iii
LI CM N
Sau gn hn sáu tháng thc hin lun văn ắCông ngh lp trình gia công trên
máy CNC nhiều trc sử dng ngôn ng lp trình bc cao APT” đn nay đƣ hoƠn thƠnh.
Ngoài nhng c gng, nổ lc ca chính bn thơn, tôi đƣ nhn đc s khích l rt
nhiều từ gia đình, bn bè, quý thy cô.
Trong quá trình thc hin đề tƠi đc s giúp đ tn tình ca thy TS Đặng
Thin Ngôn, thy đƣ dƠnh nhiều thi gian, tâm huyt và nhit tình hng dn, đnh
hng, góp Ủ, đng viên, khích l tôi trong sut thi gian làm lun văn.
Tôi xin chân thành cm n quỦ thy cô Trng Đi hc S Phm Kỹ Thut
TP.HCM, đƣ nhit tình ging dy, truyền đt nhng kin thc nền tng và chuyên môn
cho tôi trong thi gian qua. Cm n quỦ thy cô khoa C Khí Máy đƣ h tr và to
điều kin thun li cho tôi trong quá trình lƠm đề tƠi đn khi hoàn thành.
Tuy nhiên vì nhiều lỦ do, đề tài không thể tránh khi nhng sai sót và hn ch.
Vì th rt mong s đóng góp Ủ kin từ quý thy cô.
Tôi xin chân thành cm n thy TS Đặng Thin Ngôn đƣ tn tình hng dn tôi
trong quá trình thc hin đề tài.
iv
TÓM TT
Công ngh lp trình gia công trên các máy điều khiển s hin nay lƠ đề tƠi đc
nhiều nhà lp trình quan tâm nghiên cu. Các nhà lp trình đƣ sử dng nhiều ngôn ng
lp trình khác nhau để lp trình cho các máy điều khiển s nh G-code, APT,ầ.
Trong đó ngôn ng lp trình bc cao APT đƣ vƠ đang đc sử dng phổ bin và có vai
trò quan trng. Lp trình gia công cho các máy CNC nhiều trc bằng các phn mềm
CAM hin đi đòi hi chi phí đu t cao vƠ vic sử dng cũng khá phc tp. Vì vy
vic nghiên cu sử dng ngôn ng lp trình bc cao APT để lp trình gia công trên
máy CNC nhiều trc cho phép gim chi phí đu t vƠ có tính vn năng. Lun văn đƣ
tp trung nghiên cu ng dng ngôn ng lp trình APT, đề xut phng pháp lun lp
trình để lâp trình gia công chi tit trên máy CNC nhiều trc (3, 4 trc). Để kiểm tra
tính đúng đn ca chng trình gia công đc lp bằng ngôn ng APT, phn mềm
CIMCO Edit đƣ đc sử dng để dch mã nguồn APT sang G-code và kiểm tra gia
công thc t trên máy CNC. Kt qu gia công hoàn ho cho thy vic ng dng ngôn
ng APT để lp trình gia công trên máy CNC nhiều trc là kh thi.
v
ABSTRACT
Programming technology machining on numerically controlled machines are
now the subject of much research interest programming. The developers have used
many different programming languages to program the numerical control machine G-
code, APT, etc. In high-level programming language that APT has been widely used
and plays an important role. Processing for programming multi-axis CNC machines
with modern CAM software requires high investment costs and the use of quite
complex. So the researchers used high-level programming language APT
programming for machining on multi-axis CNC machine for reducing investment costs
and universal. This thesis has focused on applied research APT programming
language, programming methodology proposed for programming CNC machine detail
on many axis (3, 4). To check the correctness of the program shall be set out in the
APT language, CIMCO Edit software was used to translate the source code APT to G-
code and check the actual processing on CNC machines. Perfect processing results
show that the application of the APT language for programming on CNC multiple axes
is feasible.
vi
MC LC
TRANG
Trang ta
Quyt đnh giao đề tƠi
LỦ lch khoa hc i
Li cam đoan ii
Li cm n iii
Tóm tt v
Mc lc vi
Danh sách các hình x
Danh sách các bng xv
Lụ LCH KHOA HC i
LI CAM ĐOAN ii
DANH MC CÁC HỊNH x
DANH MC CÁC BNG xv
Chng 1. TNG QUAN 1
1.1 Tình hình nghiên cu trong nc vƠ ngoƠi nc 2
1.1.1 Nghiên cu ngoƠi nc 2
1.1.2 Nghiên cu trong nc 4
1.2 Tính cp thit ca đề tƠi 5
1.3 Mc tiêu vƠ đi tng nghiên cu 6
1.3.1 Mc tiêu 6
1.3.2 Đi tng nghiên cu 6
1.4 Nhim v ca đề tƠi vƠ phm vi nghiên cu 6
1.4.1 Nhim v nghiên cu 6
1.4.2 Phm vi nghiên cu 7
1.5 Phng pháp nghiên cu 7
Chng II. C S Lụ THUYT 8
2.1 Đnh nghƿa hình hc cho ngôn ng lp trình APT 9
2.1.1 Đnh nghƿa điểm 9
2.1.2 Đnh nghƿa đng thẳng 16
vii
2.1.3 Đnh nghƿa đng tròn 24
2.1.4 Đnh nghƿa mặt phẳng 33
2.1.5 Các dng đng CONIC 41
2.2 Thit lp đng chy dao cho ngôn ng lp trình APT 45
2.2.1 Lp trình vi đng chy dao point to point 45
2.2.2 Các bề mặt kiểm soát 47
2.2.3 Nhng thay đổi vi bề mặt Check 49
2.2.4 Lnh START - UP 50
2.2.5 Lp trình vi đng chy dao CONTINOUS ậ PATH 53
2.2.6 Lnh thit đặt dung sai 57
2.3 Cơu lnh hu xử lỦ (postprocessor) cho ngôn ng lp trình APT 59
2.3.1 Các thit lp hu xử lỦ 59
2.3.2 Các cơu lnh bổ tr 63
2.4 H thng xử lỦ chng trình nguồn APT 65
2.4.1 B xử lỦ APT 65
2.4.2 Tin trình xử lỦ chng trình nguồn APT 68
Chng III. CỌNG NGH LP TRỊNH PHAY CNC BA TRC S DNG NGỌN
NG LP TRỊNH BC CAO APT 73
3.1 Thit k chi tit 73
3.2 Lp bng quy trình công ngh 74
3.3.1 Phơn tích chi tit 75
3.3.2 Đặc điểm xơy dng bề mặt 75
3.3.3 Tin hƠnh lp trình gia công APT trên máy ba trc 75
3.3.3.1 Các lnh mô t hình hc thng sử dng 77
3.3.3.2 Các lnh thit lp đng chy dao thng sử dng 81
3.3.3.3 Các lnh hu xử lỦ thng sử dng 82
3.3.3.4 Ví d 83
3.4 Kiểm tra chng trình 86
3.5 Dch sang G-code 86
3.6 Gia công 87
3.7 Đo lng vƠ kiểm tra 87
viii
3.8 Áp dng công ngh lp trình phay CNC ba trc sử dng APT vƠo gia công
chi tit logo SPKT 1 88
3.8.1 Thit k chi tit logo SPKT 1 89
3.8.2 Lp bng quy trình công ngh gia công chi tit logo SPKT 1. 91
3.8.3 Lp trình gia công lo go SPKT 1 sử dng APT. 94
3.8.4 Kiểm tra chng trình APT 122
3.8.5 Dch sang G-code 123
3.8.6 Gia công logo SPKT1 124
3.8.6.1 Giai đon chuẩn b 124
3.6.6.2 Tin hành gia công logo SPKT1 127
3.8.6.3 Sau khi gia công xong 128
3.8.7 Đo lng vƠ kiểm tra 129
Chng IV. CỌNG NGH LP TRỊNH PHAY CNC BN TRC S DNG
NGỌN NG LP TRỊNH BC CAO APT 135
4.1 Thit k chi tit 135
4.2 Lp bng quy trình công ngh 136
4.3 Lp trình theo APT trên máy bn trc 136
4.3.1 Phơn tích chi tit 136
4.3.2 Đặc điểm xơy dng bề mặt 137
4.3.2.1 Mô hình hóa đng cong 137
4.3.2.2 Mô hình hóa mặt cong 140
4.3.3 Tin hƠnh lp trình gia công 141
4.3.3.1 Các lnh mô t hình hc thng sử dng 142
4.3.3.2 Các lnh thit lp đng chy dao thng sử dng 147
4.3.3.3 Các lnh hu xử lỦ thng sử dng 148
4.3.3.4 Ví d 148
4.4 Kiểm tra chng trình APT 152
4.5 Dch sang G-code 152
4.6 Gia công 152
4.7 Đo lng vƠ kiểm tra 153
ix
4.8 Áp dng công ngh lp trình phay CNC bn trc sử dng APT vƠo lp
trình gia công chi tit logo SPKT 2 154
4.8.1 Thit k chi tit logo SPKT2 155
4.8.2 Lp bng quy trình công ngh gia công chi tit logo SPKT 2. 157
4.8.3 Lp trình gia công chi tit logo SPKT 2 da vƠo APT. 159
4.8.4 Kiểm tra chng trình APT 189
4.8.5 Dch sang G-code 189
4.8.6 Gia công chi tit logo SPKT 2 190
4.8.6.1 Giai đon chuẩn b 190
4.8.6.2 Tin hành gia công chi tit logo SPKT 1 193
4.8.6.3 Sau khi gia công xong 194
4.8.7 Đo lng vƠ kiểm tra 195
Chng V. KT LUN VĨ Đ NGH 201
5.1 Các kt qu đt đc ca đề tƠi 201
5.2 Đề ngh 201
TĨI LIU THAM KHO 203
PH LC ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.204
x
DANH MC CÁC HỊNH
TRANG
Hình 2.1: Điểm đc xác đinh bi ta đ vuông góc [9] 10
Hình 2.2: Điểm đc xác đinh bi ta đ cc [9] 10
Hình 2.3: Điểm đc xác đinh từ điểm tham chiu [9] 11
Hình 2.4: Điểm đc xác đinh theo tơm ca đng tròn [9] 11
Hình 2.5: Điểm lƠ giao ca đng tròn vƠ đng thẳng đi qua tơm [9] 12
Hình 2.6: Điểm xác đnh từ mt giá tr góc, đng tròn cho trc vƠ điểm tham chiu trên
đng tròn đó [9] 13
Hình 2.7: Điểm đc đnh nghƿa bi giao ca các đng thẳng cho trc [9] 13
Hình 2.8: Điểm đc xác đnh bi giao ca đng thẳng vƠ đng tròn [9] 14
Hình 2.9: Điểm đc xác đnh bi giao ca hai đng tròn [9] 15
Hình 2.10: Điểm đc xác đnh bi giao ca ba mặt phẳng [9] 15
Hình 2.11: Đng thẳng đc đnh nghƿa qua hai điểm [9] 16
Hình 2.12: Đng thẳng đc đnh nghƿa da trên trc ta đ vi khong offset [9] 17
Hình 2.13: Đng thẳng đc đnh nghƿa qua điểm vƠ to vi trc ta đ mt góc [9] 17
Hình 2.14: Đng thẳng đc đnh nghƿa qua điểm vƠ song song hoặc vuông góc vi mt
đng thẳng khác [9] 18
Hình 2.15: Đng thẳng đc đnh nghƿa bi chiều nghiêng hoặc góc to vi trc chính
mt đon chn trên trc [9] 19
Hình 2.16: Đng thẳng đc đnh nghƿa đng song song vƠ khong cách offset [9] 20
Hình 2.17: Đng thẳng đc đnh nghƿa đi qua mt điểm vƠ tip tuyn vi mt đng
tròn [9] 21
Hình 2.18: Hai đng thẳng L1 vƠ L2 lƠ tip tuyn ca đng tròn C1 vƠ hp vi trc X
mt góc 300 [9] 22
Hình 2.19: Đng thẳng đc đnh nghƿa lƠ tip tuyn ca đng tròn vƠ to vi đng
thẳng cho trc mt góc xác đnh [9] 23
Hình 2.20: Đng thẳng đnh nghƿa lƠ tip tuyn ca hai đng tròn [9] 24
Hình 2.21: Đng tròn đc đnh nghƿa bi tơm vƠ bán kính [9] 25
Hình 2.22: Đng tròn đc đnh nghƿa bi điểm tơm vƠ mt điểm trên chu vi [9] 25
xi
Hình 2.23: Đng tròn đc đnh nghƿa bi 2 điểm trên chu vi vƠ giá tr bán kính cho
trc [9] 26
Hình 2.24: Đng tròn đc đnh nghƿa bi điểm tơm vƠ đng thẳng tip tuyn [9] 27
Hình 2.25: Đng tròn đc đnh nghƿa bi điểm tơmvƠ đng tròn khác tip xúc [9] 27
Hình 2.26: Đng tròn đc đnh nghƿa bi 2 điểm tip tuyn giao nhau vƠ gá tr bán kính
đc xác đnh [9] 28
Hình 2.27: Đng tròn đc đnh nghƿa bi mt tip tuyn, mt điểm trên chu vi vƠ giá tr
bán kính ca nó [9] 29
Hình 2.28: Đng tròn đc đnh nghƿa khi nhơn 3 đng thẳng lƠm tip tuyn [9] 30
Hình 2.29: Đng tròn đc đnh nghƿa khi bit giá tr bán kính vƠ tip xúc vi mt
đng thẳng hay mt đng tròn khác [9] 31
Hình 2.30: Đng tròn đc đnh nghƿa bi 2 đng tròn tip xúc vƠ giá tr bán kính xác
đnh ca nó [9] 32
Hình 2.31: Đng tròn đc đnh nghƿa đi qua mt điểm, tip xúc vi mt đng tròn cho
truc vƠ có giá tr bán kính xác đnh [9] 33
Hình 2.32: Mặt phẳng đc đnh ra bi ba điểm phơn bit không thẳng hƠng [9] 33
Hình 2.33: Mặt phẳng đc to ra song song vi mặt phẳng vƠ đi qua mt điểm [9] 34
Hình 2.34: Mặt phẳng đc đnh bi các h s ca phng trình mặt phẳng [9] 36
Hình 2.35: Mặt phẳng đc đnh nghƿa khi đi qua mt điểm xác đnh vƠ song song vi
mặt phẳng khác [9] 36
Hình 2.36: Mặt phẳng đc đnh nghƿa bi khong cách vuông góc vi mặt phẳng khác
đƣ xác đnh [9] 37
Hình 2.37: Mặt phẳng đc đnh nghƿa bi tip điểm vƠ mt véc t pháp tuyn V [9] 38
Hình 2.38: Mặt phẳng đc đnh nghƿa qua 2 điểm cho trc vƠ vuông góc vi mặt phẳng
cho trc [9] 38
Hình 2.39: Mặt phẳng đc đnh nghƿa qua mt điểm cho trc vƠ vuông góc vi 2 mặt
phẳng giao nhau [9] 39
Hình 2.40: Mặt phẳng đc đnh nghƿa khi song song vi mặt phẳng to đ vƠ cách mặt
phẳng to đ mt khong cách xác đnh [9] 40
Hình 2.41: Mặt phẳng đc xác đnh qua mt điểm vƠ tip xúc vi mt hình tr [9] 41
Hình 2.42: Hình đnh nghƿa Elips [9] 42
xii
Hình 2.43: Đng cong Hypecbol [9] 43
Hình 2.44: Đng cong Parabol [9] 44
Hình 2.45: Lnh Goto [9] 46
Hình 2.46: Lnh Goldta [9] 47
Hình 2.47: Bề mặt Drive A vƠ bề mặt Check ti B [9] 48
Hình 2.48: Các bề mặt kiểm soát [9] 49
Hình 2.49: Nhng thay đổi vi bề mặt Check [9] 50
Hình 2.50: Lnh START ậUP vi ba bề mặt kiểm soát [9] 51
Hình 2.51: Lnh START ậ UP vi hai bề mặt kiểm soát [9] 52
Hình 2.52: Từ bổ nghƿa cho chuyển đng chy dao [9] 54
Hình 2.53: Từ bổ nghƿa cho v trí dao [9] 55
Hình 2.54: Hình ví d về từ bổ nghƿa cho v trí dao [9] 56
Hình 2.55: Hình mô t dung sai [9] 57
Hình 2.56: S đồ cu trúc b xử lỦ APT [9] 66
Hình 3.1: Lu đồ công ngh lp trình phay CNC ba trc da vƠo APT. 73
Hình 3.2: Cu trúc ca chng trình APT 76
Hình 3.3: Bn v ca chi tit. 79
Hình 3.4: Hình gán các thc thể hình hc cho chi tit. 79
Hình 3.5: Bn v ca chi tit gia công 83
Hình 3.6: Hình gán các thc thể hình hc 83
Hình 3.7: Bn v chi tit logo SPKT 1 88
Hình 3.8: Logo SPKT 1 đc thit k bằng phn mềm Catia V5R19. 89
Hình 3.9: Xut bn v 2D từ hình v 3D ca chi tit logo SPKT 1. 89
Hình 3.10: Hình đánh s các biên dng ca chi tit logo SPKT 1 90
Hình 3.11: Phôi gia công 90
Hình 3.12: Hình gia công phay biên dng (1) 95
Hình 3.13: Hình gia công phay biên dng (3) 97
Hình 3.14: Hình gia công phay biên dng (2) 99
Hình 3.15: Hình gia công phay biên dng (9) 103
Hình 3.16: Hình gia công phay biên dng (8) 106
Hình 3.17: Hình gia công phay biên dng (7) 109
xiii
Hình 3.18: Hình gia công phay biên dng (4) 114
Hình 3.19: Hình gia công phay biên dng (5) 118
Hình 3.20: Hình gia công phay biên dng (6) 120
Hình 3.21: Hình mô phng đng chy dao ca chng trình APT 123
Hình 3.22: Hình phn mềm CIMCO Edit 4 dch sang mƣ G-code gia công trên máy
ba trc 123
Hình 3.23: Hình máy phay 3 trc OKK MCV410 124
Hình 3.24: Hình dao phay ngón Φ20 125
Hình 3.25: Hình dao phay ngón Φ4 125
Hình 3.26: Hình dao phay ngón Φ2 125
Hình 3.27: Hình phôi thô ban đu 126
Hình 3.28: Hình phôi sau khi phá thô 126
Hình 3.29: Hình đnh v vƠ kẹp chặt trên máy phay 3 trc OKK MCV410 127
Hình 3.30: Hình load chng trình gia công trên máy phay 3 trc OKK MCV410 127
Hình 3.31: Hình nhn nút chy chng trình trên máy phay 3 trc OKK MCV410 128
Hình 3.32: Hình chi tit logo SPKT 1 sau khi gia công xong. 128
Hình 3.33: Hình thc cặp. 129
Hình 3.34: Hình máy đo đ nhám. 129
Hình 4.1: Lu đồ công ngh lp trình phay CNC bn trc da vƠo APT. 135
Hình 4.2: Đng cong B-spline đồng nht [1] 138
Hình 4.3: Phơn đon C(u) [ 1 ] 139
Hình 4.4: Đng cong NURBS [1] 139
Hình 4.5: Điều kin liên tc [1] 140
Hình 4.6: Mặt B-spline đồng nht [1] 140
Hình 4.7: Cu trúc ca chng trình APT 141
Hình 4.8: Hình v ca chi tit cn mô t hình hc. 145
Hình 4.9: Hình gán các đặc tính hình hc cho chi tit. 145
Hình 4.10: Hình bn v ca chi tit cn gia công. 149
Hình 4.11: Hình gán các đặc tính hình hc. 149
Hình 4.12: Bn v chi tit logo SPKT 2 154
Hình 4.13: Chi tit logo SPKT 2 đc thit k bằng phn mềm Catia V5R19. 155
xiv
Hình 4.14: Bn v 2D ca logo SPKT 2 đc xut ra từ mô hình 3D 155
Hình 4.15: Hình đánh s biên dng cn lp trình gia công ca logo SPKT 2 156
Hình 4.16: Phôi gia công 156
Hình 4.17: Hình gán các đặc điểm hình hc ca nguyên công phay biên dng (3) 160
Hình 4.18: Hình gán các đặc điểm hình hc ca nguyên công phay biên dng (1) 162
Hình 4.19: Hình gán các đặc điểm hình hc ca nguyên công phay biên dng (2) 167
Hình 4.20: Hình gán các đặc điểm hình hc ca nguyên công phay biên dng (6) 171
Hình 4.21: Hình gán các đặc điểm hình hc ca nguyên công phay biên dng (4) 176
Hình 4.22: Hình gán các đặc điểm hình hc ca nguyên công phay biên dng (7) 181
Hình 4.23: Hình gán các đặc điểm hình hc ca nguyên công phay biên dng (5) 186
Hình 4.24: Hình mô phng đng chy dao ca chng trình APT 189
Hình 4.25: Hình phn mềm CIMCO Edit 4 dch sang chng trình G-code gia công trên
máy bn trc 190
Hình 4.26: Hình máy phay 4 trc EnShu VMC330 191
Hình 4.27: Hình dao phay cu Φ6mm bán kính 3mm 191
Hình 4.28: Hình dao phay ngón Φ4 bán kính 1mm 192
Hình 4.29: Hình dao phay cu 2mm bán kính 1mm 192
Hình 4.30: Hình phôi thô ban đu 192
Hình 4.31: Hình phôi sau khi phá thô 193
Hình 4.32: Hình đnh v vƠ kẹp chặt trên máy phay 4 trc EnShu VMC330 193
Hình 3.33: Hình load chng trình gia công trên máy phay 4 trc EnShu VMC330 194
Hình 3.34: Hình nhn nút chy chng trình trên máy phay 4 trc EnShu VMC330 194
Hình 3.35: Hình chi tit logo SPKT 2 sau khi gia công xong 195
Hình 4.36: Hình thc cặp. 195
Hình 4.37: Hình thc Panme. 196
Hình 4.38: Hình máy đo đ nhám. 196
xv
DANH MC CÁC BNG
TRANG
Bng 2.1: H s phng trình mặt phẳng cho mt s mặt phẳng. 34
Bng 2.2: Dng thc hp l để la chn kiểu thc thể hình hc 68
Bng 2.3: Các thut ng c bn dùng trong lp trình bằng ngôn ng APT 71
Bng 3.1: Bng quy trình công ngh gia công chi tit. [2] 74
Bng 3.2: Các lnh mô t hình hc thng dùng 77
Bng 3.3: Các lnh thit lp đng chy dao thng dùng 81
Bng 3.4: Các lnh hu xử lỦ thng sử dng 82
Bng 3.5: Chng trình APT vƠ Ủ nghƿa ca các cơu lnh 84
Bng 3.6: Chng trình G-code gia công trên máy ba trc 86
Bng 3.7: Quy trình công ngh gia công chi tit logo SPKT 1 trên máy ba trc 91
Bng 3.8: Chng trình APT gia công biên dng (1) 95
Bng 3.9: Chng trình APT gia công biên dng (3) 97
Bng 3.10: Chng trình APT gia công phay biên dng (2) 99
Bng 3.11: Chng trình APT gia công biên dng (9) 103
Bng 3.12: Chng trình APT gia công phay biên dng (8) 107
Bng 3.13: Chng trình APT gia công biên dng (7) 110
Bng 3.14: Chng trình APT gia công phay biên dng (4) 114
Bng 3.15: Chng trình APT gia công biên dng (5) 118
Bng 3.16: Chng trình APT gia công biên dng (6) 121
Bng 3.17: Bng đặc tính kỹ thut ca máy OKK MCV410 124
Bng 3.18: Bng kiểm tra kt qu đo. 130
Bng 4.1: Bng quy trình công ngh gia công chi tit [3] 136
Bng 4.2: Các lnh mô t hình hc thng dùng 142
Bng 4.3: Chng trình APT mô t hình dánh hình hc ca chi tit. 146
Bng 4.4: Các lnh thit lp đng chy dao thng dùng 147
Bng 4.5: Các lnh hu xử lỦ thng sử dng 148
Bng 4.6: Chng trình APT lp trình gia công ca chi tit. 149
Bng 4.7: Chng trình G-code gia công trên máy bn trc 152
Bng 4.8: Quy trình công ngh gia công chi tit logo SPKT 2 trên máy bn trc 157
xvi
Bng 4.9: Chng trình APT gia công phay biên dng (3) 160
Bng 4.10: Chng trình APT gia công phay biên dng (1) 162
Bng 4.11: Chng trình APT gia công phay biên dng (2) 167
Bng 4.12: Chng trình APT gia công phay biên dng (6) 172
Bng 4.13: Chng trình APT gia công phay biên dng (4) 176
Bng 4.14: Chng trình APT gia công phay biên dng (7) 181
Bng 4.15: Chng trình APT gia công phay biên dng (5) 186
Bng 4.16: Bng đặc tính kỹ thut ca máy phay CNC bn trc EnShu VMC330. 190
Bng 4.17: Bng kiểm tra kt qu đo. 197
Trang 1
Chng 1
TNG QUAN
Trong chin lc công nghip hóa, hin đi hóa nền kinh t nc ta thì vai trò
ca nền công nghip t đng hóa trong sn xut càng ht sc có Ủ nghƿa vƠ cc kǶ
quan trng, trong đó có ngƠnh c khí ch to máy. Mt trong nhng vn đề quyt đnh
ca t đng hóa ngƠnh c khí ch to là kỹ thut điều khiển s và công ngh trên các
máy điều khiển s.
Trong nhng năm gn đây Vit Nam các vin nghiên cu, các trng đi hc,
các trung tâm công ngh ln ca đt nc đƣ đc trang b các h máy NC và CNC
đang hot đng ngày càng rng rãi gây n tng mnh m cho các nhà công ngh
nc ta.
Nhìn li s phát triển ca công ngh vƠ máy gia công đƣ tri qua các giai đon:
- Công ngh gia công.
- Công nghip hóa vi s ra đi ca các máy công c.
- T đng hóa c khí sang t đng hóa có s tr giúp ca máy vi tính. Năm
1952 máy phay điều khiển s NC đu tiên ra đi và sau đó vƠo năm 1955 ngôn ng lp
trình APT (Automatically Programmed Tools) đc vin nghiên cu công ngh
Masschusettes to ra. Sau đó ngôn ng lp trình đc phát triển tip tc vƠ đn nhng
năm 70 đƣ ra đi các h điều khiển CNC. H điều khiển CNC ngoài các chc năng ca
h NC còn có thể hin nhiều chc năng khác, nó có b phn lu tr chng trình vƠ có
thể thay đổi đc chng trình gia công.
- Cùng vi s phát triển mnh m ca công ngh tin hc vi s xut hin ca
các máy vi tính hin đi cho kh năng liên kt các quá trình thit k vi các quá trình
gia công thành mt h thng tích hp CIM (Computer Intergrated Menufacturing) đƣ
to ra s thay đổi ln trong các nhà máy. Mc tiêu ca CIM là gia công t đng linh
hot, nó có kh năng gia công đt hiu qu kinh t ngay khi có s lng chi tit gia
công trong lot không ln. Nó có kh năng rút ngn thi gian gia công từ khi có ý
tng về sn phẩm đn khi to ra đc sn phẩm thc phc v cho th trng. Mô
hình CIM đƣ đt đc tính linh hot ti u gia thit b gia công và tổ chc quá trình
Trang 2
gia công.
- S đa dng ngày càng mnh m ca sn phẩm dn đn s lng chi tit gia
công trong mt lot gim đi lƠm tăng giá thƠnh ch to. Nhng các h thng gia công
linh hot cho kh năng gia công các chi tit khác nhau trong cùng mt h các chi tit
vi s lng chi tit và th t gia công tùy ý, vi giá thành hp lý.
- Vit Nam vic ng dng công ngh điều khiển s CNC và áp dng ngôn
ng lp trình APT vào vic lp trình gia công trong quá trình sn xut nói chung và
quá trình gia công c khí nói riêng chc chn s đc sử dng rng rƣi trong tng lai.
Do đó s cn thit hc tp, nghiên cu về các công ngh mi và ng dng nó trong
thc t sn xut là mt vic rt cn thit.
1.1 Tình hình nghiên cu trong nc vƠ ngoƠi nc
1.1.1 Nghiên cu ngoƠi nc
APT ậ Automatically Programmed Tools, nghƿa lƠ công c lp trình t đng vƠ
lƠ ngôn ng lp trình NC bc cao đu tiên đc sử dng rng rƣi cho th h máy công
c điều khiển s. Ngôn ng nƠy đc nghiên cu thƠnh công ti phòng thí nghim h
thng đin ca vin công ngh Massachuset trong s hp tác vi ngƠnh công nghip
hƠng không Hoa KǶ. VƠo nhng năm 1955 APT đc phát triển rng rƣi ti Mỹ vƠ đƣ
thích ng vi các công vic gia công, kể c lp trình 3D phc tp. u vit ln ca
APT lƠ đƣ tr thƠnh chuẩn mc cho th gii rng ln các máy NC. [4]
LƠ ngôn ng lp trình ca CAM, APT có khong 3000 từ vng để lp trình cho
vic gia công đn gin cũng nh các yu t đng cong 3 chiều nh hình: Hình cu,
hình tr, parabol, mặt võngầ Vi APT ngi lp trình có thể xác đnh hình dáng dng
c, dung sai mô t hình dáng hình hc ca chng trình gia công, chuyển đng dng
c cũng nh các lnh h tr. H thng APT cho phép ta có kh năng xử lỦ d liu gia
công vi các chc năng nổi bt nh: Copy, Mirro, di chuyển, xoay,ầ. VƠ có thể lƠm
mềm hóa chng trình gia công bi Macro. [4]
Từ APT ngi ta đƣ phát triển ra các ngôn ng lp trình khác nh:
- EXAPT (Extended Subset of APT): Tp con m rng ca APT. Ngôn ng nƠy
có mt u điểm quan trng đó lƠ tính toán ti tu ch đ ct mt cách t đng.
EXAPT đc triển khai Đc năm 1964 vƠ da trên đó có 3 phiên bn sau.
+ EXAPT I
Trang 3
+ EXAPT II
+ EXAPT III
- MINIAPT: Tp con thu gn ca APT. LƠ ngôn ng lp trình do nhƠ ch to
phn mềm HOM thit lp. Phc v cho điều khiển đng vƠ điều khiển phi tuyn.
MINIAPT vi vn từ vng thu gn lƠ 200 từ.
- TELEAPT: Ngôn ng nƠy do hƣng IBM phát triển, phc v cho vic điều
khiển điểm, đng vƠ phi tuyn 2
2
1
D. Ngôn ng nƠy thuc h APT cho phép thông
qua mng TELEPHONE, để chuyển d liu vƠo máy tính xử lỦ.
- COMPACT2: LƠ ngôn ng lp trình vn năng, dùng cho các nghip v điều
khiển đng, vƠ phi tuyn, do vin nghiên cu d liu quc gia Mỹ (MDSI) phát triển.
Đơy lƠ ngôn ng có thể dùng đc h thng TELEPHONE vƠ ch đ hot đng nhiều
đi tác trên nhiều TERMINAL (thit b đu cui). VƠ do đó COMPACT2 đc phát
triển rng rƣi trên các nc công nghip phát triển.
- EPLAN: LƠ ngôn ng lp trình ca Pháp dƠnh cho các nhim v gia công từ 2÷4
trc điều khiển s, nó gn liền vi các máy tính để bn ca hƣng HEWLETT ậ PACKARD.
- AUTOPROGRAMER: Ngôn ng lp trình cho các vn đề gia công tin,
khoan, phay, do hƣng BOEHRINGEN phát triển vƠ chy trên các máy tính nh vƠ
trung bình.
- MITURN: Ngôn ng lp trình do Hà Lan phát triển trên công ngh tin cho
phép tìm ra bằng tính toán các d liu công ngh gia công và ch đ ct gt.
Ngoài ra còn các ngôn ng lp trình khác tng t nh APT đc phát triển
mnh m Tây Âu trong nhng năm 80 nh AUTOTECH, SYMAP ầ trên c s ng
dng rng rãi các trung tâm gia công và các h thng t đng linh hot trong sn xut.
Nhng mt ln na có thể khẳng đnh rằng trong tt c các ngôn ng nêu trên thì APT
là ngôn ng đi din cho phong cách lp trình gia công. Ngày nay ngôn ng lp trình
APT đc sử dng rng rãi nht trên th gii và ngày càng hoàn thin hn.
Các nghiên cu ca th gii liên quan đền ngôn ng lp trình APT gồm:
- Đề tƠi: Phơn tích các li tuyn tính trong h thng lp trình nhiều trc da trên
ngôn ng APT đc O.R. Fauvel thuc trng đi hc Calgary Canada thc hin.
Đề tƠi đƣ phơn tích các nguyên nhân gơy ra li tuyn tính để tìm ra các khong sai
Trang 4
lch. Từ đó có thể lƠm gim mc đ nghiêm trng ca các li nƠy. Đề tƠi đƣ đc tp
chí Sciencedirect đăng vƠo năm 1990. [10]
- Đề tƠi: Chng trình mô phng máy NC năm trc vi ngôn ng lp trình APT
ca Ming C. Leu vƠ các đồng nghip ngi Mỹ thc hin. Đề tài xây dng chng
trình mô t cách quét các đặc trng hình hc 3D, các chuyển đng năm trc ca dao và
thi gian gia công thc khi gia công trên máy khi chng trình đc lp trình bằng
APT. Đề tƠi đc đăng trên tp chí Sciencedirect vƠo tháng 12 năm 1996. [11]
- Đề tƠi: Phát triển chng trình biên dch APT cho máy CNC 5 trc đc thc
hin bi Hsin Yu Cheng vƠ đồng nghip ca trng đi hc Kaohsiung ĐƠi Loan.
Chng trình nƠy bao gồm by phơn h chc năng có liên quan vi nhau. Kt qu ca
nghiên cu nƠy giúp các máy CNC năm trc có cu trúc, các h điều hƠnh khác nhau
đều dể dƠng nhn các file d liu CL Data từ chng trình CAD/CAM sang d liều
điều khiển máy vƠ giúp cho các trc ca máy chuyển đng mt cách linh hot hn. Đề
tƠi nƠy đƣ đc đăng trên tp chí Scicentific.net vƠo tháng 2 năm 2012. [12]
1.1.2 Nghiên cu trong nc
Các đề tài nghiên cu liên quan ti ngôn ng lp trình APT vƠ máy điều khiển
s trong nc nh:
- Đề tƠi: ng dng ngôn ng lp trình bc cao APT vƠo gia công mt s bề mặt
đnh hình đc thc hin bi KS. Nguyn Thanh Sn. Kt qu lƠ đề tƠi đƣ nghiên cu
đc cu trúc ca chng trình NC, ngôn ng lp trình APT vƠ xơy dng chng trình
gia công mặt đình hình theo ngôn ng APT trên c s lỦ thuyt. Tác gi đƣ bo v đề
tài thành công vào năm 2006 Trng Đi Hc Bách Khoa HƠ Ni. [4]
- Đề tƠi: Nghiên cu nơng cao đ chính xác gia công chi tit hình dáng hình hc
phc tp trên trung tơm gia công ba trc CNC bằng phng pháp bù sai s ca tác gi
Trng Th Thu Hng. Các kt qu đt đc lƠ: Nghiên cu tính năng công ngh ca
máy CMM ậ C544 và trung tâm gia công VMC ậ 85S; ng dng công ngh đo ậ
Scanning để to mô hình CAD ca sn phẩm; Xơy dng thut toán bù sai s bằng
chng trình NC trên máy VMC ậ 85S. Đề tƠi đƣ đc bo v thƠnh công vƠo tháng 5
năm 2008 Trng Đi Hc Thái Nguyên. [5]
- Đề tƠi: ng dng chuẩn STEP/STEP-NC cho chi tit tin phay đc thc hin
bi KS.Dng Th Vân Anh. Đề tài đƣ dt đc kt qu là xây dng chng trình
Trang 5
chuẩn STEP-NC cho chi tit phay và tin 2.5 D bằng phn mềm CAD/CAM. Đề tƠi đƣ
đc bo v thƠnh công vƠo năm 2010 trng Đi Hc S Phm Kỹ Thut ThƠnh
Ph Hồ Chí Minh. [6]
- Đề tƠi: Xây dng h thng lp quy trình công ngh theo chuẩn STEP/STEP-
NC đc KS.Nguyn Đình Nghƿa thc hin. Kt qu đt đc ca đề tài là: Nghiên
cu về chuẩn STEP-NC; Xây dng h thng lp quy trình công ngh theo chuẩn
STEP/STEP-NC cho chi tit phay, tin 2.5D bằng phn mềm STEP-NC machine. Đề
tƠi đƣ đc bo v thƠnh công vƠo năm 2011 trng Đi Hc S Phm Kỹ Thut
ThƠnh Ph Hồ Chí Minh. [7]
- Đề tƠi: Nghiên cu công ngh lp trình trên máy CNC nhiều trc ca KS.
Nguyn Quang Huy. Kt qu đt đc ca đề tƠi lƠ: Nghiên cu về chuẩn STEP, STEP-
NC; Xơy dng h thng CAD/CAM tng thích vi chuẩn STEP, STEP-NC; Lp quy
trình công ngh về chuẩn STEP-NC; Lp trình vƠ mô phng gia công trên máy phay CNC
5 trc da theo chuẩn STEP-NC. Đề tƠi đƣ đc bo v thƠnh công vƠo tháng 5 năm 2012
trng Đi Hc S Phm Kỹ Thut ThƠnh Ph Hồ Chí Minh. [8]
1.2 Tính cấp thit của đ tƠi
Máy công c điều khiển s CNC ngƠy cƠng đc sử dng rng rƣi trong các
nhà máy công nghip nc ta. Để phát huy hiu qu sử dng máy CNC. Đặc bit
mun phát huy đc hiu qu ti đa kh năng thit b cũng nh ci tin nó cho phù
hp vi con ngi Vit Nam đòi hi phi có s hiểu bit sơu sc về máy CNC vƠ ngôn
ng lp trình gia công trên máy đó.
Trong công cuc đổi mi, hin đi hóa công ngh ch to, nhng máy công c
cũ đang dn đc thay th bằng nhng máy điều khiển s CNC, Robot công nghip
nhằm nơng cao năng sut vƠ h giá thƠnh sn phẩm, tăng li nhun kinh doanh cho
doanh nghip. Do đó vic nghiên cu ng dng công ngh gia công trên máy CNC
nhiều trc, đặc bit lƠ vic vn dng các ngôn ng lp trình vƠo lp trình gia công cho
các máy điều khiển s nhiều trc. Trong đó ngôn ng lp trình bc cao APT đƣ vƠ
đang đc ng dng rng rƣi vƠ phổ bin. Vì vy vic hc tp vƠ nghiên cu các ngôn
ng lp trình để ng dng chúng cho vic lp trình gia công cho các máy CNC nhiều
trc lƠ vn đề rt cp bách, cn thit cho các nhƠ công ngh vƠ các sinh viên trong các
trng Cao đẳng, Đi hc kỹ thut hin nay.
Trang 6
Vì th tôi chn đề tƠi “Công nghệ lập trình gia công trên máy CNC nhiều trục
sử dụng ngôn ngữ lập trình bậc cao APT” lƠm đề tƠi lun văn thc sƿ.
1.3 Mc tiêu vƠ đi tng nghiên cu
1.3.1 Mc tiêu
Tìm hiểu rõ ngôn ng lp trình bc cao APT, nm vng cu trúc chng trình,
các đnh nghƿa hình hc, các lnh thit k đng chy dao, các lnh hu xử lý. Từ đó
xơy dng đc công ngh lp trình phay CNC ba trc vƠ bn trc da vào ngôn ng lp
trình bc cao APT. Đồng thi áp dng các kt qu trên vào vic lp trình gia công các
chi tit trên máy phay CNC ba trc vƠ bn trc da vào ngôn ng lp trình bc cao APT.
1.3.2 Đi tng nghiên cu
- Ngôn ng lp trình APT.
- Cu trúc chng trình APT.
- Công ngh lp trình phay CNC ba trc da vƠo ngôn ng lp trình bc cao APT.
- Công ngh lp trình phay CNC bn trc da vƠo ngôn ng lp trình bc cao APT.
1.4 Nhim v của đ tƠi vƠ phm vi nghiên cu
1.4.1 Nhim v nghiên cu
- Nghiên cu cu trúc ca chng trình NC da vào ngôn ng APT.
- Nghiên cu về các đặc điểm hình hc ca ngôn ng lp trình bc cao APT.
- Nghiên cu về các lnh thit k đng chy dao ca ngôn ng lp trình bc
cao APT.
- Nghiên cu các lnh hu xử lý ca ca ngôn ng lp trình bc cao APT.
- Nghiên cu h thng xử lý chng trình nguồn APT.
- Xây dng công ngh lp trình phay CNC ba trc da vào ngôn ng lp trình
bc cao APT.
- Lp trình gia công chi tit trên máy phay CNC ba trc da vào ngôn ng lp
trình bc cao APT.
- Xây dng công ngh lp trình phay CNC bn trc da vào ngôn ng lp trình
bc cao APT.
- Lp trình gia công chi tit trên máy phay CNC bn trc da vào ngôn ng lp
trình bc cao APT.
Trang 7
1.4.2 Phm vi nghiên cu
Đề tƠi ch tp trung nghiên cu công ngh lp trình gia công trên máy CNC
nhiều trc sử dng ngôn ng lp trình bc cao APT. Các vn đề liên quan khác không
thuc phm vi nghiên cu ca đề tài.
1.5 Phng pháp nghiên cu
- Nghiên cu, phơn tích lỦ thuyt.
- Phng pháp điều tra kho sát.
Trang 8
Chng II
C S Lụ THUYT
APT ậ Automatically Programmed Tools, nghƿa lƠ công c lp trình t đng.
Nó là ngôn ng lp trình bằng máy, APT cũng có hai chng trình tính toán đặc bit
đó lƠ: B xử lỦ vƠ b hu xử lỦ. B xử lỦ APT lƠ chng trình máy tính phc v cho
vic xử lỦ chng trình nguồn. Từ đó đa ra mt file d liu (CL) bao gồm d liu v
trí dao vƠ các thông tin điều khiển máy. B hu xử lỦ cũng lƠ mt chng trình máy
tính, xơy dng nhằm mc đích xử lỦ file CLDATA vƠ to ra chng trình NC thích
ng vi máy kèm theo nó.
APT là h thng lp trình không gian ba chiều, cùng mt lúc có thể điều khiển
ti năm trc. Để lp trình APT điều tiên ngi lp trình phi tìm hình dáng hình hc
ca chng trình gia công tip theo lƠ đnh hng chuyển đng ca dng c ct. Trong
khi lp trình, điểm nhìn (VIEW POINT) ca ngi lp trình luôn c đnh. VƠ nh vy
chi tit gia công lƠ c đnh, vƠ dng c ct đc coi lƠ di chuyển. Do s tin dng cho
nhiều nhim v gia công, nên đƣ có rt nhiều ngôn ng lp trình khác nhau đc suy
din từ nó nh mt tp con ca nó.
APT là ngôn ng vit tt ting anh, các ch th đc thit lp bi quy tc về cu
ngôn từ. Các kỦ t cu thƠnh b từ vng đc tách ra từ bng mƣ ASCII c s (128 kỦ
t đu tiên).
Cu trúc mt chng trình APT gồm 5 phn nh sau:
- Phn m đu: Có nhim v khai báo nguồn.
- Mô t hình hc: Có nhim v mô t hình dáng hình hc chi tit gia công.
- Ch đ ct: Có nhim v khai báo công c tc đ trc chính, tc đ tin dao,
vƠ ch đ lƠm mát trn ngui.
- Thit lp đng chy dao: Có nhim v ch dn chuyển đng dng c ct để
gia công chi tit.
- Phn kt thúc: Khai báo kt thúc để hoƠn thƠnh chng trình.
Nhng về c bn chng trình APT có các phn chính là: Mô t hình hc, thit
lp đng chy dao, các cơu lnh thuc b hu xử lỦ.
Trang 9
2.1 Đnh nghƿa hình hc cho ngôn ng lp trình APT
Các cơu lnh đnh nghƿa hình dáng hình hc đc sử dng để mô t phn
Profile cu thƠnh từ rt nhiều các phn tử nh, đặc bit lƠ các điểm, đng tròn, cung
cong, các mặt phẳng vƠ profile 2 chiều, profile 3 chiều.
Qua phn mô t hình hc chi tit gia công, APT s căn c vƠo các phn tử hình
hc đƣ đnh nghƿa, để từ đó thit lp đng chy dao, vƠ quyt đnh trng thái chuyển
đng ca li ct. Phn hình hc phi đc đnh nghƿa trc các lnh thit lp đng
chy dao trong chng trình APT. Mặc dù dng xác đnh hình hc bin đổi trong cu
trúc theo dng hình hc c bn đƣ đc đnh nghƿa vƠ thông tin cha đng trong cơu
lnh có dng chung nh sau:
[Nhƣn lnh] Tên thc thể = Dng thc thể/ Thông tin về vic đnh nghƿa thc thể.
Ví d: C1 = CIRCLE/ CENTER, P1, RADIUS, 5.
Gii thích nghƿa ca ví d trên lƠ: C1 đc đnh nghƿa lƠ đng tròn có tơm lƠ
điểm P1 vƠ có bán kính lƠ 5.
2.1.1 Đnh nghƿa đim
Mt điểm đc xem lƠ mt v trí trong không gian vƠ đc xác đnh duy nht
bi ba kích thc xác đnh trong h thng to đ vuông góc. Trong toán hc, điểm có
thể đc đnh nghƿa bằng nhiều cách. Sau đơy lƠ phng pháp đnh nghƿa điểm đc
đa ra trong phn nƠy.
a) Theo h to đ vuông góc
Dng cơu lnh:
POINT/ Ta đ X, to đ Y, to đ Z.
Chú Ủ rằng khi to đ Z không đc đa ra thì giá tr ca nó đƣ đc xác đnh
bi lnh ZSURE đa ra trc đó. Nu lnh ZSURE không đc sử dng thì giá tr to
đ Z ca điểm đó đc gán bằng 0.
Ví d:
Hai điểm vi kỦ hiu P1, P2 đc xác đnh trong h to đ vuông góc nh hình.
Giá tr to đ ca 3 điểm nƠy lƠ P1 (3,4,5), P2 (6.5,5.7,0).
Lnh đnh nghƿa hình hc ca 3 điểm nƠy đc đa ra nh sau:
P1 = POINT/3,4,5
P2 = POINT/6.5,5.7,0
Trang 10
O
Y
Z
P1(3,4,5)
P2(6.5,5.7,0)
X
Hình 2.1: Điểm đc xác đinh bi ta đ vuông góc [9]
b) Theo h to đ cực
Mt điểm đc xác đnh bi bán kính vƠ mt góc da trên h to đ cc. Có 3
mặt phẳng đc xác đnh bi 2 trong 3 trc ta đ. Đó lƠ:
XYPLAN (XY-PLAN mặt phẳng XY); YZPLAN (YZ-PLAN mặt phẳng YZ);
ZXPLAN (ZX-PLAN mặt phẳng ZX)
Giá tr góc đc đa từ X
+
ti bán kính khi mặt tham chiu lƠ XYPLAN hoặc
ZXPLAN, vƠ đc đo từ trc Y
+
ti bán kính khi hai mặt tham chiu lƠ YZPLAN.
Dng cơu lnh:
POINT/ PTHETA,
ZXPLAN
YZPLAN
XYPLAN
, Giá tr bán kính, giá tr góc.
Ví d:
Đnh nghƿa 3 điểm P1, P2 trong h to đ đc cc, nh ch ra trong hình.
P1 = POINT/ PTHETA, XYPLAN, 5, 60.
P2 = POINT/ PTHETA, YZPLAN, 7.5, 45
X
O
Z
Y
5
7.5
45°
60
°
P1
P2
Hình 2.2: Điểm đc xác đinh bi ta đ cc [9]
c) Theo bán kính, góc vƠ đim tham chiu
Trang 11
Mt điểm trong mặt phẳng YZ có thể đc xác đnh bi bán kính vƠ góc liên h
vi điểm cho trc trong h to đ đc cc.
Dng cơu lnh:
POINT/ Tên điểm tham chiu, RADIUS, giá tr bán kính, ATANGL, giá tr góc
Chú Ủ rằng ATANGL lƠ từ bổ nghƿa nh lƠ giá tr góc.
Ví d: Đnh nghƿa 2 điểm P1, P2 từ điểm tham chiu PL1 (Nh ch ra trong hình)
P1 = POINT/ PT1, RADIUS, 15, ATANGL, 45.
P2 = POINT/ PT2, RADIUS, 10, ATANGL, 135.
O
X
Y
P1P2
45°
135°
10
15
Hình 2.3: Điểm đc xác đinh từ điểm tham chiu [9]
d) Đim đnh nghƿa theo tơm đng tròn
Điểm có thể đnh nghƿa từ tơm ca đng tròn cho trc. Nh vy, đng tròn
có thể đc đnh nghƿa trc điểm.
Dng cơu lnh:
PONIT/ CENTER, tên đng tròn
Ví d: Đnh nghƿa 2 điểm P1 vƠ P2 ln lt lƠ tơm ca 2 đng tròn cho trc
C1 và C2
P1 = POINT/ CENTER, C1.
P2 = POINT/ CENTER, C2.
Y
X
O
C1
C2
P1
P2
Hình 2.4: Điểm đc xác đinh theo tơm ca đng tròn [9]