Luận văn thạc sĩ: XÂY DỰNG POSTPROCESSOR CHO MÁY PHAY CNC 5 TRỤC DMU 50

1

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
CAD
CAM
CNC
NC

Computer Aided Drawing (Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính)
Computer Aided Manufacturing (Sản xuất có sự trợ giúp của máy tính)
Computer Numberical Control (Điều khiển số tích hợp máy tính)
Numberical Control (Điều khiển số)


2


3

MỞ ĐẦU
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, hình dạng cao và năng suất cao. 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.


4

Các phần mềm CAM thương mại phải có 2 chức năng:
- 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.
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 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.


5

Ngoài ra việc sử dựng các bộ postprocessor không chuẩn xác còn dẫn
đến làm hư hỏng máy có thể gây thiệt hại lớn đến người sử dụng máy, vì máy
CNC 5 trục rất đắt tiền. Từ những yêu cầu thực tế trên, việc tạo ra bộ

postprocessor không những mang lại hiệu qua kinh tế mà còn đáp ứng được
các yêu cầu kỹ thuật công nghệ.
Do vậy, lựa chọn thực hiện luận văn này: “Xây dựng Postprocessor cho
máy phay CNC 5 trục DMU-50”.
2. Mục đích của luận văn
Mục đích của luận văn là:
- Xây dựng bộ postprocessor cho máy CNC 5 trục DMU 50 tại trường
ĐH Công nghệ GTVT dựa trên cơ sở phần mềm SolidCAM.
3. Phạm vi nghiên cứu
Trong khuân khổ luận văn, tôi tập trung giải quyết một số nội dung sau:
- Phần lý thuyết trình bày áp dụng cho các loại máy phay CNC 5 trục.
- Áp dụng xây dựng bộ Postprocessor cho một cấu hình máy CNC 5
trục cụ thể (Máy DMU50 tại trường ĐH Công nghệ GTVT).
4. Bố cục luận văn
Bản thuyết minh luận văn được chia thành 4 chương:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về máy CNC 5 trục và Postprocessor cho máy
CNC 5 trục.
Chương 2: Tạo bộ postprocessor trên cơ sở phần mềm solidcam cho
máy CNC 5 trục DMU-50
Chương 3: Lập trình và gia công thử nghiệm trên máy CNC 5 trục
DMU-50


6

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 5 TRỤC VÀ POSTPROCESSOR CHO
MÁY CNC 5 TRỤC
1.1. Tổng quan về máy CNC 5 trục

1.1.1. Hệ trục tọa độ trên máy CNC 5 trục
Các trục trên máy CNC cho phép xác định chiều chuyển động
của cơ cấu máy và dụng cu cắt. Chúng được xác định như sau:

Hình 2.1: Hệ trục tọa độ trên máy CNC
Trục Z: trục Z có phương trùng với phương của trục chính của máy
chiều dương là chiều khi dao tiến ra xa chi tiết.
Trục X: Trục X là trục nằm trên mặt bàn máy và chiều dương hướng
sang bên phải nếu nhìn từ trục chính vào chi tiết.
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 được xác định theo quy tắc bàn tay phải.


7

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.
1.1.2. Cấu hình máy CNC 5 trục
Dựa vào cách bố trí các trục quay, người ta phân chia máy phay 5 trục
ra làm 3 loại như sau:
a) Máy 5 trục với 2 trục quay được bố trí trên trục chính( Head/Head)
Loại máy này tất cả các chuyển động quay, xoay đều ở trên đầu trục
chính những máy này có thể là máy phay đứng hoặc máy phay ngang.
*) Ưu điểm
- Gia công các phôi có kích thước và trọng lượng lớn.
- Khi thay đổi vị trí của điểm zero chỉ phải thực hiện phép dịch đơn
giản, tọa độ chuyển đổi phụ thuộc vào chiều dài của 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.


8

Hình 2.2: Máy 5 trục với 2 trục quay được bố trí trên trục chính
b) Máy 5 trục với 2 trục quay được bố trí trên bàn máy (Table/Table)
Cấu hình Table/Table có thể là máy phay đứng hoặc may phay ngang
tất cả các chuyển động quay được thực hiện trên bàn máy ngoại trừ trục
chính.
*) Ưu điểm
- 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.
- Chiều dài của dao có thể thay đổi mà không cần tạo lại chương trình
gia công.
*) Nhược điểm


9

- Kích thước phôi giới hạn.
- Không gian làm việc thường nhỏ hơn so với máy 3 trục.
- Khi thay đổi điểm zero thì bộ hậu xử lý (postprocessor) buộc phải tính

toán lại từ đầu để tạo ra chương trình tương ứng.

Hình 2.3: Máy 5 trục với 2 trục quay được bố trí trên bàn máy
c)Máy 5 trục với 1 trục quay trên trục chính và 1 trục quay trên bàn
máy (Head/Table)
Loại máy Head/Table có hầu hết các khả năng của máy 2 loại trên có
thể gia công được chi tiết lớn và nặng nhờ bàn máy có giá đỡ chắc chắn và
quay quanh trục của chính nó.


10

Hình 2.4: Máy 5 trục với 1 trục quay trên bàn máy và 1 trục quay trên trục
chính
1.1.3. Lập trình gia công trên máy CNC 5 trục
a) Lập trình bằng tay
Khi lập trình bằng phương pháp thủ công, người lập trình trình bày rõ
ràng và chính xác nhiệm vụ gia công trong chương trình NC, mà không có sự
trợ giúp từ hệ thống lập trình. Nguyên tắc lập trình bằng phương pháp thủ
công gồm các bước sau:
Bước 1: Xác định trình tự gia công
Việc xác định tiến trình gia công phải được cấu trúc hóa cho chương
trình gia công được tạo ra. Người lập trình xác định trình tự gia công dựa trên
bản vẽ chế tạo. Ngoài ra phải xác định phương án kẹp cần thiết và thiết bị kẹp
sử dụng cho phương án kẹp cũng như từng bước gia công trong trình tự gia
công.


11

Bước 2: Xác định các dụng cụ cắt cần thiết
Người lập trình xác định dụng cụ cắt cần thiết cho từng bước gia công.
Dụng cụ cắt được lựa chọn từ ngân hàng dụng cụ cắt.
Bước 3: Tính toán thông số công nghệ
Thông số chế độ cắt có liên quan đến vật liệu gia công và dụng cụ cắt
phải được xác định cho từng bước gia công.
Bước 4: Tính toán thống số hình học
Bản vẽ thiết kế chế tạo được gắn vào một hệ trục tọa độ. Các tọa độ
cần thiết cho chương trình gia công được lấy từ bản vẽ chế tạo hoặc phải được
tính toán thêm từ các tọa độ đã biết

.

Bước 5: Thiết lập chương trình gia công cho từng bước gia công
Với sự hỗ trợ của các thông số hình học và thông số công nghệ đã được
xác định ở các bước trên, từng lệnh lập trình được thiết lập.
Bước 6: Kiểm tra chương trình NC
Các chuyển động dịch chuyển được mô phỏng trên máy công cụ CNC
để kiểm tra và phát hiện các lỗi của chương trình.
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). Đối với máy
CNC 5 trục, việc lập trình bằng tay rất khó khăn, thường chỉ áp dụng cho chi
tiết đơn giản.
b) Lập trình tự động
Từ cơ sở CAD: Vẽ và thiết kế trên máy tính, người ta đã đưa vào một
hệ thống biên dịch trợ giúp cho quá trình lập trình, sau khi đã thiết kế xong
chi tiết, người ta có thể lựa chọn quy trình công nghệ gia công và cách thức
gia công (Như chiến lược chạy dao, cắt thô, cắt bán tinh hay cắt tinh và các
kiểu ăn dao…) và từ kiểu được lựa chọn đó máy tính sẽ thông qua bộ tiền xử

12

lý (Preprocessor) xác định một chương trình gia công thích hợp dưới dạng mô
tả các quá trình dịch chuyển dụng cụ và các chế độ công nghệ tương ứng.
Công việc tiếp theo là mã hóa chương trình gia công trên do bộ hậu xử lý
(Postprocessor) theo mã của hệ thống điều khiển số tương thích được lắp trên
máy để cho ra chương trình gia công thích hợp với ngôn ngữ máy. Kỹ thuật
đó gọi là CAM. Hiện nay, các phần mềm CAD/CAM càng ngày càng mạnh
hơn và có nhiều chức năng hơn cũng như giá thành ngày càng rẻ hơn và đã
cho phép người sử dụng rất thuận lợi trong quá trình lập chương trình gia
công.
Quá trình tạo chương trình gia công trên máy CNC với sự trợ giúp của
máy tính được thể hiện thực hiện qua các bước như sau:
- Bước 1: Hình dạng hình học được phác thảo với sự trợ giúp của các
phần mềm CAD.
- Bước 2: Từ các hình dạng hình học đã có người lập trình sử dụng
phần mềm CAM để thiết lập các chiến lược chạy dao phù hợp. Kết quả là dữ
liệu đường chạy dao (toolpath) theo định dạng chung được tạo lập. Tập tin
này gọi là CL-File, CL-File chứa dữ liệu mô tả đường chạy dao mà dụng cụ
sẽ phải chuyển động theo khi gia công tạo hình. Với mọi thời điểm 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.


13

Hình 2.5: Các bước lập trình gia công với trợ giúp của hệ thống 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.
CNC 5 trục yêu cầu các giá trị tọa độ điều khiển các trục bao gồm X,
Y, Z, B, C. Từ các giá trị cosin chỉ phương i, j, k và vị trí mũi dao x, y, z thu
được trong CL-File được sử dụng để biến đổi thành các giá trị tọa độ điều
khiển trục X, Y, Z, B C. Quá trình tính toán này phụ thuộc vào cấu hình động
học của máy. Sự đa dạng về cấu hình CNC 5 trục đòi hỏi sự phát triển của các
bộ Postprocesor phù hợp với từng máy cụ thể.
- Bước 4: Là thực hiện chương trình gia công, dữ liệu được gửi trực
tiếp từ máy tính tới máy CNC. Mô phỏng và kiểm soát va chạm các chương
trình CNC 5 trục trên các phần mềm hệ thống CAD/CAM hỗ trợ lập trình
CNC 5 trục.
1.1.4. 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.


14

- Tăng độ chính xác.
Mỗi khi gá đặt lại phôi hoặc quá trình thiết lập tạo ra các sai lệch. Từ
sai lệch đó tạo ra các lỗi (xếp chồng lên nhau) giữa các bề mặt gia công. Việc
sử dụng máy 5 trục, cho phép chuyển động chính xác, tăng độ cứng vững, tốc
độ cắt cao cùng với nhiều cách thức gia công khác nhau có thể được thực
hiện.
- Giảm công việc gá đặt.
Một lý do quan trọng để sử dụng máy 5 trục là để giảm thời gian gá đặt
chi tiết. Việc sử bộ đồ gá đặt cho các nguyên công thứ cấp là rất tốn kém và
mất thời gian. Hầu hết các chi tiết có thể được sản xuất bởi một hoặc hai lần
gá, loại bỏ việc phải thêm các bộ gá đặt và thời gian.

- Chất lượng bề mặt hoàn thiện tốt hơn.
Sử dụng dao ngắn sẽ giảm thiểu độ rung và sản xuất thông suốt, chính xác. Bằng
việc có thể thay đổi được góc của dao, phôi có thể được gia công ở một khu vực
cắt mong muốn, nó sẽ không chỉ cải thiện bề mặt và có tính lặp lại, mà cũng sẽ cải
thiện đáng kể tuổi thọ của dao.
- Mở ra các khả năng gia công mới.
Một số chi tiết không thể gia công trên máy 3 trục, một số chi tiết khác
thi phải mất quá nhiều lần gá đặt để gia công được trên máy 3 trục. Việc
chuyển động đồng thời các trục mở ra khả năng gia công mới, có thể gia công
được các chi tiết có độ phức tạp về hình học đòi hỏi độ chính xác cao.
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.


15

- 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.
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 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 đặc trưng bằng máy CNC 5 trục trong hình 2.6.

Hình 2.6: Một số sản phẩm gia công trên máy CNC 5 trục


16

1.2. Postprocesor cho máy 5 trục
1.2.1. Giới thiệu chung
Hệ thống CAD / CAM tạo ra véc tơ theo những đường dẫn 3D. Mỗi
véc tơ bao gồm hai thành phần i, j, k thể hiện cho hướng của dao và x, y, z thể
hiện vị trí 3D của tâm mũi dao. Mỗi vector được đại diện bởi một dòng mã
lệnh trong file CL_data, và độ phân giải của các vectơ có thể phụ thuộc vào
hoặc là việc thiết lập, hoặc bằng cách xác định sự thay đổi góc tối thiểu, hoặc
khoảng cách tuyến tính hóa. thông tin này được viết bằng một ngôn ngữ
chung (trong file CL_data). Tùy thuộc vào hệ thống CAD/CAM, các mã trong
file CL_data có thể là ngôn ngữ APT, CLS, NCI, hoặc ngôn ngữ khác. Bộ
điều khiển máy công cụ không hiểu và không sử dụng được những ngôn ngữ
chung này.

Hình 2.7: Vai trò và vị trí của postprocessor trong hệ thống CAD/CAM/CNC
Các ngôn ngữ chung đó phải được dịch sang một ngôn ngữ để máy có
thể đọc được, quá trình đó được gọi là postprocessing. Một bộ hâu xử lý sẽ
tính toán dựa trên cấu hình động học của máy và dữ liệu từ ngôn ngữ chung

17

để tính toán ra các mã điều khiển. Mã này, lần lượt sẽ điều chỉnh chuyển động
các trục của máy để gia công chi tiết. Mỗi postprocessor sẽ cần thiết cho một
loại máy đa trục cụ thể nào đó.
Postprocessor được sây dựng với các khả năng thông minh hơn để phát
hiện giới hạn quay, tự động hạn chế và định vị lại các trục máy. Các chuyển
động quay được điều chỉnh độ nghiêng dựa trên cách bố trí để phù hợp với vị
trí gia công. Postprocessor sẽ tính toán để tránh, hoặc đưa ra cảnh báo những
với những vị trí bất ổn, và chúng có thể đưa ra chuyển động quay nhanh hơn
để kiểm soát tốt hơn hướng các vấn đề chuyển động của máy.
Luôn có hai cặp góc khi một bộ postprocessor xác định hướng của dao
dựa trên mô hình động học của máy 5 trục. Bộ postprocessor lựa chọn cặp
góc phù hợp. Ví dụ như vị trí hiện tại là X.. Y.. Z.. B + 30.000 C+0.000. về
mặt lý thuyết, dao cụ cũng có thể gia công ở vị trí này tại X.. Y.. Z.. B-30.000
C+180.000, nhưng trong thực tế có thể sẽ không thực hiện được bởi vì có thể
chi tiết sẽ bị khuất từ hướng đằng trước và chỉ có thể được thực hiện từ hướng
đằng sau khi thiết bị quay, cũng có thể không có đủ hành trình của trục X trên
một máy nào đó.
Lựa chọn vị trí 5 trục tốt nhất là nhiệm vụ của người tạo ra bộ
postprocessor. Một nhiệm vụ khác của người tạo ra bộ postprocessor là giải
quyết các vấn đề bất ổn trong thiết lập 5 trục. Các bộ postprocessor sẽ tạo ra
chuyển động lùi dọc theo trục của dao trong các tình huống để đảm bảo an
toàn. Bộ postprocessor tốt sẽ tránh lùi dao thất thường và tái định vị nhanh.
Nhiều xử lý chuyển độ an toàn giữa hai hoạt động gia công liên tiếp với
postprocessor. Các điều khiển rút dao vào một khu vực an toàn, và một máy 5
trục định vị lại cho hoạt động tiếp theo. Thay vì chỉ đơn giản là rút lại đến vị
trí gốc máy, vùng an toàn (hộp, bán cầu, hình trụ) có thể được sử dụng để

thực hiện rút dao lại một cách hiệu quả. Hãy nhớ rằng một đường chạy dao


18

hiệu quả không phải là chuyển động thất thường và chuyển động không cần
thiết nó chỉ rút dao ra khỏi phôi để tạo một khoảng cách an toàn tối thiểu,
trong khi duy trì tất cả các trục máy ở vị trí tối ưu.
1.2.2. 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.
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.


19

- Các mẫu yêu cầu, v.v.
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.
1.2.3. 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.

20

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 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.

21

Hình 2.8: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.
1.2.4. 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.
- 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.


22

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.
1.2.5. Công cụ tạo Postprocessor của phần mềm SolidCAM
Như đã trình bày ở trên, trong luận văn 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 hơn sử dụng CL-File. Postprocessor của SolidCAM được phát triển
trong môi trường khép kín, không đưa ra kết nối trực tiếp với dữ liệu CL tiêu
chuẩn.
Kết luận chương 1:
Chương 1 đã giải quyết được các vấn đề sau:


23

- Phân loại cấu hình máy CNC 5 trục và phương pháp lập trình trên
máy CNC 5 trục.
- Vai trò, vị trí, chức năng, các bài toán trong Postprocssor và phương
pháp xây dựng Postprocessor.
Đây là cơ sở để nghiên cứu phương pháp xây dựng bộ Postprocessor

trên phần mềm SolidCAM trong chương 2.

Chương 2
TẠO BỘ POSTPROCESSOR TRÊN CƠ SỞ PHẦN MỀM SOLIDCAM


24

2.1. Giới thiệu chung về phần mềm SolidCAM
2.1.1. Các tính năng nổi bật của phần mềm SolidCAM
Phần mềm SolidCAM như là một cầu kết nối giữa thiết kế và chế tạo
với những tính năng mạnh mẽ dễ sử dụng. Ưu điểm nổi bật của phần mềm
SolidCAM là dễ dàng kết họp các tính năng mạnh mẽ của CAM (hỗ trợ gia
công bằng máy tính) với khả năng tùy biến xử lý dữ liệu, tạo ra các chương
trình nguồn để thực hiện trên máy CNC. SolidCAM được sử dụng rộng rãi
đặc biệt trong các ngành gia công cơ khí chế tạo ô tô, điện tử, làm các khuôn
đúc và dập…
- Tính năng tích hợp và liên kết toàn diện
Với khả năng tích hợp một cửa sổ của SolidCAM trong phần mềm thiết
kế Solidworks, tất cả các hoạt động chuẩn bị cho máy CNC đều có thể được
định nghĩa, tính toán và hiệu chỉnh mà không cần thoát khỏi môi trường của
Solidworks. Tất cả các tham số hình học 2D và 3D được sử dụng cho quá
trình gia công đều liên kết đầy đủ với mô hình thiết kế của Solidworks.
Trong một phần CAM duy nhất thì một vài cấu hình của Solidworks có
thể được sử dụng. Mỗi một cấu hình có thể diễn tả một trạng thái độc lập hoặc
một giai đoạn sản xuất của chi tiết gia công. Khi các tham số hình học được
sử dụng để định nghĩa các thao tác của máy được thay đổi khi thiết kế trong
Solidworks thì chương trình Solidcam sẽ cho phép người sử dụng tự động
đồng bộ hóa tất cả các thao tác của máy với các tham số hình học được cập
nhật.

25

Tính liên kết toàn bộ đối với mô hình thiết kế Solidworks giúp giảm
thiểu lỗi trong quá trình tạo chương trình cho máy CNC. Ngoài ra còn có tính
năng tự động nhận ra thành phần và tính năng tự động module quá trình gia
công chi tiết của SolidCAM (machining - AFRM) với máy khoan đa trục và
các lỗ phức tạp.
Trong khi cung cấp việc tự động hóa việc lập trình CNC đến người sử
dụng, thì công nghệ AFRM vẫn tiếp tục cung cấp, cho người sử dụng khả
năng điều khiển tốt ưu thông qua các tham số chạy máy.
- Tính năng hiển thị và lượng dư gia công trong quá trình gia công
Mô hình gia công có thể được định nghĩa bằng một số đường viền 2D,
mô hình 3D hoặc có thể nhận chúng một cách tự động từ mô hình đích. Lựa
chọn này cho phép người sử dụng gia công một cách hiệu quả các chi tiết đúc
hoặc các chi tiết mới được chế tạo thô.
SolidCAM sử dụng sự khác biệt giữa mô hình phôi ban đầu và mô hình
đích để tính toán các thao tác gia công trên mô hình 3D. Sau mỗi bước gia
công thành công, lượng dư gia công sẽ được cập nhật tự động.
Tại bất kỳ giai đoạn nào của quy trình gia công, SolidCAM cũng cung
cấp các tính năng mạnh mẽ để hiển thị, phân tích và gia công đối với lượng
dư gia công. Các thành phần của lượng dư gia công có thể được định nghĩa
cho 2,5D, 3D và máy phay đa mặt 3 + 2 trục.
- Tính phay 2.5D
Các mô hình thiết kế của Solidworks với các thành phần có dạng như
đường cắt tròn, các đường viền và các đường khoan có thể được tích hợp lại
thành quỹ đạo dao cắt cho máy CNC.