Xây dựng các bài thực hành trên máy tiện CNC để nâng cao chất lượng đào tạo tại trường cao đẳng công nghiệp nam định

Khi gia công với đường chạy dao là đường dạng gạch mặt cắt với các hốc có các biên dạng cong ở giữa, phương pháp này cho phép người dùng lựa chọn tối ưu hóa quỹ đạo chạy dao Keep cutting

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

HÀ NỘI - 2012

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

UẬN V N THẠC S K THUẬT Người hướng dẫn: Ts Bùi Quý ực

HÀ NỘI - 2012

MỤC ỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

ỜI CẢM ƠN 2

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 3

CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 5

PHẦN MỞ ĐẦU 6

2.1 Mục đích nghiên cứu 6

2.2 Đối tượng nghiên cứu 6

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM/CNC 8

1.1.1 Giới thiệu về CAD/CAM 8

1.1.2 Giới thiệu về CNC 9

1.2.1 Đối tượng phục vụ của CAD/CAM 11

1.2.2 Vai trò của CAD/CAM trong chu trình sản phẩm 12

Chương 2: ĐƯỜNG DỤNG CỤ TRONG GIA CÔNG CAD/CAM/CNC 15

2.7.1 Ảnh hưởng của kiều đường dụng cụ: parallel, spiral, radial 25

2.7.2 Ảnh hưởng của bước tiến dao: cắt thuận, cắt nghịch, hay hỗn hợp 26

2.7.3 Ảnh hưởng của khoảng cách giữa 2 vị trí đường chạy dao liên tiếp: side-step hay spacing hay side-stepover 26

2.7.4 Ảnh hưởng của khoảng cách giữa các điểm liên tiếp trên đường dụng cụ 27

2.8.1 Tổng quan và nghiên cứu sinh đường dụng cụ 29

2.8.2 Phương pháp đẳng tham số (Iso-parametric) sinh đường dụng cụ gia công các bề mặt cong Free-form 35

2.8.3 Phương pháp mặt đẳng dốc (Iso-phote) sinh đường dụng cụ để gia công các bề mặt free-form 41

2.8.5 Phương pháp không gian hình thể C - Space (Configuration Space) để sinh

đường dụng cụ cho phay cao tốc khuôn mẫu 47

2.8.6 Mô hình khối rắn và phương pháp sinh đường dụng cụ 53

Chương 3: THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP HÌNH THÀNH ĐƯỜNG DẪN DỤNG CỤ TRONG CAD/CAM/CNC 64

3.1.1 Giới thiệu sơ lược về phần mềm Delcam 64

3.1.2.Kết nối với máy ĐKS 71

3.2.1.Chọn máy phay 74

3.2.2 Chọn dụng cụ cắt 75

KẾT UẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90

TÀI IỆU THAM KHẢO 92

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.Bùi Quý Lực - 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 trên máy là trung thực và chưa được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác

Hà Nội, Ngày tháng 9 năm 2012

Tác giả

Khổng Khắc Hiếu

ỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn Ts.Bùi Qúy ực - 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 hoàn chỉnh luận văn

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với ban lãnh đạo 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 luận văn này

Tác giả cũng chân thành cảm ơn lãnh đạo Khoa cơ khí - Vũ khí- Trường Cao đẳng Công nghiệp Quốc phòng đã giúp đỡ tác giả thực hiện thí nghiệm tại Trung tâm Công nghệ cao của nhà trường

Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên luận văn không 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 để có kiến thức, kinh nghiệm trong quá trình công tác sau này

Tác giả

Khổng Khắc Hiếu

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

15 Hình 2.13- Bề mặt thực và bề mặt lý thuyết theo dung sai gia công 29

28 Hình 2.26- Cơ sở dữ liệu của đường dụng cụ 2D (polyline) 59

42 Hình 3.12-Một số loại dao phay ngón sử dụng gia công chi tiết

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 công tích hợp

APT ( Automatically Programed Tools) – Máy công cụ đƣợc lập trình tự động

CRT (Cathode Ray Tube ) – Ống tia Catốt

IGES (Initial Graphics Exchange Specification ) – Kỹ thuật mô hình khung dây CGM (Computational Geometric Model) – Mô 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

TĐH- Tự động hoá

QTSX – Quy trình sản xuất

PHẦN MỞ ĐẦU

1 ý 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 yêu cầu cao hơn về chất lượng sản phẩm, mức độ phức tạp và mức độ tự động hoá trong sản xuất Vì vậy ngành cơ khí đòi 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 hình dạng phức tạp và độ chính xác cao Đây là một yêu cầu cấp bách đối với đào tạo kỹ thuật hiện nay

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

độ cao về công nghệ, có khả năng tiếp cận, làm chủ và khai thác có hiệu quả các máy CNC trong gia công cơ khí

Xuất phát từ những lý do trên tác giả đã lựa chọn đề tài “ Phân tích và đánh giá các phương pháp hình thành đường dẫn dụng cụ trong CAD/CAM/CNC ” làm

đề tài luận văn tốt nghiệp cao học của mình

2 Mục đích, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

2.1 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu các phương pháp hình thành đường dẫn dụng cụ trong

CAD/CAM/CNC và lập trình gia công sản phẩm trên máy phay CNC để chứng minh từng chuyển động chạy dao trên máy CNC (máy phay)

2.2 Đối tượng nghiên cứu

- Phân tích và đánh giá các phương pháp hình thành đường dẫn dụng cụ trong CAD/CAM/CNC

- Nghiên cứu phần mềm CAD/CAM và xây dựng bài tập thí nghiệm lập trình gia công sản phẩm trên máy phay CNC

3 Nội dung nghiên cứu

- Phân tích và đánh giá các phương pháp hình thành đường dẫn dụng cụ trong CAD/CAM/CNC

- Nghiên cứu tổng quan về phần mềm Delcam

- Giới thiệu về lập trình gia công trên máy phay CNC (máy phay Emco Mill 305)

- Xây dựng bài tập thí nghiệm trên máy phay CNC Emco Mill 305

- Truyền chương trình gia công 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 thí nghiệm trên máy phay CNC Emcomill 350:

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết

- Thí nghiệm

- Phân tích và đánh giá kết quả

5 Nội dung của luận văn

Chương 1: Tổng quan về CAD/CAM/CNC

Chương 2: Đường dụng cụ trong gia công CAD/CAM/CNC

Chương 3: Thí nghiệm phân tích đánh giá các phương pháp hình thành đường dẫn dụng cụ trong CAD/CAM/CNC

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM/CNC 1.1 Giới thiệu về CAD/CAM/CNC

1.1.1 Giới thiệu về CAD/CAM

(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 mô hình và mô phỏng động học của kết cấu )

+ Phân tích và tối ưu hoá ( Phân tích kỹ thuật )

+ Trình bày thiết kế ( Tự động ra bản vẽ )

- Kết quả của CAM: Cụ thể đó là chi tiết cơ khí, trong CAM không 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

Công 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 hoá 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

- Các chữ số và ký tự biểu hiện đặc tính gia công 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 hoá, 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 thông tin hình học: Là hệ thống thông tin điều khiển các chuyển động tương đối giữa dao và chi tiết gia công, liên quan trực tiếp đến quá trình tạo hình bề mặt

+ Các thông tin công nghệ: Là hệ thống các thông tin điều khiển các chức năng vận hành máy như: Đóng mở trục chính máy, tốc độ chạy dao, số vòng quay trục chính, chiều sâu cắt…

- Phương pháp truyền thông 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 công có thể truyền vào bằng:

+ Thông 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

+ Thông 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 hoá thông tin: Con người giao tiếp với máy thông qua một ngôn ngữ, ngôn ngữ này phải được mã hoá 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 toán 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+ 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 công trình nghiên cứu để thống nhất các ngôn ngữ lập trình Công 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

1.2 V i trò và chức năng củ 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

Công việc chuẩn bị sản xuất bao gồm:

- Chuẩn bị về mặt thiết kế (các bản vẽ chi tiết thiết kế sản phẩm, các bản vẽ lắp của sản phẩm, các cụm máy…)

- Chuẩn bị về mặt công nghệ ( đảm bảo tính năng công nghệ của kết cấu, thiết lập quy trình công nghệ )

- Thiết kế và chế tạo các trang bị công nghệ và dụng cụ phụ

- Kế hoạch hoá quá 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 với sự trợ giúp của 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 trò của CAD/CAM được thể hiện ở 2 sơ đồ sau:

Nhu cầu

thị trường

Nhu cầu TTB mới

Kế hoạch hoá QTSX

Kiểm tra chất lượng

Sản xuất sản phẩm

Lập biểu

đồ SX

Hình 1.2- Sơ đồ chu trình sản xuất theo công 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

Kết luận :

- Giải pháp CAD/CAM/CNC được dùng phổ biến không những trên thế giới

mà còn ở Việt Nam hiện nay vì xu hướng sản xuất tự động hóa trên cơ sở các máy điều khiển số CNC và các trung tâm gia công CNC

Tự ĐH thiết kế

Vẽ bằng máy tính điện tử

Khái niệm

sản phẩm

mới

Thiết kế Sản phẩm

KHH QTSX

TĐH KHH QTSX

Vẽ chi tiết

Kiểm tra chất lượng

Sản xuất sản phẩm

Lập biểu đồ sản xuất

Nhu cầu TTB mới

Nhu cầu

thị trường

TĐH Kiểm tra ch/lượng

Trang thiết bị

kỹ thuật

Vẽ biểu đồ, lập nhu cầu nguyên vật liệu

- Giải pháp CAD/CAM/CNC cho phép điều khiển vận hành có hiệu quả các máy CNC được kết hợp với nhau và tạo thành mạng lưới sản xuất linh hoạt FMS, trên cơ sở tích hợp Robot công nghiệp

- Đây là chương lý thuyết làm cơ sở để nghiên cứu các chương sau

Chương 2 ĐƯỜNG DỤNG CỤ TRONG GIA CÔNG CAD/CAM/CNC

2.1 Các bước ứng dụng CAD/CAM trong gi công bề mặt trên máy CNC ( máy phay):

Bước 1: Dựng mô hình chi tiết cần gia công: Trước hết phải dựng mô hình

khung dây sau đó có thể dựng mô hình bề mặt hay khối rắn Tuỳ theo hệ CAD/CAM mà đòi hòi người thiết kế phải nắm vững các dạng bề mặt, khối rắn để

có thể xây dựng mô hình một cách nhanh chóng và chính xác

Bước 2: Xác định kế hoạch gia công: Là hoạch định ra các nguyên công cần

thiết và trình tự thực hiện các nguyên công này để gia công được bề mặt chi tiết đã được mô hình hoá

Bước 3: Xác định biên giới cắt: Chính là chỉ ra một hoặc nhiều contour bao

vùng cần gia công ở một nguyên công

Bước 4: Chọn dụng cụ cắt: Tức là chọn tên một dụng cụ đã được khai báo

trong thư viện dụng cụ để sử dụng trong nguyên công hiện hành, các thông số của dụng cụ như: hình dáng, chiều dài, đường kính…đã được khai báo khi định nghĩa dụng cụ

Bước 5: Vào các thông số công nghệ cho quá trình gia công gồm: Bước tiến

cắt F, bước tiến nhanh, bước tiến cắm thẳng (Z-plug feed), chiều dài và tốc độ trục chính S, có dung dịch tưới nguội hay không…

Bước 6: Các thông số đường chạy dao như: Kiểu đường chạy dao…

Bước 7: Sinh các đường chạy dao

Bước 8: Mô phỏng quá trình gia công là sử dụng các mô hình đồ hoạ như

phôi, dao để diễn tả quá trình gia công thực trên màn hình Mô hình dao hay dụng

cụ được dẫn theo đường chạy dao đã tính, trong quá trình chuyển động tạo hình dụng cụ quét trong không gian một thể tích, thể tích quét này được từ mô hình phôi,

kết thúc quá trình gia công ta sẽ được mô hình chi tiết cần gia công Dựa vào diễn biến trong quá trình mô phỏng và kết quả sau mô phỏng để đánh giá việc gia công

có tốt hay không về các vấn đề: Dao, đường chạy dao, chất lượng bề mặt, năng suất gia công, khả năng an toàn cho máy, dao, phôi… Nếu phát hiện những yếu tố chưa hợp lý ta bắt đầu quay lại hiệu chỉnh và thực hiện lại việc tính đường dụng cụ

Bước 9: Chương trình điều khiển số được trình xử lý Post-Proccessor kết

xuất phù hợp theo ngôn ngữ máy CNC khai báo, dữ liệu để xuất ra chương trình NC chính là CL-data file Các trình xử lý Post-Proccessor hiện nay có thể kết xuất ra chương trình NC phù hợp với nhiều ngôn ngữ lập trình của nhiều bộ điều khiển số hiện có như: Fanuc, Denford, Heindehain, Maho…

Bước 10: Chương trình điều khiển số được truyền vào bộ nhớ của máy CNC

và tiến hành quá trình điều khiển quá trình thực Đối với các chương trình dài có thể phải cắt nhỏ và truyền vào từng đoạn một

2.2 Đường dụng cụ trong gi công trên máy CNC

Định nghĩa: Đường dụng cụ (đường chạy dao) là quỹ đạo mà một điểm trên dụng cụ được dẫn theo nó trong quá trình gia công

- Nếu nguyên công đang thực hiện là gia công thô thì đường chạy dao

sẽ dẫn dụng cụ lấy đi lượng dư gia công, nếu nguyên công đang thực hiện là gia công tinh thì đường chạy dao sẽ dẫn dụng cụ thực hiện quá trình bao hình tạo thành bề mặt chi tiết

- Tùy theo phương thức là gia công là 2D, 3D hay 5D sẽ có đường dụng cụ tương ứng là 2D, 3D hay 5D

- Đường dụng cụ trong gia công đường cong 2D có được bằng cách dịch chuyển đường cần gia công một lượng bằng bán kính dụng cụ (Hình 2.1-

Đường dụng trong gia công CONTOUR 2D)

Hình 2.1- Đường dụng cụ gia công CONTOUR 2D

- Nếu gia công đảo hoặc hốc (pocket) theo phương pháp cắt theo lớp cut) thì đường dụng cụ là các đường 2D, hình dáng của chúng có thể là song song (parallel), xoắn (spiral), hoặc tia (radial)

(Water-Hình 2.2- Đường dụng cụ trong gia công 2D

Dụng cụ

Dụng cụ Dụng cụ

- Nếu gia công đảo hoặc hốc theo phương pháp cắt theo lớp thì đường dụng

cụ là các đường 2D, hình dáng của chúng có thể là song song, xoắn hay theo tia trong gia công 3D thì đường dụng cụ phức tạp hơn rất nhiều, chúng không những phụ thuộc vào hình dáng bề mặt gia công mà còn phụ thuộc vào hình dáng hình học của dụng cụ, hình thể hiện đường dụng cụ trong gia công 3D

Hình 2.3 - Đường dụng cụ trong gia công 3D

2.3 Ảnh hưởng củ các kiểu đường chạy dụng cụ đến chất lượng bề mặt

Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công bao gồm nhiều yếu tố, trong đó phải kể đến là ảnh hưởng của hình học dụng cụ đến chất lượng tạo hình trong gia công bề mặt và ảnh hưởng của hình học đường chạy dao Trong phạm vi đề tài chỉ tập chung vào xét ảnh hưởng của hình học đường chạy dao tới độ chính xác gia công bề mặt, ta tiến hành xét các nguyên công gia công thô và nguyên công gia công tinh

2.3.1 Gia công thô

Khi gia công thô hốc, mục đích là lấy đi lượng dư của chi tiết, khử các sai số hình dáng hình học của phôi, tạo lượng dư đồng đều cho gia công tinh

Vì vậy khi gia công thô người ta thường gia công với bước tiến dao lớn, lượng dư mỗi lần cắt lớn và chọn phương án chạy dao sao cho lượng dư để lại được đồng đều trên bề mặt phôi cho bước gia công tinh, nếu lượng dư không

đồng đều thì khi gia công tinh chiều sâu cắt thay đổi, làm cho lực cắt thay đổi gây ra sai số hình dạng cho chi tiết

2.3.1.1 Đường chạy dao dạng đường gạch mặt cắt (Hatch roughing)

Hình 2.4 - Đường chạy dao theo dạng gạch mặt cắt

Với kiểu chạy dao này cho phép đặt đường chạy dao nghiêng một góc nhất định so với trục X, kiểu đường chạy dao này thích hợp với việc gia công các hốc dạng hình hộp chữ nhật hoặc bề mặt phẳng Với phương án chạy dao này nếu phương chạy dao song song với cạnh của bề mặt cần gia công thì cho phép lấy đi lượng dư tốt nhất trên chi tiết

Khi gia công với đường chạy dao là đường dạng gạch mặt cắt với các hốc có các biên dạng cong ở giữa, phương pháp này cho phép người dùng lựa chọn tối ưu hóa quỹ đạo chạy dao (Keep cutting direction) hình, khi quỹ đạo của đường chạy dao được tối ưu hóa thì gặp các biên dạng cong nó sẽ uốn theo biên dạng đó và khả năng lấy đi lượng dư là lớn nhất, giúp cho bước gia công thô để lại lượng dư trên bề mặt đồng đều hơn

Hình 2.5- Tối ưu h a quỹ đạo đường chạy dao 2.3.1.2 Đường chạy dao là đường contour

Với kiểu chạy dao này đường dao sẽ chạy theo từng đường kín uốn theo biên dạng chi tiết cần gia công từ trong ra ngoài hoặc từ ngoài vào trong

để cắt hết lượng dư gia công Phương pháp chạy dao theo contour nếu phay hốc với cùng một chế độ cắt sẽ cho năng suất cao hơn so với phương án gạch mặt cắt Tuy nhiên với phương án chạy dao này khi gia công chi tiết có bề mặt cong 3D thì lượng dư để lại giữa các lớp cắt rất lớn và không đều nhau do

đó lượng dư để lại cho bước gia công liền sau không đồng đều và dẫn đến sai

số gia công do yếu tố hình học của nguyên công sát trước để lại Như vậy để tiết kiệm thời gian gia công chi tiết có bề mặt 3D thì ta có thể sử dụng phương

án đường chạy dao theo contour và để lại một lượng dư đủ để thực hiện gia công bán tinh và gia công tinh

Hình 2.6- Chạy dao theo contour

2.3.1.3 Chạy dao theo phương án dao ăn theo trục Z hết chiều sâu

Với phương án chạy dao này khi sử dụng dao phay ngón, dao sẽ cắt theo lưỡi cắt mặt đầu, khả năng cắt của dao sẽ kém hơn do đó không thể cắt với tốc độ chạy dao lớn dẫn đến năng suất thấp hơn so với hai phương án chạy dao trên Hình 2.7 - Chạy dao ăn theo trục Z

Hình 2.7- Phương án chạy dao ăn theo trục Z

2.3.1.4 Chạy dao theo phương án dao ăn theo tia (dao dịch chuyển

hướng kính radial)

Với phương án chạy dao này khi sử dụng dao phay ngón dao sẽ cắt theo lưỡi cắt mặt đầu và mặt bên, vì đường chạy dao có phương hướng kính nên phải cần rất nhiều đường chạy dao mới cắt hết được lượng dư cho nguyên công gia công thô Ưu điểm của phương pháp chạy dao này là lượng dư để lại cho nguyên công bán tinh và nguyên công gia công tinh đồng đều dẫn đến chất lượng bề mặt ổn định, phương pháp này chỉ thích hợp cho chi tiết có dạng đối xứng qua tâm Về cơ bản phương pháp chạy dao theo tia cho năng suất thấp do không thể cắt ở tốc độ cao, đường chạy dao nhiều

Hình 2.8- Phương án chạy dao ăn theo tia

2.4 Sinh đường dụng cụ trong các phần mềm CAD/CAM:

Trong gia công để tạo hình bề mặt không gian thường phải qua hai bước:

Bước 1: Gia công thô - ở bước này dao tiến hành cắt theo từng lớp

(Water-cut), dụng cụ hạ thấp đến một độ cao Z và cắt hết lượng dư lớp đó sau đó lại cắt đến lớp tiếp theo rồi lại hạ thấp cắt… cho đến khi cắt hết chiều sâu yêu cầu, mỗi lần hạ sâu một lượng gọi là dowstep Trong mỗi lớp đường dụng cụ là đường 2D có kiểu song song (parallel) hoặc xoắn (spiral)

Bước 2: Gia công tinh - bước này dụng cụ chạy bám sát bề mặt, đường dụng

cụ là các đường 3D, nếu chiếu đường dụng cụ này lên mặt phẳng song song với mặt phẳng gia công chúng có các kiểu là song song (parallel), xoắn (spiral) hoặc tia (radial) hay là hình chiếu của các đường cong đẳng tham số, đẳng dốc của bề mặt

2.5 Các thông số phải nhập vào để sinh đường dụng cụ trong các phần mềm CAD/CAM

Dữ liệu hình học chi tiết hoặc bề mặt cần gia công, bao gồm các bề mặt hoặc các khối xây dựng lên chi tiết

Dữ liệu dụng cụ như hình dáng hình học, đường kính, chiều dài dụng cụ… Hình dáng đường dụng cụ: song song (parallel), xoắn (spiral) hoặc tia (radial)

Thông số dụng cụ như: hướng cắt, bước tiến cắt

Các thông số công nghệ khác như: tốc độ trục chính, bước tiến, dung dịch trơn nguội, độ cao an toàn

 Vậy với các dữ liệu đó CAM tính ra dữ liệu định vị dụng cụ cắt gọi là data (cutter location data) và hiển thị đường dụng cụ trên màn hình Để có các tệp chương trình điều khiển số phải có Post-processor

CL-2.6 Các thông số củ đường dụng cụ

- Chọn hình dáng dụng cụ phải phù hợp với mô hình gia công là chỉ tiêu đầu tiên để có thể đạt được chất lượng bề mặt tốt cũng như năng suất gia công cao Nhưng với một dụng cụ phù hợp thì các thông số của đường dụng cụ sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và năng suất gia công Các thông số của đường dụng chung trong gia công bề mặt cụ nói chung bao gồm:

Kiểu đường dụng cụ: parallel, spiral, radial

Hình 2.9- Các kiểu đường dụng cụ

Dụng cụ

Dụng cụ Dụng cụ

Hình 2.10- Sinh đường dụng cụ theo kiểu Parallel

Hình 2.11- Sinh đường dụng cụ theo kiểu Spiral

Hình 2.12- Ảnh hưởng của hướng tiến dao đến đường dụng cụ

Đường chạy dao

Biên giới hốc gia công

Khoảng cách giữa 2 vị trí đường chạy dao liên tiếp: side-step hay spacing hay stepover

Khoảng cách giữa các điểm liên tiếp trên đường dụng cụ (division hay path interval)

2.7 Ảnh hưởng củ các thông số củ đường dụng cụ đến chất lượng bề mặt và năng suất gi công

Chất lượng bề mặt ở đây bao gồm độ chính xác và độ bóng bề mặt nhưng yếu tố độ chính xác được đặt lên hàng đầu, vì sau khi gia công bề mặt theo phương pháp phay này bề mặt còn phải trải qua một số nguyên công nữa mới hoàn thiện như: gia công tia lửa điện, nguội, đánh bóng…độ chính xác ở đây nói lên lượng dư hay chiều cao nhấp nhô để lại Yêu cầu đối với độ chính xác là để lại lượng dư ít nhất, đối với các bề mặt đối xứng như bề mặt trụ, cầu thì sau khi gia công lượng dư

để lại phải đối xứng để thuận lợi cho các nguyên công sau

Năng suất gia công là một chi tiêu quan trọng để tính giá thành sản phẩm, hiện nay máy phay CNC của nước ta còn ít, giá thành cao so với nền kinh tế quốc dân nên việc tiết kiệm được giờ máy là hết sức có ý nghĩa Chiều dài đường chạy dao là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất, để giảm chiều dài đường chạy dao

ta có các biện pháp sau:

- Tránh các đường chạy dao trùng nhau hoặc gần nhau không cần thiết

- Giảm tỷ lệ chiều dài các đoạn chạy không (không cắt vật liệu) so với tổng chiều dài đường chạy dao

2.7.1 Ảnh hưởng của kiều đường dụng cụ: parallel, spiral, radial

Ta chọn kiểu đường dụng cụ phải phù hợp với bề mặt cần gia công và hình dáng dụng cụ mới có thể đem lại chất lượng bề mặt và năng suất gia công Khi gia công tinh bề mặt có dạng chỏm cầu mà chọn kiểu đường dụng cụ là các đường song song (parallel) và dao đầu phẳng thì lượng dư để lại sẽ nhiều và không đối xứng, nếu chọn kiểu đường dụng cụ là hướng kính hay tia và dao đầu cầu thì lượng dư để lại ít hơn và đối xứng

2.7.2 Ảnh hưởng của bước tiến dao: cắt thuận, cắt nghịch, hay hỗn hợp

Cũng như gia công phay thông thường, tuỳ thuộc vào lượng dư, độ cứng vững của hệ thống công nghệ (máy, gá, dao, chi tiết) mà chọn hướng tiến dao sao cho thích hợp Khi lượng dư ít thì nên dùng phay thuận, lượng dư lớn nên dùng phay nghịch Phay một hướng sẽ để lại chất lượng bề mặt giống nhau giữa các lần tiến dao ngang (side-step), phay 2 hướng sẽ để lại chất lượng bề mặt không giống nhau giữa các lần tiến dao ngang do lực cắt khác nhau nhưng chiều dài đường dụng

cụ sẽ ngắn hơn do không phải nhấc dao lên và lùi dao về vết cắt tiếp theo nên năng suất gia công sẽ cao hơn

2.7.3 Ảnh hưởng của khoảng cách giữa 2 vị trí đường chạy dao liên tiếp: side-step hay spacing hay stepover

Nhân tố ảnh hưởng này có thể thấy rất rõ, nếu khoảng cách giữa 2 vị trí đường chạy dao liên tiếp nhỏ thì chiều cao nhấp nhô sẽ giảm đồng thời số vết cắt để quét hết bề mặt sẽ tăng dẫn đến chiều dài đường dụng cụ tăng, năng suất gia công giảm

Trong các phần mềm CAM thông số này có hai phương pháp điều khiển, thứ nhất: đặt bằng một hằng số (side-step=const), phương pháp này không kiểm soát được chiều cao nhấp nhô (scallop height) khi gia công các bề mặt cong lồi lõm, thứ hai: các phần mền CAM cho phép giới hạn trị số scallop height < [] và tự tính ra side - step sao cho đảm bảo yêu cầu đó Việc chọn phương án thứ nhất hay thứ hai tuỳ thuộc vào hình học bề mặt cần gia công, hình học dụng cụ và kiểu đường dụng

cụ, phương án thứ hai nhiều khi dẫn đến lỗi, không tính được đường dụng cụ hoặc tính ra các đường dụng cụ không mong muốn Khi gặp các bề mặt mà ta có thể dễ tính được chiều cao nhấp nhô theo bước tiến ngang và quan hệ này tương đối ổn định thì nên chọn phương án thứ nhất Nói chung trong mọi trường hợp phương án thứ nhất sẽ cho thời gian tính toán nhanh hơn phương án thứ hai

Với mô hình sau ta có thể tính được chiều cao nhấp nhô theo bước tiến ngang

2.7.4 Ảnh hưởng của khoảng cách giữa các điểm liên tiếp trên đường dụng cụ

Nói chung đường dụng cụ để gia công các bề mặt cong trơn liên tục phải là các đường cong trơn liên tục Nhưng đường dụng cụ được tính ra lại là một chuỗi các đoạn thẳng nối tiếp nhau, số các đoạn thẳng các lớn thì độ chính xác gia công càng cao kéo theo thời gian tính toán tăng, chương trình NC có kích thước càng lớn

Cũng như thông số khoảng cách giữa hai đường chạy dao liên tiếp, thông số này cũng có hai khả năng điều khiển trong các phần mềm CAM Thứ hai là vào sai

số bề mặt yêu cầu, phần mềm tự tính ra các "path interval" thích hợp sao cho sai số

bề mặt gia công nhỏ hơn một giá trị cho phép, ứng với một sai số bề mặt có độ cong càng nhỏ thì "path interval" càng lớn và ngược lại Thứ hai là vào số nút tính trên một đường chạy dao, phương pháp này sẽ hội tụ nhanh hơn nhưng sai số bề mặt không kiểm soát được (phần mềm Smart CAM sử dụng phương pháp này) Các phần mềm tiên tiến như CIMATRON kết hợp cả hai phương pháp trên nó yêu cầu vào cả 2 thông số là độ chính xác bề mặt và khoảng cách lớn nhất giữa các điểm liên tiếp, trên hướng tiến của dụng cụ nếu chưa đạt độ chính xác thì phần mềm tự động giảm "path interval", khi có thể tăng được "path interval" mà vẫn đảm bảo độ chính xác thì giá trị lớn nhất của "path interval" cũng chỉ giới hạn nhỏ hơn một giá trị cho phép Trong CIMATRON giá trị mặc định của "path interval" là (0.5 + Dtool /4)

Do cách xấp xỉ đường dụng cụ như vậy nên bề mặt gia công sẽ là một bề mặt nằm trong dải có bề dầy bằng 2 lần sai số cho phép lấy bề mặt lý thuyết làm mặt trung bình

Đường dụng cụ trong gia công xấp xỉ bề mặt không gian chỉ bao gồm các đoạn thẳng nối tiếp nhau, điều này có thể giải thích theo phương pháp số là tất cả các đường cong có thể xấp xỉ bằng các đoạn thẳng nối tiếp nhau sao cho sai lệch lớn nhất giữa đường cong và đoạn thẳng được xấp xỉ nhỏ hơn sai số cho phép

Hình 2.13- Bề mặt thực và bề mặt lý thuyết theo dung sai gia công

2.8 Một số phương pháp sinh đường dụng cụ

- Có nhiều phương pháp tính đường dụng cụ được sử dụng trong các hệ CAD/CAM khác nhau

- Để tính đường dụng cụ thì điều kiện tiên quyết là phải mô hình toán được

mô hình của chi tiết và mô hình của dụng cụ, điều đó có nghĩa là phải quản lý được

mô hình chi tiết và mô hình dụng cụ và từ cơ sở dữ liệu đó các hệ CAD/CAM của

các hãng phần mềm có thể sử dụng các thuật toán khác nhau trong việc sinh đường dụng cụ

- Hiện nay mô hình toán để tạo mô hình chi tiết sử dụng 3 loại là:

+ Mô hình bề mặt - surface + Mô hình khối rắn - solid + Mô hình lưới rời rạc

- Cần để mô hình dụng cụ người ta dùng 2 loại mô hình là:

+ Mô hình bề mặt - surface + Mô hình khối rắn - solid

2.8.1 Tổng quan và nghiên cứu sinh đường dụng cụ

- Trong gia công NC một đường dụng cụ được hiểu là đường dẫn dụng cụ trong một nguyên công bằng một dụng cụ nhất định, một nguyên công như vậy được gọi là một đơn vị gia công UM (unit machining operation)

- Việc sinh đường dụng cụ cho một UMO thường phải qua 4 bước:

Bước 1: Lập kế hoạch đường dụng cụ, trong bước này phải xác định hình

dáng đường dụng cụ (tool-path topology)

Bước 2: Tính toán các điểm CL (cutter-Location) Các điểm CL là các điểm

đặc biệt trên dụng cụ, thường là ở tâm hoặc đáy dụng cụ Kết thúc việc tính toán các điểm CL ta được các dữ liệu định vị dụng cụ gọi là CL-data

Bước 3: Nối đường dụng cụ Từ bộ dữ liệu định vị dụng cụ CL-data phần

mềm phải nối chúng lại với nhau theo một thuật toán đã được lập trình sẵn để được các đường dụng cụ liên tục, việc nối các dữ liệu CL - data thường dùng là đoạn thẳng hay cung tròn

Bước 4: Kiểm tra đường dụng cụ (verification) Đối tượng kiểm tra ở đây là

sự va chạm giữa dụng cụ với các bề mặt của chi tiết (gauge), sở dĩ có sự va chạm này là do một số phương pháp tính đường dụng cụ chỉ quan tâm đến các thông tin

cục bộ tại từng thời điểm của bề mặt (toạ độ và véc tơ pháp tuyến) Sự va chạm xảy

ra là do hai tình huống sau:

- Khi dữ liệu định vị dụng cụ để gia công điểm này thì dụng cụ lại chạm vào điểm khác của bề mặt, điều này thường xảy ra khi dụng cụ di qua đỉnh lõm

- Khi nối 2 điểm CL cạnh nhau bằng một đoạn thẳng thì tại các điểm trung gian trên đoạn thẳng đó dụng cụ cắt lẹm vào bề mặt, điều này thường xảy ra khi dụng cụ đi qua đỉnh lồi

- Tuỳ theo cách tính các điểm CL các phương pháp sinh đường dụng cụ có thể được phân loại theo hai hướng tiếp cận đó là:

+ Hướng tiếp cận dựa vào điểm tiếp xúc giữa dụng cụ và bề mặt chi tiết, ký hiệu là CC

+ Hướng tiếp cận dựa vào sự định vị trực tiếp dụng cụ cắt trên bề mặt chi tiết, ký hiệu là DP

2.8.1.1 Hướng tiếp cận dựa vào điểm tiếp x c CC

- Trong hướng tiếp cận này các điểm định vị dụng cụ CL nhận được qua 2 bước

- Đường dụng cụ được định trước trên bề mặt thiết kế

- Các điểm CL được tính từ các điểm CC trên đường dụng cụ

Hình 2.14- Các phương pháp sinh đường định vị dụng cụ CL Phương pháp CC point

Phương pháp DP

- Từng điểm P1(x1,y1,z1) trên đường CL path được tính từ các điểm tương ứng P(x,y,z) trên đường CC path rồi nối lại với nhau Trên hình vẽ R là bán kính dụng cụ; O là tâm đầu cầu; n(nx,ny,nz) là véc tơ pháp đơn vị của bề mặt tiếp xúc P(x,y,z) ta có thể dẫn ra toạ độ của điểm P1 như sau:

- Toạ độ tâm cầu được tính bằng công thức:

x0 x R c os , y0 y R c os , z0 z R c os

Trong đó , ,  là các cosin chỉ phương của véctơ n

- Khi đó toạ độ của điểm P1 được xác định như sau:

- Tuỳ theo cách hình thành các đường tiếp xúc giữa dụng cụ và bề mặt gia công, các phương pháp sinh đường dụng cụ dựa trên điểm tiếp xúc CC lại được phân loại như sau:

i Phương pháp đẳng phẳng (Iso-plannar): Phương pháp này sinh ra các đường tiếp xúc là giao điểm giữa bề mặt cần gia công và các mặt phẳng song song nhau hoặc có một quy luật nào đó như tạo thành các tia…

ii Phương pháp đẳng tham số (Iso-parametric): Đường tiếp xúc giữa dụng cụ

và bề mặt gia công là đường cong tham số trong không gian tham số u, v

iii Phương pháp đẳng độ cong (Iso-curvature): Đường tiếp xúc giữa dụng cụ

và bề mặt gia công là các đường cong trên bề mặt có cùng độ cong hay là một vài đường đặc tính khác

iv Phương pháp đẳng dốc (Iso-phote): Đường tiếp xúc giữa dụng cụ và bề mặt gia công là các đường cong được offset 2D từ các đường cong đẳng dốc (Iso-inclination curve)

v Phương pháp chiều cao nhấp nhô không đổi (Constant scallop height): Là phương pháp mà đường tiếp xúc giữa dụng cụ và bề mặt gia công là các đường sao cho chiều cao nhấp nhô để lại trên bề mặt gia công là không đổi Thực chất của phương pháp này là phương pháp đẳng dốc

2.8.1.2 Hướng tiếp cận trực tiếp DP

- Để có được đường dụng cụ cũng phải trải qua 3 bước tổng quát đã nêu ở trên, nhưng nội dung B1, B2 sẽ có điểm khác so với phương pháp "Hướng tiếp cận điểm CC" Cụ thể là:

- Hình dáng đường dụng cụ 2D có hình dáng là song song nhau, song song với đường biên, tia xuất phát từ 1 điểm trong vùng gia công và toả ra biên giới…

- Các vị trí dụng cụ riêng lẻ trên đường dụng cụ 2D được hạ thấp dần cho đến khi dụng cụ tiếp xúc với bề mặt chi tiết Từ đó có được dữ liệu CL-data Ưu điểm chính của phương pháp là có nguyên tắc tính như nhau cho mọi loại hình dáng dụng cụ:

1 Đường dụng cụ song song (Zig-Zac):

2 Đường dụng cụ song song với đường bao:

Hình 2.17- Đường dụng cụ song song với đường bao

2.8.1.3 So sánh đánh giá về hai phương pháp sinh đường tiếp x c giữa dụng cụ và chi tiết gia công trong phương pháp CC

- Các phương pháp sinh đường tiếp xúc giữa dụng cụ và chi tiết có thể xếp vào hai nhóm có nét cơ bản trái ngược nhau đó là:

+ Một nhóm thì áp đặt trước các đường tiếp xúc, không quản lý chiều cao nhấp nhô như phương pháp đẳng phẳng, đẳng tham số, đẳng độ cao

+ Trong khi đó nhóm kia thì xuất phát từ yêu cầu chiều cao nhấp nhô để tính

ra lượng offset cần thiết, từ đó sinh ra đường tiếp xúc như phương pháp đẳng dốc, chiều cao nhấp nhô không đổi

- Ta phân tích hai phương pháp điển hình:

+ Phương pháp đẳng phẳng (Iso-planar): đâylà phương pháp được sử dụng rộng rãi trong các hệ CAD/CAM Bản chất của phương pháp này là "Áp đặt trước đường tiếp xúc giữa dụng cụ và chi tiết (là giao điểm của các mặt phẳng với bề mặt chi tiết) nên chiều cao nhấp nhô giữa hai vệt chạy doa liên tiếp không quản lý được

Để có chất lượng bề mặt tốt theo phương pháp này thì phải có các kinh nghiệm về chọn hình dáng đầu dụng cụ, hình dáng vết tiếp xúc phù hợp với bề mặt chi tiết Các phương pháp nhóm này có hiệu quả tính toán tốt, tạo ra các đường dụng cụ rõ ràng không chồng chéo lên nhau, nhưng chất lượng bề mặt gia công lại không tốt đặc biệt khi các bề mặt có tính lồi lõm lớn

+ Phương pháp đẳng dốc (Iso-phote): đây là phương pháp mới được đưa vào trong các hệ CAD/CAM Bản chất của phương pháp này là đường tiếp xúc giữa dụng cụ và chi tiết được tính trên cơ sở đảm bảo chiều cao nhấp nhô giữa 2 vết chạy dao liên tiếp phải nhỏ hơn dung sai cho phép h  [h] Ưu điểm của phương pháp này

là chất lượng bề mặt gia công tốt, dữ liệu định vị dụng cụ (CL) và chiều dài đường dụng cụ giảm Điều này có thể dễ dàng nhận thấy khi gia công bằng dao đầu phẳng các bề mặt phẳng vuông góc với trục dao thì bước tiến ngang có thể bằng đường kính dao mà bề mặt vẫn không có các nhấp nhô

Các đường tiếp xúc trong phương pháp này được sinh ra nhờ một đường tiếp xúc chính là đường cong bao Đối với mỗi điểm trên đường cong chính một điểm song song khác được tạo thành phụ thuộc vào chiều cao nhấp nhô yêu cầu Một đường cong spline đi qua các điểm song song được tạo ra và bước tiến trước (division) được xác định Đường cong Spline vừa tạo ra lại dùng làm đường cong chính (Master) và quá trình lập lại để tạo ra các đường tiếp xúc khác Quá trình lập

sẽ kết thúc khi toàn bộ bề mặt được tính xong Trong trường hợp tính toán phức tạp

điểm yếu của phương pháp này là có thể xảy ra lỗi xử lý số Do việc tính đường tiếp xúc mới dựa trên đường tiếp xúc cũ, lỗi xử lý có thể lớn hơn đối với đường tiếp xúc mới và lỗi có thể bị tích luỹ dần, một số trường hợp bài toán không hội tụ

2.8.2 Phương pháp đẳng tham số (Iso-parametric) sinh đường dụng cụ gia công các bề mặt cong Free-form

2.8.2.1 Phương pháp biểu diễn bề mặt trong CAD/CAM

Các bề mặt dùng để mô hình hình học trong CAD/CAM thường được biểu diễn toán học dưới dạng 2 tham số u, v Sở dĩ dùng cách biểu diễn tham số vì phương pháp này gắn liền với việc sinh đường dụng cụ gia công nó

Bề mặt có thể được biểu diễn toán học trong không gian 3 chiều bằng phương pháp tham số hay không tham số Có hai phương pháp biểu diễn bề mặt không tham số đó là:

- Phương trình bề mặt được điều chỉnh để đi qua tất cả các điểm

- Các điểm dữ liệu được sử dụng để biểu diễn các bề mặt (patch)

Trong cả 2 loại trên phương trình của bề mặt hay miếng bề mặt được cho bởi:

 

  

Bề mặt được mô tả bởi một lưới XY có cỡ là (p+1) (q+1) điểm

Sự biểu diễn bề mặt không tham số gặp nhiều bất lợi so với sự biểu diễn tham số, vì các đường cong không tham số tồi hơn khi so sánh với các đường cong tham số Tuy nhiên bề mặt không tham số cũng có một vài thuận lợi khi nó tham gia giải quyết các vấn đề giao nhau giữa các mặt, nhưng những thuận lợi này không cho phép sử dụng chúng trong các hệ CAD/CAM

Biểu diễn tham số của bề mặt có nghĩa liên tục, hàm giá trị vectơ P(u,v) của hai biến hay tham số u, v trong đó các biến được trải qua một vài vùng nối tiếp nhau của mặt uv, P(u,v) đại diện cho mỗi điểm trên bề mặt Hàm P(u,v) ở các giá trị u, v nào đó là các điểm trên bề mặt tại giá trị đó Cách tổng quát nhất để mô tả phương trình tham số của bề mặt cong trong không gian 3 chiều là:

P(u,v) = [x y z]T = [x(u,v), y (u,v), z(u,v)]T

Phương trình trên chỉ ra các điểm trên bề mặt trong không gian E3 (x,y,z) là một ánh xạ từ không gian tham số E2 (u,v), các biến tham số u,v nằm trong một khoảng giới hạn bởi giá trị min và max Trong phần lớn các bề mặt giá trị này là [0,1] cho

cả u và v

Với cách biểu diễn bề mặt bằng phương trình tham số u,v có các đường cong tham số theo hai hướng u,v Ta gọi đường cong tham số u,v có các đường cong có u

= const và các đường cong đó "song song" với trục v, tương tự đường cong tham số

v có nghĩa là đường cong có v=const và "song song" với trục u Nếu ta rời rạc u,v trong phạm vi biến thiên của chúng sẽ được các đường cong tham số u và v trải kín

bề mặt tương đối đều Đặc điểm này chính là cơ sở của phương pháp sinh đường dụng cụ đẳng tham số

Hình 2.18- Các đường cong tham số u, v của bề mặt