Tài liệu Nghiên cứu ứng dụng hệ thống tính toán song song hiệu nâng cao để lập trình gia công các bề mặt khuôn mẫu trên máy công cụ CNC ppt

BKHVCN
TĐHBKHN

Bộ khoa học và công nghệ
Trờng đại học bách khoa hà nội

Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đề tài:

Nghiên cứu ứng dụng hệ thống tính toán song song
hiệu năng cao để lập trình gia công các bề mặt khuôn
mẫu trên máy công cụ CNC
MÃ số KC.05.11

GS. TSKH. Bành Tiến Long

5700
21/03/2006

Hà Nội, 11/2003
Bản quyền 2003 thuộc TĐHBKHN
Đơn xin sao chép toàn bộ hoặc từng phần tài liệu này phải gửi đến Hiệu trởng
TĐHBKHN, trừ trờng hợp sử dụng với mục đích nghiên cứu.


Bộ khoa học và công nghệ
Trờng đại học bách khoa hà nội

Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đề tài:

Nghiên cứu ứng dụng hệ thống tính toán song song
hiệu năng cao để lập trình gia công các bề mặt khuôn

mẫu trên máy công cụ CNC
MÃ số KC.05.11

GS. TSKH. Bành Tiến Long

Hà Nội, 11/2003

Bản thảo viết xong tháng 10/2003
Tài liệu này đợc chuẩn bị trên cơ sở kết quả thực hiện Đề tài cấp Nhà Nớc, mà số
KC.05.11.


Báo cáo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề ti

2.
TT

Danh sách những ngời thực hiện đề tài
Họ và tên

Cơ quan công tác

Chủ nhiệm đề tài
A

Trờng ĐHBK Hà Nội
GS. TSKH. Bành Tiến Long

B

TS. Trần Việt Hùng

4.2.1
4.2.2
4.2.4

Các cán bộ tham gia nghiên cứu

1

Tham gia
vào mục

Phó Chủ nhiệm uỷ ban KH và
CN Quốc hội

4.2.1
4.2.2

2

GS.TSKH. Nguyễn Anh Tuấn

Trờng ĐHBK Hà Nội

Chơng 1

3

TS. Hoàng Vĩnh Sinh

Trờng ĐHBK Hà Nội

Chơng 3

4

NCS. ThS. Trần Xuân Thái

Trờng ĐHBK Hà Nội

Chơng 5

5

NCS. ThS. Nguyễn Chí Quang

Trờng ĐHBK Hà Nội

Chơng 1

6

ThS. Đào Bá Phong

Trờng ĐHBK Hà Nội

Chơng 4

7

NCS. ThS. Nguyễn Hồng Minh

Trờng ĐHBK Hà Nội

Chơng 3

8

KS. Nguyễn Hữu Vạn

Công ty Nhựa Hà Nội

Chơng 1

9

Nguyễn Trung Hiếu

Công ty Cơ khí Hà Nội

Chơng 5

Trờng ĐHBK Hà Nội

Chơng 2

10 KS. Nguyễn Trọng H¶i
11 Prof. PhD. B. Lauwers

Đề tài cấp Nhà nước KC.05.11

Tr−êng Đại học Katholieke
Leuven, Vơng Quốc Bỉ

Chơng 4

Trang 1


Báo cáo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề ti

3.
3.1.

phần đầu báo cáo
Bài tóm tắt
Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội xin trân trọng cám ơn Bộ Khoa học và

Công nghệ đà tạo điều kiện để Trờng chúng tôi đợc thực hiện Đề tài này.
Bản báo cáo này trình bày một cách hệ thống quá trình nghiên cứu và ứng dụng
hệ thống máy tính song song hiệu năng cao để lập trình gia công các bề mặt khuôn
mẫu phức tạp trên máy phay CNC 5 trục.
Nhiệm vụ đặt ra là khi gia công khuôn trên máy phay CNC 3 trục hay 5 trục là
cần phải tính đợc đờng dụng cụ hay đờng chạy dao trên cơ sở bản vẽ thiết kế CAD.
Khối lợng công việc tính toán này là rất lớn đặc biệt trong trờng hợp cần gia công
các bộ khuôn mẫu có bề mặt phức tạp cao. Nếu chỉ sử dụng một máy tính PC thông
thờng thì thời gian tính toán sẽ bị kéo dài. Một giải pháp để khắc phục vấn đề này là
sử dụng siêu máy tÝnh. Siêu máy tính là loại máy tính có tốc độ xử lý và tính tốn rất
cao nhờ sử dụng cùng một lúc nhiều bộ vi xử lý. Các siêu máy tính thơng thường có

khoảng từ 4 đến 10 bộ vi xử lý. Các siêu máy tính đặc biệt có tới trên 100 bộ vi xử lý.
Một vấn đề đặt ra khi sử dụng các siêu máy tính là giá thành, một siêu máy tính đặc
biệt có thể lên tới hng trc triu USD.
Để giải quyết bài toán kinh tế, giải pháp sử dụng mạng máy tính song song đợc
đa ra. Hệ thống song song hiệu năng cao là một hệ thống các máy tính PC thơng
thường cài đặt hệ điều hành Linux được kết nối thông qua mạng LAN.
Một số ưu điểm chính của hệ thống máy tính song song hiệu năng cao so với hệ
thống siêu máy tính nhiều vi xử lý là: Rẻ tiền nhờ chỉ sử dụng những máy tính thơng
thường; Có tốc độ tính tốn đủ nhanh để giải các bài toán lớn, phức tạp; Khả năng lập
trình dễ dàng, linh hoạt; Cung cấp đầy đủ các cơng cụ lập trình để cho phép người sử
dụng có thể lập trình tính tốn từ xa qua Internet.
Các kết quả kiểm chứng của đề tài trong thực tế đã chứng tỏ rằng, khi sử dụng
hệ thống song song hiệu năng cao gồm 4 máy tính (nút) để tính tốn đường dụng cụ
gia cơng các bộ khn, thời gian tính tốn đã giảm từ 90 đến 100 lần so với khi chỉ sử
dụng một máy tính.
Đề tài cấp Nhà nước KC.05.11

Trang 2


Báo cáo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề ti
Các kết quả nghiên cứu chính của đề tài gồm có các phần sau đây:
Chơng1: trình bày việc xây dựng các bộ hồ sơ công nghệ: hồ sơ công nghệ
thiết kế bề mặt trên hệ thống song song hiệu năng cao; hồ sơ công nghệ thiết kế theo
mô hình 3 chiều (bề mặt Surface và khối rắn Solid) trên hệ thống song song hiệu năng
cao; hồ sơ công nghệ ứng dụng hệ thống song song hiệu năng cao trong tính toán
đờng dụng cụ và điều khiển máy công cụ CNC; hồ sơ công nghệ tạo đờng dụng cụ
để gia công khuôn mẫu có bề mặt phức tạp trên hệ thống song song hiệu năng cao.
Chơng 2: trình bày việc xây dựng th viện tính toán đờng dụng cụ trên hệ
thống song song hiệu năng cao.

Chơng 3: trình bày việc xây dựng các phần mềm: phần mềm thực hiện các
nhiệm vụ tính toán, phân chia và truyền/nhận dữ liệu cho hệ thống máy tính song song
hiệu năng cao; phần mềm tính đờng dụng cụ chạy trên hệ thống song song hiệu năng
cao để sinh ra đờng chạy dao điều khiển máy phay CNC 3 trục và 5 trục; phần mềm
iu khin máy phay CNC 5 trục theo phương pháp DNC (Direct Numerical Control)
trên cơ sở đo rung động phản hồi của mỏy.
Chơng 4: trình bày việc xây dựng hệ thống tính toán song song hiệu năng cao
có kết nối với máy phay CNC 5 trục.
Chơng 5: trình bày việc thiết kế và chế tạo một số bộ khuôn mẫu có bề mặt
phức tạp trên máy phay CNC 5 trục với sự trợ giúp của hệ thống tính toán song song
hiệu năng cao để kiểm chứng kết quả nghiên cứu lý thuyết.
Sau 24 tháng triển khai nghiên cứu và tổ chức thực hiện, trên cơ sở những kết
quả đã đạt được, đề tài KC.05.11 xin được tự nhận xét như sau:
H−íng nghiªn cứu mà đề tài đà chọn là đúng đắn.
Đề tài ®· ®−ỵc triĨn khai thùc hiƯn theo ®óng tiÕn ®é đà đề ra.
Đề tài đà hoàn thành các mục tiêu đà đề ra theo đúng nh bản Thuyết minh đề
tài và hợp đồng đà ký với Bộ Khoa học và Công nghệ.
Các kết quả nghiên cứu của đề tài có ý nghĩa khoa học và giá trị kinh tế đối với
Đất nớc.
Các kết quả nghiên cứu của đề tài có khả năng ứng dụng rất cao trong thực tiễn.
ti cấp Nhà nước KC.05.11

Trang 3


Báo cáo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề ti

3.2.

mục lục

1. Trang nhan đề........................................................................................................... i
2. Danh sách những ngời thực hiện đề tài ................................................................ 1
3. Phần đầu báo cáo...................................................................................................... 2
3.1. Bài tóm tắt................................................................................................................ 2
3.2. Mục lục .................................................................................................................... 4
4. Phần chính báo cáo................................................................................................... 5
4.1. Lời mở đầu.......................................................................................................... 5
4.2. Nội dung chính báo cáo..................................................................................... 7
4.2.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoµi n−íc vµ trong n−íc .............................. 7
1. Ngoµi n−íc....................................................................................................... 7
2. Trong nớc......................................................................................................10
4.2.2. Lựa chọn đối tợng nghiên cứu........................................................................13
4.2.3. Những nội dung đà thực hiện ...........................................................................17
Chơng 1. Xây dựng các bộ hồ sơ công nghệ ....................................................17
Chơng 2. Xây dựng th viện tính toán đờng dụng cụ trên............................106
hệ thống song song hiệu năng cao
Chơng 3. Xây dựng các phần mềm.................................................................107
Chơng 4. Xây dựng hệ thống tính toán song song hiệu năng .........................125
cao có kết nối với máy phay CNC 5 trục
Chơng 5. Thiết kế và chế tạo các bộ khuôn mẫu trên máy phay ....................127
CNC 5 trục với sự trợ giúp của hệ thống tính toán song song
hiệu năng cao để kiểm chứng kết quả nghiên cứu lý thuyết
4.2.4. Tổng quát hoá và đánh giá kết quả thu đợc..................................................136
4.3. Kết luận và kiến nghị .....................................................................................138
4.4. Lời cám ơn .......................................................................................................139
4.5. Tài liệu tham khảo..........................................................................................140
5. Phần phụ lục báo cáo ............................................................................................142
5.1. Phụ lục 1: Th viện tính đờng dụng cụ chạy trên hệ thống.................................
song song hiệu năng cao

5.2. Phụ lục 2: MÃ nguồn chơng trình phần mềm tính toán phân chia.......................
và truyền/nhận dữ liệu cho hệ thống máy tính song song
hiệu năng cao và máy phay CNC 5 trục
5.3. Phụ lục 3: Bản vẽ thiết kế các bộ khuôn................................................................
5.4. Phụ lục 4: Hồ sơ đo kiểm thông số hình học các bộ khuôn ..................................
do đề tài chế tạo
ti cp Nh nc KC.05.11

Trang 4


Báo cáo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề ti

4.

Phần chính báo cáo

4.1.

lời mở đầu
ứng dụng hệ thống tính toán song song hiệu năng cao trong việc lập trình gia

công các bề mặt khuôn mẫu trên máy công cụ điều khiển số (CNC) hiện đang là hớng
nghiên cứu đợc coi là mũi nhọn nhờ những u điểm mà hệ thống tính toán song song
hiệu năng cao mang lại cho quá trình gia công chế tạo các chi tiết cơ khí. Những chi
tiết trớc đây phải gia công trên các hệ thống máy chuyên dụng thì nay đà có thể gia
công trên hệ thống CNC thông thờng nhờ ứng dụng hệ thống tính toán song song hiệu
năng cao.
Vì vậy Bộ Khoa học và Công nghệ đà giao cho Trờng Đại học Bách khoa Hà
Nội thực hiện Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống tính toán song song hiệu năng

cao để lập trình gia công các bề mặt khuôn mẫu trên máy công cụ CNC, mà số
KC.05.11 với những mục tiêu cơ bản sau:
-

Làm chủ các máy công cụ điều khiển CNC, đặc biệt là các máy công cụ đợc
thiết kế và chế tạo tại Việt Nam. Các kết quả của đề tài cũng là những số liệu rất tốt
không những nhằm giúp ích cho các nhà sản xuất máy công cụ có thể cải tiến hệ
thống điều khiển ngày càng tối u trong điều kiện hiện có tại Việt Nam mà còn là
tài liệu dùng cho giảng dạy tại các trờng thuộc khối kỹ thuật.

-

Thiết lập đợc những bộ hồ sơ về công nghệ gia công các bề mặt phức tạp trên
máy CNC. Mục tiêu này nhằm giảm thời gian thiết kế, tăng tính cạnh tranh sản
phẩm cho các doanh nghiệp có sử dụng máy công cụ CNC.

-

Thiết lập đợc các th viện tính toán đờng dụng cụ, th viện dữ liệu của hệ
chuyên gia chạy trên mạng máy tính hiệu năng cao. Thiết lập trạm dịch vụ tính toán
và t vấn trên mạng song song, từ đó có thể giúp các doanh nghiệp có thể sử dụng
máy công cụ CNC một cách hiệu quả nhất: năng suất, chất lợng nâng cao và chi
phí thiết kế, lập quy trình công nghệ trung gian giảm, tối u hoá các bớc quy trình
công nghệ gia công và đặc biệt là có những lời khuyên của hệ chuyên gia nhằm
giảm các sai sót trong khi thiết kế và gia công.

ti cp Nhà nước KC.05.11

Trang 5

Báo cáo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề ti
-

Hồ sơ điều khiển thích nghi máy công cụ CNC bằng hệ thống máy tính song
song, giải quyết các bài toán tối u đa mục tiêu trong quá trình gia công các bề mặt
có hình dạng phức tạp (đặc biệt là độ chính xác quá trình tạo hình khi gia công
khuôn mẫu).
Xuất phát từ các mục tiêu đà đề ra, đề tài sẽ tập trung nghiên cứu vào các nội

dung có tính thực tiễn cao sau đây:
1. Xây dựng các bộ hồ sơ công nghệ về thiết kế bề mặt trên hệ thống song song
hiệu năng cao; thiết kế theo mô hình 3 chiều (bề mặt Surface và khối rắn Solid)
trên hệ thống song song hiệu năng cao; ứng dụng hệ thống song song hiệu năng
cao trong tính toán đờng dụng cụ và điều khiển máy công cụ CNC; tạo đờng
dụng cụ để gia công khuôn mẫu có bề mặt phức tạp trên hệ thống song song
hiệu năng cao.
2. Xây dựng th viện tính toán đờng dụng cụ trên hệ thống song song hiệu năng
cao.
3. Xây dựng các phần mềm thực hiện các nhiệm vụ tính toán, phân chia và
truyền/nhận dữ liệu cho hệ thống máy tính song song hiệu năng cao; tính đờng
dụng cụ chạy trên hệ thống song song hiệu năng cao để sinh ra đờng chạy dao
điều khiển máy phay CNC 3 trục và 5 trục; iu khiển máy phay CNC 5 trục
theo phương pháp DNC (Direct Numerical Control) trên cơ sở đo rung động
phản hồi của mỏy.
4. Xây dựng hệ thống tính toán song song hiệu năng cao có kết nối với máy phay
CNC 5 trục.
5. Thiết kế và chế tạo một số bộ khuôn mẫu trên máy phay CNC 5 trục với sự trợ
giúp của hệ thống tính toán song song hiệu năng cao để kiểm chứng kết quả
nghiên cứu lý thuyết.

6. Đào tạo, chuyển giao công nghệ và triển khai ứng dụng các kết quả của đề tài
trong công nghiệp.

ti cp Nh nc KC.05.11

Trang 6


Báo cáo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề ti

4.2.

nội dung chính báo cáo

4.2.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nớc và trong nớc
1.

Ngoài nớc
Các ứng dụng của máy công cụ điều khiển số ngày càng nhiều và nó thực sự là

một công cụ rất hữu hiệu để gia công các chi tiết phức tạp. Hiện tại, các Viện nghiên
cứu, các trờng Đại học và các công ty ở nớc ngoài đang tiến hành nghiên cứu theo 4
hớng sau:
ã Nghiên cứu hoàn chỉnh máy công cụ điều khiển sè. Tõ viƯc sư dơng hƯ thèng
CNC, PLC ®Õn viƯc sư dơng PC-Base, tõ 2 trơc ®Õn 5 trơc cïng gia công. Các
nghiên cứu chủ yếu ở hớng này là tập trung nâng cao độ chính xác, độ cứng vững
và độ tin cậy của hệ thống. Những thiết bị tiêu biểu có thể kể đến nh MAHO,
BridePort, Mishubishi,...
ã Nghiên cứu và hoàn chỉnh ngôn ngữ điều khiển. Thực chất là tạo cho máy công
cụ một giao diện thân thiện, linh hoạt và đặc biệt là có khả năng mở rộng phù hợp

với mọi nhu cầu. Hiện tại có rất nhiều hÃng đà đa ra nhiều ngôn ngữ điều khiển rất
hiện đại, dễ học và hoàn toàn là hệ mở (cho phép ngời sử dụng có thể xâm nhập
sâu vào hệ thèng). Cã thĨ kĨ ®Õn hƯ ®iỊu khiĨn nỉi tiÕng nh Fanuc, Heidenhein.
ã Nghiên cứu về mặt công nghệ gia công trên hệ thống điều khiển số. Hớng
nghiên cứu này hiện tại đang đợc nghiên cứu và đợc coi là mũi nhọn bởi vì hớng
này chính là việc áp dụng các nghiên cứu vào thực tiễn, đem lại lợi nhuận cho các
nhà nghiên cứu. Những chi tiết trớc đây phải gia công trên các hệ thống máy
chuyên dụng, cực kỳ đắt tiền thì nay đà có thể gia công trên hệ thống CNC thông
thờng, ví dụ nh bánh răng côn xoắn, các dạng cam đặc biệt hay các chi tiết định
hình lớn. Một trong những mục tiêu quan trọng nữa của hớng nghiên cứu công
nghệ chính là nghiên cứu các phơng pháp gia công cao tốc, tốc độ cắt có thể từ vài
trăm đến ngàn mét/giây. Những trung tâm nghiên cứu nổi tiếng về lĩnh vực công
nghệ là viện KIST (Hàn quốc), trờng Leuven (Bỉ), viện MIT (Mỹ),...
ã Nghiên cứu phần mềm tích hợp CAD/CAM. Có thể kế đến những sản phẩm nổi
tiếng nh Cimatron, UniGraphics, ProEngineer,... Những sản phẩm cđa h−íng nµy

Đề tài cấp Nhà nước KC.05.11

Trang 7


Báo cáo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề ti
là những công cụ không thể thiếu đợc do chúng có tính linh hoạt, mềm dẻo và đặc
biệt là có thể sinh ra mà điều khiển một cách nhanh chóng.
Hiện nay, công nghệ thông tin đà có những phát triển nhảy vọt, các hệ thống
tính toán và điều khiển có dạng đa xử lý (Multi Proccessing) đợc đa vào áp dụng cho
máy công cụ CNC. Các ứng dụng của mạng máy tính hiệu năng cao đà và đang bắt đầu
đợc nghiên cứu và đa vào khai thác nhờ những u điểm vợt trội: chi phí thiết bị
không cao, có thể tiến hành tính toán và điều khiển trên mạng và đặc biệt là khả năng
xử lý dữ liệu rất lớn trong thời gian ngắn rất thích hợp cho việc điều khiển thích nghi.

Hiện tại, trong dự án hợp tác với VLIR (Vơng quốc Bỉ) của trờng ĐHBK Hà
nội, nhóm phát triển phần mềm cho Unigraphics (thuộc hệ tích hợp KATIA) của
trờng ĐH Katholieke Leuven sẽ hợp tác với ĐHBK Hà nội xây dựng một hệ thống
bao gồm phát triển phần mềm và phòng thí nghiệm tích hợp CAD/CAM. Đây là một
thuận lợi lớn cho ĐHBK Hà nội trong khi thực hiện đề tài này.
Một số công trình có liên quan ®Õn ®Ị tµi:
1. SmartCAM Advanced 3D Machining V3.5, Point Control Co, USA 1993.
2. Cimatron manual & software V10, Cimatron Ltd 1999.
3. Iso-phote Based tool-path generation for machining Free-form surfaces,
CAD/CAM Labolatory, Department of Mechanical and Aerospace Engineering,
Univesity of California, Los Angeles.
4. C-Space approach to tool-path generation for die and mould machining, Byoung
K Choi, CAM Lab, IE Dept, Taejon Korea.
5. CAD/CAM theory and practice, Ibrahim Zeid, Department of Mechanical
engineering Northeatern University.
6. Computer Aided Manufactering, TIEN-CHIEN-CHANG Purdue University,
RICHARD A. WYSK Texas A & M University.
7. Computer Numerical Control, Hans B.Kief University of Mannheim .
8. Computer graphics principles and practice, James D. Foley Georgia Institute of
Technology.

Đề tài cấp Nhà nước KC.05.11

Trang 8


Báo cáo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề tài
9. Curves and Surfaces for Computer Aided Geometric Design, Gegald Farin,
London,USA 1990.
10. Computer Graphics and Geometric Modeling for Engineers, New York 1993.

11. Revue internationalle de CAO, Chantal Menasce, Hemes 1994.
12. Computer Numerical Control Operation and Programming, Jonh Stenerson,
New Jersey, Prentice Hall 1997.
13. Computer Integrated Manufacturing, James A.Rehg, London, Printice Hall
1994.
14. Automatic Generation of NC Cutter path from massive data point, Alan C. Lin
and Hai-Terng Liu, Computer Aided Design Vol 30, Elsevier Science 1998.
Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu trên mới chỉ dừng ở một kết quả cụ thể nào
đó mà cha có một nghiên cứu nhằm tổng hợp các kết quả trên. Có thể nêu ra một số ví
dụ:
ã Về mặt công nghệ: với các công nghệ phổ biến đều cha có những hệ chuyên gia
nhằm tập hợp những kinh nghiệm cũng nh các kết quả đà đạt đợc. Thông thờng,
với các hÃng rất lớn nh BMW hay Airbus, Boeing,... họ có những bộ hồ sơ công
nghệ rất tối u cho các sản phẩm của họ. Song chúng là những bí mật công nghệ
(know-how) không phổ biến.
ã Về các phần mềm tích hợp: hiện tại chúng chỉ dừng lại ở mức độ cung cấp công
cụ để ngời dùng có thể thiết kế (CAD) và tính toán đờng dụng cụ (CAM) mà
cha có bất kỳ một lời khuyên hay hớng dẫn việc chọn dụng cụ, chế độ cắt hay
nêu lên sù bÊt hỵp lý trong kÕt cÊu chi tiÕt. Víi các chi tiết phức tạp, đặc biệt là với
các chi tiết đợc tạo bởi thiết bị dò toạ độ 3 chiều, thì việc tính toán rất lâu và đôi
khi không ra đợc kết quả. Ngoài ra, các phần mềm tích hợp kiểu nh ProEngineer,
KATIA (Unigraphics) hay CIMATRON đều có giá rất cao (cỡ từ 20000 đến
100000 USD cho một bản cài đặt trên một máy tính).
ã Hầu hết các máy công cụ điều khiển số hiện nay đều mới chỉ dừng ở mức độ điều
khiển quỹ đạo dụng cụ cắt mà cha có hệ thống phản hồi để điều khiển thích nghi
với quá trình gia công.

ti cp Nh nc KC.05.11

Trang 9

Báo cáo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề ti
2.

Trong nớc
Hớng nghiên cứu về chế tạo và lắp đặt máy công cụ điều khiển số đợc triển

khai tại Viện Máy và Dụng cụ (IMI) trớc đây và tại Công ty Cơ khí Hà Nội
(HAMECO) hiện nay với quy mô khá lớn và đà đem lại một hiệu quả kinh tế rõ rệt:
hàng loạt các thiết bị cũ kỹ đà có thể điều khiển bằng máy tính (CNC), đem lại cho các
doanh nghiệp sản xuất trong nớc nhiều khả năng trong việc mua sắm thiết bị và nâng
cao chất lợng sản phẩm của mình.
Một số các doanh nghiệp ở Thành phố Hồ Chí Minh (Tp HCM) đà có khá nhiều
nghiên cứu sâu về các hệ thống CNC, đặc biệt là chế tạo máy và sửa chữa các hệ thống
CNC cũ. Có thể kể đến các hớng nghiên cứu có bài bản và hiệu quả của ĐHBK Thành
phố Hồ Chí Minh, công ty SINCO,... Ngoài hớng nghiên cứu về thiết bị máy móc
trên, các hớng nghiên cứu còn lại đều cha đợc thực sự bắt đầu. Có chăng mới chỉ
dừng lại ở một vài chi tiết cơ khí nào đó mà cha có bất kỳ một nghiên cứu toàn diện
nào về cả công nghệ và phần mềm tích hợp CAD/CAM.
Theo những khảo sát thông qua Sở KHCN & MT Hà Nội, hiện nay hầu hết các
doanh nghiệp sản xuất đều có các trang thiết bị CNC. Tuy nhiên, có thể nhận thấy các
hệ thống trên đợc sử dụng cha hết công suất là do các nguyên nhân sau:
ã Chế độ gia công cha hợp lý dẫn đến tình trạng lÃng phí vật liệu, dụng cụ cắt.
Điển hình là trình trạng gÃy dao thờng xuyên, cắt lẹm hay va đập dao vào phôi, ...
ã Chơng trình gia công cha tối u, đặc biệt là gia công các bề mặt phức tạp đòi
hỏi nhiều bớc công nghệ. Điều này thờng là do các thông số công nghệ (gồm độ
chính xác gia công, hình dạng, đặc biệt là kích thớc dụng cụ,...) còn phải cho trớc
nên phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm của ngời kỹ s thiết kế và lập trình. Sau
khi gia công xong, không thể đo đợc sai số, không khẳng định đợc độ chính xác

của quá trình cắt gọt (quá trình tạo hình). Ngoài ra, các phần mềm tích hợp cđa
n−íc ngoµi ch−a thùc sù dµnh cho ng−êi ViƯt Nam, cho thực tế sản xuất tại Việt
Nam.
ã Phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của ngời công nhân vận hành. Một thực tế chỉ
ra là hầu hết các chơng trình CAM do phần mềm CAD/CAM sinh ra đều chỉ là
tơng đối về mặt chế độ cắt gọt, có nghĩa là ngời công nhân vận hành máy phải

ti cp Nh nc KC.05.11

Trang 10


Báo cáo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề ti
đứng và điều chỉnh (cụ thể là điều chỉnh tốc ®é quay trơc chÝnh, ®iỊu chØnh b−íc
dÞch dao) cho phï hợp với điều kiện gia công thực tế.
ã Ngay chính bản thân ngời kỹ s thiết kế và lập trình cũng vẫn sử dụng phơng
pháp tính toán theo kiểu cũ: tra chế độ cắt từ trong các cuốn về chế độ gia công
kim loại, chọn dụng cụ theo cảm tính vµ theo kinh nghiƯm chø ch−a cã tµi liƯu nµo
lµm căn cứ,... để đa vào phần mềm CAM. Điều này hạn chế năng suất làm việc
của ngời kỹ s, giảm khả năng sáng tạo của họ bởi vì họ phải mất thời gian trong
việc tra cứu tài liệu, so sánh và tính toán - một công việc thực sự nhàm chán.
Từ đó, việc nghiên cứu toàn diện cho vấn đề gia công trên máy công cụ CNC là
một đòi hỏi bức xúc hiện nay nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng các hệ thống CNC.
Hệ thống tính toán hiệu năng cao (hay còn gọi là tính toán song song) là một
trong những thành tựu và ứng dụng đang đợc Nhà Nớc và Bộ KH&CN đánh giá cao.
Việc ra đời hệ thống hiệu năng cao này tạo tiền đề thuận lợi cho một nghiên cứu tổng
quát không những trong công nghệ gia công trên máy công cụ điều khiển số (hệ
chuyên gia) mà còn trong việc điều khiển thích nghi. Có thể kể đến một số các u điểm
vợt trội của hệ thống tính toán hiệu năng cao khi ứng dụng nó trong lĩnh vực gia công
cơ khí nh sau:

ã Chi phí thấp: Thông thờng để có những hệ thống điều khiĨn CNC, ng−êi ta
th−êng dïng c¸c hƯ m¸y tÝnh cã nhiều vi xử lý (thờng là từ 2 đến 4 vi xử lý). Các
hệ thống này bên cạnh việc chi phí khá đắt tiền còn không tận dụng đợc các máy
tính sẵn có. Hệ thống mạng song song kiểu này cho phép tận dụng các máy tính có
cấu hình không cao đà có để tính toán và xử lý số liệu có độ phức tạp và kích thớc
lớn.
ã Có khả năng tạo ra đợc các dịch vụ tính toán và điều khiển thông qua mạng
LAN hay WAN. Việc tạo ra các trung tâm dịch vụ theo kiểu này chính là xu thế
hiện nay của các nớc có ngành công nghiệp phát triển: không xây dựng nhiều
trung tâm công nghệ mà chỉ tập trung xây dựng 1 trung tâm dịch vụ cung cấp cho
khách hàng các dịch vụ tính toán và điều khiển có sẵn ngay trên mạng thông qua
cáp LAN, WAN hay cáp điện thoại. Ví dụ cụ thể là các nghiên cứu sinh làm ở các
thành phố nhỏ của Pháp đều có thể gửi bài toán của mình lên Paris để chạy trên

ti cp Nh nc KC.05.11

Trang 11


Báo cáo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề ti
những hệ thống máy tính song song (rất nhanh) của chính phủ Pháp và kết quả sẽ
đợc gửi trở lại thông qua mạng WAN.
ã Có khả năng nâng cấp dễ dàng và các thông tin sẽ đợc tự động cập nhật ngay đến
ngời sản xuất thông qua mạng.
ã Có khả năng xử lý đồng thời các thông tin bao gồm: tra cứu công nghệ, tính toán
tối u, thay đổi các tham số của máy khi gia công,...
Một số công trình nghiên cứu có liên quan đến đề tài:
1. Tạo hình bề mặt và những ứng dụng trong kỹ thuật, GS.TSKH. Bành Tiến
Long, Tạp chí KH&CN, 1998.
2. Công nghệ CAD/CAM CIMATRON; GS.TSKH. Bành Tiến Long, TS. Trần

Văn Nghĩa, ThS. Nguyễn Chí Quang, TS. Hoàng Vĩnh Sinh, Nhà xuất bản
KHKT, 1998.
3. Tính toán đờng dụng cụ khi gia công các bề mặt phức tạp; GS.TSKH. Bành
Tiến Long, TS. Hoàng Vĩnh Sinh, Tạp chí KH&CN, 2001.
4. Các báo cáo của đề tài nhánh ứng dụng mạng máy tính hiệu năng cao trong
lĩnh vực cơ khí, thuộc chơng trình cấp Nhà nớc Xây dựng trung tâm tính
toán hiệu năng cao.
5. Máy công cụ điều khiển theo chơng trình số và Robot công nghiệp. Tạ Duy
Liêm, Nhà xuất bản KHKT 1998.
6. Một số các kết quả nghiên cứu của Luận văn Thạc sỹ và Tiến sĩ về Công
nghệ gia công trên máy CNC tại trờng ĐHBK HN từ năm 1998 đến 2001
7. PVM và ứng dụng trong tính toán song song. Trung tâm tính toán hiệu năng
cao ĐHBK Hà Nội, 2000.
8. Hệ điều hành LINUX. Trung tâm tính toán hiệu năng cao ĐHBK Hà Nội,
2000.
Hiện tại, Bộ môn Gia công vật liệu và Dụng cụ công nghiệp đang có các Nghiên
cứu sinh làm luận án Tiến sỹ tại một số trờng ĐH ở Châu Âu (Vơng quốc Bỉ, CHLB
Đức) về những vấn đề có liên quan, bao gåm: tù ®éng ®iỊu khiĨn CNC, thiÕt kÕ ng−ỵc
(Reverse Engineering), Automatic select tooling, CAD/CAM/CNC.
Đề tài cấp Nhà nước KC.05.11

Trang 12


Báo cáo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề ti

4.2.2. Lựa chọn đối tợng nghiên cứu
Cách tiếp cận, phơng pháp nghiên cứu và kỹ thuật đ sử dụng trong quá trình
nghiên cứu và thực hiện đề tài
Sơ đồ khối quá trình gia công các bề mặt khuôn mẫu có ứng dụng mạng máy

tính hiệu năng cao đợc mô tả tổng quan trong hình 1. Vai trò của mạng máy tính song
song ở đây chính là làm 2 nhiệm vụ: đa ra các lời chỉ dẫn có căn cứ trong việc chọn
các tham số công nghệ gia công (chọn dụng cụ, chọn chế độ cắt,...) và giám sát quá
trình gia công. Một kết quả gia công không tốt sẽ đợc hệ thống song song giám sát và
tự tính toán tối u hoặc tra trong các hồ sơ công nghệ đà có sẵn và từ đó đa ra các
quyết định cho câu lệnh tiếp theo của máy CNC sẽ đợc thực hiện nh thế nào. Trong
sơ đồ tổng quan, giao tiếp giữa hệ thống tính toán song song và máy gia công CNC có
thể qua cổng RS232 (phơng pháp DNC - Direct numerical control), mạng LAN, mạng
WAN hay mạng Internet. Đây chính là điểm quan trọng trong đề tài này: tạo dịch vụ
kỹ thuật trên mạng ứng dụng trong gia công trên máy CNC.
ã Đề tài đợc xây dựng trên cơ sở bài toán công nghệ (bao gồm nghiên cứu khoa học
và triển khai áp dụng) khi gia công các bề mặt có hình dạng phức tạp (ứng dụng
trong chế tạo khuôn mẫu) và hiệu quả trong tính toán, điều khiển của hệ thống tính
toán hiệu năng cao (high performation parallel computation - HPPC).
ã Các công cụ chính: Toán học hiện đại (đại số, giải tích số, hình học vi phân,
phơng pháp phần tử hữu hạn), Tin học (lập trình trên hệ thống song song hiệu
năng cao hệ điều hành LINUX, CSDL của hệ chuyên gia, CSDL điều khiển thích
nghi, mô hình cảm nhận và tự học, lý thuyết đồ hoạ, xử lý ảnh và hiện thực ảo, lý
thuyết mô phỏng và mô hình hoá),...
ã Phơng pháp nghiên cứu: tổ hợp liên ngành Cơ khí - Điện tử - Tin học và Tự động
hoá. Lý thuyết thực nghiệm và các phơng pháp tối u hoá sẽ đợc sử dụng trong
quá trình thu thập và xủ lý số liệu. Các tiêu chí đặt ra cho quá trình tối u gồm: độ
chính xác hình học của sản phẩm, thời gian gia công, và một số các tiêu chí khác
thích hợp cho từng loại sản phẩm cụ thể.
ã Các bớc tiến hành theo quy trình: Nghiên cứu khảo sát, phân tích, thiết kế giải
pháp, cài đặt thuật toán và tiến hành thử nghiệm, hiệu chØnh tham sè c«ng nghƯ,

Đề tài cấp Nhà nước KC.05.11

Trang 13

- Chọn dụng cụ cắt
- Lựa chọn chế độ cắt
- Lựa chọn các bớc gia công

ti cp Nh nc KC.05.11
Tính toán đờng dụng cụ theo:
- Chi tiết đà thiết kế từ CAD
- Dụng cụ cắt đà chọn
- Các tham số chế độ cắt định trớc

Kết thúc

Sai

Còn lệnh gia công

Đúng

Hệ chuyên gia:
- Phân tích chi tiết, chọn dụng cụ hợp lý
- Có các bảng tra các chế độ công nghệ
- Khuyến cáo các bớc công nghệ phảI qua
Các thông tin này đợc lấy từ CSDL trên
mạng HPPC (gồm các bảng tra công nghệ,
các quy trình công nghệ gia công điển hình,
các loại dụng cụ cắt có sẵn,
)

Thiết kế (CAD)

Đúng

Cần thay đổi chế độ
cắt để đạt các chỉ tiêu

Tính toán tối u theo các chỉ tiêu định trớc
Thay đổi chế độ cắt:
- Thay đổi tốc độ trục chính
- Thay đổi tốc độ dịch dao
Kết quả tối u sẽ đợc dùng ngay cho câu
lệnh sau nên đòi hỏi tốc độ tính toán khá lớn
nên sẽ đợc xử lý trên mạng HPPC

Sai

Đo lực cắt và một
số tiêu chí khác

Điều khiển máy CNC:
- Trực tiếp thông qua cổng RS232C
- Chế độ điều khiển DNC
(truyền từng dòng lệnh)

Sinh mà chơng trình phù hợp với
bộ điều khiĨn CNC cđa m¸y phay
hiƯn cã

Báo cáo tổng kết Khoa hc v K thut ti

viết phầm mềm, chế tạo các sản phẩm prototype, thiết lập th viện các quy trình

công nghệ gia công trên máy công cụ CNC và tiến hành chế tạo các sản phẩm thử

nghiệm cho các nhà máy. So sánh các kết quả đạt đợc (chất lợng, thời gian) với
các sản phẩm tơng tự gia công không có HPPC.

ã Đề tài sẽ coi trọng việc tập hợp các cá nhân, tập thể nghiên cứu trong và ngoài
nớc, đặc biệt tận dụng tối đa chất xám và kết quả của công nghệ mới nhằm nâng

cao chất lợng, hiệu quả và hoàn thành đúng kế hoạch của đề tài.

Hình 1: Sơ đồ khối quá trình gia công các bề mặt khuôn mẫu có ứng dụng mạng máy

tính song song hiệu năng cao

Trang 14


Báo cáo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề ti
Đối tợng nghiên cứu của đề tài gồm có các phần sau đây:
1. Xây dựng các bộ hồ sơ công nghệ.
Hồ sơ công nghệ ứng dụng hệ thống song song hiệu năng cao trong tính toán
đờng dụng cụ và điều khiển máy công cụ CNC.
Hồ sơ công nghệ thiết kế bề mặt trên hệ thống song song hiệu năng cao.
Hồ sơ công nghệ thiết kế theo mô hình 3 chiều (bề mặt Surface và khối rắn
Solid) trên hệ thống song song hiệu năng cao.
Hồ sơ công nghệ tạo đờng dụng cụ để gia công khuôn mẫu có bề mặt phức tạp
trên hệ thống song song hiệu năng cao.
Hồ sơ công nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping) cho một số các sản phẩm

tiêu biểu dùng trong ô-tô, xe máy, máy bay, và một số lĩnh vực khác nhờ hệ
thống song song hiệu năng cao.
2. Xây dựng th viện tính toán đờng dụng cụ trên hệ thống song song hiệu năng cao.
3. Xây dựng các phần mềm.
Phần mềm tính toán, phân chia và truyền/nhận dữ liệu cho hệ thống máy tính
song song hiệu năng cao theo thuật toán chọn trớc.
Phần mềm tính đờng dụng cụ chạy trên hệ thống song song hiệu năng cao để
sinh ra đờng chạy dao điều khiển máy phay CNC 3 trục và 5 trục.
4. Xây dựng hệ thống tính toán song song hiệu năng cao có kết nèi víi m¸y phay
CNC 5 trơc.
HƯ thèng tÝnh to¸n song song hiệu năng cao gồm 1 máy chủ chạy trên hệ điều
hành WIN2000 SERVER và 4 máy khách chạy trên hệ điều hành LINUX.
Máy phay CNC 5 trục đợc kết nối với hệ thống tính toán song song hiệu năng
cao.
5. Thiết kế và chế tạo các bộ khuôn mẫu trên máy phay CNC 5 trục với sự trợ giúp của
hệ thống tính toán song song hiệu năng cao để kiểm chứng kết quả nghiên cứu lý
thuyết.
Khuôn vỏ điện thoại tổ hợp dùng trong quân sự.
ti cp Nh nc KC.05.11

Trang 15


Báo cáo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề ti
Khuôn vỏ hộp công tơ đo đếm điện.
Khuôn cánh quạt th«ng giã.
Khu«n cèp xe « t« Ford.
Khu«n hép mü phÈm Debon (loại nhỏ).
Khuôn hộp mỹ phẩm Clear (loại nhỏ).
Khuôn hộp mỹ phẩm Dove (loại to).

Khuôn vỏ chai nớc Lavie.
Khuôn vòi hoa sen.
Khuôn nắp đậy xí bệt.
Khuôn vỏ điều khiển Tivi Sony.
Khuôn báng súng AK-47.
6. Đào tạo, chuyển giao công nghệ và triển khai ứng dụng các kết quả của đề tài trong
công nghiệp.

ti cp Nh nc KC.05.11

Trang 16


Báo cáo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề ti

4.2.3. Những nội dung đà thực hiện
Chơng 1 - Xây dựng các bộ hồ sơ công nghệ

1.1.

Công nghệ ứng dụng hệ thống song song hiệu năng cao trong tính toán
đờng dụng cụ và điều khiển máy công cụ CNC

1.1.1. Gii thiệu tổng quan về hệ thống song song hiệu năng cao
Hệ thống song song hiệu năng cao là một hệ thống các máy tính PC thơng
thường cài đặt hệ điều hành LINUX được kết nối thông qua mạng LAN với tốc độ
100Mbps.
Siêu máy tính là loại máy tính có tốc độ xử lý và tính tốn rất cao nhờ sử dụng
cùng một lúc nhiều bộ vi xử lý. Các siêu máy tính thơng thường có khoảng từ 4 đến 10
bộ vi xử lý. Các siêu máy tính đặc biệt có tới trên 100 bộ vi xử lý. Một vấn đề đặt ra

khi sử dụng các siêu máy tính là giá thành, một siêu máy tính đặc biệt có thể lên tới
hàng trục triệu USD.
Một số ưu điểm chính của hệ thống máy tính song song hiệu năng cao so với hệ
thống siêu máy tính nhiều vi xử lý:
-

Rẻ tiền nhờ chỉ sử dụng những máy tính thơng thường.

-

Có tốc độ tính tốn đủ nhanh để giải các bài tốn lớn, phức tạp.

-

Khả năng lập trình dễ dàng, linh hoạt.

-

Cung cấp đầy đủ các cơng cụ lập trình để cho phép người sử dụng có thể lập
trình tính tốn từ xa qua Internet. Đây chính là khả năng mở rộng khơng giới
hạn của hệ thống mạng máy tính song song hiệu năng cao.
Hệ thống song song hiệu năng cao được đưa vào nghiên cứu ở Việt Nam chỉ

mới một vài năm gần đây nhưng cũng đã có một số những ứng dụng trong thực tế.
Việc ứng dụng hệ thống máy tính song song hiệu năng cao trong tính tốn đường dụng
cụ cho máy phay CNC 5 trục là một trong những ứng dụng mới và quan trọng của hệ
thống này trong lĩnh vực cơ khí.

Đề tài cấp Nhà nước KC.05.11

Trang 17


Báo cáo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề tài
Sơ đồ tổng quan của hệ thống song song hiệu năng cao trong việc ứng dụng gia
công các bề mặt khn mẫu có bề mặt phức tạp cao được thể hin trong hỡnh 2.
Mạng máy tính song
song hiệu năng cao
HPCS
Sản phẩm
Mạng cục bộ LAN

Tính toán
đờng dụng
cụ
CAM

Thiết kế
CAD

Lu trữ dữ liệu
DataStore

Máy tính điều
khiển trung
tâm
Server

Máy phay
CNC

INTERNET, Mạng
diện rộng WAN

Máy tính từ xa
Remote computer

Hệ thống đo lờng
phản hồi (rung động)
FeedBack
Đờng truyền số liệu phản hồi
Đờng truyền dữ liệu chính

Hỡnh 2: S tng quan ứng dụng hệ thống song song hiệu năng cao để tính tốn
đường dụng cụ gia cơng các bề mặt khn mẫu có bề mặt phức tạp

1.1.2. Các thành phần chính và chức năng của hệ thống song song hiệu năng cao
trong tính tốn đường dụng cụ để gia cơng khuôn mẫu trên máy phay
CNC 5 trục
1. Thiết kế (CAD): mơ hình bề mặt của khn mẫu được thiết kế trên các phần
mềm CAD khác nhau. Kết quả thu được là mơ hình khn mẫu có độ phức tạp
rất cao.
2. Tính đường dụng cụ (CAM): Hai mơdun phần mềm tính đường dụng cụ
(CAM.KC.05.11 và OnWinPC) là sản phẩm của đề tài sẽ đảm nhiệm việc tính
tốn đường dụng cụ gia công trên máy phay CNC 3 trục và 5 trục bao gồm cả
gia cơng thơ và tinh. Các bước tính tốn đường dụng cụ được thực hiện trên
một máy tính đơn và trên mạng máy tính song song hiệu năng cao để so sánh
kết quả.
Đề tài cấp Nhà nước KC.05.11

Trang 18


Báo cáo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề tài
3. Lưu trữ dữ liệu (DataStore): toàn bộ kết quả tính tốn của hai mơdun phần mềm
tính đường dụng cụ (CAM.KC.05.11 và OnWinPC) được lưu trữ và quản lý
nhờ công cụ này. Kho dữ liệu này rất cần cho hệ thống mạng máy tính song
song hiệu năng cao nhằm đảm bảo việc tính tốn và điều khiển máy cơng cụ
một cách có hiệu quả. Phần mềm tính tốn, phân chia và truyền/nhận dữ liệu
cho hệ thống máy tính song song hiệu năng cao (môdun MasterDNC và môdun
SlaveDNC) cho phép tiếp nhận những dữ liệu từ các máy tính trên mạng song
song hiệu năng cao và để điều khiển các máy cơng cụ CNC (theo thiết kế có thể
cho phép tới 256 máy cơng cụ CNC khác nhau).
4. Máy tính điều khiển trung tâm (Server): máy tính này sẽ tiếp nhận và xử lý dữ
liệu truyền từ máy tính lưu trữ dữ liệu đến máy phay CNC. Ngồi ra, nó cịn
được cài đặt phần mềm AX5621 để thu thập các dữ liệu phản hồi (rung động)
từ các máy phay CNC 5 trục trong q trình gia cơng. Phần mềm AX5621 cũng
là kết quả nghiên cứu của đề tài KC.05.11.
5. Máy phay CNC 5 trục: hiện nay mạng máy tính song song hiệu năng cao đang
được kết nối với 01 máy phay CNC 5 trục. Trên máy CNC này được gắn một
đầu đo rung động 3 chiều của hãng Piezotronics (CHLB Đức).

1.1.3. Các bước thực hiện để tính tốn đường dụng cụ và điều khiển máy phay
CNC 5 trục
1. Thiết lập mạng máy tính song song hiệu năng cao gồm một máy chủ (hay máy
tính trung tâm) chạy trên hệ điều hành Win2000 Server và 4 máy khách (nút
tính tốn) chạy trên hệ điều hành LINUX.
2. Thiết lập cấu hình mạng và cấu hình các máy khách (nút tính tốn) theo tiêu
chuẩn TCP/IP (giao thức truyền thông Internet).
3. Cài đặt phần mềm AutoCad 2002 cho máy chủ (máy tính trung tâm) chạy trên

hệ điều hành Win2000 Server.
4. Cài đặt phần mềm tính đường dụng cụ (môdun CAM.KC.05.11 và môdun
OnWinPC) và cài đặt phần mềm tính tốn, phân chia và truyền/nhận dữ liệu cho
Đề tài cấp Nhà nước KC.05.11

Trang 19


Báo cáo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề tài
hệ thống máy tính song song hiệu năng cao (mơdun MasterDNC và mơdun
SlaveDNC) cho máy chủ (máy tính trung tâm) chạy trên hệ điều hành Win2000
Server.
5. Kết nối máy tính điều khiển với máy phay CNC 5 trục thông qua cổng truyền
thông nối tiếp RS-232 (COM1 hoặc COM2). Lắp đặt cảm biến đo rung động
của máy theo ba phương x,y,z và thực hiện kết nối cảm biến đo rung động với
máy tính điều khiển.
6. Cài đặt phần mềm AX5621 trên máy tính điều khiển để thực hiện nhiệm vụ
điều khiển máy phay CNC 5 trục theo phương pháp DNC (Direct Numerical
Control) trên cơ sở đo rung động phản hồi của máy.
7. Sử dụng môdun phần mềm CAM.KC.05.11 chạy trên máy chủ (máy tính trung
tâm) để đọc dữ liệu từ bản vẽ CAD; thực hiện tính tốn đường chạy dao cơ sở
và ghi kết quả ra một File dữ liệu dạng *.dat.
8. Sử dụng môdun phần mềm OnWinPC chạy trên máy chủ (máy tính trung tâm)
để đọc File dữ liệu tính toán đường chạy dao cơ sở; tiến hành phân chia và
truyền dữ liệu này tới hệ thống tính tốn song song hiệu năng cao chạy trên hệ
điều hành Linux để tiến hành tính tốn đường chạy dao (thơ hoặc tinh). Kết quả
tính tốn được các máy tính song song gửi trả lại cho máy tính trung tâm và
được hiện thị dưới dạng các toạ độ điểm ở ngay trên bản vẽ CAD.
9. Sử dụng môdun phần mềm CAM.KC.05.11 chạy trên máy chủ (máy tính trung
tâm) để đọc dữ liệu (là toạ độ các điểm đã tính tốn được từ bước 8); tiến hành

sinh mã (postprocesor) ra mã G-code cho máy phay CNC để gia công và ghi ra
thành File dưới dạng *.nc.
10. Sử dụng môdun phần mềm Slave DNC chạy trên máy chủ (máy tính trung tâm)
để gửi các File *.nc cho máy tính điều khiển.
11. Sử dụng mơdun phần mềm Master DNC chạy trên máy tính điều khiển để
truyền các chương trình NC vào máy phay CNC 5 trục theo phương pháp DNC
để gia công các bộ khuôn mẫu.

Đề tài cấp Nhà nước KC.05.11

Trang 20


Báo cáo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề tài
Để có thể truy cập đến mạng máy tính song song hiệu năng cao của đề tài
KC.05.11, người sử dụng cần có tên, mật mã truy cập mạng và địa chỉ IP của máy chủ.
Khi đã kết nối được với mạng thì máy tính của người sử dụng sẽ trở thành một máy
tính của mạng song song hiệu năng cao và có thể tham gia vào q trình tính tốn song
song.

1.1.4. Giới thiệu phần mềm điều khiển máy phay CNC 5 trục trên cơ sở đo rung
động phản hồi của máy (AX5621)

Hình 3: Giao diện chính của phần mềm AX5621

Phương pháp đo: đặt bằng phần mềm: việc lấy mẫu được quyết định bởi phần mềm.
Tốc độ lấy mẫu theo quy định của phần mềm mặc định là 1ms cho 1 mẫu (tốc độ lấy
mẫu khoảng 1kHz).
Ưu điểm: theo dõi sát được quá trình rung động của máy (đo theo thời gian
thực) nên cho phép hệ thống giám sát và cảnh báo được các lỗi do va chạm dung cụ

với phôi.

Đề tài cấp Nhà nước KC.05.11

Trang 21


Báo cáo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề tài
Nhược điểm: khơng phân tích và theo dõi tối ưu hố chế độ cắt vì thời gian lấy
mẫu phẩi bám sát theo q trình gia cơng, CPU khơng đủ thời gian để xử lý với các số
liệu lớn.
Đặt ngắt sự kiện: phần mềm chỉ hoạt động khi có tín hiệu rung động vượt quá
ngưỡng cho phép. Ngưỡng này được đặt bằng phần cứng, không thay đổi được.
Ưu điểm: CPU được giải phóng để làm các việc tính tốn khác
Nhược điểm: không thu thập và xử lý số liệu được
Lấy dữ liệu trực tiếp: phương pháp này được dùng để thu thập dữ liệu để phục vụ
cho việc xử lý về sau (Off Line).
Ưu điểm: tốc độ thu thập dữ liệu là lớn nhất (khoảng 130kHz) nên số liệu rung
động sẽ trung thực và khơng bị bỏ sót.
Nhược điểm: chỉ thích hợp với các bài toán tối ưu tĩnh.
Thang đo: thang đo là khoảng giá trị mà phần mềm có thể thu thập được. Phần mềm
này cho phép sử dụng 4 loại thang đo với các dải giá trị khác nhau -10÷10V, -5÷5V,
-2.5÷2.5V, -1.25÷1.25V. Việc chọn thang đo nào là do đầu sensor sẽ sử dụng quyết
định. Ngoài ra, việc chọn thang đo cần để ý đến nguyên tắc:
Nếu chọn thang đo lớn: khó phát hiện được các dao động nhỏ.
Nếu chọn thang đo nhỏ: các dao động lớn sẽ có trị số vượt khỏi thang đo làm
sai số liệu thu được.
Các kết quả đo: các rung động theo 3 phương x, y, z được thể hiện ở các ô “Rung
động”. Biểu đồ của các rung độ sẽ được hiện ở vùng đồ thị. Các kết quả sẽ được ghi lại
vào tệp (cứ 4096 mẫu đo sẽ được ghi vào tệp liên tục).

Đề tài cấp Nhà nước KC.05.11

Trang 22


Báo cáo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề ti
1.2.

Công nghệ thiết kế bề mặt trên hệ thống song song hiệu năng cao

1.2.1. Giới thiệu chung
Bề mặt đóng vai trò quyết định trong thiết kế kỹ thuật và gia công. Theo truyền
thống các bề mặt đợc biểu diễn bằng nhiều mảnh ghép. Cùng với sự góp mặt của đồ
hoạ máy vi tính và sự phát triển nhanh chóng trong lĩnh vực đồ hoạ máy tính, mô hình
bề mặt đà mang đến một hớng mới. Mô hình toán học bây giờ có thể đợc tạo lập và
phân tích trên cơ sở mối quan hệ giữa các đặc trng quan trọng của bề mặt nh là:
vùng trung tâm, vùng bề mặt,... Từ các mô hình bề mặt này, những thông tin cần thiết
cho quá trình gia công đợc đa ra. Với sự trợ giúp của các công cụ đồ hoạ máy tính,
quá trình thiết kế, xử lý và kiểm tra đà đợc đơn giản hoá rất nhiều.
Biểu diễn tham số đà đợc sử dụng cho thiết kế đờng cong và nó cũng là công
cụ cho việc thiết kế bề mặt. Dạng tham số của đờng cong đà đợc cho bởi phơng
trình véc tơ dạng:
P(t) = [ x(t) , y(t) , z(t) ]
Biểu diễn bề mặt đòi hỏi phải có hai tham số và dạng của nó vẫn là phơng trình
véc tơ.
P(s,t) = [ x(s,t) , y(s,t) , z(s,t) ]
§−êng cong cịng có thể đợc tìm ra từ bề mặt bằng cách giữ cho một tham số
là hằng và thay đổi tham số kia. Một chuỗi các đờng cong đợc tạo ra dọc theo các
hớng tham số t và s bằng cách thay liên tục giá trị các tham số t và s trong khoảng

[0,1]. Các tham số về các đờng cong däc theo h−íng s cã thĨ lµ P(0,t), P(0,1;t),...,
P(0,9;t), P(1,t). Các tham số khác về các đờng cong dọc theo hớng t có thể là P(s;0),
P(s;0,1),..., P(s;0,9), P(s;1). Để tạo ra một bề mặt đòi hỏi phải có rất nhiều đờng cong,
đó chính là sự cấu thành bề mặt. Điều này có thể áp dụng cho các bề mặt có phơng
trình hoặc các bề mặt tự do, và sẽ đợc xem xét tiếp theo đây.

ti cp Nh nc KC.05.11

Trang 23