Báo cáo nghiên cứu khoa học: "PHƯƠNG PHÁP BIÊN DỊCH CÁC TẬP TIN DỮ LIỆU GIA CÔNG TRÊN NGÔN NGỮ APT CỦA MÔĐUN " pdf

PHƯƠNG PHÁP BIÊN DỊCH CÁC TẬP TIN DỮ LIỆU
GIA CÔNG TRÊN NGÔN NGỮ APT CỦA MÔĐUN
PRO/MANUFACTURING SANG CÁC TẬP TIN TRÊN
NGÔN NGỮ G-CODE ĐIỀU KHIỂN MÁY TIỆN CNC
FANUC T SERIES Oi-S
CONVERTING THE MANUFACTURING DATA FILES OF APT LANGUAGE
IN PRO/MANUFACTURING INTO THOSE OF G-CODE LANGUAGE
CONTROLLING THE CNC TURNING MACHINE FANUC T SERIES Oi-S



LÊ CUNG – BÙI MINH HIỂN
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng


TÓM TẮT
Bài báo giới thiệu phương pháp xây dựng trình biên dịch các tập tin dữ liệu gia công trên ngôn
ngữ APT của môđun Pro/MANUFACTURING trong phần mềm Pro/ENGINEER thành các tập
tin trên ngôn ngữ G-Code điều khiển các thao tác gia công trên máy tiện CNC T Series Oi-S
của hãng FANUC tại phòng thí nghiệm Sản xuất tự động (CRePA), chương trình đào tạo Kỹ
sư chất lượng cao PFIEV, trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng.

ABSTRACT
This article presents the method to buid up the software to convert the manufacturing data files
of APT (Automatically Programmed Tools) in Pro/MANUFACTURING module into those on
ISO language controlling the operations of the CNC FANUC T Series Oi-S turning machine
installed in the Laboratory CRePA of the Excellent Engineer Formation Program (PFIEV) in
Danang Polytechnical University.


1. Đặt vấn đề

Hiện nay, trên địa bàn miền Trung và trong cả nước được trang bị ngày càng nhiều các
máy tiện điều khiển theo chương trình số CNC (Computer Numerical Control). Các máy tiện
CNC cho phép gia công các chi tiết máy có hình dáng tương đối phức tạp với độ chính xác và
năng suất cao, đặc biệt được dùng trong gia công các chi tiết tròn xoay hay các biên dạng cam
thùng Thông thường việc lập trình gia công thực hiện một cách tự động nhờ các phần mềm
CAD/CAM như PRO/ENGINEER, CATIA, MASTERCAM, HYPERMILL… Các phần mềm
này có thể xuất ra các tệp tin dữ liệu gia công theo ngôn ngữ APT và theo G-Code.
Mođun Pro/MANUFACTURING của phần mềm Pro/ENGINEER, một trong những
phần mềm CAD-CAM chuyên dụng và khá phổ biến hiện nay, cho phép thiết lập trình tự
nguyên công và các bước gia công, chọn dao cụ, chế độ cắt, chọn lựa các đường chạy dao phù
hợp…, đồng thời cho phép mô phỏng quá trình gia công trên máy tiện CNC ảo trên giao diện
sử dụng của nó. Sau đó môđun Pro/NC xuất ra các tệp tin dữ liệu gia công theo ngôn ngữ
APT. Các tệp tin này không thể điều khiển các thao tác trên máy tiện CNC.
Bên cạnh đó, môđun G-Post của Pro/ MANUFACTURING cũng cho phép xuất ra các
tệp tin dữ liệu gia công theo ngôn ngữ G-Code trực tiếp điều khiển các chuyển động gia công
trên máy tiện CNC. Tuy nhiên các tệp tin G-Code nói trên có nhiều đoạn chưa tương thích với
ngôn ngữ điều khiển các máy tiện CNC cụ thể, đặc biệt là phần chuẩn bị gia công, thay dao và
một số mã lệnh đặc biệt của từng máy. Người vận hành máy phải tốn nhiều thời gian, công sức
và dễ nhầm lẫn để chỉnh sửa một số đoạn chương trình trước khi chạy máy, nhất là đối với
chương trình gia công các chi tiết phức tạp. Bên cạnh đó, việc chỉnh sửa chương trình cần sự
trợ giúp của các kỹ thuật viên chuyên về lập trình gia công trên máy CNC.
Do vậy, để giải quyết triệt để các khó khăn khi lập trình gia công cho các máy tiện CNC,
cần thiết phải xây dựng một trình biên dịch từ ngôn ngữ APT sang ngôn ngữ G-Code hoàn
toàn tương thích với các máy tiện CNC hiện có. Đây cũng chính là mục tiêu nghiên cứu của
bài báo này.

2. Nguyên tắc và phương pháp xây dựng trình biên dịch
Để xây dựng phương pháp và thuật toán cho trình biên dịch, trước hết cần tiến hành
phân tích cấu trúc mã lệnh của các tập tin theo ngôn ngữ APT do Pro/NC tạo ra và của các tập
tin theo ngôn ngữ G-Code dùng để điều khiển các thao tác gia công trên máy tiện CNC T

Series Oi-S của hãng FANUC.
2.1. Cấu trúc mã lệnh APT và G-Code – Nguyên tắc biên dịch
Việc phân tích và so sánh cấu trúc của tất cả các câu lệnh APT và G-Code ISO đối với
máy tiện cho thấy về cơ bản cấu trúc các câu lệnh trong hai ngôn ngữ có các đặc điểm chung
như sau :
Với ngôn ngữ APT, câu lệnh có cấu trúc như sau:
Tên lệnh + “/” + Các tham số liên quan
Các tham số được phân biệt với nhau bằng dấu phẩy “,”.
Với ngôn ngữ G-Code, câu lệnh đơn giản hơn nhiều, nhưng cũng có những điểm tương
đồng với câu lệnh trong APT. Cấu trúc cơ bản của câu lệnh G-Code như sau:
Tên lệnh_Các tham số liên quan
Các tham số liên quan thường được đứng trước bằng một chữ cái mô tả nội dung tham
số và được phân biệt với nhau bằng các dấu cách.
Chính từ điểm chung này, bài báo đề xuất phương pháp biên dịch như sau:
 Đọc dữ liệu từ tập tin nguồn, sử dụng một mảng chuỗi kí tự để chứa từng dòng lệnh của tập
tin nguồn.
 Phân tích mỗi câu lệnh APT thành hai thành phần: “tên lệnh” và “tham số” của câu lệnh.
 Thay thế “tên lệnh” APT bằng “tên lệnh” tương ứng của G-Code, đồng thời dựa trên các
tham số của câu lệnh APT, chuyển đổi, bổ sung, chọn lọc hay tính toán lại các tham số sao
cho phù hợp với câu lệnh G-Code nhưng vẫn không làm thay đổi nội dung và ý nghĩa của
câu lệnh đó.
2.2. Biên dịch câu lệnh từ APT sang G-Code cho máy tiện FANUC
Để minh họa, phần này giới thiệu phương pháp biên dịch một vài câu lệnh từ ngôn ngữ
APT sang ngôn ngữ G-Code.
o Lệnh thay dao (sử dụng khi tiện trên máy tiện, khi gia công lỗ trên máy tiện hay trung
tâm tiện/phay)
 APT: Việc thay dao trong ngôn ngữ APT được mô tả bằng lệnh:
TURRET / n, XAXIS, x, ZAXIS, z, OSETNO, o
Trong đó: TURRET : tên lệnh, mô tả việc thay dao; n: số hiệu dao; XAXIS: mô tả chiều
dài dao theo trục X; x: chiều dài trục dao theo trục X, tham số tùy chọn (được mô tả bằng

tham số GAUGE_X_LENGTH khi thiết lập các tham số của dao); ZAXIS: mô tả chiều dài
dao theo trục Z; z: chiều dài trục dao theo trục Z, tham số tùy chọn (được mô tả bằng tham số
GAUGE_Z_LENGTH khi thiết lập các tham số của dao); OSETNO: mô tả độ hiệu chỉnh
dụng cụ; o : số hiệu độ hiệu chỉnh dụng cụ.
 G-Code : Việc chọn dụng cụ trong ngôn ngữ G-Code theo cú pháp của máy tiện
FANUC được mô tả bằng lệnh:
Tvar1var2
Trong đó : T: tên lệnh, mô tả việc chọn dụng cụ; var1: số hiệu dụng cụ; var2: số hiệu
độ hiệu chỉnh dụng cụ.
Với câu lệnh đơn giản như trên, chỉ cần thay thế tên lệnh TURRET trong APT bằng tên
lên T trong G-Code, đọc, chọn lọc các tham số của câu lệnh APT và gán vào câu lệnh tương
ứng trong ngôn ngữ G-Code.
Câu lệnh APT :
TURRET / 1, XAXIS, 10.00000, ZAXIS, 10.00000, OSETNO, 2
SPINDL / RPM, 800.000000, CLW
COOLNT / ON
Câu lệnh G-Code (theo cú pháp của máy tiện Fanuc)
N3 T0102 G97
N4 G96 S800 M3
N5 M7
Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, một câu lệnh APT lại được mô tả bởi một tập hợp
các câu lệnh G-Code hoặc một tập hợp các câu lệnh APT được mô tả bằng một câu lệnh hay
một tập hợp các câu lệnh G-Code. Ví dụ lệnh chạy dao nhanh, lệnh tiện ren…, trong các
trường hợp này việc biên dịch phức tạp hơn nhiều.
o Lệnh tiện ren
 APT: Lệnh tiện ren một đầu mối, thực hiện ăn dao một hay nhiều lần khi cắt, được thể
hiện trong APT bằng tập hợp các lệnh sau:
OP / THREAD, TURN, DEPTH, totdepth, TPI, thread_feed, CUTS, c, FINCUT, n,
CUTANG, a
GOTO Xvarx1 Y vary1 Zvarz1

GOTO Xvarx2 Y vayx2 Zvarz3
OP / THREAD, NOMORE
Trong đó: OP: tên lệnh, mô tả tiện ren; THREAD: mô tả tiện ren; DEPTH: mô tả chiều
cao ren; totdepth : chiều cao ren; TPI /MMPR/IPR: mô tả đơn vị bước ren (TPI : số ren trên
một inch, MMRP : mm/vòng, IPR: inch/vòng); CUTS: mô tả số lần cắt để đạt được chiều cao
ren; c: số lần cắt; CUTANG: mô tả góc đặt dụng cụ cắt; a: góc đặt dụng cụ cắt so với đường
tâm trục chính; các lệnh GOTO mô tả đường bao ngoài của ren và các vị trí ban đầu và cuối
cùng của dao khi cắt ren; OP / THREAD, NOMORE : lệnh kết thúc tiện ren.
 G-Code: Lệnh tiện ren trụ hay nón một đầu mối, bước không đổi theo cú pháp của máy
tiện FANUC:
G32 Xvarx Yvary Zvarz Fvarf
Trong đó: G32 : tên lệnh, mô tả việc tiện ren; Xvarx, Yvary, Zvarz: mô tả tọa độ vị trí
ban đầu và vị trí cuối cùng của dao khi dao chạy dọc theo chiều dài chi tiết tiện; Fvarf : mô tả
lượng chạy tiến dao khi cắt ren [mm/vòng]. Mặc khác, cũng cần lưu ý rằng trong chương trình
G-Code bên cạnh lệnh G32, còn có các lệnh chạy dao nhanh mô tả quá trình tiến và lùi dao về
khoảng cách an toàn khi tiện, kể cả mô tả đường chạy dao cho các lần ăn dao khác nhau.
Trong trường hợp này, việc biên dịch tương đối phức tạp. Trước hết cần thay thế tên
lệnh OP trong APT bằng tên lệnh G32 trong G-Code, đồng thời dựa trên các tham số của câu
lệnh APT để tính toán lượng ăn dao theo chiều cao ren cho mỗi lần cắt, số lần ăn dao, tọa độ
các vị trí đến của dao cho nhiều lần ăn dao…, sau đó tiến hành biên dịch thành các lệnh chạy
dao nhanh tương ứng trong G-Code để mô tả đường chạy dao khi tiện ren.
Nhóm lệnh APT mô tả tiện ren trên máy tiện:
RAPID
GOTO / 60.0000000000, 0.0000000000, 93.000000000
FEDRAT / 4.000000, MMPM
OP / THREAD , TURN, DEPTH, 2.453720, MMPR, 4.000000, CUTS, 2, FINCUT, 1,$
CUTANG, 180.000000
GOTO / 30.0000000000, 0.0000000000, 93.0000000000
GOTO / 30.0000000000, 0.0000000000, 18.5000000000
OP / THREAD, NOMORE

Nhóm lệnh tương ứng trong G-Code :
G0 X57.546 Z93
G32 X57.546 Z18.5 F4
G0 X120 Z18.5
G0 X120 Z93
G0 X55.092 Z93
G32 X55.092 Z18.5 F4
G0 X120 Z18.5
N9 G0 X120 Z93
Ngoài ra, trong khi biên dịch chương trình, còn phải bổ sung một số câu lệnh khởi tạo
ban đầu khi gia công như về điểm chuẩn trước khi thay dao…, các câu lệnh dừng trục chính,
lùi dao về điểm chuẩn của máy, dừng chương trình… Việc khởi tạo kích thước phôi ban đầu
khi gia công cho máy tiện cũng được giải quyết.

3. Kết quả và bình luận
Trên cơ sở nguyên tắc và phương pháp biên dịch nêu trên, chúng tôi tiến hành biên dịch
tất cả các câu lệnh của APT sang các câu lệnh của ngôn ngữ G-Code, xây dựng môđun
Turning Machine cho trình biên dịch CNC/CMM-Translater. Trình biên dịch nói trên được
viết trên ngôn ngữ Visual Basic. Tập tin dữ liệu nguồn APT có định dạng là *.ncl và tập tin
đích theo ngôn ngữ G-Code có định dạng file text (*.txt).
Hình 1, hình 2, hình 3 trình bày một phần giao diện của mođun Turning Machine của
trình biên dịch CNC/CMM-Translater và tệp tin đã được biên dịch thành ngôn ngữ G-Code.

Để kiểm nghiệm chương
trình biên dịch, chúng tôi tiến hành
thiết kế hàng loạt các chi tiết trên
Pro/ENGINEER, biên dịch chương
trình gia công từ ngôn ngữ APT
của môđun
Pro/MANUFACTURING sang
ngôn ngữ G-Code bằng môđun
Turning Machine và tiến hành gia
công thử nghiệm trên máy tiện
CNC FANUC T Series Oi-S của
phòng thí nghiệm Sản xuất tự động
CRePA, chương trình đào tạo Kỹ
sư Chất lượng cao PFIEV. Các kết
quả thử nghiệm đã khẳng định tính
chính xác của phần mềm biên
dịch. Người vận hành máy không phải chỉnh sửa một câu lệnh nào trong chương trình gia công
theo G-Code đã được biên dịch, ngoài việc định điểm chuẩn cho máy.
Hình 4 giới thiệu một vài chi tiết được gia công thử nghiệm trên máy tiện CNC
FANUC T Series Oi-S.

4. Kết luận
Môđun Turning Machine của phần mềm CNC/CMM-Translater dùng để biên dịch các
tệp tin dữ liệu gia công APT do phần mềm Pro/ENGINEER tạo ra. Các tệp tin dữ liệu G-Code
đã được biên dịch điều khiển chính xác các thao tác gia công trên máy tiện FANUC sau khi
định điểm chuẩn cho máy. Hoàn toàn không có một lỗi biên dịch nào và người vận hành
không cần phải chỉnh sửa chương trình gia công trước khi chạy máy.
Hình 1. Giao diện mođun Turning
Machine của CNC/CMM-
TRANSLATER
Hình 2. Giao diện mođun Turning
Machine và chương trình đã biên
dịch sang ngôn ngữ G-Code
Hình 3. Khởi tạo kích thước phôi tiện















Môđun Turning Machine góp phần giải quyết các khó khăn khi soạn thảo chương trình
gia công chi tiết, nhất là đối với các chi tiết có hình dạng phức tạp có chương trình gia công

quá dài. Có thể hiệu chỉnh môđun Turning Machine để biên dịch các chương trình gia công do
Pro/MANUFACTURING xuất ra cho tất cả các loại máy tiện CNC hiện đang được sử dụng
trong nước.


TÀI LIỆU THAM KHẢO


[1] Pro/ENGINEER Wildfire Tutorials on Pro/ENGINEER Software.
[2] Visual Basic Tutorials on Visual Basic Software.
[3] Trịnh Thành Nhân - Hướng dẫn thực hành và tự học Pro/ENGINEER căn bản và nâng
cao - Nhà xuất bản Thống kê thành phố Hồ Chí Minh 2004.
[4] FANUC Series Oi-TB, Operator’s Manual, ACE Designers Ltd.
[5] Lê Cung – Nguyễn Đình Sơn - Phương pháp xây dựng trình biên dịch các files dữ liệu
đo DMIS của môđun PRO/CMM trên PRO/ENGINEER sang các files ngôn ngữ
GEOPAK-WIN - Tạp chí Khoa học và Công nghệ 6 trường Đại học, số 55/2006, Hà
Nội 2006.
Hình 4. Một vài chi tiết gia công thử nghiệm trên máy tiện FANUC