I. Khái quát về hệ thống điều khiển số CNC và phương pháp nội suy NURBS
Hệ thống điều khiển số CNC đã trở thành một phần không thể thiếu trong ngành gia công cơ khí hiện đại. Phương pháp nội suy là một trong những chức năng quan trọng nhất trong hệ thống này, cho phép máy công cụ thực hiện các chuyển động chính xác theo quỹ đạo đã định. Trong bối cảnh gia công các chi tiết phức tạp với biên dạng tự do, việc áp dụng nội suy thời gian thực trở nên cần thiết. NURBS (Non-Uniform Rational B-Spline) là một trong những phương pháp được sử dụng để mô tả các biên dạng này. NURBS cho phép biểu diễn các hình dạng phức tạp một cách chính xác và linh hoạt, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thời gian gia công. Việc áp dụng NURBS trong gia công CNC không chỉ giúp cải thiện độ chính xác mà còn tối ưu hóa quy trình gia công, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của thị trường.
1.1. Chức năng nội suy trên máy công cụ điều khiển số CNC
Chức năng nội suy trong hệ thống CNC được định nghĩa là quá trình tổng hợp chuyển động của dụng cụ theo một quỹ đạo xác định từ các chuyển động theo bước cơ sở. Các thuật toán nội suy cơ bản như nội suy tuyến tính và nội suy cung tròn thường được sử dụng cho các đường thẳng hoặc cung tròn. Tuy nhiên, khi đối mặt với các biên dạng tự do, việc xấp xỉ bằng chuỗi đoạn thẳng không còn hiệu quả. Điều này dẫn đến việc phát triển các thuật toán nội suy mới, trong đó nội suy NURBS là một giải pháp tối ưu. NURBS cho phép tính toán chính xác các giá trị cần thiết cho việc điều khiển vị trí của các trục máy, từ đó nâng cao hiệu suất và chất lượng gia công.
II. Phương pháp nội suy biên dạng tự do NURBS theo thời gian thực
Phương pháp nội suy biên dạng tự do NURBS theo thời gian thực được xây dựng dựa trên nguyên lý xử lý trực tiếp các thông số hình học của phương trình tham số NURBS. Điều này cho phép tính toán các giá trị cần thiết cho việc điều khiển vị trí của dụng cụ một cách nhanh chóng và chính xác. Việc đánh giá sai số nội suy là một yếu tố quan trọng trong quá trình này. Các điều kiện giới hạn tốc độ tiến dao và gia tốc cũng cần được xem xét để đảm bảo rằng quá trình gia công diễn ra một cách mượt mà và hiệu quả. Các thuật toán được phát triển không chỉ giúp giảm thiểu sai số mà còn tối ưu hóa tốc độ tiến dao, từ đó nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết gia công.
2.1. Nguyên lý cơ bản nội suy biên dạng tự do NURBS
Nguyên lý cơ bản của nội suy NURBS là sử dụng các thông số hình học để tính toán vị trí của dụng cụ trong không gian tọa độ Đề-các. Điều này cho phép chuyển đổi một cách tự nhiên thành vị trí các trục thành phần X, Y, Z của máy công cụ. Việc áp dụng phương pháp này giúp giảm thiểu thời gian tính toán và tăng cường khả năng điều khiển chính xác. Các thuật toán nội suy NURBS được thiết kế để xử lý các biên dạng phức tạp, từ đó đáp ứng nhu cầu gia công các chi tiết có hình dạng không đồng nhất. Điều này không chỉ giúp nâng cao năng suất mà còn cải thiện chất lượng sản phẩm cuối cùng.
III. Nghiên cứu phát triển phần mềm nội suy biên dạng tự do NURBS theo thời gian thực
Việc phát triển phần mềm nội suy NURBS theo thời gian thực dựa trên hệ điều khiển có kiến trúc mở (OAC) là một bước tiến quan trọng trong việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CNC. Phần mềm này cho phép người dùng dễ dàng điều chỉnh và tối ưu hóa các tham số nội suy, từ đó nâng cao hiệu quả gia công. Giao diện CAD/CAM được tích hợp trong phần mềm giúp người dùng dễ dàng thiết kế và mô phỏng các biên dạng phức tạp. Kết quả thử nghiệm cho thấy phần mềm này không chỉ đáp ứng được yêu cầu về tốc độ và độ chính xác mà còn mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực gia công CNC.
3.1. Kết quả phát triển phần mềm nội suy NURBS
Kết quả phát triển phần mềm nội suy NURBS cho thấy khả năng xử lý nhanh chóng và chính xác các biên dạng tự do. Phần mềm đã được thử nghiệm trên nhiều loại biên dạng khác nhau, từ đơn giản đến phức tạp, và đều cho kết quả khả quan. Việc sử dụng mã lệnh G6.2 để định nghĩa đường NURBS giúp tối ưu hóa quy trình gia công, giảm thiểu thời gian và chi phí sản xuất. Các thử nghiệm thực tế cho thấy rằng phần mềm này có thể cải thiện đáng kể chất lượng bề mặt và độ chính xác của các chi tiết gia công, từ đó đáp ứng tốt hơn nhu cầu của thị trường.
