Nghiên cứu phân tích và ứng dụng phần mềm chuyên dùng để thiết kế chương trình đào tạo lập trình gia công trên máy tiện CNC tại các trường cao đẳng kỹ thuật
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.45 MB, 102 trang )
..
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐINH THỊ BÍCH HẠNH
NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH VÀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM
CHUYÊN DÙNG ĐỂ THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO
″ LẬP TRÌNH GIA CƠNG TRÊN MÁY TIỆN CNC ″ TẠI CÁC
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT.
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
HÀ NỘI - 2011
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐINH THỊ BÍCH HẠNH
NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH VÀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM
CHUYÊN DÙNG ĐỂ THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO
″ LẬP TRÌNH GIA CƠNG TRÊN MÁY TIỆN CNC ″ TẠI CÁC
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT.
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
Mã số:
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Người hướng dẫn :
1. TS Đào Duy Chung
2. PGS.TS Phạm Văn Hùng
HÀ NỘI - 2011
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là do bản thân
tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS Đào Duy Chung Viện Nghiên cứu cơ khí
và thầy giáo PGS.TS Phạm Văn Hùng Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa
Hà Nội. Ngoài phần tài liệu tham khảo đã liệt kê, các số liệu và kết quả thực
nghiệm là trung thực và chưa được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác.
Tác giả
Đinh Thị Bích Hạnh
- 1 -
LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn TS Đào Duy Chung Viện Nghiên cứu cơ khí và
thầy giáo PGS.TS Phạm Văn Hùng Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa Hà
Nội, người đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài đến quá trình viết
và hồn chỉnh Luận văn.
Tác giả bày tỏ lịng biết ơn đối với Ban lãnh đạo và Viện đào tạo Sau đại học,
Viện Cơ khí của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để
hoàn thành bản Luận văn này.
Tác giả cũng chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo khoa Cơ Khí – Vũ khí Trường
Cao đẳng Cơng nghiệp Quốc Phịng đã giúp đỡ tác giả thực hiện thí nghiệm tại
trung tâm cơng nghệ cao của trường.
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn khơng tránh khỏi sai sót,
tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô giáo, các nhà khoa
học và các bạn đồng nghiệp.
Tác giả
Đinh Thị Bích Hạnh
- 2 -
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.................................................................................................... 1
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... 2
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................ 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ................................................................................. 6
PHẦN MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 8
Chương 1............................................................................................................... 11
TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM – CNC ................................................................. 11
1.1. Giới thiệu về CAD/CAM - CNC................................................................. 11
1.1.1. Giới thiệu về CAD/CAM..................................................................... 11
1.1.2. Giới thiệu về CNC ............................................................................... 12
1.1.3. Lịch sử phát triển của CAD/CAM và CNC .......................................... 17
1.2. Vai trò và chức năng của CAD/CAM trong nền sản xuất hiện đại............... 19
1.2.1. Đối tượng phục vụ của CAD/CAM ..................................................... 19
1.2.2. Vai trò của CAD/CAM trong chu trình sản phẩm ................................ 19
1.2.3. Chức năng của CAD............................................................................ 20
1.2.4. Q trình thiết kế và gia cơng tạo hình ............................................... 21
CHƯƠNG 2 ...................................................................................................... 26
GIỚI THIỆU VỀ MASTERCAM X3 .................................................................... 26
2.1. Tổng quan về phần mềm MASTERCAM ................................................... 26
2.2. Các môđul ứng dụng của MasterCAM:....................................................... 27
2.2.1. Màn hình của MasterCAM .................................................................. 27
2.2.2 MasterCAM design .............................................................................. 29
2.3. Xây dựng đối tượng 2D, 3D ....................................................................... 30
2.3.1. Chọn mặt phẳng vẽ .............................................................................. 30
2.3.2. Chọn mặt phẳng quan sát..................................................................... 31
2.3.3. Bắt điểm .............................................................................................. 31
2.3.4.Chọn đối tượng..................................................................................... 32
2.3.5. Vẽ phác ............................................................................................... 32
2.3.6. Lệnh Solids tạo biên dạng 3D .............................................................. 34
2.3.7. Các lệnh vẽ bề mặt: Surface ................................................................ 35
2.4. Các lệnh hỗ trợ vẽ....................................................................................... 36
2.5. Lập trình gia cơng tiện trên MasterCAM .................................................... 38
T
8
3
38T
T
8
3
38T
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
38T
T
8
3
38T
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
38T
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
38T
T
8
3
T
8
3
38T
38T
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
38T
T
8
3
T
8
3
2.5.1. Chu trình tiện mặt đầu
T
8
3
2.5.2. Chu trình tiện thơ
T
8
3
2.5.3. Chu trình tiện tinh
T
8
3
2.5.5 Chu trình tiện ren
T
8
3
38T
....................................................................... 39
T
8
3
....................................................................... 40
T
8
3
2.5.4. Chu trình tiện cắt rãnh
T
8
3
............................................................... 38
T
8
3
T
8
3
............................................................... 42
...................................................................... 44
- 3 -
2.5.6. Chu trình tiện cắt đứt
T
8
3
.............................................................. 45
T
8
3
2.5.7.Chu trình khoan
......................................................................... 46
2.5.8. Các chức năng phụ trợ khác (Lathe Misc ops) .................................... 47
CHƯƠNG 3 .......................................................................................................... 54
GIỚI THIỆU VỀ MÁY TIỆN FEELER FTC – 10 ................................................ 54
3.1. Giới thiệu máy tiện CNC Feeler FTC – 10.................................................. 54
3.1.1. Đặc tính kỹ thuật ................................................................................. 54
3.1.2. Hệ trục tọa độ và các chuyển động trên máy tiện Feeler FTC – 10....... 56
3.2. An toàn khi vận hành máy .......................................................................... 57
3.2.1. Phương pháp an toàn cho người lao động ............................................ 57
3.2.2. An toàn trước khi vận hành máy .......................................................... 57
3.2.3. An tồn để vận hành máy cơng cụ ....................................................... 58
3.2.4. Lưu ý an tồn để bảo trì máy ............................................................... 59
3.3. Các mã lệnh được sử dụng trên máy tiện CNC Feeler FTC – 10 ................. 60
3.4. Hệ thống điều khiển và vận hành máy FTC – 10......................................... 62
3.4.1. Khái quát hệ thống điều khiển ............................................................. 62
3.4.2. Màn hình hiển thị ................................................................................ 63
3.4.3. Bàn phím ............................................................................................. 63
3.4.4. Bảng điều khiển máy ........................................................................... 66
3.5. Truyền chương trình gia cơng từ máy tính sang máy CNC ......................... 73
3.5.1. Giới thiệu về cổng RS232.................................................................... 74
3.5.2. Cách thiết lập các tham số truyền trên hệ điều khiển của máy.............. 75
3.5.3. Truyền chương trình gia cơng bằng cáp nối qua cổng RS232 bằng các
phần mềm phụ trợ ( CIMCO EDIT, WINCOM, WIN PC, NC TRACE…..).. 75
3.5.4. Truyền chương trình gia cơng bằng thẻ nhớ MENMORY CARD ........ 77
3.6. Các thao tác vận hành máy khi gia công chi tiết.......................................... 78
3.6.1. Khởi động máy .................................................................................... 78
3.6.2. Tạo và gọi chương trình ...................................................................... 78
3.6.3. Lập chương trình gia cơng ................................................................... 79
3.6.4. Gá phơi, dao ........................................................................................ 79
3.6.5. Khai báo điểm W................................................................................. 79
3.6.6. Các chế độ vận hành máy gia công ...................................................... 81
CHƯƠNG 4 .......................................................................................................... 83
XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP THỰC HÀNH ............................................. 83
TRÊN MÁY TIỆN FTC - 10 ................................................................................. 83
4.1. Giới thiệu chương trình đào tạo .................................................................. 83
4.2. Hệ thống bài tập thực hành ......................................................................... 86
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 98
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 100
T
8
3
38T
T
8
3
T
8
3
T
8
3
38T
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
38T
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
38T
T
8
3
38T
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
38T
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
38T
T
8
3
38T
T
8
3
T
8
3
T
8
3
38T
T
8
3
T
8
3
T
8
3
38T
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
T
8
3
38T
38T
- 4 -
CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
NC (Number Control) – Điều khiển số
CNC (Computer Numerical Control) – Điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính
CAD (Computer Aided Design) – Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính
CAM (Computer Aided Manufacturing) – Chế tạo có sự trợ giúp của máy tính
CIM ( Computer Integrated Manufacturing ) – Gia cơng tích hợp
APT ( Automatically Programed Tools) – Máy cơng cụ được lập trình tự động
CRT (Cathode Ray Tube ) – Ống tia Catốt
IGES (Initial Graphics Exchange Specification ) – Kỹ thuật mơ hình khung dây.
CGM (Computational Geometric Model) – Mơ hình hình học số
CW (Counter clockwise) - Chiều quay thuận chiều kim đồng hồ
DNC (Direct Numerical Control) - Hệ điều khiển DNC
FMS (Flexible Manufacturing System ) - Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
TT
Bảng
Nội dung
số
Trang
1
1.1
Các địa chỉ lệnh theo tiêu chuẩn ISO
16
2
2.1
Chọn các đối tượng trong MASTERCAM
32
3
3.1
Đặc tính kĩ thuật máy tiện FEELER FTC-10
54
4
3.2
Chức năng các mã lệnh G
60
5
3.3
Chức năng các mã lệnh M
61
- 5 -
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Vị trí của chương trình CNC .................................................................. 14
Hình 1.2. Các bước lập trình gia cơng thử............................................................. 15
Hình 1.3. Sơ đồ chu trình sản xuất theo cơng nghệ truyền thống ............................ 19
Hình 1.4. Sơ đồ chu trình sản xuất theo cơng nghệ CAD/CAM ............................. 20
Hình 1.5. Thiết kế và gia cơng tạo hình theo cơng nghệ truyền thống .................... 22
Hình 1.6. Thiết kế và gia cơng tạo hình theo cơng nghệ CAD/CAM ...................... 23
Hình 1.7. Thiết kế và gia cơng tạo hình theo cơng nghệ tích hợp CIM ................... 24
Hình 2.1. MasterCam X3 ....................................................................................... 26
Hình 2.2. Kết quả bình chọn phần mềm CAM ....................................................... 27
Hình 2.3. Màn hình chính của MasterCam X3 ....................................................... 28
Hình 2.4. Menu Create trong MasterCam X3......................................................... 29
Hình 2.5. Các lựa chọn mặt phẳng vẽ .................................................................... 30
Hình 2.6. Các lựa chọn mặt phẳng quan sát ........................................................... 31
Hình 2.7. Các lệnh thiết kế 2D............................................................................... 33
Hình 2.8. Chức năng hiệu chỉnh 2D ....................................................................... 34
Hình 2.9. Các lệnh tạo khối 3D.............................................................................. 34
Hình 2.10. Một số sản phẩm thiết kế 3D ................................................................ 35
Hình 2.11. Một số sản phẩm thiết kế bằng chức năng Surfaces. ............................ 36
Hình 2.12. Các lệnh hỗ trợ vẽ ................................................................................ 37
Hình 2.13. Chức năng hỗ trợ vẽ ............................................................................. 37
Hình 2.14. Hộp thoại của chu trình tiện mặt đầu .................................................... 38
Hình 2.15. Hộp thoại của chu trình tiện thơ biên dạng ........................................... 40
Hình 2.16. Hộp thoại của chu trình tiện tinh biên dạng .......................................... 41
Hình 2.17. Hộp thoại lựa chọn vùng gia cơng ........................................................ 42
Hình 2.18. Hộp thoại của chu trình tiện rãnh ......................................................... 43
Hình 2.19. Hộp thoại của chu trình tiện ren ........................................................... 45
Hình 2.20. Hộp thoại của chu trình tiện cắt đứt ...................................................... 46
Hình 2.21. Hộp thoại của chu trình khoan.............................................................. 47
Hình 2.22. Kiểm tra đường chạy dao bằng lệnh Backplot ...................................... 48
Hình 2.23. Hộp thoại thơng báo lựa chọn hệ điều khiển ......................................... 49
Hình 2.24. Hộp thoại xác định vị trí mâm cặp........................................................ 51
Hình 3.1. Máy tiện CNC FEELER FTC- 10 .......................................................... 54
Hình 3.2 Hệ trục tọa độ theo quy tắc bàn tay phải .................................................. 56
Hình 3.3. Hướng chuyển động của các trục trên máy tiện CNC ............................. 57
Hình 3.4. Màn hình và bàn phím máy FTC – 10 .................................................... 63
Hình 3.5. Màn hình hiển thị ................................................................................... 63
Hình 3.6 Bàn phím máy FTC – 10 ......................................................................... 64
Hình 3.7. Bảng điều khiển máy FTC – 10 ............................................................. 66
Hình 3.8. Kết nối RS 232....................................................................................... 75
Hình 3.9 Giao diện của phần mềm CIMCO EDIT ................................................. 76
Hình 3.10. Thiết lập cấu hình truyền dữ liệu .......................................................... 76
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
U
T
8
3
T
8
3
U
38T
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
38T
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
38T
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
U
T
8
3
T
8
3
U
38T
U
U
T
8
3
U
T
8
3
T
8
3
U
T
8
3
U
- 6 -
Hình 3.11. Truyền dữ liệu...................................................................................... 76
Hình 3.12 Sử dụng thẻ nhớ để truyền chương trình ................................................ 77
Hình 3.13. Dao về vị trí gia cơng ........................................................................... 79
Hình 3.14. Khai báo trục Z .................................................................................... 80
Hình 3.15. Khai báo trục X .................................................................................... 80
Hình 4.1. Hộp thoại Stock setup ............................................................................ 87
Hình 4.2. Khai báo biên dạng phơi ........................................................................ 87
Hình 4.3. Khai báo kích thước mâm cặp ................................................................ 87
Hình 4.4. Mơ phỏng q trình gia cơng ................................................................. 88
Hình 4.5. Xuất chương trình G- code ..................................................................... 89
U
T
8
3
38T
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
U
T
8
3
U
T
8
3
U
T
8
3
U
T
8
3
T
8
3
U
38T
U
38T
U
T
8
3
U
T
8
3
U
U
T
8
3
T
8
3
U
U
T
8
3
U
T
8
3
T
8
3
U
T
8
3
U
- 7 -
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ trên tất cả
các lĩnh vực thì các sản phẩm cơ khí ngày càng có u cầu cao hơn về chất lượng
sản phẩm, mức độ phức tạp trong kết cấu và mức độ tự động hố cao trong sản xuất.
Vì vậy ngành cơ khí địi hỏi phải có nguồn nhân lực có tay nghề cao trong việc lập
trình cũng như việc vận hành máy CNC để gia công các sản phẩm có kết cấu phức
tạp và độ chính xác cao ngày càng nhiều. Đây là một yêu cầu cấp bách đối với đào
tạo kỹ thật hiện nay.
Trong chương trình quốc gia phát triển cơng nghệ cao (CNC) năm 2010 có
mục tiêu đến năm 2020 hình thành và phát triển khoảng 500 doanh nghiệp (DN) sản
xuất sản phẩm, khoảng 200 DN nông nghiệp ứng dụng CNC tại các vùng kinh tế
trọng điểm, đồng thời cung ứng dịch vụ CNC thuộc danh mục sản phẩm CNC được
khuyến khích phát triển. Chương trình còn đặt mục tiêu ứng dụng CNC nhằm tăng
giá trị sản xuất công nghiệp CNC đạt khoảng 30% tổng giá trị sản xuất công nghiệp
(đến năm 2015). Mục tiêu này đến 2020 là 40% và tỷ trọng giá trị sản xuất nông
nghiệp ứng dụng CNC cũng tăng gấp đôi so với năm 2015, tạo ra các dịnh vụ mới
có giá trị gia tăng cao, giải quyết các nhiệm vụ chủ chốt trong các lĩnh vực kinh tế xã hội, an ninh, quốc phòng.
Để thực hiện các nhiệm vụ của Chương trình, sẽ bồi dưỡng nghiệp vụ và
nâng cao trình độ chuyên môn cho 500 lãnh đạo chủ chốt của các dự án sản xuất sản
phẩm CNC, 10.000 kỹ sư và những người làm công tác nghiên cứu để đáp ứng yêu
cầu của các dự án sản xuất sản phẩm CNC.
Nhằm hiện thực hóa mục tiêu trên, các doanh nghiệp cơ khí và các cơ sở đào
tạo trong nước đã và đang đầu tư ngày càng nhiều các máy công cụ hiện đại. Tuy
nhiên việc khai thác và sử dụng sao cho có hiệu quả về cả về khía cạnh kinh tế cũng
như kỹ thuật đang gặp nhiều khó khăn do thiếu đội ngũ kỹ sư, kỹ thuật viên có trình
- 8 -
độ cao về cơng nghệ, có khả năng tiếp cận, làm chủ và khai thác có hiệu quả các
máy CNC trong gia cơng cơ khí.
Trước tình trạng như vậy các trường Cao đẳng Cơng nghiệp Quốc Phịng đã
đầu tư một số máy CNC và xây dựng một chương trình đào tạo để phục vụ cho việc
đào tạo đội ngũ kỹ thuật viên có kiến thức và kỹ năng đáp ứng nhu cầu xã hội. Với
phương châm gắn đào tạo với thực tế sản xuất trong các doanh nghiệp, việc xây
dựng hệ thống các bài thực hành, thí nghiệm gia cơng trên các máy cắt gọt CNC sát
với thực tế, sát với điều kiện sản xuất công nghiệp và phù hợp với điều kiện giảng
dạy trong nhà trường. Đây là một vấn đề rất khó khăn nhưng vơ cùng cấp thiết, nếu
giải quyết tốt vấn đề này thì sinh viên sau khi tốt nghiệp ra trường có thể thích nghi
và đảm nhiệm tốt cơng việc tại các nhà máy, xí nghiệp.
Xuất phát từ những lý do trên tác giả đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu phân
tích và ứng dụng phần mềm chuyên dùng để thiết kế chương trình đào tạo “
Lập trình gia cơng trên máy tiện CNC ” tại các trường Cao đẳng kỹ thuật ”
làm đề tài luận văn tốt nghiệp cao học của mình.
2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
2.1. Mục đích nghiên cứu.
- Nghiên cứu về phần mềm Mastercam và kỹ thuật lập trình trên máy tiện
FEELER FTC-10, xây dựng các bài thực hành, thí nghiệm lập trình và gia cơng trên
máy FEELER FTC-10 với hệ điều khiển FANUC Series Oi Mate- M nhằm nâng
cao chất lượng đào tạo tại Trường Cao đẳng Cơng nghiệp Quốc Phịng.
2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
* Đối tượng nghiên cứu:
- Chương trình đào tạo trên máy tiện CNC FEELER FTC-10, lập trình NC
máy tiện.
- Hệ thống bài tập thực hành, thí nghiệm về ứng dụng MASTERCAM trên
máy tiện FEELER FTC-10 với hệ điều khiển FANUC Series Oi Mate- M
* Phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu thiết kế sản phẩm dạng 2D, 3D trên modul Design.
- 9 -
- Nghiên cứu trình tự, phương pháp gia cơng tiện MASTERCAM Lathe.
- Xây dựng hệ thống bài tập thực hành ứng dụng phần mềm MASTERCAM
thực hiện trên máy tiện FEELER FTC-10, phục vụ môn học thực hành CNC tại
trường Cao đẳng Cơng nghiệp Quốc Phịng.
3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về phần mềm Mastercam thiết kế 2D và gia công trên
modul MASTERCAM Lathe.
- Giới thiệu về máy và lập trình gia cơng trên máy tiện FEELER FTC-10.
- Viết tài liệu hướng dẫn thực hành trên máy tiện FEELER FTC-10.
- Xây dựng hệ thống bài tập thực hành trên máy tiện FEELER FTC-10.
- Truyền chương trình gia cơng dạng G code từ máy tính sang máy CNC.
4. Phương pháp nghiên cứu.
Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với
thực nghiệm:
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết.
- Tiến hành thí nghiệm .
- Phân tích và đánh giá kết quả.
- 10 -
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM – CNC
1.1. Giới thiệu về CAD/CAM - CNC
1.1.1. Giới thiệu về CAD/CAM
- Định nghĩa về CAD.
CAD là viết tắt của “Computer Aided Design” và được hiểu là thiết kế kết cấu
sản phẩm có sự trợ giúp của máy tính.
- Định nghĩa về CAM.
CAM là viết tắt của “Computer Aided Manufacturing” và được hiểu là chế tạo
sản phẩm và có sự trợ giúp của máy tính.
Thực tế CAD và CAM tương ứng với các hoạt động của hai quá trình hỗ trợ
cho phép biến một ý tưởng trừu tượng thành một vật thể thật. Hai quá trình này thể
hiện rõ trong cơng việc nghiên cứu thiết kế (Designing) và triển khai chế tạo
(Manufacturing)
Hai lĩnh vực ứng dụng tin học trong ngành cơ khí chế tạo máy này có nhiều
điểm giống nhau bởi chúng đều dựa trên cùng một chi tiết cơ khí và ứng dụng dữ
liệu tin học chung đó là các nguồn đồ thị và dữ liệu quản lý.
Hai lĩnh vực hoạt động lớn này trong ngành chế tạo máy được thực hiện liên
tiếp nhau và được phân biệt bởi kết quả của nó.
- Kết quả của CAD: Là một bản vẽ xác định, trên đó biểu diễn đầy đủ các hình
chiếu và kích thước hình học của chi tiết cơ khí với các điều kiện về dung sai, độ
nhám bề mặt, và các yêu cầu kỹ thuật.
Bao gồm 3 bước cơ bản:
+ Tổng hợp ( Xây dựng mơ hình và mơ phỏng động học của kết cấu ).
+ Phân tích và tối ưu hố ( Phân tích kỹ thuật ).
+ Trình bày thiết kê ( Tự động ra bản vẽ ).
- 11 -
- Kết quả của CAM: Cụ thể đó là chi tiết cơ khí, trong CAM khơng đưa ra sự
biểu diễn hình học của thực thể mà thực hiện một cách cụ thể công việc. Việc chế
tạo bao gồm các vấn đề liên quan đến vật thể:
+ Gia công cắt gọt vật liệu.
+ Công suất của trang thiết bị.
+ Các điều kiện sản xuất khác nhau có giá thành nhỏ nhất.
+ Việc tối ưu hoá đồ gá và dụng cụ cắt nhằm đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật
của chi tiết cơ khí.
Cơng cụ điện tử tin học dùng trong nghiên cứu thiết kế là các phần mềm vẽ
( Computer Aided Drawing- CAD) và các phần mềm thiết kế (Computer Aided
Design – CAD). Ta sử dụng chung là CAD cho cả hai phần mềm này.
Từ bản vẽ thiết kế triển khai chế tạo có các phần mềm ứng dụng đó là các
phần mềm chế tạo (Computer Aided Manufacturing – CAM).
Khi tích hợp trên máy tính điện tử các hoạt động thiết kế và chế tạo sản phẩm
được thực hiện tập hợp các đặc trưng của hoạt động CAD/CAM được gọi là CIM
(Computer Integrated Manufacturing – CIM).
Do vậy CIM biểu diễn các hoạt động tương ứng với thiết kế, vẽ, chế tạo và
kiểm tra sản phẩm của một sản phẩm cơ khí.
1.1.2. Giới thiệu về CNC
1.1.2.1. Định nghĩa về điều khiển số:
Điều khiển số NC ( Numerical Control ) hay điều khiển bằng số là một quá
trình tự động điều khiển các hoạt động của máy trên cơ sở các dữ liệu số được mã
hố đặc biệt tạo nên một chương trình làm việc của thiết bị hay hệ thống.
- Máy theo nghĩa rộng bao gồm: Các máy cắt kim loại, robot, băng tải vận
chuyển phôi và chi tiết gia công.
- Dữ liệu số được mã hoá bao gồm: Các chữ số, số thập phân, các chữ cái và một số
ký tự đặc biêt.
- 12 -
- Các chữ số và ký tự đặc biệt biểu hiện đặc tính gia cơng như: kích thước của
chi tiêt, dụng cụ được yêu cầu, dung dịch trơn nguội, tốc độ vòng quay, tốc độ chạy
dao được tổng hợp thành câu lệnh.
Điều khiển số trong máy công cụ là một phương thức của tự động hố, trong
đó các chức năng khác nhau của máy được điều khiển bởi các chữ số, và các ký
hiệu.
- Dữ liệu đầu vào bao gồm:
+ Các thơng tin hình học: Là hệ thống thơng tin điều khiển các chuyển động
tương đối giữa dao và chi tiết gia cơng, liên quan trực tiếp đến q trình tạo hình bề
mặt.
+ Các thơng tin cơng nghệ: Là hệ thống các thông tin điều khiển các chức
năng vận hành máy như: Đóng mở trục chính máy, đóng mở dung dịch trơn nguội,
tốc độ chạy dao, số vòng quay trục chính, chiều sâu cắt….
- Phương pháp truyền thơng tin đầu vào: Những thông tin cần thiết để gia công
chi tiết được mã hoá và tập hợp một cách thống nhất thành chương trình gia cơng có
thể truyền vào bằng:
+ Thơng qua các vật mang tin như băng đục lỗ, giấy đục lỗ.
+ Được soạn thảo và lưu trữ trong vật mang tin ( băng từ, đĩa từ, đĩa CD )
được đưa vào hệ điều khiển số qua cửa nạp tương thích.
+ Thơng qua các nút bấm bằng tay trên bảng điều khiển.
+ Được truyền trực tiếp từ bộ nhớ của máy tính điều hành chủ sang hệ điều
khiển số của từng máy gia công ( phương thức truyền DNC ).
- Phương pháp mã hố thơng tin: Con người giao tiếp với máy thông qua một
ngôn ngữ, ngôn ngữ này phải được mã hố để máy có thể đọc và hiểu được và thực
thi chương trình đó.
+ Mã thập phân: Cơ sở của hệ (mã) thập phân là cơ số 10 ký tự: 0, 1, 2, 3, 4, 5,
6, 7, 8, 9. Hệ này ra đời do lịch sử tính tốn phát triển trên 10 ngón tay.
Theo hệ này một số bất kỳ được viết như sau:
54378,29 = 5.104+4.103+3.102+7.101+8.100+2.10-1+9.10-2
P
P
P
P
P
P
- 13 -
P
P
P
P
P
P
P
+ Mã nhị phân: Cơ sở của mã nhị phân là số 2. Bất kỳ một số nào trong mã nhị
phân đều là tổng của nhiều số mà số hạng của nó là số 2 với cấp số mũ khác nhau.
Các số trong hệ nhị phân là tổ hợp của các số 1 và 0.
+ Mã ISO:
Hiện nay đã có nhiều cơng trình nghiên cứu để thống nhất các ngơn ngữ lập
trình. Cơng việc này do hội đồng tiêu chuẩn hoá quốc tế ( Internation Standart
Ogranization – ISO ) chỉ đạo và được gọi là ngôn ngữ ISO. Ngôn ngữ ( mã ) phải
đạt được những yêu cầu sau:
Số ký hiệu là nhỏ nhất.
Chữ số đồng nhất.
Nghiên cứu đơn giản.
Số lượng tín hiệu đầy đủ.
Hầu hết các máy CNC hiện nay đều dùng mã ISO.
1.1.2.2. Chương trình CNC
Chương trình CNC đóng một vai trị rất quan trọng trong q trình gia cơng
nó là một mắt xích của q trình chuẩn bị sản xuất.
Vị trí của chương trình CNC được thể hiện trong sơ đồ sau:
Thiết kế
Chuẩn bị cơng nghệ
Lập trình CNC
Máy cơng cụ CNC
Chương trình CNC
Hình 1.1. Vị trí của chương trình CNC
Chương trình CNC bao gồm chuỗi chỉ thị di chuyển dao, đóng gắt các phụ trợ
cần thiết để điều khiển máy tự động thực hiện chương trình gia cơng. Cơng việc xác
lập tiến trình di chuyển dao cùng các chỉ thị lập trình cụ thể và lưu trữ các thong tin
này vào hệ điều khiển hay trên thiết bị mang tin dưới dạng mã lệnh phục vụ cho quá
trình đọc dữ liệu tự động bởi hệ điều khiển gọi là lập trình CNC.
- 14 -
Nghiên cứu
chi tiết
Xác định máy
gia cơng
Thực trạng máy hiện
có của cơng ty
Xác định quy trình và
dụng cụ cắt
Từ kho dụng cụ hiện
có của cơng ty
Xác định tốc độ cắt,
chiều sâu cắt, tốc độ
trục chính
Gá phơi lắp
dụng cụ
Nạp, kiểm tra
chương trình
Mơ phỏng
đường chạy
d
Chạy khô ( chạy
không dụng cụ )
Gia công thử chi
tiết đầu tiên
Đo kiểm tra chi tiết
sau gia công
Xác định chương
trình chuẩn cho SX
Hình 1.2. Các bước lập trình gia công thử
- 15 -
Cấu trúc của chương trình CNC đã được tiêu chuẩn hoá theo tiêu chuẩn quốc
tế ( ISO CODE )
Theo tiêu chuẩn ISO các địa chỉ lệnh và ý nghĩa của chúng được ký hiệu như sau:
Bảng 1.1. Các địa chỉ lệnh theo tiêu chuẩn ISO
Địa chỉ
Ý nghĩa
A,B,C
Kích thước góc quay quanh trục X,Y,Z
D
Bù bán kính dao
F
Tốc độ cắt
G
Chức năng chuẩn bị
H
Bù chiều dài dao
I,J,K
Toạ độ X,Y,Z của tâm cung tròn
M
Chức năng phụ
N
Số thứ tự của khối lệnh
O
Số hiệu chương trình
P
Gọi chương trình con
P,Q
Tham số của chu trình
R
Bán kính cung trịn
S
Tốc độ trục chính
T
Số hiệu, câu lệnh gọi dao
U,V,W
Kích thước tịnh tiến của trục phụ song song với trục X,Y,Z
X,Y,Z
Kích thước tịnh tiến của các trục chính X,Y,Z
Hai chức năng quan trọng của mã ISO dùng trong các hệ điều khiển CNC là
chức năng dịch chuyển hình học G ( Geometric Function ) và chức năng phụ M
(Miscellaneous Function ).
* Đặc trưng và ưu điểm của máy điều khiển số CNC:
- Tự động hoá cao.
- Tốc độ dịch chuyển và tốc độ quay lớn.
- Độ chính xác cao.
- Năng suất gia công cao.
- 16 -
- Tính linh hoạt cao ( thích nghi nhanh với đối tượng gia cơng thay đổi, thích
nghi với sản xuất loạt nhỏ ).
- Tập trung nguyên công cao ( gia công nhiều nguyên công trong một lần gá
phôi ).
- Chuẩn bị công nghệ khác với máy thường là phải lập trình điều khiển máy (
chương trình gia cơng ).
- Máy cơng cụ CNC có giá trị kinh tế lớn.
1.1.3. Lịch sử phát triển của CAD/CAM và CNC
1.1.3.1. Lịch sử phát triển của CAD/CAM
Lịch sử phát triển của CAD/CAM liên quan trực tiếp tới sự phát triển của đồ
họa máy tính, tuy nhiên CAD/CAM bao hàm một nội dung rộng lớn hơn đồ họa
máy tính. Lịch sử phát triển của CAD/CAM có thể chia làm 4 thời kỳ chính sau
đây:
- Thập niên 50:
+ Khởi đầu thời kỳ tương tác đồ hoạ máy tính, những hình ảnh đơn giản đầu
tiên được tạo ra và được chiếu bởi màn hình CRT đầu tiên ( Cathode Ray Tube Ống tia Catốt ).
+ Dự án triển khai ngôn ngữ APT tại học viện Massachusetts vào giữa thập
kỷ 50 đánh dấu cho sự ra đời của kỹ thuật điều khiển số NC.
- Thập niên 60:
+ Những nghiên cứu có tính chất đột phá về kỹ thuật đồ hoạ máy tính.
+ Dự án hệ thống Sketchpad của Ivan Sutherland vào năn 1962, hệ thống ra
đời làm trấn động thế giới khi có thể vẽ và làm thay đổi vật thể tương tác trên màn
hình CRT
+ Năm 1965 hãng Lockheed Aircraft khởi động hệ thống CAD/CAM đầu
tiên.
- Thập niên 70:
+ Những nỗ lực nghiên cứu về đồ họa máy tính trước đó đã bắt đầu đơm hoa
kết trái tiềm năng của nó được thực hiện trong các ngành kỹ nghệ.
- 17 -
+ Năm 1974 hội nghị quốc gia Mỹ về đồ hoạ máy tính được tổ chức ở
Boulder, Colorado.
+ Năm 1979 ra đời khái niệm IGES trong kỹ thuật đồ hoạ ( Initial Graphics
Exchange Specification ), kỹ thuật mơ hình khung dây.
- Thập niên 80:
+ Kỹ thuật mơ hình khối rắn.
+ Những năm dẫn đầu về nghiên cứu tích hợp cơng nghệ CAD/CAM, nhiều lý
thuyết và thuật toán mới ra đời.
- Thập niên 90:
+Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật phần mềm và phần cứng của
máy tính. Đánh dấu sự trưởng thành về kỹ thuật tự động thiết kế và chế tạo.
1.1.3.2. Lịch sử phát triển của điều khiển số:
- 1938: Claude E. Shannon ( Viện công nghệ Massachusetts Institute
Technolory – MIT ) tính tốn và chuyển giao nhanh dữ liệu ở dạng nhị phân có vận
dụng lý thuyết đại số và xác nhận công tắc điện tử nền tảng cơ sở của máy tính ngày
nay.
- 1952; Viện MIT cho ra đời máy công cụ điều khiển số đầu tiên.
- 1958: Ngơn ngữ lập trình biểu tượng hố đầu tiên ( APT ) được giới thiệu
trong quan hệ liên kết với máy tính IBM704.
- 1960: Các hệ điều khiển NC trong kỹ thuật đèn bán dẫn đã thay thế các hệ
thống điều khiển cũ dùng đèn điện tử.
- 1965: Các giải pháp thay dụng cụ tự động đã nâng cao trình độ tự động hố
khâu gia cơng.
- 1970: Giải pháp thay bệ gá phôi tự động.
-1972: Hệ điều khiển số CNC đầu tiên ra đời.
-1976: Một cuộc cách mạng trong kỹ thuật CNC với sự góp mặt của kỹ thuật
vi xử lý.
-1993: Xuất hiện các trung tâm gia cơng ( Manufacturing Center – MC ).
- 1994: Khép kín chuỗi quá trình CAD/CAM – CNC.
- 18 -
1.2. Vai trò và chức năng của CAD/CAM trong nền sản xuất hiện đại
1.2.1. Đối tượng phục vụ của CAD/CAM
Xu thế phát triển chung của các ngành công nghiệp chế tạo là liên kết các
thành phần của qui trình sản xuất trong một hệ thống tích hợp điều khiển bởi máy
tính điện tử.
Cơng việc chuẩn bị sản xuất bao gồm:
- Chuẩn bị về mặt thiết kế ( thiết kế kết cấu sản phẩm, các bản vẽ lắp chung
của sản phẩm, các cụm máy…).
- Chuẩn bị về mặt công nghệ ( đảm bảo tính năng cơng nghệ của kết cấu,
thiết lập quy trình cơng nghệ ).
- Thiết kế và chế tạo các trang bị công nghệ và dụng cụ phụ.
- Kế hoạch hố q trình sản xuất và chế tạo sản phẩm trong thời gian yêu
cầu.
CAD/CAM là lĩnh vực nghiên cứu nhằm tạo ra các hệ thống tự động thiết kế
và chế tạo trong máy tính được sử dụng để thực hiện một số chức năng nhất định.
CAD/CAM tạo ra hai dạng hoạt động: Thiết kế và chế tạo.
1.2.2. Vai trò của CAD/CAM trong chu trình sản phẩm
Vai trị của CAD/CAM được thể hiện ở 2 sơ đồ sau:
Khái niệm
SP mới
Thiết kế SP
Nhu cầu thị
trường
Kiểm tra
chất lượng
Vẽ
chi tiết
Nhu cầu
TTB mới
Kế hoạch hố
QTSX
Sản xuất
sản phẩm
Lập biểu đồ
SX
Hình 1.3. Sơ đồ chu trình sản xuất theo công nghệ truyền thống
- 19 -
TĐH
thiết kế
Khái niệm
SP mới
Nhu cầu
thị trường
Kiểm tra
chất lượng
TĐH
KTCL
Vẽ bằng MTĐT
Thiết kế SP
Vẽ chi tiết
Nhu cầu
TTB mới
KHH
QTSX
Sản xuất
sản phẩm
Lập biểu đồ
SX
TBKT bằng
MTĐT
TĐH KHH
QTSX
Vẽ BĐ, lập nhu cầu
NVLKT
Hình 1.4. Sơ đồ chu trình sản xuất theo cơng nghệ CAD/CAM
Quan sát hai sơ đồ ta thấy CAD/CAM chi phối hầu hết các dạng hoạt động
và chức năng của chu trình sản suất.
1.2.3. Chức năng của CAD
CAD quản lý đối tượng thiết kế dưới dạng mơ hình hình học số trong cơ sở
dữ liệu trung tâm, vì vậy CAD có khả năng hỗ trợ các chức năng kỹ thuật ngay từ
giai đoạn phát triển sản phẩm cho đến giai đoạn cuối của quá trình sản xuất ( hỗ trợ
điều khiển các thiết bị sản xuất bằng điều khiển số ).
Hệ thống CAD được đánh giá có đủ khả năng để thực hiện chức năng yêu
cầu hay không, phụ thuộc chủ yếu vào chức năng sử lý của các phần mềm thiết kế.
Ngày nay những bộ phần mềm CAD/CAM chuyên nghiệp phục vụ thiết kế và gia
cơng khn mẫu có khả năng thực hiện các chức năng sau:
+ Thiết kế mơ phỏng hình học 3 chiều ( 3D ) những hình dạng phức tạp.
- 20 -
+ Giao tiếp với các thiết bị đo, quét toạ độ 3D chi tiết để lấy dữ liệu hình học
rồi dựng chi tiết 3D xuất bản vẽ.
+ Phân tích và liên kết dữ liệu: tạo mặt phân khuôn, tách khuôn, quản lý kết
cấu lắp ghép.
+ Tạo bản vẽ và ghi kích thước tự động: có khả năng liên kết các bản vẽ 2D
với mơ hình 3D và ngược lại.
+ Mơ phỏng động học để kiểm tra sự làm việc đúng của cơ cấu và sản phẩm,
phát hiện sự giao thoa tương tác giữa các chi tiết của cơ cấu.
+ Nội suy hình học biên dịch các kiểu đường chạy dao chính xác cho cơng
nghệ gia cơng điều khiển số.
+ Giao tiếp dữ liệu theo các định dạng đồ hoạ chuẩn.
+ Xuất dữ liệu đò hoạ 3D dưới dạng tập tin để giao tiếp với các thiết bị tạo
mẫu nhanh theo cơng nghệ tạo hình lập thể.
Những ứng dụng của CAD trong ngành chế tạo máy:
+ Thông qua giao dữ liệu với thiết bị tạo mẫu nhanh theo công nghệ tạo hình
lập thể.
+ Giảm đáng kể thời gian mơ phỏng hình học bằng cách tạo mơ hình hình học
theo cấu trúc mặt cong rừ dữ liệu số.
+ Chức năng mô phỏng hình học mạnh, có khả năng mơ tả những hình dáng
phức tạp nhất.
+ Khả năng mơ hình hố cao cho các phương pháp phân tích, cho phép lựa
chọn những giải pháp tối ưu.
1.2.4. Q trình thiết kế và gia cơng tạo hình
Các dạng thiết kế và gia cơng tạo hình bao gồm:
+ Thiết kế và gia cơng tạo hình theo công nghệ truyền thống.
+ Thiết kế và gia công tạo hình theo cơng nghệ CAD/CAM.
+ Thiết kế và gia cơng tạo hình theo cơng nghệ tích hợp CIM.
- 21 -
1.2.4.1. Thiết kế và gia cơng tạo hình theo cơng nghệ truyền thống
Ý tưởng
Hiệu chỉnh
Vẽ và thiết kế
Tạo mẫu sản phẩm
Lấy mẫu
Bản vẽ kỹ thuật
Tạo mẫu chép hình
Mẫu chép hình
Gia cơng chép hình
Hình 1.5. Thiết kế và gia cơng tạo hình theo cơng nghệ truyền thống
Ta thấy theo cơng nghệ truyền thống các đường cong 2D hay mặt cong phức
tạp 3D được gia công trên máy vạn năng theo phương pháp chép hình sử dụng mẫu
hoặc dưỡng.
Những hạn chế của quy trình gia cơng truyền thống:
+ Khó đạt được độ chính xác gia cơng cao, do q trình chép hình.
+ Dễ dàng làm sai do nhầm lẫn hay hiểu sai vì phải xử lý một số lượng lớn
dữ liệu đặc biệt với chi tiết 3D.
+ Chế tạo đồ gá phức tạp.
1.2.4.2. Thiết kế và gia cơng tạo hình theo cơng nghệ CAD/CAM
Sự phát triển của phương pháp mơ hình hố cùng với thành tựu của công
nghệ thông tin, kỹ thuật điều khiển số đã có những ảnh hưởng trực tiếp đến cơng
nghệ thiết kế và gia cơng tạo hình.
+ Bản vẽ kỹ thuật được tạo từ hệ thống vẽ, mô phỏng thiết kế và tạo bản vẽ
với sự trợ giúp của máy tính.
- 22 -
+ Tạo mẫu thủ công được thay thế bằng mô hình hố hình học trực tiếp từ
giá trị lấy mẫu số hóa 3D.
+ Mẫu chép hình được thay thế bằng mơ hình tốn học – mơ hình hình học
lưu trữ trong bộ nhớ máy tính và ánh xạ trên màn hình dưới dạng mơ hình khung
lưới.
+ Gia cơng chép hình được thay thế bằng gia công điều khiển số CAM.
Ý tưởng
Hiệu chỉnh
Vẽ và mô phỏng thiết kế (CAD)
Mẫu sản phẩm
Lấy mẫu, số hố
Bản vẽ kỹ thuật
Mơ hình hố hình học
Mơ hình hình học số
Gia cơng CNC
Hình 1.6. Thiết kế và gia cơng tạo hình theo cơng nghệ CAD/CAM
Về cơng nghệ điểm khác biệt cơ bản giữa gia cơng tạo hình theo phương
pháp truyền thống và công nghệ CAD/CAM là thay thế tạo hình theo mẫu bằng mơ
hình hố hình học. Kết quả là mẫu chép hình và cơng nghệ gia cơng chép hình được
thay thế bằng mơ hình số học ( Computational Geometric Model – CGM ) và gia
công điều khiển số ( Computer Numerical Control – CNC ). Với khả năng kiểm tra
kích thước trực tiếp và khả năng lựa chọn chế độ gia cơng thích hợp.
Vì vậy cơng nghệ gia công CAD/CAM đã giải quyết hầu hết các khó khăn
của q trình thiết kế và gia cơng tạo hình theo cơng nghệ truyền thống như:
- Bề mặt gia cơng đạt độ chính xác và tinh sảo hơn.
- 23 -
