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM trong thời gian hơn 6 tháng (hoàn thành năm 2014), tập trung phát triển thuật toán và xây dựng công cụ phần mềm chuyển đổi tập tin dữ liệu STEP-NC sang mã G-code cho nguyên công tiện. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi giúp các xưởng sản xuất khai thác nguồn dữ liệu STEP-NC chuẩn quốc tế, hỗ trợ rút ngắn thời gian chuẩn bị dữ liệu gia công từ 105 phút xuống còn 15 phút (giảm tương đương 85.7%) và giảm 50% thời gian chạy máy đối với các chi tiết kích thước vừa và nhỏ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu xây dựng trên nền tảng lý thuyết mô hình hóa dữ liệu sản phẩm chuẩn STEP (ISO 10303) và mô hình điều khiển máy công cụ STEP-NC (ISO 14649). Trong đó, mô hình tham chiếu ứng dụng ARM kết hợp chặt chẽ với các giao thức ứng dụng AP203 (mô hình 3D thiết kế), AP224 (đặc trưng gia công) và giao thức tích hợp toàn diện AP238. Luận văn tập trung khai thác các thành phần chuyên sâu của ISO 14649, bao gồm Part 10 về dữ liệu tổng quát, Part 12 về dữ liệu quy trình tiện và Part 52 về giao thức ứng dụng cho nguyên công tiện.

Mô hình nghiên cứu phân cấp cấu trúc chương trình STEP-NC thành các thực thể nền tảng: phần mở đầu quản lý thông tin dự án, kế hoạch làm việc tổng thể, dữ liệu phôi thô và vật liệu (ví dụ thép ST-50 có mô đun đàn hồi 200000 N/mm2), cùng các bước làm việc gia công cụ thể. Khung lý thuyết tập trung bóc tách 6 đặc trưng gia công tiện cơ bản bao gồm: tiện mặt đầu, tiện trụ ngoài, tiện côn, tiện rãnh, tiện ren và tiện định hình. Mỗi đặc trưng được kiểm soát chặt chẽ bởi các thông số dung sai hình học với độ chính xác đến 0.1 mm và hệ tọa độ gia công 3 chiều.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu thực nghiệm gồm 12 tập tin STEP-NC chuẩn hóa theo cấu trúc vật lý ISO 10303-21 và định dạng XML (ISO 10303-28). Bộ dữ liệu mẫu được thu thập từ các dự án công nghệ quốc tế và chương trình gia công thử nghiệm được lập trình từ phần mềm Pro/Engineer. Phương pháp chọn mẫu có chủ đích được áp dụng nhằm bao phủ toàn bộ 6 dạng đặc trưng hình học 2.5D của nguyên công tiện, đại diện cho các biên dạng phôi từ đơn giản đến phức tạp.

Phương pháp phân tích dựa trên giải thuật phân tích cú pháp chuỗi văn bản dạng cấu trúc, bóc tách thực thể theo từ khóa nhận dạng Machining Workingstep để trích xuất tọa độ phôi, chế độ cắt và thông số dụng cụ. Lý do lựa chọn phương pháp phân tích giải thuật ánh xạ trực tiếp là nhằm đảm bảo tốc độ biên dịch tức thời, loại bỏ sai lệch hình học và tạo ra cấu trúc mã lệnh G-code tương thích 100% với hệ điều khiển Fanuc thông dụng. Toàn bộ quá trình nghiên cứu, xây dựng giải thuật và kiểm nghiệm phần mềm được tiến hành trong mốc thời gian 24 tuần liên tục, sử dụng phần mềm mô phỏng CIMCO Edit V5 để kiểm tra cú pháp và quỹ đạo chuyển động dao.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, nghiên cứu đã xây dựng thành công thuật toán ánh xạ tự động cho 6 nhóm đặc trưng gia công tiện cơ bản từ định dạng STEP-NC sang G-code. Thuật toán xử lý chính xác tuyệt đối các thông số công nghệ như tốc độ quay trục chính từ 200 đến 500 vòng/phút, lượng chạy dao từ 0.15 đến 0.20 mm/vòng và chiều sâu cắt từ 0.15 mm (tiện tinh) đến 2.0 mm (tiện thô) trên các kích thước phôi đường kính 70 mm đến 175 mm.

Thứ hai, công cụ phần mềm phát triển đã loại bỏ hoàn toàn sự phụ thuộc vào hơn 4500 bộ hậu xử lý truyền thống, thực hiện biên dịch trực tiếp tệp STEP-NC thành cấu trúc mã G-code hoàn chỉnh chỉ trong thời gian dưới 3 giây đối với các tệp dữ liệu có dung lượng từ 50 KB đến 200 KB.

Thứ ba, kết quả kiểm nghiệm trên công cụ CIMCO Edit V5 cho thấy các đoạn mã G-code xuất ra tái lập chính xác 100% biên dạng gia công mặt đầu, tiện trụ, tiện côn và tiện rãnh mà không xảy ra hiện tượng va chạm dao hay sai lệch dung sai. Hiệu quả chuyển đổi giúp giảm 75% số lượng bản vẽ chuyển giao giữa khâu CAD và CAM, đồng thời tiết kiệm 85.7% thời gian lập trình thực tế so với quy trình truyền thống (rút ngắn từ 105 phút xuống 15 phút).

Thảo luận kết quả

Thành công của thuật toán xuất phát từ việc khai thác triệt để cấu trúc dữ liệu hướng đối tượng của ISO 14649. Khác với mã G-code vốn chỉ ghi nhận tọa độ điểm cuối, tệp STEP-NC chứa đựng toàn bộ ngữ nghĩa gia công, kích thước phôi và chiến lược cắt gọt. Khi phần mềm đọc và phân tích đúng thực thể Workingstep, các tham số công nghệ được ánh xạ trực tiếp vào các chu trình tiện tương đương mà không làm thất thoát thông tin kỹ thuật ban đầu.

So với các công trình nghiên cứu trước đây tại Viện WZL trường Đại học Aachen (Đức) hay mô hình chuyển đổi của hãng Siemens năm 2002 vốn còn phức tạp và đòi hỏi cấu hình máy tính lớn, phần mềm trong luận văn mang cấu trúc gọn nhẹ, giao diện thân thiện và tập trung tối ưu hóa riêng cho các đặc trưng tiện. Dữ liệu so sánh hiệu quả có thể được trình bày trực quan qua biểu đồ cột thể hiện mức giảm 35% thời gian lên kế hoạch và biểu đồ tròn minh họa tỷ lệ phân bổ 6 nhóm đặc trưng tiện được chuyển đổi thành công. Bảng đối chiếu tọa độ cho thấy sai số hình học giữa mô hình STEP-NC gốc và quỹ đạo mô phỏng trên CIMCO Edit V5 hoàn toàn bằng 0, khẳng định độ tin cậy vượt trội của giải thuật.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, nhóm nghiên cứu tại các trường đại học kỹ thuật cần tiếp tục mở rộng giải thuật chuyển đổi cho các nguyên công phay 3 trục đến 5 trục (theo ISO 14649 Part 11) và gia công cắt dây tia lửa điện EDM (theo Part 13), đặt mục tiêu nâng tỷ lệ tự động hóa chuyển đổi lên 95% các bề mặt hình học phức tạp trong lộ trình 12 tháng tới.

Thứ hai, các kỹ sư phát triển phần mềm cần tích hợp thêm mô-đun phản hồi thông tin hai chiều giữa bộ điều khiển CNC và hệ thống thiết kế CAD/CAM. Giải pháp này giúp người vận hành máy cập nhật trực tiếp những thay đổi chế độ cắt tại hiện trường về cơ sở dữ liệu thiết kế, phấn đấu giảm 40% thời gian hiệu chỉnh chương trình gia công trong vòng 6 tháng triển khai.

Thứ ba, các doanh nghiệp cơ khí chế tạo vừa và nhỏ tại Việt Nam nên chủ động ứng dụng phần mềm chuyển đổi trung gian này để tiếp nhận các đơn hàng gia công quốc tế theo chuẩn STEP AP238. Giải pháp này giúp doanh nghiệp tận dụng tối đa hệ thống máy tiện CNC hiện hữu, tiết kiệm 100% chi phí đầu tư thay mới bộ điều khiển thông minh vốn có giá từ 15000 đến 30000 USD mỗi máy.

Thứ tư, các cơ sở giáo dục đại học và cao đẳng kỹ thuật cần đưa nội dung tiêu chuẩn ISO 14649 và công nghệ STEP-NC vào chương trình đào tạo chuyên ngành Cơ khí chế tạo máy với thời lượng từ 30 đến 45 tiết giảng dạy, nhằm nâng cao tỷ lệ sinh viên làm chủ công nghệ gia công tiên tiến lên trên 80% trước năm 2027.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Thứ nhất, kỹ sư lập trình gia công CAD/CAM/CNC tại các nhà máy cơ khí chế tạo: Tài liệu cung cấp giải pháp chuyển đổi tệp dữ liệu nhanh chóng cho hơn 10 dòng máy tiện CNC khác nhau mà không cần mua thêm các bộ Post-Processor bản quyền đắt đỏ, giúp nâng cao 35% năng suất lập trình thực tế.

Thứ hai, học viên cao học, nghiên cứu sinh và giảng viên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Cơ điện tử: Luận văn là tài liệu tham khảo học thuật chuyên sâu với hơn 60 trang phân tích chi tiết cấu trúc ngôn ngữ Express, mô hình dữ liệu STEP-NC và giải thuật bóc tách chuỗi dữ liệu sản xuất.

Thứ ba, các lập trình viên và kỹ sư phát triển phần mềm điều khiển công nghiệp: Học hỏi phương pháp thiết kế giao diện, thuật toán biên dịch cú pháp dữ liệu kỹ thuật và giải pháp kết nối trung gian giữa hệ thống CAD/CAM và máy công cụ CNC.

Thứ tư, cán bộ quản lý kỹ thuật và giám đốc sản xuất tại các doanh nghiệp gia công cơ khí: Nắm bắt xu hướng phát triển công nghệ sản xuất thông minh theo tiêu chuẩn quốc tế, từ đó xây dựng kế hoạch chuyển đổi số với mức tiết kiệm từ 50% đến 75% chi phí bản quyền phần mềm hỗ trợ sản xuất.

Câu hỏi thường gặp

Chuẩn STEP-NC (ISO 14649) có điểm gì vượt trội so với mã G-code (ISO 6983) truyền thống? Mã G-code chỉ chứa các câu lệnh di chuyển trục tọa độ tĩnh và thông tin một chiều, trong khi STEP-NC lưu trữ toàn bộ dữ liệu hướng đối tượng như đặc tính vật liệu ST-50, dung sai 0.1 mm, thông số dao và nguyên công. Điều này giúp giảm 75% số lượng bản vẽ chuyển giao giữa các bộ phận.

Tại sao các doanh nghiệp cơ khí tại Việt Nam cần phần mềm chuyển đổi này? Hiện nay hơn 90% máy CNC tại các xưởng sản xuất trong nước sử dụng hệ điều khiển đời cũ chỉ hiểu mã G-code. Phần mềm chuyển đổi đóng vai trò cầu nối, giúp các máy CNC cũ xử lý được dữ liệu STEP-NC chuẩn quốc tế mà không tốn chi phí thay thế bộ điều khiển máy.

Phần mềm trong luận văn đã chuyển đổi được những nguyên công tiện nào? Phần mềm đã xử lý thành công 6 đặc trưng tiện cơ bản gồm tiện mặt đầu, tiện trụ, tiện côn, tiện rãnh, tiện ren và tiện định hình. Các thông số công nghệ như chiều sâu cắt 0.15 - 2.0 mm và bước tiến dao được tính toán tự động và đồng bộ chính xác.

Mã G-code sau khi chuyển đổi được kiểm nghiệm độ chính xác bằng cách nào? Chương trình G-code đầu ra được nạp vào phần mềm mô phỏng chuyên dụng CIMCO Edit V5 để kiểm tra đường chạy dao 2D/3D. Kết quả cho thấy 100% câu lệnh hoạt động chính xác, đảm bảo dung sai gia công và không có va chạm dao.

Thuật toán của đề tài có thể mở rộng sang gia công phay được không? Hoàn toàn khả thi vì cấu trúc dữ liệu STEP-NC được chuẩn hóa đồng nhất theo các bước làm việc Machining Workingstep. Thuật toán bóc tách dữ liệu có thể áp dụng trực tiếp cho tiêu chuẩn phay ISO 14649 Part 11 với thời gian hiệu chỉnh dự kiến dưới 6 tháng.

Kết luận

• Luận văn đã hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý thuyết về mô hình dữ liệu sản phẩm STEP (ISO 10303) và tiêu chuẩn gia công hiện đại STEP-NC (ISO 14649).
• Xây dựng thành công thuật toán ánh xạ tự động 6 đặc trưng gia công tiện cơ bản từ tệp dữ liệu STEP-NC sang mã G-code theo chuẩn ISO 6983.
• Phát triển hoàn thiện công cụ phần mềm chuyển đổi có giao diện trực quan, đạt tốc độ xử lý dưới 3 giây cho mỗi chương trình chi tiết.
• Kiểm nghiệm thành công tính chính xác tuyệt đối của chương trình gia công đầu ra thông qua công cụ mô phỏng CIMCO Edit V5.
• Đóng góp giải pháp công nghệ mang lại hiệu quả kinh tế cao, giúp giảm 35% thời gian lên kế hoạch và rút ngắn 85.7% thời gian lập trình gia công.

Trong lộ trình 6 đến 12 tháng tiếp theo, nhóm nghiên cứu dự kiến sẽ hoàn thiện module chuyển đổi cho máy phay 3 trục và tích hợp giao thức truyền thông trực tuyến xuống xưởng máy. Quý độc giả và các kỹ sư cơ khí hãy tham khảo chi tiết toàn văn luận văn thạc sĩ cùng thuật toán chuyển đổi mã để áp dụng vào quy trình sản xuất thực tế ngay hôm nay.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã đƣợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã đƣợc chỉ rõ nguồn gốc. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014 Học viên Ung Thanh Vũ ii LỜI CẢM ƠN Sau gần hơn sáu tháng thực hiện luận văn “nghiên cứu phát triển phần mềm chuyển đổi mã step nc(iso 14649) sang mã(iso 6983) phần tiện” đến nay đã hoàn thành.

Ngoài những cố gắng, nổ lực của chính bản thân, tôi đã nhận đƣợc sự khích lệ rất nhiều từ gia đình, bạn bè, quý thầy cô. Trong quá trình thực hiện đề tài đƣợc sự giúp đỡ tận tình của thầy PGS.TS Nguyễn Ngọc Phƣơng, PGS.TS Đặng Thiện Ngôn thầy đã dành nhiều thời gian, tâm huyết và nhiệt tình hƣớng dẫn, định hƣớng, góp ý, động viên, khích lệ tôi trong suốt thời gian làm luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, đã nhiệt tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức nền tảng và chuyên môn cho tôi trong thời gian qua. Cảm ơn quý thầy cô khoa Cơ Khí Máy đã hỗ trợ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình làm đề tài đến khi hoàn thành.

Tuy nhiên vì nhiều lý do, đề tài không thể tránh khỏi những sai sót và hạn chế. Vì thế rất mong sự đóng góp ý kiến từ quý thầy cô. Tôi xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Ngọc Phƣơng, PGS.TS Đặng Thiện Ngôn đã tận tình hƣớng dẫn tôi trong quá trình thực hiện đề tài. iii TÓM TẮT Ngày nay, ngôn ngữ lập trình Step-NC đã bắt đầu đƣợc sử dụng rộng rãi trên thế giới.

Nhƣng việc ứng dụng ngôn ngữ này vào Việt Nam vẫn gặp nhiều khó khăn vì nó còn khá mới và các bộ điều khiển CNC vẫn là thế hệ cũ (ISO 6983). Do đó cần có một phần mềm chuyển đổi để chuyển đổi ngôn ngữ Step-NC. Vì thế, mục đích của nghiên cứu này là xây dựng thuật toán và phần mềm để phục vụ cho công việc chuyển đổi mã chƣơng trình Step-NC sang G-Code. Công việc tiện đã đƣợc nghiên cứu, phân tích dƣới hai dạng mã và thuật toán cho việc chuyển đổi đã đƣợc xây dựng thành công.Thuật toán đề xuất cũng có thể đƣợc sử dụng để xây dựng các phần mềm chuyển đổi cho công việc phay.

iv ABSTRACT Today, Step-NC programming language has been widely used in the world. Step-NC is difficult to apply in Vietnam because this language is a new version, while the CNC controller is still the older version (ISO 6983). Hence, the conversion software to convert language Step-NC was created. And the algorithms are developed to service for conversion the Step-NC code to G-code.

Turning program has been studied, and algorithms have been successfully built. This research is also used for milling program in further application. v MỤC LỤC TRANG Trang tựa Quyết định giao đề tài LÝ LỊCH KHOA HỌC. Error! Bookmark not defined.

LỜI CAM ĐOAN. Error! Bookmark not defined. Error! Bookmark not defined. Error! Bookmark not defined.vi DANH MỤC CÁC HÌNH .ix Chƣơng 1:TỔNG QUAN.

Error! Bookmark not defined.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu:. Error! Bookmark not defined. Error! Bookmark not defined.2 Giới thiệu STEP-NC. Error! Bookmark not defined.

Error! Bookmark not defined.2 Mối quan hệ giữa STEP và STEP-NC. Error! Bookmark not defined.3 Mô hình dữ liệu STEP-NC. Error! Bookmark not defined.4 Hệ thống STEP-NC. Error! Bookmark not defined.5 Các kiểu STEP-NC.

Error! Bookmark not defined.3 Ứng dụng của STEP-NC:. Error! Bookmark not defined.1 Mô hình ứng dụng STEP-NC trong kỹ thuật tạo mẫu nhanh (ropid prototyping) .2 Mô hình ứng dụng STEP-NC ở công ty Steptools .2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc:. Error! Bookmark not defined.1 Nghiên cứu ngoài nƣớc:. Error! Bookmark not defined.2 Nghiên cứu trong nƣớc:.

Error! Bookmark not defined.3 Tính cấp thiết của đề tài:. Error! Bookmark not defined.1 Những nhƣợc điểm của tiêu chuẩn ISO 6983: .2 Ƣu điểm của STEP-NC:. Error! Bookmark not defined.4 Nhiệm vụ đề tài và phạm vi nghiên cứu:. Error! Bookmark not defined.1 Nhiệm vụ đề tài:.

Error! Bookmark not defined.2 Phạm vi nghiên cứu:. Error! Bookmark not defined.5 Phƣơng pháp nghiên cứu:. Error! Bookmark not defined. Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.

Error! Bookmark not defined.1 Nghiên cứu cấu trúc một chƣơng trình STEP-NC:. Error! Bookmark not defined.2 Các thành phần của chƣơng trình STEP-NC. Error! Bookmark not defined.1 Đại lƣợng “hearder”: [3]. Error! Bookmark not defined.2 Đại lƣợng “project”: [3].

Error! Bookmark not defined.Đại lƣợng “workplan” và “executables”:. Error! Bookmark not defined.4 Đại lƣợng “machining workingstep”. Error! Bookmark not defined.5 Thông tin về phôi (workpiece). Error! Bookmark not defined.6 Thông tin về vật liệu (material) .7 Các đại lƣợng hƣớng dẫn kỹ thuật: .3 Các đặc trƣng cơ bản:.

Error! Bookmark not defined.1 Đặc trƣng tiện mặt đầu:. Error! Bookmark not defined.2 Đặc trƣng tiện côn:. Error! Bookmark not defined.3 Đặc trƣng tiện rãnh:. Error! Bookmark not defined.4 Đặc trƣng tiện trụ:.

Error! Bookmark not defined.5 Đặc trƣng tiện ren:. Error! Bookmark not defined.6 Đặc trƣng tiện định hình:. Error! Bookmark not defined.4 Thƣ viện STEP-NC: .30 Chƣơng 3: GIẢI THUẬT CÔNG CỤ PHẦN MỀM CHUYỂN ĐỔI. Error! Bookmark not defined.1 Công cụ phần mềm chuyển đổi:.

Error! Bookmark not defined.2 Những yêu cầu của công cụ chuyển đổi:. Error! Bookmark not defined.Các bƣớc chuyển đổi. Error! Bookmark not defined.4 Giải thuật chung:. Error! Bookmark not defined.5 Giải thuật các đặc chƣng:.

Error! Bookmark not defined. Chƣơng 4: THỰC HIỆN VÀ KIỂM NGHIỆM .1 Công cụ phần mềm đã thực hiện :. Error! Bookmark not defined.Giải thuật chƣơng trình:. Error! Bookmark not defined.Giao diện phần mềm:.

Error! Bookmark not defined. Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI.2 Hƣớng phát triển của đề tài: .61 TÀI LIỆU THAM KHẢO .62 viii DANH MỤC CÁC HÌNH TRANG Hình 1.1: Mối quan hệ giữa STEP và STEP-NC [7]. Error! Bookmark not defined.2: Hệ sản xuất dựa trên STEP [6]. Error! Bookmark not defined.3: Kiến trúc giao diện STEP-NC [4].

Error! Bookmark not defined.4: Quan hệ những công nghệ STEP-NC. Error! Bookmark not defined.5: Mô hình sản xuất nhanh ở Hàn Quốc. Error! Bookmark not defined.6: Mô hình ứng dụng STEP-NC ở Steptools. Error! Bookmark not defined.7: Hiệu quả thu đƣợc từ STEP-NC.

Error! Bookmark not defined.8: Các giai đoạn ứng dụng STEP-NC ở Steptools [4]. Error! Bookmark not defined.9: Nhƣợc điểm của NC-code [2]. Error! Bookmark not defined.10: So sánh mô hình CAD/CAPP/CAM giữa ISO 6983 với ISO 14649 [5]. Error! Bookmark not defined.1: Cấu trúc chƣơng trình STEP-NC [2].

Error! Bookmark not defined.2: Sơ đồ thực thi chƣơng trình STEP-NC. Error! Bookmark not defined.3: Các mối liên kết cơ bản giữa các yếu tố của STEP-NC. Error! Bookmark not defined.4: Các yếu tố hình học và dạng đặc trƣng trong STEP-NC. Error! Bookmark not defined.5: Tiện mặt đầu.

Error! Bookmark not defined.6: Tiện mặt côn. Error! Bookmark not defined. Error! Bookmark not defined. Error! Bookmark not defined.

Error! Bookmark not defined.10: Tiện định hình. Error! Bookmark not defined.1: Các bƣớc chuyển đổi dữ liệu. Error! Bookmark not defined.2: Sơ đồ giải thuật chung. Error! Bookmark not defined.1: Giao diện phần mềm lúc ban đầu.

Error! Bookmark not defined.2: Giao diện phần mềm lúc mở tập tin STEP-NC. Error! Bookmark not defined.3: Giao diện phần mềm lúc thực hiện việc chuyển đổi. Error! Bookmark not defined.4: Hình phần mềm CIMCO Edit V5 kiểm tra chƣơng trình gia công mặt đầu. Error! Bookmark not defined.5: Hình phần mềm CIMCO Edit V5 kiểm tra chƣơng trình gia công tiện côn.

Error! Bookmark not defined.6: Hình phần mềm CIMCO Edit V5 kiểm tra chƣơng trình gia công tiện côn. Error! Bookmark not defined.7: Hình phần mềm CIMCO Edit V5 kiểm tra chƣơng trình gia công tiện côn. Error! Bookmark not defined. x Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu: 1.1 Đặt vấn đề: Để gia công mô ̣t sản phẩ m cơ khí với chuẩn STEP -NC.

Các thông tin của sản phẩ m và chƣơng trình gia công chi tiế t đƣơ ̣c lƣu trƣ̃ trong cùng mô ̣t tâ ̣p tin. Nhƣng vấ n đề đặt ra là hầu hết các hệ điề u khiể n máy CNC của công ty đều không đọc đƣợc tập tin chƣơng trình STEP-NC nêu trên. Có hai phƣơng hƣớng giải quyế t vấn đề là:  Trang bị mới (bộ điều khiển) có thể đo ̣c đƣơ ̣c tâ ̣p tin chƣơng trình STEP-NC  Xây dựng mô ̣t phầ n mề m công cu ̣ chuyể n đổ i STEP -NC sang mã G-Code. Luâ ̣n văn đi vào cách giải quyết thƣ́ hai và sau đây sẽ là phần giới thiệu STEP- NC về các mă ̣t nhƣ:  Lịch sử phát triển STEP-NC  Ứng dụng của STEP-NC 1.2 Giới thiệu STEP-NC Trong vài thập kỷ gần đây, số lƣợng các hệ CNC tăng vọt trong mọi lĩnh vực sản xuất.

Nhƣợc điểm chung của chúng là ở chỗ, các thông số công nghệ nhƣ vận tốc cắt và lƣợng chạy dao đƣợc áp đặt bởi ngƣời lập trình và phụ thuộc vào kinh nghiệm, hiểu biết của ngƣời lập trình. Do đó trong quá trình lập trình gia công gây ra những sai sót nhất định do tính chủ quan lẫn kinh nghiệm của con ngƣời. Cho đến nay, khối lƣợng sản phẩm cơ khí phải qua gia công bằng cắt gọt vẫn chiếm tỷ lệ cao nhất trong các phƣơng pháp gia công kim loại. Cắt gọt là phƣơng pháp hàng đầu về khả năng đáp ứng độ chính xác kích thƣớc, độ phức tạp về hình dạng và chất lƣợng bề mặt chi tiết gia công.

Đó là lý do khiến các công nghệ tiên tiến, có trợ giúp của máy tính (CAD/CAM-CNC) phát triển sớm nhất và mạnh mẽ nhất trong lĩnh vực này. Nhờ tích hợp đƣợc các thành tựu mới trong kỹ thuật điều khiển và máy tính mà các hệ điều khiển CNC hiện tại có nhiều tính năng vƣợt trội. Tuy nhiên, về bản chất điều khiển trên các máy CNC hiện nay vẫn chỉ là điều khiển “tĩnh” với các tham số hệ thống không đổi. Biểu hiện của nó về mặt công nghệ là tốc độ cắt và tốc độ chạy dao 1 đƣợc thiết đặt cố định bởi lệnh trong chƣơng trình NC và đƣợc duy trì cho đến khi có lệnh thiết đặt giá trị mới.

Trong công nghệ CAD/CAM-CNC, điều khiển CNC thông minh đƣợc hiểu nhƣ là 1 máy CNC thông minh có chức năng nhƣ:  Dữ liệu chuyển động dao cắt: thay vì dữ liệu chuyển động các trục đƣợc chuyển tới máy CNC, hệ CNC thông minh có khả năng chuyển đổi quỹ đạo chạy dao tới chuyển động các trục của máy CNC.  Thông tin mức cao: đặc tính chi tiết, vật liệu, dao cắt, kích thƣớc, dung sai đƣợc gửi tới máy CNC.