(TIỂU LUẬN) ỨNG DỤNG máy TÍNH TRONG CÔNG NGHIỆP PHÁT TRIỂN đối TƯỢNG ảo BẰNG các CHƯƠNG TRÌNH NC

Bài báo trình bày một phương pháp mô hình hóa một đối tượng ảo có thể được so sánh với kỹ thuật Reverse Engineering, nghĩa là mô hình tham số sẽ được thực hiện bằng cách sử dụng thông ti

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN KỸ THUẬT HỆ THỐNG CÔNG NGHIỆP

-o0o -BÀI TẬP NHÓM 1

ỨNG DỤNG MÁY TÍNH TRONG CÔNG NGHIỆP PHÁT TRIỂN ĐỐI TƯỢNG ẢO BẰNG CÁC

CHƯƠNG TRÌNH NC

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

Đào Minh Ký Phạm Huỳnh Bích Loan Bùi Huỳnh Đức Trung

Tp Hồ Chí Minh, tháng 9/2021

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN KỸ THUẬT HỆ THỐNG CÔNG NGHIỆP

-o0o -BÀI TẬP NHÓM 1

ỨNG DỤNG MÁY TÍNH TRONG CÔNG NGHIỆP

PHÁT TRIỂN ĐỐI TƯỢNG ẢO BẰNG CÁC

CHƯƠNG TRÌNH NC

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

Đào Minh Ký Phạm Huỳnh Bích Loan Bùi Huỳnh Đức Trung

MSSV: 1913117 MSSV: 1913894 MSSV: 1913980 MSSV: 1915678

Tp Hồ Chí Minh, tháng 9/2021

I

LỜI CẢM ƠN

Kết thúc môn 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 công 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 chuyên ngành Kỹ thuật hệ thống công nghiệp, giúp ích cho bản thân trong công việc

Trong quá trình nghiên cứu và làm báo cáo không 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 hoàn toàn ngành công nghiệp sản xuất vì những ưu điểm chính của nó: sản xuất nhanh hơn, độ chính xác cao và độ lặp lại Với công 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 mô 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 mô hình ảo được tạo ra, phần mềm CAM nơi mô 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 công cụ cắt tương thích và phụ trợ, để tạo ra sản phẩm cuối cùng

Bài báo trình bày một phương pháp mô hình hóa một đối tượng ảo có thể được so sánh với

kỹ thuật Reverse Engineering, nghĩa là mô 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 thông 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 mô hình ảo

Từ khóa: Chương trình NC, phần mềm CAD/CAM, mô hình ảo, máy CNC, kỹ thuật mô

hình hóa, đường chạy dao

III

MỤC LỤC

TÓM 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 mô 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 khuôn 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

Từ viết tắt

CNC CAD CAM NC

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 thông 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 ngôn 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: dòng 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 công: thức ăn và tốc độ;

d. Kiểm soát 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 dò đường cong hiệu quả và chính xác, có khả năng đáp ứng nhu cầu công nghiệp ngày càng tăng về gia công các bộ phận có hình dạng phức tạp Ví dụ, trong mô hình rắn, các cạnh được tạo ra mà tại đó các mặt liền kề của mô 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 mô 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 công 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 toán 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 trò quan trọng trong quá 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 không 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 mô hình vật lý trên máy CNC, chúng tôi bắt đầu xây dựng

mô hình ảo bằng phần mềm CAD và bằng cách nhập mô hình 3D trong phần mềm CAM, chúng tôi thu được chương trình NC bằng mã G hoặc ngôn ngữ lập trình khác (hình 1)

Hình 1 1 Từ mô 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 mô 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 mô hình 3D ảo

3 Giải pháp vấn đề

Sau đây là phần giải thích của chúng tôi 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 toán để có được các mô 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 Mô-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 mô 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 công 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 mô hình ảo, chúng ta cần biết loại dụng cụ và đường kính, thông 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 hoàn thiện của nguyên công phay được thực hiện bằng cách sử dụng dao phay có đường

3

kính 6 mm và không có bù dao (G41 hoặc G42), có nghĩa là các trục dao vuông góc trên đường chạy dao và để tạo ra độ chính xác đường bao của mô 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 nguyên công phay

Mô 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 mô hình ảo (hình 3 b.)

Hình 1 3 a) Chương trình NC được nhập bằng CAD

b)Mô 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 không Chương trình NC được cài đặt đã thực hiện đúng giai đoạn hoàn 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)Mô 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 quá 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 mô hình hóa một đối tượng ảo có thể được so sánh với kỹ thuật Reverse Engineering, nghĩa là mô 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 thông 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 hoàn thành về nguyên 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 khuôn, [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

PHỤ LỤC B

B1

B2