Nghiên cứu mô phỏng quá trình gia công trên máy NC CNC để phát hiện và ngăn chặn va chạm

iv
TịMăTTăLUNăVĔN

Lun văn nghiên cu mô phỏng quá trình gia công trên máy NC/CNC để phát
hin và ngăn nga va chm.
Lun văn nghiên cu xây dựng phn mềm kiểm tra chương trình NC, để kiểm
tra va chm, tránh được nhng sự cố đáng tiếc có thể xy trong quá trình gia công
thực tế trên máy CNC, đáp ng được nhu cu của xã hi trong lƿnh vực sn xut, va
còn đáp ng được nhu cu thực tp của sinh viên trong nhà trưng.
Phn mềm ng dụng cho trưng hợp phay CNC 3 trục, dùng phôi dng hình
hp, dụng cụ ct là các loi dao phay ngón, vi các trang thiết bị công ngh thông
dụng.
Phn mềm được xây dựng bằng lp trình matlab vi giao din gm các
khối mô đun về máy phay, dụng cụ ct, đu kp dao, phôi, đ gá, kiểm tra và
hiển thị kết qu.
Kết qu xây dựng, th nghim, kiểm tra phn mềm đt được các yêu cu đt
ra trong phm vi gii hn đề tài của lun văn.

v
ABSTRACT
Thesis research process simulation machining on NC / CNC to detect and
prevent collisions
Thesis research build software test NC programs to test and avoid
unfortunate incidents can happen during the actual processing on CNC machines
meet the needs of society in productive capacity , has also met the needs of the
students practice in schools .
Application software for CNC Milling case, use the box workpieces , cutting
tools are machetes fingers type , with equipment commonly used technology .
Built by Matlab software, the software interface consists of modular blocks
on model machine, toolsize, toolholders, workpiece, workpiceholder, test and
display the results.
Build results, testing, software testing to achieve the requirements set forth in
the limited scope of the thesis topic.

vi
MCăLC

Lý lịch khoa học i
Li cam đoan ii
Li cm ơn iii
Tóm tt lun văn iv
Abstract v
Mục lục vi
Danh sách các hình ix
Danh sách các bng xii
Chng 1 M ĐU 1
1.1 Đt vn đề 1
1.2 Tính cp thiết của đề tài 2
1.3 Ý nghƿa khoa học và thực tiển của đề tài 2
1.4 Mục tiêu nghiên cu của đề tài 3
1.5 Đối tượng và phm vi nghiên cu 3
1.5.1 Đối tượng nghiên cu 3
1.5.2 Phm vi nghiên cu của đề tài 3
1.6 Phương pháp nghiên cu 4
1.7 Kết cu của lun văn tốt nghip 4
Chng 2 TNG QUAN 5
2.1 Tng quan chung về lƿnh vực nghiên cu 5
2.1.1 Gii thiu sơ lược về máy NC/CNC 5
2.1.2 Nhng đc điểm cơ bn của máy CNC 5
2.1.3 Định nghƿa va chm 6
2.1.4 Phân loi va chm 6
2.1.5 nh hưng của sự va chm trên máy CNC 6
2.1.6 Mt số phn mềm mô phỏng tránh va chm hin nay 7
2.2 Các kết qu nghiên cu trong và ngoài nưc đã công bố 8

vii
2.2.1 Trong nưc 8
2.2.2 Ngoài nưc 8
2.2.3. Kết lun 11
Chng 3 C S LÝ THUYT 12
3.1. Gii thiu sơ lược về G-M code 12
3.2 Cu trúc của mt chương trình NC 13
3.2.1 Ký hiu (%) 14
3.2.2 Tên chương trình 14
3.2.3 Th tự khối lnh 14
3.2.4 Địa chỉ lnh 14
3.2.5 Lnh 15
3.2.6 Nhóm lnh thực hin chc năng chuẩn bị 15
3.2.7 Nhóm lnh thực hin chc năng định vị trí và hình học 16
3.2.8 Nhóm lnh thực hin chc năng công ngh: S, F, T 16
3.2.9 Nhóm lnh thực hin chc năng phụ 19
3.2.10 Khối Lnh 19
3.3 Li trong chương trình NC 20
3.3.1.Định nghƿa và phân loi li 20
3.3.2 Li chương trình NC 22
3.3.3 Li khi gia công 38
Chng 4 Ý TNG VÀ GII PHÁP 45
4.1 Ý tưng 45
4.2 Phương án thiết kế 45
4.2.1 Phương án 1 45
4.2.2 Phương án 3 46
4.2.3 Lựa chọn phương án 46
4.3 Gii pháp xây dựng phn mềm 46
4.3.1 Dùng ngôn ng lp trình C++ 46

4.3.2 Dùng lp trình matlab 47

viii
4.3.3 Lựa chọn gii pháp 47
4.4 Kết lun 47
Chng 5 XÂY DNG PHN MM 48
5.1 Xây dựng phn mềm 48
5.1.1 Chc năng và nhim vụ của phn mềm 48
5.1.2 Các mô đun của phn mềm 48
5.2 Lưu đ gii chung của phn mềm kiểm tra va chm 49
5.3 Lưu đ gii thut mô đun xác định li gia công 53
5.4 Lưu đ gii thut mô đun xác định li dao va chm đ gá 53
5.5. Xây dựng phn mềm kết qu đt được 54
5.5.1 Giao din của phn mềm 54
5.5.2. Chc năng các khối mô đun trong giao din phn mềm 55
Chng 6 TH NGHIM-ĐÁNHăGIÁ 60
6.1. Th nghim kiểm tra 60
6.1.1 Bn vẽ chi tiết gia công phay CNC 60
6.1.2 Dùng phn mềm kiểm tra tránh va chm 61
6.2 Đánh giá kết qu th nghim kiểm tra 67
6.3. Mô phỏng kiểm tra đu kp dao va chm chi tiết gia công 70
6.4 Đánh giá kết qu th nghim kiểm tra 71
KT LUN VÀ HNG PHÁT TRIN 73
1 Kết Lun 73
1.1 Nhng vn đề đã làm được 73
1.2 Vn đề còn tn ti 73
2 Hưng phát triển cho tương lai 73
TÀI LIU THAM KHO 75
PH LC 77

ix
DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Tỉ l % của sự va chm trong các sự cố gia công trên máy NC/CNC[10]. 7
Hình 2.2: Mt phẳng quét trong nhn dng va chm vi phôi
trên máy CNC 5
trục[11] 8
Hình 2.3: Va chm gia đu máy phay vi cu kết cu máy và phôi[12]. 9
Hình 2.4: Trng thái của h thống máy va chm theo hưng trục và hưng kính[13] . 9
Hình 2.5: Kiểm tra về sự va chm dụng cụ trên máy Tin[14] 10
Hình 2.6: Kiểm tra va chm gia vòi m trà vi dụng cụ ct[15] 11
Hình 3.1: Sơ đ li trong mt chương trình NC 21
Hình 3.2: Hình biểu thị li ký hiu m đu hoc kết thúc chương trình % 23
Hình 3.3: Hình biểu thị li tên chương trình O 24
Hình 3.4: Hình biểu thị li th tự khối lnh 26
Hình 3.5: Hình biểu thị li nhóm lnh thực hin chc năng chuẩn bị G 27
Hình 3.6: Hình biểu thị li ký hiu ch cái X,Y,Z 29
Hình 3.7: Hình biểu thị li hành trình bàn máy theo trục X 30
Hình 3.8: Hình biểu thị li hành trình bàn máy theo trục Y 31
Hình 3.9: Hình biểu thị li hành trình bàn máy theo trục Z 32
Hình 3.10: Hình biểu thị li lnh về tốc đ vòng S 33
Hình 3.11: Hình biểu thị li lnh về tốc đ chy dao 34
Hình 3.12: Hình biểu thị li lnh về dụng cụ ct T 36
Hình 3.13: Hình biểu thị li nhóm lnh thực hin chc năng phụ M 37
Hình 3.14: Li 01- dụng cụ ct va chm vi chi tiết gia công 38
Hình 3.15: Chi tiết gia công 38
Hình 3.16: Hình biểu thị li 0001- dụng cụ ct va chm vi chi tiết gia công 39
Hình 3.17: Li dụng cụ ct va chm vi hàm đ gá 40
Hình 3.18: Hình biểu li dụng cụ ct va chm vi hàm đ gá 41

Hình 3.19: Li 03-dụng cụ ct va chm thân đ gá 41
Hình 3.20:Hình biểu thị li 0003- dụng cụ ct va chm vi thân đ gá 42

x
Hình 3.21: Li đu kp dao va chm vi chi tiết 43
Hình 3.22: Hình biểu thị li 0004-đu kp dao va chm vi chi tiết 44
Hình 4.1: Hình giao din của phn mềm được thiết kế 54
Hình 4.2: Hình giao din của mô đun model machine 55
Hình 4.3: Hình giao din của mô đun tool size 56
Hình 4.4: Hình giao din của mô đun tool holder 56
Hình 4.5: Hình giao din của mô đun workpiece 57
Hình 4.6: Hình giao din của mô đun workpice holder 58
Hình 4.7: Hình giao din của mô đun open 58
Hình 4.8: Hình giao din của mô đun test 59
Hình 4.9: Hình giao din của mô đun exit 59
Hình 6.1: Bn vẽ chi tiết gia công phay CNC cn kiểm tra 60
Hình 6.2: M file, chọn máy, nhp kích thưc dao phay, kích thưc đu kp dao,
kích thưc phôi, kích thưc đ gá. 61
Hình 6.3: Kết qu kiểm tra dụng cụ ct va chm chi tiết 62
Hình 6.4: Hình biểu thị li 0001 - dụng cụ ct va chm chi tiết 62
Hình 6.5: Hình thông báo dòng lnh bị li dụng cụ ct va chm vi chi tiết 63
Hình 6.6: Thay đi kích thưc của đ gá kp chi tiết 63
Hình 6.7: Kết qu kiểm tra dụng cụ ct va chm đ gá 63
Hình 6.8: Hình biểu thị li 0002 - dụng cụ ct va chm đ gá 64
Hình 6.9: Hình thông báo dòng lnh bị li dụng cụ ct va chm vi hàm đ gá 64
Hình 6.10: Thay đi kích thưc phôi, kích thưc đ gá kp chi tiết và kích thưc
dao T2 64
Hình 6.11: Kết qu kiểm tra đu kp dao va chm chi tiết 65
Hình 6.12: Hình biểu thị li 0004 - đu kp dao va chm chi tiết 65
Hình 6.13: Hình thông báo dòng lnh bị li đu kp dao va chm vi chi tiết 66

Hình 6.14: Hình thay đi kích thưc phôi và kích thưc dao T2, T3 66
Hình 6.15: Kết qu kiểm tra dụng cụ ct va chm thân đ gá 66
Hình 6.16: Hình biểu thị li 0003 - dụng cụ ct va chm thân đ gá 67

xi
Hình 6.17: Hình thông báo dòng lnh bị li dụng cụ ct va chm đ gá 67
Hình 6.18: Bn vẽ chi tiết gia công phay CNC cn kiểm tra 68
Hình 6.19: M file, chọn máy, nhp kích thưc dao phay, kích thưc đu kp dao,
kích thưc phôi, kích thưc đ gá. 69
Hình 6.20: Kết qu kiểm tra đu kp dao va chm chi tiết 70
Hình 6.21: Hình biểu thị li 0004 - đu kp dao va chm chi tiết 70
Hình 6.22: Hình thông báo dòng lnh bị li đu kp dao va chm vi chi tiết 71
Hình 6.23: Kết qu kiểm tra đu kp dao va chm chi tiết 71
Hình 6.24: Hình mô phỏng đu kp dao va chm chi tiết 72


xii
DANHăSÁCHăCÁCăBNG

Bng 3.1: Bng tốc đ ct V (m/phút) ng vi vt liu phôi và vt liu dụng cụ ct 17
Bng 3.2: Bng lượng chy dao vòng (mm/vòng) ng vi vt liu dao phay và vt
liu phôi 18
Bng 3.3: Bng lượng chy dao vòng S
v
(mm/vòng), lượng chy dao phút S
f

(mm/phút), lượng chy dao răng S
z
(mm/răng) ng vi đưng kính dao

phay D, số răng dao phay z và tốc đ ct V. 18





1
Chngă1
M ĐU
1.1 Đặt vnăđ
Trong nhng năm gn đây, sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thut
đã thúc đẩy các ngành công nghip sn xut tự đng phát triển theo. Trong lƿnh vực
cơ khí chế to, sự ra đi của máy công cụ điều khiển bằng chương trình số vi sự
trợ giúp của máy tính, gọi tt là máy CNC, đã đưa ngành cơ khí chế to sang mt
thi kỳ mi, thi kỳ sn xut hin đi.
Hu hết các khu công nghip  nưc ta hin nay ít nhiều đều được bố trí các
máy công cụ CNC để phục vụ sn xut, bao gm các loi máy Phay, Tin, Bào,
Mài, Khoan có số trục điều khiển 2, 3, 4, 5.
Đng thi trong các trưng học kỹ thut cũng được trang bị các máy
NC/CNC để phục vụ cho nhu cu học tp của học sinh.
Do tiến b của khoa học ậ công ngh, các trang thiết bị dùng cho quá trình
gia công ct gọt ngày càng hin đi, trong đó máy NC/CNC đóng vai trò chủ đo đã
thay thế phn ln kh năng gia công của con ngưi bằng lp trình gia công tự đng
thông qua các phn mềm đ họa phục vụ trong lƿnh vực thiết kế 3 chiều, mô phỏng
chuyển đng, h trợ lp trình gia công trên máy công cụ NC/CNC ln lượt được
gii thiu  các nưc phát triển như: Mastercam, Solid Work, Cimatron, Catia,
Pro/Engineer, Unigrafic Các phn mềm tin ích này cũng đã có mt  Vit Nam.
Đây là nhng phn mềm rt mnh, cho phép chúng ta nhanh chóng thiết lp được
các bn vẽ 2D, 3D của chi tiết máy và cho phép tự đng chuyển mã chương trình
gia công trên máy công cụ CNC. Trong đó có tính năng phát hin các li sai xót khi

lp trình hay các li sẽ va chm trong quá trình gia công thực gây ra đó là nhng li
có thể làm hỏng mt phn, thit hi đ gá, hoc gãy vỡ dụng cụ ct. Vì là trang thiết
bị hin đi nên chế đ công ngh của máy rt cao dẫn đến năng sut gia công rt
cao, đng thi vốn đu tư cho sn xut ngày càng tăng. Vi chế đ công ngh rt
cao trên vì mt lý do nào đó chẳng hn như lp trình sai, các loi dụng cụ gá đt
không chuẩn, không hợp lý, sẽ gây ra sự va chm trong quá trình gia công trên máy

2
làm hư hỏng trang thiết bị và dụng cụ khi đó sẽ không khai thác hết kh năng của
thiết bị, gây lãng phí ln và hiu qu thu được sẽ không bù đủ cho chi phí sn xut,
đc bit là chi phí khu hao thiết bị
Để gim thiếu tối đa nhng rủi ro do va chm có thể xy ra trong sn xut,
cùng vi vic đáp ng nhu cu thực tp CNC của sinh viên trong các trưng kỹ
thut. Thì vic "Nghiên cu mô phỏng quá trình gia công trên máy NC/CNC để
ngăn nga và phát hin va chm" là vn đề được đt ra cn gii quyết và có tính ng
dụng cao. Đó cũng chính là lý do lựa chọn và cn nghiên cu của đề tài.
1.2 Tính cp thit caăđ tài
Trong sn xut: gia công cơ khí trên máy NC/ CNC ngày càng ph biến và
đem li nhng lợi ích rt ln về mt kỹ thut lẫn kinh tế. Tuy nhiên hu hết các máy
móc, thiết bị này điều hin đi và đt tiền, do đó nếu xy ra sự cố va chm trong quá
trình gia công thì chi phí sa cha khc phục sẽ rt ln. Để gim thiếu tối đa nhng
rủi ro trong sn xut thì vic s dụng mt phn mềm để mô phỏng ngăn nga và
tránh va chm khi gia công trên máy NC/CNC là rt cn thiết.
Trong ging dy: Do thiết bị máy CNC rt đt tiền nên các trưng kỹ thut
trang bị rt ít, số lượng sinh viên học tp đông, nhu cu thực tp nhiều không thể
đáp ng được. Phn mềm này có thể giúp sinh viên trong môn học thực tp
CAD/CAM/CNC và kiểm tra tránh va chm trưc khi thực tp trên máy CNC tht
cũng rt là cn thiết.
1.3 Ý nghĩaăkhoaăhc và thc tin caăđ tài
Về mt khoa học, đề tài phù hợp vi xu thế phát triển khoa học và công

ngh. Xây dựng được phn mềm mô phỏng thể hin được quan h gia các trang
thiết bị công ngh, đ gá đt, dụng cụ ct vi nhng lp trình tính toán mô phỏng
mà qua đó kết qu nghiên cu sẽ là cơ s khoa học cho vic nghiên cu phát hin ra
các li va chm gây ra sự cố cho toàn máy NC/CNC mà có bin pháp ngăn nga và
x lý hiu qu nht.
Về mt thực tin, áp dụng kết qu nghiên cu vào quá trình gia công thực tế
sẽ không xy ra sự cố va chm trên toàn máy NC/CNC, gim chi phí sa cha hay

3
mua sm trang thiết bị máy móc, tăng năng sut lao đng và gim giá thành sn
phẩm, qua đó nâng cao tính cnh tranh trên thị trưng nên có tính ng dụng cao rt
phù hợp trong sn xut. Đng thi, đề tài còn đáp ng được mục tiêu đào to của
sinh viên trong các trưng kỹ thut vì máy NC/CNC trang thiết bị hin đi đt tiền
nên số lượng có hn, nhu cu thực tp CNC của sinh viên nhiều rt d xy ra nhng
sự cố va chm. Phn mềm sẽ giúp sinh viên tránh được các sự cố va chm đáng tiếc
xy ra khi thực tp trên máy NC/CNC.
1.4 Mc tiêu nghiên cu caăđ tài
- Nghiên cu quá trình thực hin các chương trình gia công chi tiết phay trên
máy NC/CNC để phát hin và ngăn nga va chm.
- Nghiên cu xác định các nguyên nhân gây ra sự cố va chm trên máy phay
NC/CNC về phương din lp trình.
- Nghiên cu xây dựng phn mềm kiểm tra các li va chm trong quá trình gia
công phay thực tế trên máy NC/CNC.
1.5 Điătng và phm vi nghiên cu
1.5.1 Điătng nghiên cu
 Máy phay NC/CNC và trang bị công ngh trên máy phay NC/CNC
 Tp lnh G-code (ISO 6983)
 Cách thc lp trình gia công phay trên máy NC/CNC
 Vn hành máy phay NC/CNC
1.5.2 Phm vi nghiên cu caăđ tài:

Do hn chế về thi gian và điều kin nên lun văn này gii hn nghiên cu
trong các phn sau đây:
 Phay vi chi tiết gia công dng hình hp, dụng cụ ct là dao phay ngón, vi
các trang thiết bị công ngh thông dụng trên máy phay CNC 3 trục.
 Phát hin và thông báo li va chm: dao va chm vi chi tiết, dao va chm
vi hàm đ gá, dao va chm vi thân đ gá, đu kp dao va chm vi chi tiết



4

1.6 Phngăphápănghiênăcu
 Nghiên cu lý thuyết.
 Th nghim và đánh giá kết qu.
1.7 Kt cu ca lunăvĕnătt nghip
Đề tài gm có 6 chương trong đó:
 Chng 1: M ĐU
Đt vn đề, tính cp thiết của đề tài, ý nghƿa khoa học và thực tiển của đề tài, mục
tiêu nghiên cu của đề tài, đối tượng nghiên cu, phm vi nghiên cu của đề tài,
phương pháp nghiên cu, kết cu của lun văn tốt nghip
 Chng 2: TNG QUAN
Tng quan chung về lƿnh vực nghiên cu, các kết qu nghiên cu trong và ngoài
nưc đã công bố
 Chng 3: C S LÝ THUYT
Gii thiu sơ lược về G-M Code, cu trúc của mt chương trình NC, li trong
chương trình NC
 Chng 4: Ý TNG VÀ GII PHÁP
Ý tưng, phương án thiết kế, gii pháp xây dựng phn mềm, kết lun
 Chng 5: XÂY DNG PHN MM VÀ TH NGHIM
Xây dựng phn mềm, lưu đ gii chung của phn mềm kiểm tra va chm, lưu đ

gii thut mô đun xác định li gia công, lưu đ gii thut mô đun xác định li dao
va chm đ gá, xây dựng phn mềm kết qu đt được
Chngă6: TH NGHIM-ĐÁNHăGIÁ
Th nghim kiểm tra, đánh giá kết qu th nghim kiểm tra.
 KT LUN VÀ HNG PHÁT TRIN
Kết Lun, hưng phát triển cho tương lai.



5
Chngă2
TNG QUAN

2.1 Tngăquanăchungăvălĩnhăvcănghiênăcu
2.1.1 Giiăthiuăs lcăvămáy NC/CNC
Máy công cụ điều khiển bằng chương trình số ậ viết tt là máy NC
(NUMERICAL CONTROL) là máy tự đng điều khiển (vài hot đng hoc toàn b
hot đng), trong đó các hành đng điều khiển được sn sinh trên cơ s cung cp
các d liu  dng: LNH. Các LNH hợp thành chương trình làm viêc. Chương
trình làm vic này được ghi lên mt cơ cu mang chương trình dưi dng Mã Số.
Cơ cu mang chương trình có thể là ĐƾA T, TH RN, hoc chính B NH
MÁY TÍNH.
Máy CNC có thể gia công ra nhng chi tiết phc tp theo yêu cu của công
ngh hin đi.  đó có sự phát triển nhanh chóng vi nhng tiến b trong máy tính,
ta có thể thy được CNC dưi dng máy tin, máy phay, máy ct laze, máy ct tia
nưc có ht mài và nhiều máy công cụ công nghip khác [1].
2.1.2 NhngăđặcăđimăcăbnăcaămáyăCNC
Kh năng tự đng hoá cao
Năng sut gia công cao, thi gian phụ (thay dao, chy không, ầ) gim.
Kh năng đt đ chính xác cao, tính n định cao.

Có kh năng tp trung nguyên công cao, kh năng gia công nhiều bề mt
trong cùng mt ln gá.
So vi máy điều khiển tự đng theo chương trình cng ( cam, c hành
trình, trục gài biầ) máy CNC có tính linh hot cao trong vic lp trình, tiết kim
được thi gian điều chỉnh máy đt được tính chính xác cao ngay c vi sn xut
hàng lot nhỏ.
Mt ưu điểm ni bc khác chỉ có trong máy CNC đó là phương thc làm vic
vi h thống x lý thông tin ắđin t ậ số hóa‖. Phương thc này cho phép nối ghép
vi h thống x lý số trong phm vi qun lý xí nghip. Đng thi cũng to điều kin