Đồ án tốt nghiệp xây dựng chương trinhg postprocessor trên cơ sở phần mềm SolidCAM

1
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 4
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 6
1.1. Đặt vấn đề 6
1.2. Mục đích của đồ án 7
1.3. Phạm vi nghiên cứu 8
1.4. Bố cục đồ án 8
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 5 TRỤC VÀ POSTPROCESSOR
CHO MÁY CNC 5 TRỤC 9
2.1. TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 5 TRỤC 9
2.1.1. Hệ trục tọa độ trên máy CNC 5 trục 9
2.1.2. Cấu hình máy CNC 5 trục 10
2.1.3. Lập trình gia công trên máy CNC 5 trục 14
2.1.4. Ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng của máy CNC 5 trục 16
2.2. POSTPROCESSOR CHO MÁY 5 TRỤC 18
2.2.1. Giới thiệu chung 18
2.2.2. Vai trò, vị trí của Postprocessor 19
2.2.3. Chức năng của Postprocessor 21
2.2.3. Các bài toán trong Postprocessor 23
2.2.4. Các phương pháp xây dựng bộ Postprocessor 24
2.3.3. Công cụ tạo Postprocessor của phần mềm SolidCAM 25
CHƯƠNG 3: TẠO BỘ POSTPROCESSOR TRÊN CƠ SỞ PHẦN MỀM
SOLIDCAM 27
3.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHẦN MỀM SOLIDCAM 27
3.2. CÁC CHỨC NĂNG CỦA PHẦN MỀM 31
2
3.2.1. Các mô-đun chính của phần mềm SolidCAM 31
3.2.2. Các chiến lược gia công đồng thời 5 trục 38
3.3. CÔNG CỤ GPPTOOL CỦA SOLIDCAM 48
3.3.1. Giới thiệu 48

3.3.2. Các thành phần của Pre-processor và Post-processor 48
3.3.3. Internal Fast Post- Processor 62
3.4. TẠO POSTPROCESSOR TRÊN PHẦN MỀM SOLIDCAM 62
3.4.1. Tìm hiểu cấu hình máy DMU 100 monoBLOCK 63
3.4.2. Tìm hiểu cấu trúc mã NC cho bộ điều khiển iTNC530 65
3.4.3. Chỉnh sửa tập tin [machine.PRP] 68
3.4.4. Tạo tập tin [machine.VMID] 70
3.4.3. Chỉnh sửa tập tin [machine.GPP] 74
CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH GIA CÔNG VÀ MÔ PHỎNG THỬ NGHIỆM 83
4.1. MÔ HÌNH CHI TIẾT CẦN GIA CÔNG 83
4.2. LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT 86
4.2.1. Phân tích chi tiết gia công 86
4.2.2. Chọn vật liệu gia công 86
4.2.3. Xác định phương pháp chế tạo phôi 86
4.2.4.Thiết kế tiến trình công nghệ 88
4.2.5. Xác định lượng dư gia công 88
4.2.6. Thiết kế các nguyên công 89
4.3. LẬP TRÌNH GIA CÔNG VÀ TÍNH TOÁN ĐƯỜNG CHẠY DAO 91
4.3.1. Nguyên công 1 91
4.3.2. Nguyên công 2 92
3
4.4. MÔ PHỎNG, KIỂM TRA QUÁ TRÌNH GIA CÔNG VÀ XUẤT MÃ
NC TRÊN PHẦN MỀM SOLIDCAM 102
4.4.1. Các chế độ mô phỏng đường chạy dao 102
4.4.2. Mô phỏng gia công trên máy 104
4.4.6. Xuất chương trình NC 119
4.5. MÔ PHỎNG KIỂM TRA CHƯƠNG TRÌNH NC TẠO BẰNG BỘ
POSTPROCESSOR VỚI PHẦN MỀM VERICUT 120
4.5.1. Mô hình hóa máy CNC trên Vericut 120
4.5.2. Thiết lập các thành phần của chương trình mô phỏng 123

4.5.3. Mô phỏng và kiểm tra quá trình gia công 127
KẾT LUẬN 131
TÀI LIỆU THAM KHẢO 133
PHỤ LỤC 134
4
LỜI NÓI ĐẦU
Nước ta đang trong công cuộc công nghiệp họá hiện đại hoá để từng bước
bắt kịp sự phát triển của các nước trong khu vực và thế giới, điều đó đòi hỏi
chúng ta phải có một nền khoa học, công nghệ tiên tiến. Chính vì vậy, việc
nghiên cứu, ứng dụng và phát triển những lĩnh vực công nghệ mới đang là một
ưu tiên trong chính sách khoa học, công nghệ của nước ta hiện nay. Cùng với
đó, các trang thiết bị công nghệ cao được nước ta nhập về ngày càng nhiều như
máy CNC, EDM,… đặt ra nhu cầu bức thiết về đào tạo cán bộ chuyên môn
trong lĩnh vực Cơ điện tử.
Là sinh viên được đào tạo đúng chuyên nghành tôi tự thấy có trách nhiệm
phải cố gắng góp phần vào sự phát triển chung của ngành Cơ điện tử nước nhà.
Để thực hiện được hoài bão này, chúng tôi không ngừng tìm tòi, học hỏi, gắn lý
luận với thực tiễn nhằm trau dồi chuyên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn
như khai thác hiệu quả hệ thống CAD/CAM/CNC. Hệ thống CAD/CAM/CNC
đang được triển khai ngày càng rộng rãi, tuy nhiên hiệu quả khai thác các hệ
thống này ở nước ta chưa cao. Một trong những nguyên nhân của tình trạng này
là sự đầu tư thiếu đồng bộ các hệ thống CAD/CAM/CNC. Do thiếu kinh nghiệm
mà nhiều nhà sản xuất sẵn sàng bỏ ra nhiều tỷ để mua các phần mềm
CAD/CAM và các máy CNC đắt tiền lại không để ý đến cầu nối giữa chúng
chính là các bộ Postprocessor. Và rồi họ đã phải bỏ ra khoản tiền lớn để mua bổ
sung Postprocessor mặc dù giá trị thực của nó vốn không lớn nếu đặt mua ngay
từ đầu. Postprocessor là một bộ phận không thể thiếu được trong hệ thống
CAD/CAM và CNC. Nếu không có Postprocesor thì hầu như giá trị của CNC 5
trục chỉ tương đương với các máy CNC 3 trục. Đã có nhiều đề tài nghiên cứu
các phương pháp xây dựng Postprocessor cho máy CNC nhiều trục với mong

muốn nâng cao hiệu quả sử dụng hệ thống CAD/CAM/CNC và giảm thiểu chi
phí đầu tư thiết bị. Cũng với mong muốn đó, tôi đã nhận đồ án: “Tạo bộ
Postprocessor cho máy CNC 5 trục trên cơ sở phần mềm SolidCAM”
5
Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng
do hạn chế về kiến thức, tài liệu và thiết bị nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót.
Tôi rất mong nhận được sự thông cảm và đóng góp ý kiến của các thầy cô cùng
các bạn để đồ án của tôi hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô
trong khoa Hàng không – Vũ trụ đặc biệt là TS Trần Đức Tăng và KS Trần
Xuân Trung đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ, tạo điều kiện để tôi hoàn thành đồ án.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, ngày 22 tháng 12 năm 2012
Học viện thực hiện
Nguyễn Ngọc Bình
6
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1. Đặt vấn đề
Hiện nay, nhu cầu chế tạo các sản phẩm có kết cấu và hình dáng phức tạp
ngày càng gia tăng, đặc biệt trong các ngành: Hàng không vũ trụ, chế tạo vũ khí,
sản xuất ôtô, tàu thủy,… Để gia công các chi tiết phức tạp này, các tổ hợp CNC
nhiều trục luôn là lựa chọn đem lại hiệu quả cao. Máy CNC 5 trục là loại máy
công cụ điều khiển số có khả năng nội suy đồng thời 5 trục chuyển động vì vậy
nó có khả năng gia công những chi tiết phức tạp với độ chính xác kích thước và
hình dạng cao, năng suất đảm bảo. Về mặt công nghệ, gia công trên trung tâm
gia công CNC 5 trục là công nghệ có tính tập trung nguyên công rất cao, linh
hoạt, hiệu suất khai thác máy lớn, và năng suất sản phẩm vượt trội.
Các chương trình gia công trên máy CNC ngày càng được chuẩn hóa và
có thể được tạo lập tự động nhờ công cụ CAD/CAM.
Do có mối liên hệ chặt chẽ giữa việc tạo lập bản vẽ thiết kế và lập chương
trình gia công CNC, CAD và CAM thường đi kèm với nhau trong các gói phần

mềm được gọi là các hệ thống CAD/CAM. Một số hệ thống CAD/CAM điển
hình hiện nay như MasterCAM, Catia, Pro/ Engineer, Delcam, Cimaton
Phương pháp sử dụng CAD/CAM để xuất chương trình gia công một cách
tự động đã và đang được coi là phương pháp hiệu quả nhất. Đặc biệt là trường
hợp gia công trên máy CNC nhiều trục (từ 4 trục trở lên).
Các phần mềm CAM là phần mềm máy tính chuyên dùng có nhiệm vụ
cung cấp chương trình điều khiển các thiết bị sản xuất, trước hết là các máy
CNC (chương trình NC). Yêu cầu cơ bản đối với một chương trình NC là phải
hoàn toàn tương thích với máy mà nó phục vụ, xét cả về ngôn ngữ lẫn cấu trúc,
tính năng của máy.
Các phần mềm CAM thương mại phải có 2 chức năng:
7
- Chức năng xử lý hình học và công nghệ chung, là chức năng cơ bản và
do mô-đun cơ sở gọi là Processor thực hiện.
- Chức năng thứ 2 (hậu xử lý) đảm bảo chương trình NC tương thích với
máy CNC cụ thể, do một mô-đun gọi là Postprocessor thực hiện.
Postprocessor là một mô-đun đặc biệt của phần mềm CAM vạn năng, giữ
vai trò giao diện hay cầu nối giữa CAM và CNC.
Các phần mềm CAD/CAM có đầy đủ chức năng rất đắt (cỡ vài chục ngàn
đến hàng trăm ngàn USD), có khi đắt hơn cả máy CNC, nhưng chỉ đảm bảo
chức năng xử lý. Nhờ có bộ hậu xử lý mà người ta dùng chung được các phần
mềm CAD/CAM đắt tiền cho nhiều máy CNC. Giải pháp sử dụng Postprocessor
mang lại hiệu quả kinh tế và tiện ích sử dụng lớn cho các phần mềm
CAD/CAM.
Các bộ hậu xử lý thường do các nhà sản xuất phần mềm CAM cung cấp
theo đặt hàng riêng của các nhà sản xuất, hoặc đôi khi do chính người sử dụng
máy CNC. Tuy nhiên, có nhiều lý do dẫn đến việc các cơ sở sử dụng máy phải
tự tạo Postprocessor cho riêng mình. Do vậy, tôi được giao nhiệm vụ thực hiện
đồ án: “Xây dựng Postprocessor cho máy CNC 5 trục dựa trên cơ sở phần mềm
SolidCAM”.

1.2. Mục đích của đồ án
Mục tiêu của đề tài bao gồm:
- Tìm hiểu tổng quan về máy CNC 5 trục.
- Tìm hiểu phần mềm SolidCAM
- Tạo bộ Postprocessor cho máy CNC 5 trục trên cơ sở phần mềm
SolidCAM.
8
- Lập trình gia công và mô phỏng thử nghiệm với bộ Postprocessor vừa
tạo được.
- Mô phỏng kiểm tra trên phần mềm Vericut.
- Phân tích, đánh giá kết quả.
1.3. Phạm vi nghiên cứu
Trong khuân khổ đồ án, tôi tập trung giải quyết một số nội dung sau:
- Phần lý thuyết giới thiệu tổng quan và phương pháp tạo Postprocessor
trên cơ sở phần mềm SolidCAM cho các máy CNC 5 trục.
- Áp dụng lý thuyết để tạo một bộ Postprocessor cho máy CNC 5 trục cụ
thể (trong đồ án này lựa chọn máy DECKEN MAHO DMU 100 monoBLOCK)
và lập trình gia công, mô phỏng thử nghiệm trên máy đó.
1.4. Bố cục đồ án
Bản thuyết minh đồ án được chia thành 4 chương:
Chương 1: Giới thiệu
Chương 2: Tổng quan về máy CNC 5 trục và Postprocessor cho máy CNC
5 trục.
Chương 3: Tạo bộ Postprocessor trên cơ sở phần mềm SolidCAM.
Chương 4: Lập trình gia công và mô phỏng thử nghiệm.
9
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 5 TRỤC VÀ
POSTPROCESSOR CHO MÁY CNC 5 TRỤC
2.1. TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 5 TRỤC
2.1.1. Hệ trục tọa độ trên máy CNC 5 trục

Các trục trên máy CNC được xác định như sau:
Hình 2.1: Hệ trục tọa độ trên máy CNC
Trục Z: trục Z luôn song song với trục chính của máy.
Trục X: Trục X là trục nằm trên mặt bàn máy và thông thường nó được
xác định theo phương nằm ngang. Chiều của trục X được xác định theo quy tắc
bàn tay phải (ngón cái chỉ chiều dương của trục X).
10
Trục Y: Sau khi xác định được các trục X, Z ta xác định trục Y theo quy
tắc bàn tay phải (ngón tay trỏ chỉ chiều dương của trục Y).
Các trục quay quanh các trục X,Y,Z được ký hiệu là A,B,C. Chiều quay
dương là chiều quay theo chiều của kim đồng hồ nếu nhìn theo chiều dương của
các trục X,Y,Z.
Các trục tịnh tiến song song với trục X,Y,Z được ký hiệu là U,V,W.
Khi nói đến máy CNC 5 trục là nói đến các máy CNC 5 bậc tự do: 3 trục
tịnh tiến ký hiệu là X, Y, Z (ký hiệu là TTT) và 2 trục quay A, B hoặc A, C hoặc
là BC (ký hiệu là RR). Với các trục như vậy, có thể thực hiện đa dạng các kỹ
thuật cắt như cắt bằng dao cầu, dao đầu phẳng và dao đầu phẳng bo tròn. Do
vậy, quá trình cắt sẽ linh hoạt hơn, độ chính xác cao hơn và thời gian gia công
giảm, đặc biệt khi gia công các chi tiết phức tạp như tuabin áp lực, khuân dập vỏ
ôtô,
Các tổ hợp máy CNC có khá nhiều cấu hình khác nhau. Dựa vào cách bố
trí các trục quay của máy có thể phân loại được máy CNC 5 trục.
2.1.2. Cấu hình máy CNC 5 trục
Dựa vào vị trí các trục quay, người ta có thể phân loại cấu hình CNC 5
trục như sau:
- Máy 5 trục với 2 trục quay được bố trí trên trục chính.
- Máy 5 trục với 2 trục quay được bố trí trên bàn máy.
- Máy 5 trục với 1 trục quay trên bàn máy và 1 trục quay trên trục chính.
a) Cấu hình 1: Máy 5 trục với 2 trục quay được bố trí trên trục chính
 Ưu điểm:

- Có thể gia công các phôi có kích thước khá lớn.
- Nếu thay đổi vị trí gá đặt phôi, chỉ cần hiệu chỉnh chương trình gia công
bằng một phép biến đổi đơn giản: chuyển đổi vị trí điểm zero khi bắt đầu gia
11
công. Khi đó, các giá trị tọa độ máy X, Y, Z trong chương trình NC chỉ phụ
thuộc chiều dài dao.
 Nhược điểm:
- Dẫn động trục chính rất phức tạp.
- Độ cứng vững hệ thống công nghệ thấp do hạn chế trong việc truyền lực
qua các trục quay trên chuỗi mang dao.
- Thường không thực hiện được nội suy cung tròn trong mặt phẳng ngẫu
nhiên và chu trình khoan với góc định vị phôi bất kỳ.
- Các loại máy CNC sử dụng cấu hình này thường được sử dụng khi gia
công các phôi có kích thước lớn, chẳng hạn như cánh máy bay.
 Các ứng dụng quan trọng của loại này:
- Tất các các loại phôi có diện tích rất rộng như cánh máy bay.
Hình 2.2: Máy 5 trục với 2 trục quay được bố trí trên trục chính
12
b) Cấu hình 2: Máy 5 trục với 2 trục quay được bố trí trên bàn máy
 Ưu điểm:
- Trường hợp trục chính nằm ngang, việc thoát phoi rất thuận lợi do ảnh
hưởng của lực trọng trường.
- Trục dụng cụ trong quá trính gia công luôn song song với trục Z của
máy. Do vậy chu trình khoan có thể được thực hiện dọc theo trục Z của máy.
Các chu trình gia công trên các hướng nghiêng so với phôi luôn thực hiện trong
mặt phẳng XY của máy. có thể được thực hiện trong chế độ gia công 3 trục đơn
giản.
- Việc bù chiều dài dao xảy trong suốt thời gian gia công như máy 3 trục.
 Nhược điểm:
- Kích thước phôi giới hạn.

- Không gian làm việc thường nhỏ hơn so với máy 3 trục.
- Việc chuyển đổi các giá trị tọa độ (X,Y,Z,I,J,K) trong hệ tọa độ Đề-các
của vị trí dao cụ sang hệ tọa độ máy (X,Y,Z,A,B hoặc C) phụ thuộc vào vị trí
tương đối của phôi trên bàn máy. Nghĩa là, ứng với các vị trí gá đặt khác nhau
của phôi với bàn máy, thì bộ hậu xử lý (postprocessor) buộc phải tính toán lại từ
đầu để sinh ra mã G tương ứng.
 Các ứng dụng
- Gia công điện cực cho các máy EDM,
- Gia công các phôi chính xác,
- Gia công các cánh tua bin và profin cho lốp xe, với phôi có hình dáng
kích thước nhất định quay theo chu kỳ các góc nào đó, cùng một chương trình
gia công sẽ được lặp đi lặp lại sau khi phôi tự động xoay đi một góc nhất định.
c) Cấu hình 3: Máy 5 trục với 1 trục quay trên bàn máy và 1 trục quay
trên trục chính
Kết hợp được ưu điểm của 2 loại trên.
13
Hình 2.3: Máy 5 trục với 2 trục quay được bố trí trên bàn máy
Hình 2.4: Máy 5 trục với 1 trục quay trên bàn máy và 1 trục quay trên trục
chính
14
2.1.3. Lập trình gia công trên máy CNC 5 trục
a) Lập trình bằng tay
Đối với máy CNC 5 trục, việc lập trình bằng tay rất khó khăn, thường chỉ
áp dụng cho chi tiết đơn giản.
Người lập trình căn cứ vào bản thiết kế và viết chương trình gia công
CNC. Trong nhiệm vụ này, bản vẽ thiết kế kỹ thuật được gắn vào một hệ trục
tọa độ Đề-các. Hệ tọa độ này gọi là hệ tọa độ vật gia công. Sau đó người lập
trình sẽ thiết lập quy trình gia công, lựa chọn dụng cụ, xác định chế độ cắt,
Ngày nay, trên các tổ hợp gia công hiện đại, các bộ điều khiển còn cung cấp các
công cụ soạn thảo (edition tools), giao diện (interface), trợ giúp (help) để hỗ trợ

lập trình bằng tay (lập trình trực tiếp trên máy). Người dùng có thể gõ trực tiếp
các câu lệnh trên bàn phím với sự trợ giúp của phần mềm hệ thống đi kèm.
b) Lập trình tự động
Các nguyên công 5 trục thường là khá phức tạp, nên việc tạo lập chúng
phải nhờ đến sự hỗ trợ của các hệ thống lập trình dưới sự trợ giúp của máy tính.
Trước đây thì đặc điểm này được xem là một điểm yếu của CNC 5 trục. Tuy
nhiên, hiện nay ngày càng nhiều kỹ thuật CAD/CAM hiện hữu trợ giúp lập trình
và gia công CNC cả 3 trục và 5 trục để vượt qua trở ngại này.
Quá trình tạo chương trình NC trên máy CNC với sự trợ giúp của máy
tính được thể hiện ở hình 2.5.
Quá trình này thực hiện qua các bước như sau:
- Bước 1, hình dạng hình học được phác thảo với sự trợ giúp của chương
trình CAD.
- Bước 2, lập trình viên tạo lập đường chạy dao (Toolpath) từ hình dạng
hình học đã có. Phần này được gọi là CAM. Kết quả là dữ liệu toolpath theo
định dạng chung được tạo lập. Tập tin này gọi là CL-File, với định dạng theo
tiêu chuẩn ISO (ISO 3592 và ISO 4343). CL-File chứa dữ liệu mô tả Toolpath
mà dụng cụ sẽ phải chuyển động theo khi gia công tạo hình. Với mọi thời điểm
15
các giá trị XYZ là vị trí của mũi dao (Tooltip) và cosin chỉ phương IJK của trục
dụng cụ. Bên cạnh đó, CL-File cũng chứa các thông tin về công nghệ, như tốc
độ trục chính và lượng tiến dao.
Hình 2.5: Các bước lập trình gia công với trợ giúp của hệ thống CAD/CAM
- Bước 3, biến đổi CL-File sang chương trình NC cho máy CNC cụ thể
nào đó. Quá trình này hầu hết được thực hiện bởi một chương trình đặc biệt
được gọi là chương trình hậu xử lý. Trong trường hợp máy phay CNC 3 trục nó
đơn giản chỉ là việc biến đổi dữ liệu đường chạy dao thành định dạng chương
trình yêu cầu của máy. Các vị trí điểm CL luôn được mô tả tương quan trong hệ
toạ độ tham chiếu cố định trên phôi.
Ở máy phay CNC 3 trục có thể thấy rằng, mối quan hệ giữa hệ toạ độ phôi

và điểm không của máy chính là bù điểm không. Các chương trình CNC 5 trục
không có đặc điểm này. CNC 5 trục yêu cầu các giá trị điều khiển trục phải được
tính toán số phi tuyến. Các giá trị cosin chỉ phương IJK và vị trí mũi dao XYZ
từ CL-File được sử dụng để biến đổi thành các giá trị điều khiển trục XYZAB.
Quá trình tính toán này phụ thuộc vào cấu hình các trục của máy. Thông thường
việc thiết đặt vị trí ban đầu của phôi trên máy và chiều dài dao cụ là các thông số
16
yêu cầu. Sự đa dạng về cấu hình CNC 5 trục đòi hỏi sự phát triển của các bộ
Postprocesor cụ thể.
- Bước 4, là thực hiện chương trình gia công sau khi hậu xử lý. Dữ liệu
được gửi trực tiếp từ máy tính tới máy CNC qua kết nối DNC. Việc thực hiện
chương trình CNC 3 trục có thể được mô phỏng trên máy do đó có thể phát hiện
được các lỗi. Mô phỏng và kiểm soát va chạm các chương trình CNC 5 trục yêu
cầu các gói phần mềm chuyên dụng riêng biệt. Hiện nay có hàng chục hệ thống
CAD/CAM trên thị trường để hỗ trợ lập trình CNC 5 trục.
2.1.4. Ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng của máy CNC 5 trục
Máy CNC 5 trục có nhiều ưu điểm hơn so với máy 3 trục.
- Giảm số lần gá kẹp.
- Giảm được cắt lẹm (undercut) khi gia công các chi tiết hình dạng phức
tạp.
- Các điều kiện cắt tốt hơn, chính vì điều này dẫn đến ít mòn dao hơn.
- Chất lượng bề mặt tốt hơn.
Việc sử dụng dao phay đầu phẳng để gia công mặt cong sẽ giảm thời gian
cắt rất nhiều. Các chi tiết có thể được gia công chính xác bằng việc lựa chọn hợp
lý góc định hướng tương đối giữa phôi và máy khi gá đặt và bằng việc lựa chọn
phương pháp gia công đúng đắn.
Tuy nhiên có một vài nhược điểm như sau:
- Giá máy CNC 5 trục cao.
- Cần bộ điều khiển CNC đủ mạnh.
- Việc thêm trục quay là nguyên nhân của việc gia tăng thêm sai số vị trí.

- Tốc độ cắt cao hơn với cùng lượng tiến dao.
- Việc lập trình chỉ có thể thực hiện được với sự hỗ trợ của hệ thống các
công cụ lập trình đặc biệt.
Hiện nay, lập trình gia công trên máy CNC 5 trục vẫn vô cùng phức tạp.
Mô phỏng gia công, vận hành và phát hiện va chạm vẫn còn là các vấn đề rất
17
khó. Khi mua máy CNC 5 trục cần phải tiến hành nghiên cứu kỹ lưỡng phạm vi
của sản phẩm cần phải gia công. Bởi vì cấu trúc của mỗi một nhóm máy CNC 5
trục cụ thể chỉ phù hợp nhất với một dải sản phẩm cần gia công cụ thể náo đó.
Chẳng hạn các máy có bàn quay rất phù hợp để gia công các phôi tròn xoay như
máy ép. Tuy nhiên đối với việc sản xuất các kết cấu lớn trong công nghiệp khí
động lực học, thì kiểu máy có một trục quay trên trục chính thường được ưa
thích hơn.
CNC 5 trục ứng dụng để gia công các chi tiết phức tạp. Một số chi tiết gia
công bằng máy CNC 5 trục
Tua-bin (Turbine)
Bộ biến đổi (Converter)
Cánh quạt (Blade)
May-ơ (Hub)
18
Bơm (Pump)
Giá đỡ (Bracket)
Hình 2.6: Một số sản phẩm gia công trên máy CNC 5 trục
2.2. POSTPROCESSOR CHO MÁY 5 TRỤC
2.2.1. Giới thiệu chung
Postprocessor (bộ hậu xử lý) là một phần mềm có chức năng thông dịch
chương trình NC sao cho tương thích với từng máy CNC cụ thể. Nói cách khác,
Postprocessor là một mô-đun của phần mềm CAM vạn năng, giữ vai trò giao
diện giữa CAM và CNC.
CAM là phần mềm máy tính chuyên dụng có nhiệm vụ cung cấp chương

trình điều khiển cho các thiết bị sản xuất là các máy CNC. Yêu cầu cơ bản đối
với một chương trình NC là nó phải tương thích với máy mà nó phục vụ. Sự
tương thích ở đây bao gồm cả về ngôn ngữ lẫn cấu trúc, tính năng của máy. Nói
chung, các thông tin chứa trong chương trình NC gồm 2 loại: Loại thứ nhất chỉ
liên quan đến các yếu tố nội tại của quá trình gia công, gồm quỹ đạo chuyển
động tương đối của lưỡi cắt sao với phôi, các thông số công nghệ như: dụng cụ,
lượng tiến dao, tốc độ trục chính, đảm bảo chất lượng và tính kinh tế của quá
trình. Loại thứ 2 liên quan đến đặc tính kỹ thuật của máy công cụ, như kiểu bộ
điều khiển (mỗi bộ điều khiển chỉ có thể hiểu và xử lý được chương trình có cấu
trúc và cú pháp nhất định), cấu trúc cơ khí của máy công cụ (số lượng và loại
19
trục điều khiển, giới hạn các thông số công nghệ, ). Bất kỳ phần mềm CAM
nào cũng phải thỏa mãn yêu cầu trên, có 2 giải pháp kỹ thuật cho vấn đề này:
Một là tạo ra phần mềm CAM duy nhất, chuyên dụng để trực tiếp xuất
chương trình gia công cho mỗi máy CNC cụ thể. Giải pháp này kém hiệu quả vì
mỗi nhóm máy đòi hỏi một phần mềm CAM cho riêng mình.
Hai là tách phần mềm CAM thành 2 mô-đun. Mô-đun thứ nhất gọi là bộ
xử lý (Processor), có nhiệm vụ xuất một chương trình trung gian, dùng chung
chỉ mô tả quỹ đạo của dao và dùng một ngôn ngữ chung, chưa cần quan tâm đến
cấu trúc, tính năng của máy và bộ điều khiển cụ thể. Mô-đun thứ hai gọi là bộ
hậu xử lý (Postprocessor) thông dịch chương trình trung gian sang dạng tương
thích với máy CNC cụ thể. Khi gặp một bộ máy CNC mới, ta chỉ việc tạo ra một
Postprocessor tương ứng.
Các phần mềm CAD/CAM có đầy đủ chức năng rất đắt, nhưng chỉ đảm
bảo chức năng xử lý. Nhờ có bộ hậu xử lý mà ta có thể dùng chung phần mềm
CAD/CAM cho nhiều máy CNC.
2.2.2. Vai trò, vị trí của Postprocessor
Bất kỳ một chương tình máy tính nào được thiết kế để chuẩn bị các
chương trình NC cho các máy CNC phải quan tâm đến cả hai yếu tố: yếu tố hình
học của sản phẩm gia công và yếu tố về các yêu cầu chuyên biệt khác nhau của

các máy công cụ. Trong thực tiễn hiện nay, tất cả các hệ thống đều quan tâm đến
điều đó bằng cách hoặc là sử dụng một chương trình đơn duy nhất, hoặc là bằng
cách sử dụng hai chương trình (hai công đoạn riêng rẽ) để chia sẻ gánh nặng
trong quá trình tạo lập các chương trình gia công:
i) Quá trình xử lý đưa ra kết quả chung
ii) Quá trình hậu xử lý đưa ra kết quả riêng biệt
Quá trình xử lý đưa ra xuất kết quả chung sẽ sinh ra dữ liệu vị trí qui ước
của dụng cụ (CL-data). Thông thường, CL-data không phụ thuộc vào các máy
20
CNC riêng biệt. Về mặt bản chất, CL-data là một tập hợp các bộ giá trị toạ độ X,
Y, Z của vị trí mũi dao (Tooltip), các phần tử của tập hợp được sắp xếp tuần tự
theo trình tự di chuyển của dụng cụ theo quĩ đạo hình học. Các câu lệnh đặc biệt
trong chương trình gia công (ví dụ như tốc độ trục chính, lượng tiến dao, thay
đổi dụng cụ, đổi phôi, ) chỉ có thể được xử lý bởi Postprocessor.
Các hãng sản xuất máy công cụ khác nhau hoàn toàn có thể đưa ra các cấu
trúc máy công cụ với các bộ điều khiển CNC khác nhau. Có những bộ điều
khiển yêu cầu các vị trí chạy dao phải được tính toán sao cho gia tốc của các trục
trong chuyển động chạy dao không được vượt quá giá trị tối đa cho phép. Tuy
nhiên, hầu hết các hệ thống khác hiện nay, có tích hợp với các mạch điện tử, cho
phép giải quyết vấn đề này. Do vậy, cần thiết phải tiến hành các tính toán đặc
biệt sao cho chương trình gia công tương thích được với mỗi tổ hợp máy công
cụ và bộ điều khiển cụ thể. Với các ngôn ngữ lập trình gia công đưa ra kết quả
chung, ví dụ như: APT, ADAPT, EXAPT, v.v. , việc xây dựng các phép tính
toán khác nhau phụ thuộc vào các tổ hợp máy khác nhau trong một chương trình
là cần thiết, chương trình đó được gọi là Postprocessor .
Các hệ thống CAD/CAM ngày nay làm cho các ngôn ngữ lập trình xử lý
kết quả chung trở lên lỗi thời, việc tính toán đường chạy dao là một nhiệm vụ
của các phần mềm CAD/CAM này. Đối với các phần mềm như vậy, người sử
dụng tiến hành gia công trên màn hình đồ hoạ (graphic machining), thông
thường, các phần mềm CAD/CAM cũng sử dụng cùng kiểu các câu lệnh (menu

lệnh) với các ngôn ngữ lập trình kể trên. Phần CAM của các hệ thống thực hiện
các phép tính hoàn toàn tương tự để đưa ra đường chạy dao giống như các ngôn
ngữ lập trình NC đưa ra kết quả chung khác. Đường chạy dao có thể được hiển
thị trên màn hình đồ hoạ tuỳ thuộc vào người sử dụng. Điều này cho phép kiểm
tra, đánh giá chương trình gia công không cần chạy máy trước khi sử dụng.
Các hệ thống CAD/CAM cũng thường bao gồm các công cụ để phát triển
Postprocessor. Tuy nhiên rất nhiều hệ thống CAD/CAM không đưa ra kết nối
trực tiếp với CL-data tiêu chuẩn (độc lập với với các máy CNC). Phần
21
Postprocessor phát triển trong các môi trường khép kín như thế này sẽ rất khó
hoặc không thể sử dụng được cùng với các hệ thống khác. Một vài hệ thống
CAD/CAM có thể sinh ra các mã chương trình gia công theo mô hình hình học
hoặc thậm chí cả chương trình gia công hoàn chỉnh. Các mã chương trình này
sau đó phải được xử lý thêm nhờ bộ xử lý ngôn ngữ hoặc bộ Postprocessor cho
các máy CNC cụ thể. Thực ra không nhất thiết phải quá đề cao, nhưng thông
thường đây là một giải pháp tiện lợi cho các công ty, trong điều kiện họ sử dụng
các phần mềm đưa ra kết quả chung và có nhiều hiểu biết về các bộ
Postprocessor hiện hành. Tuy nhiên, nếu dữ liệu trung gian CL-data theo cùng
tiêu chuẩn thì bộ chương trình xử lý đưa ra kết quả chung có thể trở lên lỗi thời.
2.2.3. Chức năng của Postprocessor
1) Đọc dữ liệu CL được bộ xử lý kết quả chung hoặc hệ thống CAD/CAM
đưa ra.
2) Chuyển đổi sang hệ toạ độ máy.
3) Chuyển đổi sang dạng toạ độ tuyệt đối hoặc tương đối.
4) Kiểm tra các giới hạn của máy.
- Giới hạn dịch chuyển của các trục.
- Sự tương quan giữa dao cụ, phôi và máy.
- Lượng tiến dao và tốc độ trục chính cho phép.
- Các chức năng khác của máy:
+ Trơn nguôi.

+ Thay dao.
+ Thay phôi.
+ Đo kiểm.
5) Tính toán lượng tiến dao và tốc độ trục chính.
6) Tính toán các lệnh dịch chuyển kể đến máy và bộ điều khiển.
7) Tính toán nội suy.
8) Đưa ra chương trình CNC theo đúng định dạng.
22
9) Đưa ra các trợ giúp cho người lập trình.
10) Đưa ra các chẩn đoán trong trường hợp bị lỗi.
11) Các nhiệm vụ khác như:
- Tính toán thời gian gia công cho chi tiết.
- Yêu cầu bộ nhớ cho chương trình.
- Các chi phí.
- Các mẫu yêu cầu, v.v.
Postprocessor hoặc là duy nhất đối với một tổ hợp máy CNC và bộ điều
khiển hoặc nó được tổng quát hoá cho cả một dòng máy CNC nào đó. Trước đây
các bộ Postprocessor thường được viết bằng ngôn ngữ lập trình FORTRAN,
nhưng ngày nay bất kỳ ngôn ngữ lập trình nào cũng có thể được sử dụng cho
mục đích này. Tuy nhiên ngôn ngữ Pascal và ngôn nhữ C là phổ dụng nhất. Các
bộ Postprocessor thường thường bao gồm khoảng từ 1000 đến 5000 dòng lệnh,
chủ yếu là các câu lệnh xử lý dữ liệu (phần tính toán số thường là khá nhỏ).
Những nỗ lực bỏ ra khi viết một bộ Postprocessor thường trong phạm vi khoảng
từ ba đến sáu tháng, đối với các dạng máy CNC đơn giản, còn đối với các máy
CNC nhiều trục thì khoảng chừng một năm.
Các bộ Postprocessor là thành phần cần thiết và quan trọng của các hệ
CAM nói chung. Mặc dù nó rất nhỏ bé so với bộ xử lý chung đưa ra dữ liệu CL,
song chi phí phát triển chúng có thể rất cao. Đáng chú ý là mỗi tổ hợp CNC với
bộ điều khiển và máy tính yêu cầu một bộ Postprocessor riêng hoặc ít nhất một
bộ Postprocessor được mô-đi-phê. Với một số lượng lớn các bộ Postprocessor

đã được phát triển cho đến nay, chắc chắn phải có những có gắng vượt bậc để
vượt qua những khó khăn như:
- Sự đa dạng trong ứng dụng thực tiễn của các máy CNC.
- Thiếu tiêu chuẩn hoá giữa các bộ điều khiển.
- Thiếu tiêu chuẩn hoá trong thiết kế các bộ Postprocessor.
23
2.2.3. Các bài toán trong Postprocessor
a. Động lực học máy CNC
Đối với các hệ điều khiển theo dạng đường liên tục Bộ postprocessor phải
tính đến động lực học của chuyển động để tránh sai số vị trí.
b. Sự thay đổi vận tốc quĩ đạo
Các Servo sử dụng trong các máy CNC cũng có các sai số do trễ vận tốc.
Nếu quĩ đạo chạy dao là tuyến tính hoặc cung tròn bán kính lớn, và đáp ứng của
các Servo là như nhau, thì các sai số này là không đáng kể. Các sai số tỷ lệ thuận
với vận tốc.
c. Duy trì tốc độ cắt không đổi cho các máy tiện CNC
Để thu được tốc độ cắt không đổi, Postprocessor phải chia nhỏ quĩ đạo
dao, sau đó sẽ tính toán tốc độ trục chính, lượng tiến dao tương ứng với các
đoạn quĩ đạo.
d. Phép biến đổi hình học đối với các máy CNC nhiều trục
Trong quá trình sinh ra đường chạy dao (toolpath generation), trên các
máy CNC nhiều trục đòi hỏi một quá trình xử lý tính toán sự định vị của trục
dụng cụ (tool axis orientations). Trong trường hợp này, quá trình tính toán
chung sẽ sinh ra dữ liệu CL, trong đó mỗi bản ghi của dữ liệu này chứa đựng
thông tin theo dạng X Y Z I J K. Các giá trị X Y Z là giá trị tọa độ của các điểm
mũi dao trên quĩ đạo chạy dao trong hệ tọa độ phôi, và các giá trị I J K là các
côsin chỉ phương của véc tơ trục dụng cụ tương ứng với các vị trí của dao kể
trên trong cùng một hệ tọa độ. Do vậy, các bộ Postprocessor cho các máy CNC
nhiều trục phải có khả năng chuyển đổi các giá trị X Y Z I J K của CL data sang
các dịch chuyển của các trục của mỗi máy CNC có cấu hình cụ thể.

e) Bài toán phi tuyến trong chế độ gia công nhiều trục
Khi yêu cầu tái định vị trục dụng cụ, thì cần thiết phải dịch chuyển các
tâm quay trong khi quay một hoặc cả hai trục quay một cách đồng thời. Nếu các
24
dịch chuyển tịnh tiến và dịch chuyển góc này là có ở trong cùng một câu lệnh
gia công trong bộ điều khiển CNC, thì các dịch chuyển tuyến tính và dịch
chuyển góc sẽ đồng thời diễn ra theo gia số thời gian. Kết quả là, quĩ đạo của
điểm mũi dao sẽ tuân theo một đường cong nào đó có quan hệ với phôi gia công.
Việc hiệu chỉnh sai lệnh giữa các đường cong này và các đoạn tuyến tính như
mô tả trong CL data là trách nhiệm của phần Postprocessor. Trong thực tế, các
bộ Postprocessor hiện hành mới chỉ đảm bảo được rằng sai lệch của quĩ đạo thực
của điểm mũi dao nằm trong giới hạn có thể nào đó so với quĩ đạo mong muốn.
Hình 2.7:Sai số Toolpath phi tuyến
Lẽ tự nhiên, quĩ đạo phi tuyến của điểm mũi dao luôn có nhu cầu được
tuyến tính hóa. Khi độ cong của quĩ đạo dao xấp xỉ với độ cong của bề mặt gia
công, thì có thể cho phép Postprocessor sát nhập một số các câu lệnh cắt thẳng
thành một câu lệnh đơn. Điều này cho phép nâng cao chất lượng bề mặt gia công
và hiệu suất làm việc của máy.
2.2.4. Các phương pháp xây dựng bộ Postprocessor
a. Tạo từ đầu Postprocessor
Về nguyên tắc, người ta có thể tự tạo một bộ Postprocessor chuyên dùng,
tuy nhiên có một số khó khăn gặp phải:
- Không đủ thông tin về hệ mã dùng trong CL-File.
25
- Không đủ thông tin về máy, nhất là bộ điều khiển. Các nhà cung cấp bộ
điều khiển không bao giờ công bố rộng rãi các phương pháp xử lý thông tin, các
thuật toán điều khiển.
- Để có một bộ Postprocessor tốt thì phải sử dụng thuật toán rất phức tạp.
Vì vậy phương pháp này thường chỉ tạo ra các Postprocessor đơn giản với
chức năng thông dịch về ngôn ngữ là chính.

b) Dùng công cụ phát triển chuyên dùng để tạo postprocessor
Các nhà sản xuất CAD/CAM chuyên nghiệp thường cung cấp các công cụ
phát triển (Development Kit) cho phép khách hàng của mình tạo ra bộ
Postprocessor một cách dễ dàng, mềm dẻo và có chất lượng. Phương pháp này
có nhiều ưu điểm:
- Dễ dàng sử dụng, người dùng dường như chỉ cần hiểu cấu trúc, giao diện
của công cụ và khai báo thuộc tính của bộ điều khiển, các máy và các yêu cầu
công nghệ.
- Postprocessor tương thích với phần mềm CAD/CAM cơ sở.
- Mềm dẻo để có thể thích ứng với sự đa dạng và sự phát triển của kỹ
thuật CAD/CAM/CNC.
- Giảm thời gian chi phí phát triển.
2.3.3. Công cụ tạo Postprocessor của phần mềm SolidCAM
Như đã trình bày ở trên, trong đề tài này sử dụng phương pháp tạo
Postprocessor nhờ công cụ phát triển chuyên dùng (Development Kit) trên cơ sở
phần mềm SolidCAM. Phần mềm SolidCAM cung cấp một thư viện
Postprocessor cho nhiều dòng máy khác nhau và một công cụ GPPT (General
Pre- and Post-Processor Tool) cho phép tạo ra các bộ Postprocessor cho từng
máy CNC riêng biệt.
Không giống như hầu hết các phần mềm CAM hiện nay, SolidCAM
không tính toán trực tiếp ra CL-File.Thay vào đó, SolidCAM sử dụng một loại
mã bên trong riêng biệt là “Parameter code” hay “P-code”. Nó đạt hiệu quả cao