ỨNG DỤNG MÁY TÍNH TRONG CÔNG NGHIỆP PHÁT TRIỂN đối TƯỢNG ảo BẰNG CÁC CHƯƠNG TRÌNH NC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MƠN KỸ THUẬT HỆ THỐNG CƠNG NGHIỆP
---------------o0o---------------

BÀI TẬP NHĨM 1

ỨNG DỤNG MÁY TÍNH TRONG CƠNG NGHIỆP
PHÁT TRIỂN ĐỐI TƯỢNG ẢO BẰNG CÁC
CHƯƠNG TRÌNH NC

GVHD: Th.S. Nguyễn Hữu Phúc
SVTH: Trần Đăng Định
Đào Minh Ký

MSSV: 1913117
MSSV: 1913894

Phạm Huỳnh Bích Loan MSSV: 1913980
Bùi Huỳnh Đức Trung

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 9/2021

MSSV: 1915678


ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MƠN KỸ THUẬT HỆ THỐNG CƠNG NGHIỆP

---------------o0o---------------

BÀI TẬP NHĨM 1

ỨNG DỤNG MÁY TÍNH TRONG CƠNG NGHIỆP
PHÁT TRIỂN ĐỐI TƯỢNG ẢO BẰNG CÁC
CHƯƠNG TRÌNH NC

GVHD: TH.S. Nguyễn Hữu Phúc
SVTH: Trần Đăng Định
Đào Minh Ký

MSSV: 1913117
MSSV: 1913894

Phạm Huỳnh Bích Loan MSSV: 1913980
Bùi Huỳnh Đức Trung

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 9/2021

I

MSSV: 1915678


LỜI CẢM ƠN
Kết thúc mơn học Ứng dụng máy tính trong công nghiệp, trước tiên em xin gửi đến Thầy lời
cảm ơn chân thành và sâu sắc. Qua môn học, nhóm em đã có thêm kiến thức và hiểu rõ hơn tầm
quan trọng của việc vận dụng thành thạo các cơng cụ hỗ trợ trên máy tính vào giải quyết các
vấn đề, các bài toán trong việc hỗ trợ ra quyết định. Từ đó trang bị cho mỗi cá nhân trong nhóm

những kỹ năng sử dụng thành thạo các phần mềm chun ngành Kỹ thuật hệ thống cơng nghiệp,
giúp ích cho bản thân trong cơng việc.
Trong q trình nghiên cứu và làm báo cáo khơng tránh khỏi những sai sót. Mong sẽ nhận
được sự đóng góp của Thầy và các bạn.
Công việc này được hỗ trợ một phần bởi khoản tài trợ chiến lược POSDRU/88/1.5/S/50783,
Dự án ID50783 (2009), đồng tài trợ bởi Quỹ Xã hội Châu Âu - Đầu tư vào Con người, trong
Chương trình Hoạt động Ngành Phát triển Nguồn nhân lực 2007-2013.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

TPHCM, tháng 9 năm 2021
Sinh viên thực hiện
Trần Đăng Định
Đào Minh Ký
Phạm Huỳnh Bích Loan
Bùi Huỳnh Đức Trung

II


TÓM TẮT
Sự ra đời của máy điều khiển số bằng máy tính (CNC) đã thay đổi hồn tồn ngành cơng
nghiệp sản xuất vì những ưu điểm chính của nó: sản xuất nhanh hơn, độ chính xác cao và độ
lặp lại. Với cơng nghệ này, người ta có thể thiết kế và sản xuất những sản phẩm mà cách đây
vài năm dường như là không thể. Do sự phát triển của công nghệ, các máy CNC được điều
khiển trực tiếp từ các tệp được tạo bởi phần mềm CAD, do đó một mơ hình ảo có thể đi từ thiết
kế đến sản xuất mà không mất thời gian [1]. Chuỗi thiết kế đến sản xuất điển hình là chuỗi bao
gồm phần mềm CAD đầu tiên trong đó mơ hình ảo được tạo ra, phần mềm CAM nơi mơ hình
được đưa ra và từ đó chương trình NC là kết quả đầu ra. Điều này được xử lý bởi phần mềm
máy CNC, có thể sử dụng dữ liệu điều khiển số, các cơng cụ cắt tương thích và phụ trợ, để tạo
ra sản phẩm cuối cùng.

Bài báo trình bày một phương pháp mơ hình hóa một đối tượng ảo có thể được so sánh với
kỹ thuật Reverse Engineering, nghĩa là mơ hình tham số sẽ được thực hiện bằng cách sử dụng
thông tin nhận được từ một chương trình NC. Chương trình NC chứa thông tin về các chiến
lược được sử dụng để chế tạo chi tiết, các thông số công nghệ (tiến dao cắt, tốc độ cắt), loại và
đặc tính của dao và điều quan trọng nhất trong vấn đề này - đường chạy dao. Tất cả thơng tin
này hữu ích cho người vận hành máy CNC trong giai đoạn sản xuất, nhưng chúng tôi sẽ sử
dụng một số thông tin trong số đó để tạo mơ hình ảo.
Từ khóa: Chương trình NC, phần mềm CAD/CAM, mơ hình ảo, máy CNC, kỹ thuật mơ
hình hóa, đường chạy dao

III


MỤC LỤC
TĨM TẮT ............................................................................................................................ iii
MỤC LỤC ............................................................................................................................ iv
DANH SÁCH HÌNH ẢNH .................................................................................................... v
DANH SÁCH BẢNG BIỂU ................................................................................................. vi
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT..................................................................................... vii
NỘI DUNG BÁO CÁO ........................................................................................................ 1
1. Giới thiệu......................................................................................................................... 1
2. Công thức vấn đề ............................................................................................................. 3
3 Giải pháp vấn đề ............................................................................................................... 3
4. Kết luận ........................................................................................................................... 5
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC A. MẪU LUẬN VĂN HOÀN CHỈNH
PHỤ LỤC B. CÁC LƯU Ý KHI THỰC HIỆN

IV

DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Từ mơ hình ảo đến phần vật lý bằng cách sử dụng Phần mềm CAD / CAM ............. 2
Hình 1. 2 Cách được đề xuất để có được khn mẫu .............................................................. 3
Hình 1. 3 Chương trình NC được nhập bằng CAD ................................................................. 4
Hình 1. 4 Phay bề mặt............................................................................................................ 5
Hình 1. 5 Đường chạy dao với hai chu kỳ khoan .................................................................... 5

V


DANH SÁCH BẢNG

VI


DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt
CNC
CAD
CAM
NC

Ý nghĩa
Computer Numerical Control
Computer-Aided Design
Computer-Aided Manufacturing
Numerical Control

VII


NỘI DUNG BÁO CÁO

1. Giới thiệu
Trong các hệ thống CNC hiện đại, thiết kế thành phần đầu cuối được tự động hóa cao bằng
cách sử dụng các chương trình CAD / CAM. Các chương trình tạo ra một tệp máy tính được
thơng dịch để trích xuất các lệnh cần thiết để vận hành một máy cụ thể, sau đó được tải vào
máy CNC để sản xuất. Sự gia tăng của CNC dẫn đến nhu cầu về các tiêu chuẩn CNC mới [2].
Hoạt động của máy công cụ CNC được điều khiển bởi một chương trình được viết bằng
ngơn ngữ lập trình mã G được gọi là NC hoặc chương trình bộ phận. Một chương trình NC
chứa một chuỗi các khối có thứ tự, về cơ bản là các lệnh xác định chi tiết các chuyển động của
máy cắt sẽ được thực hiện và các hoạt động phụ trợ (ví dụ: bật / tắt trục chính, tốc độ trục chính
và tốc độ tiến dao) để máy CNC thực hiện máy một bộ phận xác định. Khi một chương trình
được thực thi, điều khiển sẽ gặp lệnh đầu tiên trong chương trình; thực hiện nó, và sau đó
chuyển sang lệnh thứ hai. Điều khiển thực hiện từng lệnh theo cùng một thứ tự đã gặp. G và M
có bao nhiêu nguyên hàm phụ thuộc vào số có hai chữ số sau đây. Các chức năng này đã được
tiêu chuẩn hóa và thường được gọi là '' mã G và M ''. Nói chung, mã G, được đặt tên là mã chức
năng chuẩn bị, xác định một loại chuyển động hoặc một chế độ hoạt động trong khi mã M, được
đặt tên là mã chức năng khác, bật / tắt các hoạt động khác nhau (ví dụ: dịng nước làm mát, trục
xoay, v.v.) [5 ]. Các yếu tố cơ bản của một chương trình NC là:
a. Chức năng chuẩn bị: đơn vị, bộ nội suy, lập trình tuyệt đối hoặc tăng dần, mặt phẳng nội
suy tròn, bù dao cắt, v.v.;
b. Tọa độ: ba phép tịnh tiến và ba trục quay;
c. Các thông số gia cơng: thức ăn và tốc độ;
d. Kiểm sốt dao: đường kính dao, số dao tiếp theo, thay dao;
e. Chức năng chu kỳ: chu kỳ khoan, chu kỳ doa, chu kỳ khoan, chu kỳ máy nghiền và mặt
phẳng thông quan;
f. Kiểm soát chất làm mát: bật / tắt chất làm mát, lũ lụt, sương mù;

g. Điều khiển khác: bật / tắt trục chính, cuộn băng, hướng quay trục chính, thay đổi pallet,
điều khiển kẹp, v.v.;
h. Bộ nội suy: tuyến tính, nội suy tròn
Bước đầu tiên trong việc tạo một chương trình NC là lập kế hoạch cho tất cả các điểm khác
nhau mà công cụ sẽ phải đi qua để tạo ra hình dạng mong muốn, đây được gọi là đường chạy
1


dao. Mục tiêu quan trọng trong lĩnh vực sản xuất máy tính là phát triển và kết hợp máy phát
đường chạy dao vào hệ thống CNC, dựa trên các phương pháp dị đường cong hiệu quả và chính
xác, có khả năng đáp ứng nhu cầu công nghiệp ngày càng tăng về gia cơng các bộ phận có hình
dạng phức tạp. Ví dụ, trong mơ hình rắn, các cạnh được tạo ra mà tại đó các mặt liền kề của mơ
hình rắn giao nhau là các đường cong ba chiều (3D). Trong giai đoạn gia công, bộ nội suy hiệu
quả là cần thiết để truyền động công cụ cắt dọc theo các đường không gian tương tự [3].
Cho đến thập kỷ trước, chỉ có các bản vẽ 2D có sẵn để chuyển đổi hình học của một phần
đúc thành mơ hình vỏ 3D. Cần phải có một bộ tiền xử lý để chuyển đổi hình học theo cách thích
hợp và loại bỏ các hình tam giác phẳng, tuyến tính - cái được gọi là mạng phần tử hữu hạn. Ở
trình độ cơng nghệ đó, việc chuyển đổi hình dạng cho một thùng xếp chồng mất khoảng thời
gian tương đương với việc biên soạn một chế độ xem đã phát triển trên giấy. Tuy nhiên, khi
hình học đã được biên soạn trên máy tính, một lượng thời gian quan trọng khác đã được dành
để tính tốn các biến thể kiểm tra khác nhau và để tối ưu hóa
Với sự phát triển của các hệ thống CAD, các giao diện dần trở nên sẵn có để trao đổi dữ liệu
hình học, chẳng hạn như IGES hoặc VDA-FS, giúp đơn giản hóa hơn nữa việc xử lý hình học.
Máy tính hiện đóng một vai trị quan trọng trong q trình này, đặc biệt nếu nhà thiết kế có
thể sử dụng nhiều tiền lệ để sử dụng cho các thiết kế mới và nếu có một bộ sưu tập lớn các tiêu
chuẩn có thể được truy cập từ bộ nhớ máy tính mà khơng cần phải vẽ lại nhiều lần, từ các bộ
phận đơn giản đến các cụm lắp ráp con phức tạp.
Ngày nay, thông thường để sản xuất mơ hình vật lý trên máy CNC, chúng tơi bắt đầu xây
dựng mơ hình ảo bằng phần mềm CAD và bằng cách nhập mơ hình 3D trong phần mềm CAM,
chúng tơi thu được chương trình NC bằng mã G hoặc ngơn ngữ lập trình khác (hình .1).

Hình 1. 1 Từ mơ hình ảo đến phần vật lý bằng cách sử dụng Phần mềm CAD / CAM

2


2. Công thức vấn đề
Mục tiêu của bài báo là chứng minh rằng với sự hiểu biết đúng đắn về chương trình NC và
một số kiến thức về phần mềm CAD là có thể tạo ra mơ hình ảo. Các mã G và tọa độ tạo thành
đường chạy dao cùng với thông tin về loại công cụ và đặc điểm sẽ hướng dẫn nhà thiết kế tạo
mơ hình 3D ảo.
3 Giải pháp vấn đề
Sau đây là phần giải thích của chúng tơi về những gì đây có thể là một ứng dụng bổ trợ để
sử dụng trong phần mềm CAD. Làm việc trong miền Reverse Engineering [4], chúng tôi đề
xuất một thuật tốn để có được các mơ hình ảo từ các chương trình NC được nhập trong phần
mềm CAD (hình 2).

Hình 1. 2 Cách được đề xuất để có được khuôn mẫu
NC Import for SolidWorks là phần bổ trợ nhập tệp chương trình Numeric Control NC (.nc)
cho SolidWorks. Mơ-đun bổ trợ này cung cấp cho SolidWorks khả năng nhập dữ liệu đường
chạy dao từ các tệp chương trình NC [6].
Máy CNC trên toàn thế giới sử dụng tệp Điều khiển Số (.tap, .nc, .ncc hoặc .cnc) để chuyển
đổi các lệnh được lập trình thành chuyển động của dao. Các chương trình NC bao gồm một
chuỗi mã với dữ liệu tham số để đưa ra mơ tả chính xác về đường chạy dao. Ứng dụng đọc các
tệp chương trình NC và tạo lại đường chạy dao. Các chuyển động của cơng cụ được lập trình
trong tệp NC được chuyển đổi thành các đối tượng đường thẳng, đường cong spline, cung tròn
hoặc đường tròn tương ứng và được thêm vào tài liệu hoạt động dưới dạng 3D Sketch trong
một bộ phận hoặc cụm.
Để tạo mơ hình ảo, chúng ta cần biết loại dụng cụ và đường kính, thơng tin do chương trình
NC cung cấp. Trong phần sau đây sẽ được trình bày một loạt các mảnh có chứa túi, đảo đùn,

hình dạng tự do và lỗ khoan.
Trong hình 3a. đường chạy dao được tạo với sự trợ giúp của tệp NC được trình bày dưới
dạng 3D Sketch chứa các đường cong spline. Từ chương trình, chúng ta có thể thấy rằng giai
đoạn hồn thiện của ngun cơng phay được thực hiện bằng cách sử dụng dao phay có đường
3


kính 6 mm và khơng có bù dao (G41 hoặc G42), có nghĩa là các trục dao vng góc trên đường
chạy dao và để tạo ra độ chính xác đường bao của mơ hình, chúng ta phải tạo độ lệch 3 mm so
với đường dẫn dao. Như hình, chúng ta có thể thấy rằng các mặt phẳng Front, Top và Right
được đặt tự động vào gốc của chi tiết, điểm gốc trùng với điểm được chọn cho ngun cơng
phay.
Mơ hình 3D được tạo bằng cách sử dụng mặt phẳng Top để phác thảo đường viền thực; đầu
tiên phần thân của bộ phận được ép đùn lên một điểm (đỉnh) từ đường dẫn đã nhập, tạo ra độ
dày của bộ phận; theo cùng một cách mà cái túi đã được thực hiện, cuối cùng là mơ hình ảo
(hình 3 b.).

Hình 1. 3 a) Chương trình NC được nhập bằng CAD
b) Mơ hình ảo với các kích thước kết quả
Giai đoạn tiếp theo là tạo lại một dạng tự do từ một chương trình đang sử dụng chiến lược
phay bề mặt, kiểu số và đặc điểm - máy nghiền mũi bi có đường kính 6 mm (hình 4). Trong
trường hợp này, phần được tạo ra bằng cách sử dụng các bề mặt vì các bản phác thảo chứa các
đường cong spline thực tế từ đường dẫn được nhập và sau đó hợp nhất chúng để tạo ra phần
thân rắn.

4


Hình 1. 4 Phay bề mặt
Tiếp theo là thử nghiệm xem chương trình có hiểu được chu trình khoan G81 hay khơng.

Chương trình NC được cài đặt đã thực hiện đúng giai đoạn hồn thiện, khoan sáu lỗ đường kính
5,4 mm và sáu lỗ đường kính 4,2 mm, sâu 7 mm (hình 5a.).

Hình 1. 5: a) Đường chạy dao với hai chu kỳ khoan
b) Mơ hình ảo với các kích thước kết quả
Nếu chúng ta xem xét các kích thước kết quả, chúng ta có thể thấy một số vấn đề với bán
kính góc có nghĩa là một là R9,976 mm; vấn đề của điều này sẽ là gì? Trong q trình xay xát,
máy nghiền có phương tiếp tuyến đối với vật liệu, khi được nhập chuyển động này xuất hiện
dưới dạng đường cong spline với nhiều điểm (hình 6) thay vì bán kính bình thường. Bởi vì sự
gần đúng này, chúng tôi nhận được thứ nguyên được nêu ở trên.
4. Kết luận
Bài báo này trình bày một phương pháp mơ hình hóa một đối tượng ảo có thể được so sánh
với kỹ thuật Reverse Engineering, nghĩa là mơ hình tham số được tạo ra bằng cách sử dụng
thông tin nhận được từ một chương trình NC.
Bây giờ nhà thiết kế có thể: thiết kế từ đầu '' hoặc tìm kiếm một tiền lệ phù hợp và các tệp
NC liên quan. Chúng có thể chứa thơng tin có giá trị về các chiến lược sản xuất được sử dụng
5


để chế tạo chi tiết, các thông số công nghệ (tiến dao cắt, tốc độ cắt), loại và đặc tính của dụng
cụ và điều quan trọng nhất trong vấn đề này - đường chạy dao.
Kỹ thuật viên sẽ thực hiện các thay đổi để xác định các công cụ tốt nhất để sử dụng, thực
hiện các hiệu chỉnh và quyết định các đường chạy dao thích hợp cho từng cấu hình cụ thể của
bộ phận.
Sau khi hồn thành về ngun tắc, các chương trình khác nhau có thể được sử dụng để kiểm
tra các khu vực đã chọn (tấm, hốc, v.v.) về độ bền vật lý và để kiểm tra với các chương trình
khác về hiệu quả mong đợi của việc lấp đầy các hốc khn, [7], vị trí và kích thước cổng, người
chạy. kích thước, bố cục làm mát, [8], v.v.

6

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] B. Vinoda, G. Gurusamyb, C. Sasikumara, Design and analysis of power failure detector
module for control of axis runaway in CNC machines during unprecedented power failures,
International Journal of Machine Tools & Manufacture, 46 (2006) p.1610–1616
[2] Sotiris L. Omiroua, Andreas C. Nearchoub, A CNC machine tool interpolator for surfaces
of cross-sectional design, Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 23 (2007) p.257–
264
[3] Sotiris L. Omirou, Antigoni K. Barouni, Integration of new programming capabilities into
a CNC milling system, Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 21 (2005) p.518–
527
[4] Cosma C., Tulcan A., Dume A., Iclanzan T., Reverse Engineering for Active Mould Parts,
Academic Journal of Manufacturing Engineering - AJME, Vol.7, issue 1/2009, p.12-18, ISSN
1583-7904
[5] Peter Smid, A Comprehending Guide to Practical CNC Programming, Industrial Press Inc.,
2003
[6] www.sycode.com, about NC Import for SolidWorks, trial license
[7] I. Postolache, C. Fetecau, F. Stan, Study of the polymer flow through tubular runner,
Materiale Plastice, 46, 4/2009, p. 458-461
[8] D. Nedelcu, C. Fetecau, C. Ciofu, D. Mindru, Aspects regarding the use of FEM for calculus
at the injection moulding of a high accuracy part, Materiale Plastice, 46, 3/2009, p. 269-273


PHỤ LỤC A

A1


A2

PHỤ LỤC B

B1


B2