Tài liệu Luận văn thạc sĩ xây dựng post processor cho máy phay cnc 5 trục dmu 50

i MỤC LỤC BẢN CAM ĐOAN.................................................................................................................i TÓM TẮT LUẬN VĂN.......................................................................................................iv DANH MỤC HÌNH VẼ.........................................................................................................v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT...........................................................................................vii MỞ ĐẦU...............................................................................................................................1 1. Đặt vấn đề..................................................................................................................1 2. Mục đích của luận văn...............................................................................................3 3. Phạm vi nghiên cứu....................................................................................................3 4. Bố cục luận văn..........................................................................................................3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 5 TRỤC VÀ POSTPROCESSOR CHO MÁY CNC 5 TRỤC....................................................................................................................................4 1.1. Tổng quan về máy CNC 5 trục...................................................................................4 1.1.1. Hệ trục tọa độ trên máy CNC 5 trục....................................................................4 1.1.2. Cấu hình máy CNC 5 trục....................................................................................5 1.1.3. Lập trình gia công trên máy CNC 5 trục..............................................................8 1.1.4. Ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng của máy CNC 5 trục..................................11 1.2. Postprocesor cho máy 5 trục.....................................................................................14 1.2.1. Giới thiệu chung.................................................................................................14 1.2.2. Chức năng của Postprocessor.............................................................................16 1.2.3. Các bài toán trong Postprocessor.......................................................................17 1.2.4. Các phương pháp xây dựng bộ Postprocessor...................................................19 1.2.5. Công cụ tạo Postprocessor của phần mềm SolidCAM......................................20 Chương 2 TẠO BỘ POSTPROCESSOR TRÊN CƠ SỞ PHẦN MỀM SOLIDCAM..................21 2.1. Giới thiệu chung về phần mềm SolidCAM...............................................................22 2.1.1. Các tính năng nổi bật của phần mềm SolidCAM...............................................22 2.2. Chức năng của phần mềm SolidCAM......................................................................29 2.2.1. Các chiến lược gia công đồng thời 5 trục..........................................................29 2.2.2. Công cụ GPPTool của SolidCAM.....................................................................34 2.3. Tính toán động học ngược cho máy DMU50...........................................................36 2.3.1. Động học thuận và động học ngược...................................................................36 2.3.2 Máy DMU50.......................................................................................................36 2.3.3 Động học thuận...................................................................................................40 ii 2.3.4. Động học ngược.................................................................................................46 2.4. Tạo postprocessor trên phần mềm SolidCAM..........................................................49 2.4.1. Xây dựng tập tin [machine.PRP].......................................................................49 2.4.2. Tạo tập tin [machine.VMID].............................................................................55 2.4.3. Xây dựng tập tin [machine.GPP].......................................................................63 Chương 3 LẬP TRÌNH VÀ GIA CÔNG THỬ NGHIỆM TRÊN MÁY CNC 5 TRỤC DMU-5072 3.1 Mô hình hóa chi tiết cần gia công..............................................................................72 3.2. Lập quy trình công nghệ...........................................................................................74 3.2.1. Phân tích chi tiết gia công..................................................................................74 3.2.2. Lựa chọn phôi chế tạo phôi................................................................................74 3.2.3.Thiết kế tiến trình công nghệ..............................................................................75 3.2.5. Xác định lượng dư gia công...............................................................................75 3.2.6. Thiết kế các nguyên công...................................................................................76 3.3. Lập trình gia công và tính toán đường chạy dao.......................................................77 3.3.1. Nguyên công 1...................................................................................................77 3.3.2. Nguyên công 2...................................................................................................78 3.4. Mô phỏng, kiểm tra quá trình gia công và xuất chương trình trên phần mềm SolidCAM........................................................................................................................86 3.5. Thực hiện gia công trên máy CNC...........................................................................89 3.5.1. Thực hiện nguyên công 1 trên máy tiện COMPACT 330................................89 3.5.2. Thực hiện nguyên công 2 trên máy phay DMU-50...........................................90 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...........................................................................................92 1. Kết luận........................................................................................................................92 2. Kiến nghị......................................................................................................................92 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................93 PHỤ LỤC............................................................................................................................95 iii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1: Hệ trục tọa độ trên máy CNC................................................................................4 Hình 2.2: Máy 5 trục với 2 trục quay được bố trí trên trục chính..........................................6 Hình 2.3: Máy 5 trục với 2 trục quay được bố trí trên bàn máy............................................7 Hình 2.4: Máy 5 trục với 1 trục quay trên bàn máy và 1 trục quay trên trục chính...............8 Hình 2.5: Các bước lập trình gia công với trợ giúp của hệ thống CAM..............................11 Hình 2.6: Một số sản phẩm gia công trên máy CNC 5 trục.................................................13 Hình 2.7: Vai trò và vị trí của postprocessor trong hệ thống CAD/CAM/CNC..................14 Hình 2.8:Sai số Toolpath phi tuyến.....................................................................................19 Hình 3.1: Quy trình lập trình gia công và tạo chương trình NC trên SolidCAM...............26 Hình 3.2: Chiến lược gia công Parallel cuts.........................................................................29 Hình 3.3: Chiến lược gia công Parallel to curves................................................................30 Hình 3.4: Chiến lược gia công Parallel to surface...............................................................31 Hình 3.5: Chiến lược gia công Perpendicular to curve........................................................31 Hình 3.6: Chiến lược gia công Morph between two boundary curves................................32 Hình 3.7: Chiến lược gia công Morph between two adjacent surfaces................................32 Hình 3.8: Chiến lược gia công Projection............................................................................33 Hình 3.9: Các kỹ thuật gia công trên máy 5 trục.................................................................33 Hình 3.10: Giao diện Machine Id Editor..............................................................................36 Hình 3.11: Máy phay DMU50.............................................................................................37 Hình 3.12: Sơ đồ chuỗi động học của máy DMU50............................................................38 Hình 3.13: Mô hình 3D của máy DMU-50..........................................................................39 Hình 3.14: Hình 2D của bàn máy và trục chính...................................................................40 Hình 3.15: Giao diện công cụ Machine Id Editor................................................................55 Hình 3.16: Các thông số ban đầu của máy...........................................................................56 Hình 3.17: Các thông số trục chính của máy.......................................................................56 Hình 3.18: Thêm trục X.......................................................................................................57 Hình 3.19: Các thông số của trục X.....................................................................................58 Hình 3.20: Các thông số của trục Y.....................................................................................59 Hình 3.21: Các thông số của trục Z.....................................................................................60 Hình 3.22: Các thông số của trục B.....................................................................................61 Hình 3.23: Các thông số của trục C.....................................................................................62 Hình 3.24: Xác định thứ tự các trục.....................................................................................62 Hình 3.25: Cấu hình của máy DMU 50...............................................................................62 iv Hình 3.26: NC được tạo bởi thủ tục line_5x........................................................................68 Hình 3.27: G-code được tạo bởi thủ tục move _5x..............................................................70 Hình 3.28: Một đoạn chương trình NC hoàn chỉnh.............................................................70 Hình 4.2: Biên dạng của bánh răng......................................................................................72 Hình 4.3: Đường côn xoắn...................................................................................................73 Hình 4.4: Tạo các răng trên bề mặt côn...............................................................................73 Hình 4.5: Chi tiết hoàn chỉnh...............................................................................................74 Hình 4.6: Kích thước phôi....................................................................................................75 Hình 4.6: Tiện biên dạng......................................................................................................77 Hình 4.7: Lựa chọn chi tiết để lập trình gia công.................................................................78 Hình 4.8: Định nghĩa các tham số ban đầu..........................................................................79 Hình 4.9: Định nghĩa các tham số hình học.........................................................................79 Hình 4.10: Định nghĩa các tham số dao...............................................................................80 Hình 4.11: Định nghĩa các tham số mức gia công...............................................................80 Hình 4.12: Định nghĩa các tham số công nghệ....................................................................81 Hình 4.13: Định nghĩa hệ tọa độ gia công...........................................................................82 Hình 4.15: Định nghĩa các tham số daol..............................................................................83 Hình 4.16: Xác định các thông số mức gia công................................................................83 Hình 4.17: Lựa chọn các tham số đường chạy dao..............................................................84 Hình 4.19: Định nghĩa các tham số góc trục của dao..........................................................85 Hình 4.20: Đường chạy dao.................................................................................................85 Hình 4.21: Các chế độ mô phỏng.........................................................................................86 Hình 4.22: Các bảng thông báo trạng thái của quá trình gia công.......................................87 Hình 4.23: Xuất mã NC.......................................................................................................87 Hình 4.25: Gia công trên máy tiện.......................................................................................89 Hình 4.26: Chi tiết sau nguyên công 1.................................................................................89 Hình 4.27: Phay thô.............................................................................................................90 Hình 4.28: Phay tinh............................................................................................................90 Hình 4.29: Sản phẩm............................................................................................................91 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CAD CAM CNC NC Computer Aided Drawing (Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính) Computer Aided Manufacturing (Sản xuất có sự trợ giúp của máy tính) Computer Numberical Control (Điều khiển số tích hợp máy tính) Numberical Control (Điều khiển số) 1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Hiện nay, nhu cầu chế tạo các sản phẩm có kết cấu và hình dáng phức tạp ngày càng gia tăng, đặc biệt trong các ngành: Hàng không vũ trụ, chế tạo vũ khí, sản xuất ôtô, tàu thủy,… Để gia công các chi tiết phức tạp này, các tổ hợp CNC nhiều trục luôn là lựa chọn đem lại hiệu quả cao. Máy CNC 5 trục là loại máy công cụ điều khiển số có khả năng nội suy đồng thời 5 trục chuyển động vì vậy nó có khả năng gia công những chi tiết phức tạp với độ chính xác kích thước, hình dạng cao và năng suất cao. Về mặt công nghệ, gia công trên trung tâm gia công CNC 5 trục là công nghệ có tính tập trung nguyên công rất cao, linh hoạt, hiệu suất khai thác máy lớn, và năng suất sản phẩm vượt trội. Các chương trình gia công trên máy CNC ngày càng được chuẩn hóa và có thể được tạo lập tự động nhờ công cụ CAD/CAM. Do có mối liên hệ chặt chẽ giữa việc tạo lập bản vẽ thiết kế và lập chương trình gia công CNC, CAD và CAM thường đi kèm với nhau trong các gói phần mềm được gọi là các hệ thống CAD/CAM. Một số hệ thống CAD/CAM điển hình hiện nay như MasterCAM, Catia, Pro/ Engineer, Delcam, Cimaton... Phương pháp sử dụng CAD/CAM để xuất chương trình gia công một cách tự động đã và đang được coi là phương pháp hiệu quả nhất. Đặc biệt là trường hợp gia công trên máy CNC nhiều trục (từ 4 trục trở lên). Các phần mềm CAM là phần mềm máy tính chuyên dùng có nhiệm vụ cung cấp chương trình điều khiển các thiết bị sản xuất, trước hết là các máy CNC (chương trình NC). Yêu cầu cơ bản đối với một chương trình NC là phải hoàn toàn tương thích với máy mà nó phục vụ, xét cả về ngôn ngữ lẫn cấu trúc, tính năng của máy. 2 Các phần mềm CAM thương mại phải có 2 chức năng: - Chức năng xử lý hình học và công nghệ chung, là chức năng cơ bản và do mô-đun cơ sở gọi là Processor thực hiện. - Chức năng thứ 2 (hậu xử lý) đảm bảo chương trình NC tương thích với máy CNC cụ thể, do một mô-đun gọi là Postprocessor thực hiện. Postprocessor là một mô-đun đặc biệt của phần mềm CAM vạn năng, giữ vai trò giao diện hay cầu nối giữa CAM và CNC. Postprocessor hoặc là duy nhất đối với một tổ hợp máy CNC và bộ điều khiển hoặc nó được tổng quát hoá cho cả một dòng máy CNC nào đó. Trước đây các bộ Postprocessor thường được viết bằng ngôn ngữ lập trình FORTRAN, nhưng ngày nay bất kỳ ngôn ngữ lập trình nào cũng có thể được sử dụng cho mục đích này. Tuy nhiên ngôn ngữ Pascal và ngôn nhữ C là phổ dụng nhất. Các bộ Postprocessor thường thường bao gồm khoảng từ 1000 đến 5000 dòng lệnh, chủ yếu là các câu lệnh xử lý dữ liệu (phần tính toán số thường là khá nhỏ). Những nỗ lực bỏ ra khi viết một bộ Postprocessor thường trong phạm vi khoảng từ ba đến sáu tháng, đối với các dạng máy CNC đơn giản, còn đối với các máy CNC nhiều trục thì khoảng chừng một năm. Các phần mềm CAD/CAM có đầy đủ chức năng rất đắt (cỡ vài chục ngàn đến hàng trăm ngàn USD), có khi đắt hơn cả máy CNC, nhưng chỉ đảm bảo chức năng xử lý. Nhờ có bộ hậu xử lý mà người ta dùng chung được các phần mềm CAD/CAM đắt tiền cho nhiều máy CNC. Giải pháp sử dụng Postprocessor mang lại hiệu quả kinh tế và tiện ích sử dụng lớn cho các phần mềm CAD/CAM. Các bộ hậu xử lý thường do các nhà sản xuất phần mềm CAM cung cấp theo đặt hàng riêng của các nhà sản xuất, hoặc đôi khi do chính người sử dụng máy CNC. Tuy nhiên, có nhiều lý do dẫn đến việc các cơ sở sử dụng máy phải tự tạo Postprocessor cho riêng mình. 3 Ngoài ra việc sử dựng các bộ postprocessor không chuẩn xác còn dẫn đến làm hư hỏng máy có thể gây thiệt hại lớn đến người sử dụng máy, vì máy CNC 5 trục rất đắt tiền. Từ những yêu cầu thực tế trên, việc tạo ra bộ postprocessor không những mang lại hiệu qua kinh tế mà còn đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật công nghệ. Do vậy, lựa chọn thực hiện luận văn này: “Xây dựng Postprocessor cho máy phay CNC 5 trục DMU-50”. 2. Mục đích của luận văn Mục đích của luận văn là: - Xây dựng bộ postprocessor cho máy CNC 5 trục DMU 50 tại trường ĐH Công nghệ GTVT dựa trên cơ sở phần mềm SolidCAM. 3. Phạm vi nghiên cứu Trong khuân khổ luận văn, tôi tập trung giải quyết một số nội dung sau: - Phần lý thuyết trình bày áp dụng cho các loại máy phay CNC 5 trục. - Áp dụng xây dựng bộ Postprocessor cho một cấu hình máy CNC 5 trục cụ thể (Máy DMU50 tại trường ĐH Công nghệ GTVT). 4. Bố cục luận văn Bản thuyết minh luận văn được chia thành 4 chương: Mở đầu Chương 1: Tổng quan về máy CNC 5 trục và Postprocessor cho máy CNC 5 trục. Chương 2: Tạo bộ postprocessor trên cơ sở phần mềm solidcam cho máy CNC 5 trục DMU-50 Chương 3: Lập trình và gia công thử nghiệm trên máy CNC 5 trục DMU-50 4 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 5 TRỤC VÀ POSTPROCESSOR CHO MÁY CNC 5 TRỤC 1.1. Tổng quan về máy CNC 5 trục 1.1.1. Hệ trục tọa độ trên máy CNC 5 trục Các trục trên máy CNC cho phép xác định chiều chuyển động của cơ cấu máy và dụng cu cắt. Chúng được xác định như sau: Hình 2.1: Hệ trục tọa độ trên máy CNC Trục Z: trục Z có phương trùng với phương của trục chính của máy chiều dương là chiều khi dao tiến ra xa chi tiết. Trục X: Trục X là trục nằm trên mặt bàn máy và chiều dương hướng sang bên phải nếu nhìn từ trục chính vào chi tiết. Trục Y: Sau khi xác định được các trục X, Z ta xác định trục Y theo quy tắc bàn tay phải (ngón tay trỏ chỉ chiều dương của trục Y). Các trục quay quanh các trục X,Y,Z được ký hiệu là A,B,C. Chiều quay dương được xác định theo quy tắc bàn tay phải. 5 Các tổ hợp máy CNC có khá nhiều cấu hình khác nhau. Dựa vào cách bố trí các trục quay của máy có thể phân loại được máy CNC 5 trục. 1.1.2. Cấu hình máy CNC 5 trục Dựa vào cách bố trí các trục quay, người ta phân chia máy phay 5 trục ra làm 3 loại như sau: a) Máy 5 trục với 2 trục quay được bố trí trên trục chính( Head/Head) Loại máy này tất cả các chuyển động quay, xoay đều ở trên đầu trục chính những máy này có thể là máy phay đứng hoặc máy phay ngang. *) Ưu điểm - Gia công các phôi có kích thước và trọng lượng lớn. - Khi thay đổi vị trí của điểm zero chỉ phải thực hiện phép dịch đơn giản, tọa độ chuyển đổi phụ thuộc vào chiều dài của dao. *) Nhược điểm - Dẫn động trục chính rất phức tạp. - Độ cứng vững hệ thống công nghệ thấp do hạn chế trong việc truyền lực qua các trục quay trên chuỗi mang dao. - Thường không thực hiện được nội suy cung tròn trong mặt phẳng ngẫu nhiên và chu trình khoan với góc định vị phôi bất kỳ. 6 Hình 2.2: Máy 5 trục với 2 trục quay được bố trí trên trục chính b) Máy 5 trục với 2 trục quay được bố trí trên bàn máy (Table/Table) Cấu hình Table/Table có thể là máy phay đứng hoặc may phay ngang tất cả các chuyển động quay được thực hiện trên bàn máy ngoại trừ trục chính. *) Ưu điểm - Trục dụng cụ trong quá trính gia công luôn song song với trục Z của máy. Do vậy chu trình khoan có thể được thực hiện dọc theo trục Z của máy. Các chu trình gia công trên các hướng nghiêng so với phôi luôn thực hiện trong mặt phẳng XY của máy có thể được thực hiện trong chế độ gia công 3 trục đơn giản. - Chiều dài của dao có thể thay đổi mà không cần tạo lại chương trình gia công. *) Nhược điểm 7 - Kích thước phôi giới hạn. - Không gian làm việc thường nhỏ hơn so với máy 3 trục. - Khi thay đổi điểm zero thì bộ hậu xử lý (postprocessor) buộc phải tính toán lại từ đầu để tạo ra chương trình tương ứng. Hình 2.3: Máy 5 trục với 2 trục quay được bố trí trên bàn máy c)Máy 5 trục với 1 trục quay trên trục chính và 1 trục quay trên bàn máy (Head/Table) Loại máy Head/Table có hầu hết các khả năng của máy 2 loại trên có thể gia công được chi tiết lớn và nặng nhờ bàn máy có giá đỡ chắc chắn và quay quanh trục của chính nó. 8 Hình 2.4: Máy 5 trục với 1 trục quay trên bàn máy và 1 trục quay trên trục chính 1.1.3. Lập trình gia công trên máy CNC 5 trục a) Lập trình bằng tay Khi lập trình bằng phương pháp thủ công, người lập trình trình bày rõ ràng và chính xác nhiệm vụ gia công trong chương trình NC, mà không có sự trợ giúp từ hệ thống lập trình. Nguyên tắc lập trình bằng phương pháp thủ công gồm các bước sau: Bước 1: Xác định trình tự gia công Việc xác định tiến trình gia công phải được cấu trúc hóa cho chương trình gia công được tạo ra. Người lập trình xác định trình tự gia công dựa trên bản vẽ chế tạo. Ngoài ra phải xác định phương án kẹp cần thiết và thiết bị kẹp sử dụng cho phương án kẹp cũng như từng bước gia công trong trình tự gia công. 9 Bước 2: Xác định các dụng cụ cắt cần thiết Người lập trình xác định dụng cụ cắt cần thiết cho từng bước gia công. Dụng cụ cắt được lựa chọn từ ngân hàng dụng cụ cắt. Bước 3: Tính toán thông số công nghệ Thông số chế độ cắt có liên quan đến vật liệu gia công và dụng cụ cắt phải được xác định cho từng bước gia công. Bước 4: Tính toán thống số hình học Bản vẽ thiết kế chế tạo được gắn vào một hệ trục tọa độ. Các tọa độ cần thiết cho chương trình gia công được lấy từ bản vẽ chế tạo hoặc phải được tính toán thêm từ các tọa độ đã biết . Bước 5: Thiết lập chương trình gia công cho từng bước gia công Với sự hỗ trợ của các thông số hình học và thông số công nghệ đã được xác định ở các bước trên, từng lệnh lập trình được thiết lập. Bước 6: Kiểm tra chương trình NC Các chuyển động dịch chuyển được mô phỏng trên máy công cụ CNC để kiểm tra và phát hiện các lỗi của chương trình. Ngày nay, trên các tổ hợp gia công hiện đại, các bộ điều khiển còn cung cấp các công cụ soạn thảo (edition tools), giao diện (interface), trợ giúp (help) để hỗ trợ lập trình bằng tay (lập trình trực tiếp trên máy). Đối với máy CNC 5 trục, việc lập trình bằng tay rất khó khăn, thường chỉ áp dụng cho chi tiết đơn giản. b) Lập trình tự động Từ cơ sở CAD: Vẽ và thiết kế trên máy tính, người ta đã đưa vào một hệ thống biên dịch trợ giúp cho quá trình lập trình, sau khi đã thiết kế xong chi tiết, người ta có thể lựa chọn quy trình công nghệ gia công và cách thức gia công (Như chiến lược chạy dao, cắt thô, cắt bán tinh hay cắt tinh và các kiểu ăn dao…) và từ kiểu được lựa chọn đó máy tính sẽ thông qua bộ tiền xử 10 lý (Preprocessor) xác định một chương trình gia công thích hợp dưới dạng mô tả các quá trình dịch chuyển dụng cụ và các chế độ công nghệ tương ứng. Công việc tiếp theo là mã hóa chương trình gia công trên do bộ hậu xử lý (Postprocessor) theo mã của hệ thống điều khiển số tương thích được lắp trên máy để cho ra chương trình gia công thích hợp với ngôn ngữ máy. Kỹ thuật đó gọi là CAM. Hiện nay, các phần mềm CAD/CAM càng ngày càng mạnh hơn và có nhiều chức năng hơn cũng như giá thành ngày càng rẻ hơn và đã cho phép người sử dụng rất thuận lợi trong quá trình lập chương trình gia công. Quá trình tạo chương trình gia công trên máy CNC với sự trợ giúp của máy tính được thể hiện thực hiện qua các bước như sau: - Bước 1: Hình dạng hình học được phác thảo với sự trợ giúp của các phần mềm CAD. - Bước 2: Từ các hình dạng hình học đã có người lập trình sử dụng phần mềm CAM để thiết lập các chiến lược chạy dao phù hợp. Kết quả là dữ liệu đường chạy dao (toolpath) theo định dạng chung được tạo lập. Tập tin này gọi là CL-File, CL-File chứa dữ liệu mô tả đường chạy dao mà dụng cụ sẽ phải chuyển động theo khi gia công tạo hình. Với mọi thời điểm các giá trị XYZ là vị trí của mũi dao (Tooltip) và cosin chỉ phương IJK của trục dụng cụ. Bên cạnh đó, CL-File cũng chứa các thông tin về công nghệ, như tốc độ trục chính và lượng tiến dao. 11 Hình 2.5: Các bước lập trình gia công với trợ giúp của hệ thống CAM - Bước 3: Biến đổi CL-File sang chương trình NC cho máy CNC cụ thể nào đó. Quá trình này hầu hết được thực hiện bởi một chương trình đặc biệt được gọi là chương trình hậu xử lý. CNC 5 trục yêu cầu các giá trị tọa độ điều khiển các trục bao gồm X, Y, Z, B, C. Từ các giá trị cosin chỉ phương i, j, k và vị trí mũi dao x, y, z thu được trong CL-File được sử dụng để biến đổi thành các giá trị tọa độ điều khiển trục X, Y, Z, B C. Quá trình tính toán này phụ thuộc vào cấu hình động học của máy. Sự đa dạng về cấu hình CNC 5 trục đòi hỏi sự phát triển của các bộ Postprocesor phù hợp với từng máy cụ thể. - Bước 4: Là thực hiện chương trình gia công, dữ liệu được gửi trực tiếp từ máy tính tới máy CNC. Mô phỏng và kiểm soát va chạm các chương trình CNC 5 trục trên các phần mềm hệ thống CAD/CAM hỗ trợ lập trình CNC 5 trục. 1.1.4. Ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng của máy CNC 5 trục Máy CNC 5 trục có nhiều ưu điểm hơn so với máy 3 trục. 12 - Tăng độ chính xác. Mỗi khi gá đặt lại phôi hoặc quá trình thiết lập tạo ra các sai lệch. Từ sai lệch đó tạo ra các lỗi (xếp chồng lên nhau) giữa các bề mặt gia công. Việc sử dụng máy 5 trục, cho phép chuyển động chính xác, tăng độ cứng vững, tốc độ cắt cao cùng với nhiều cách thức gia công khác nhau có thể được thực hiện. - Giảm công việc gá đặt. Một lý do quan trọng để sử dụng máy 5 trục là để giảm thời gian gá đặt chi tiết. Việc sử bộ đồ gá đặt cho các nguyên công thứ cấp là rất tốn kém và mất thời gian. Hầu hết các chi tiết có thể được sản xuất bởi một hoặc hai lần gá, loại bỏ việc phải thêm các bộ gá đặt và thời gian. - Chất lượng bề mặt hoàn thiện tốt hơn. Sử dụng dao ngắn sẽ giảm thiểu độ rung và sản xuất thông suốt, chính xác. Bằng việc có thể thay đổi được góc của dao, phôi có thể được gia công ở một khu vực cắt mong muốn, nó sẽ không chỉ cải thiện bề mặt và có tính lặp lại, mà cũng sẽ cải thiện đáng kể tuổi thọ của dao. - Mở ra các khả năng gia công mới. Một số chi tiết không thể gia công trên máy 3 trục, một số chi tiết khác thi phải mất quá nhiều lần gá đặt để gia công được trên máy 3 trục. Việc chuyển động đồng thời các trục mở ra khả năng gia công mới, có thể gia công được các chi tiết có độ phức tạp về hình học đòi hỏi độ chính xác cao. Việc sử dụng dao phay đầu phẳng để gia công mặt cong sẽ giảm thời gian cắt rất nhiều. Các chi tiết có thể được gia công chính xác bằng việc lựa chọn hợp lý góc định hướng tương đối giữa phôi và máy khi gá đặt và bằng việc lựa chọn phương pháp gia công đúng đắn. Tuy nhiên có một vài nhược điểm như sau: - Giá máy CNC 5 trục cao. 13 - Cần bộ điều khiển CNC đủ mạnh. - Việc thêm trục quay là nguyên nhân của việc gia tăng thêm sai số vị trí. - Tốc độ cắt cao hơn với cùng lượng tiến dao. - Việc lập trình chỉ có thể thực hiện được với sự hỗ trợ của hệ thống các công cụ lập trình. Hiện nay, lập trình gia công trên máy CNC 5 trục vẫn vô cùng phức tạp. Mô phỏng gia công, vận hành và phát hiện va chạm vẫn còn là các vấn đề rất khó. Khi mua máy CNC 5 trục cần phải tiến hành nghiên cứu kỹ lưỡng phạm vi của sản phẩm cần phải gia công. Bởi vì cấu trúc của mỗi một nhóm máy CNC 5 trục cụ thể chỉ phù hợp nhất với một dải sản phẩm cần gia công cụ thể náo đó. Chẳng hạn các máy có bàn quay rất phù hợp để gia công các phôi tròn xoay như máy ép. Tuy nhiên đối với việc sản xuất các kết cấu lớn trong công nghiệp khí động lực học, thì kiểu máy có một trục quay trên trục chính thường được ưa thích hơn. CNC 5 trục ứng dụng để gia công các chi tiết phức tạp. Một số chi tiết gia công đặc trưng bằng máy CNC 5 trục trong hình 2.6. Hình 2.6: Một số sản phẩm gia công trên máy CNC 5 trục 14 1.2. Postprocesor cho máy 5 trục 1.2.1. Giới thiệu chung Hệ thống CAD / CAM tạo ra véc tơ theo những đường dẫn 3D. Mỗi véc tơ bao gồm hai thành phần i, j, k thể hiện cho hướng của dao và x, y, z thể hiện vị trí 3D của tâm mũi dao. Mỗi vector được đại diện bởi một dòng mã lệnh trong file CL_data, và độ phân giải của các vectơ có thể phụ thuộc vào hoặc là việc thiết lập, hoặc bằng cách xác định sự thay đổi góc tối thiểu, hoặc khoảng cách tuyến tính hóa. thông tin này được viết bằng một ngôn ngữ chung (trong file CL_data). Tùy thuộc vào hệ thống CAD/CAM, các mã trong file CL_data có thể là ngôn ngữ APT, CLS, NCI, hoặc ngôn ngữ khác. Bộ điều khiển máy công cụ không hiểu và không sử dụng được những ngôn ngữ chung này. Hình 2.7: Vai trò và vị trí của postprocessor trong hệ thống CAD/CAM/CNC Các ngôn ngữ chung đó phải được dịch sang một ngôn ngữ để máy có thể đọc được, quá trình đó được gọi là postprocessing. Một bộ hâu xử lý sẽ tính toán dựa trên cấu hình động học của máy và dữ liệu từ ngôn ngữ chung 15 để tính toán ra các mã điều khiển. Mã này, lần lượt sẽ điều chỉnh chuyển động các trục của máy để gia công chi tiết. Mỗi postprocessor sẽ cần thiết cho một loại máy đa trục cụ thể nào đó. Postprocessor được sây dựng với các khả năng thông minh hơn để phát hiện giới hạn quay, tự động hạn chế và định vị lại các trục máy. Các chuyển động quay được điều chỉnh độ nghiêng dựa trên cách bố trí để phù hợp với vị trí gia công. Postprocessor sẽ tính toán để tránh, hoặc đưa ra cảnh báo những với những vị trí bất ổn, và chúng có thể đưa ra chuyển động quay nhanh hơn để kiểm soát tốt hơn hướng các vấn đề chuyển động của máy. Luôn có hai cặp góc khi một bộ postprocessor xác định hướng của dao dựa trên mô hình động học của máy 5 trục. Bộ postprocessor lựa chọn cặp góc phù hợp. Ví dụ như vị trí hiện tại là X.. Y.. Z.. B + 30.000 C+0.000. về mặt lý thuyết, dao cụ cũng có thể gia công ở vị trí này tại X.. Y.. Z.. B-30.000 C+180.000, nhưng trong thực tế có thể sẽ không thực hiện được bởi vì có thể chi tiết sẽ bị khuất từ hướng đằng trước và chỉ có thể được thực hiện từ hướng đằng sau khi thiết bị quay, cũng có thể không có đủ hành trình của trục X trên một máy nào đó. Lựa chọn vị trí 5 trục tốt nhất là nhiệm vụ của người tạo ra bộ postprocessor. Một nhiệm vụ khác của người tạo ra bộ postprocessor là giải quyết các vấn đề bất ổn trong thiết lập 5 trục. Các bộ postprocessor sẽ tạo ra chuyển động lùi dọc theo trục của dao trong các tình huống để đảm bảo an toàn. Bộ postprocessor tốt sẽ tránh lùi dao thất thường và tái định vị nhanh. Nhiều xử lý chuyển độ an toàn giữa hai hoạt động gia công liên tiếp với postprocessor. Các điều khiển rút dao vào một khu vực an toàn, và một máy 5 trục định vị lại cho hoạt động tiếp theo. Thay vì chỉ đơn giản là rút lại đến vị trí gốc máy, vùng an toàn (hộp, bán cầu, hình trụ) có thể được sử dụng để thực hiện rút dao lại một cách hiệu quả. Hãy nhớ rằng một đường chạy dao