Đề tài Nghiên cứu ứng dụng hệ thống tính toán song song hiệu năng cao để lập trình gia công các bề mặt khuôn mẫu trên máy công cụ CNC

Cần l−u ý một số điểm quan trọng sau đây: • Một quá trình RP&M đầy đủ sẽ đ−ợc bắt đầu với dữ liệu vào là mô hình CAD. • Các kỹ s−, các nhà thiết kế có kinh nghiệm là một nhân tố không thể thiếu đ−ợc để quá trình thành công. • Hệ thống CAD với mô hình hoá Solid thích hợp là một thành phần quan trọng không thể thiếu đ−ợc của quá trình. 1.5.2.2. Xuất sang dạng STL Thông th−ờng một file CAD cần phải chuyển đến bộ dịch RP&M. B−ớc này nhằm đảm bảo dữ liệu CAD đ−a vào máy SL đ−ợc định dạng STL, dạng mô hình biểu diễn mặt biên gồm rất nhiều mảnh tam giác nhỏ. Đây là định dạng tiêu chuẩn cho RP&M. 1.5.2.3. Tạo các chân đỡ sản phẩm B−ớc này nhằm tạo ra các chân đỡ (Suppors) và đ−ợc l−u trong một file CAD riêng. Các nhà thiết kế CAD sẽ có thể trực tiếp thực hiện nhiệm vụ này hoặc bằng các phần mềm chuyên dụng nh− “Bridgeworks”. Các chân đỡ đ−ợc thiết kế nhằm các mục đích sau: • Đảm bảo cho các l−ỡi phủ không bị va vào bàn đặt chi tiết. • Đảm bảo bất cứ biến dạng nhỏ nào của bàn đặt chi tiết cũng không ảnh h−ởng đến quá trình chế tạo chi tiết. Đề tài cấp Nhà nước KC.05.11 Trang 99 Bỏo cỏo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề tài • Cung cấp ph−ơng thức đơn giản nhất cho việc lấy sản phẩm ra khỏi bàn đỡ khi chế tạo xong. 1.5.2.4. Cắt lát (Slicing) Cả chi tiết và chân đỡ đều cần phải cắt lát. Chi tiết đ−ợc cắt lát toán học bằng máy tính thành một chuỗi các mặt cắt ngang song song với nhau. Cũng trong b−ớc này cần phải lựa chọn các thông số nh− chiều dày lớp, kiểu chế tạo dự tính, chiều sâu l−u hoá, khoảng cách b−ớc quét cần thiết, giá trị bù chiều rộng đ−ờng, các hệ số bù độ co ngót. Để quá trình chế tạo đ−ợc tốt nhất thì phải định h−ớng chế tạo. Một quá trình định h−ớng hợp lý sẽ có thể nâng cao đ−ợc độ chính xác chi tiết và giảm thời gian chế tạo chi tiết do đó giảm giá thành sản phẩm. Định h−ớng chế tạo phụ thuộc vào các mục tiêu lựa chọn. Có rất nhiều các mục tiêu nh−: Chiều cao chế tạo, chất l−ợng bề mặt, việc tạo dựng các phần nâng đỡ sản phẩm…tuỳ theo ph−ơng pháp RP. 1.5.2.5. Hợp nhất (Merge) Trong b−ớc này các chi tiết, các chân đỡ của chi tiết chế tạo cũng nh− các chân đỡ đ−ợc bổ sung thêm (trong tr−ờng hợp nhiều chi tiết cùng đ−ợc chế tạo đồng thời trên cùng một bàn đỡ), chúng đ−ợc hợp nhất lại với nhau nhờ máy tính. 1.5.2.6. Chuẩn bị ở b−ớc này cần phải xác định các thông số vận hành cụ thể nh− số lần quét của l−ỡi gạt phủ lại nhựa cho một lớp, chu kỳ quét l−ỡi gạt, và “Z- wait”. Z- wait là thời gian (tính bằng giây) mà hệ thống cần phải dừng lại sau mỗi lần phủ. Mục đích của dừng lại là để đồng nhất bề mặt nhựa phủ, do đó giảm bớt động lực học chất lỏng. Đầu ra của b−ớc này là một bộ chọn các thông số thích hợp. ở đây cũng có thể dùng các thông số mặc định. Đề tài cấp Nhà nước KC.05.11 Trang 100 Bỏo cỏo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề tài 1.5.2.7. Chế tạo Đây là giai đoạn Polyme hoá nhựa và kết quả cuối cùng là một vật thể thực 3D đ−ợc tạo ra. Quá trình chế tạo bao gồm các b−ớc sau: Định mức: Nếu nh− nhựa lỏng không bị co trong quá trình Polyme hoá, b−ớc này chỉ cần thiết khi bắt đầu chế tạo, để đảm bảo rằng nhựa ở mức 2 thích hợp cho tiêu điểm (hội tụ) của laze đ−ợc tối −u. Tuy nhiên, các nhựa SL điển hình th−ờng có độ co thể tích khoảng 5% - 7%. Với l−ợng co này, khoảng 50% - 70% là xảy ra trong thùng do quá trình Polyme hoá bằng laze và phần co thể tích còn lại xảy ra ở b−ớc gia công sau l−u hoá. Do vậy ng−ời ta chế tạo một modul bù mức nhựa gắn liền trong hệ thống SL. Khi thực hiện việc vẽ laze trên mỗi lớp, cảm biến (sensor) thực hiện việc kiểm tra mức nhựa ở lớp đó. Trong tr−ờng hợp cảm biến (sensor) phát hiện ra mức nhựa này không nằm trong khoảng dung sai qui định, sự chuyển động của piston nhờ một động cơ b−ớc điều khiển chính xác bằng máy tính sẽ điều chỉnh lại mức nhựa bằng cách thay đổi dung tích nhựa lỏng. Khi mức nhựa nằm trong giới hạn dung sai, hoạt động định mức kết thúc và hệ thống chuyển sang b−ớc tiếp theo. Nhúng sâu: D−ới sự điều khiển của máy tính, động cơ Z - b−ớc di chuyển bàn đỡ chi tiết xuống phía d−ới (≈ 0,3’’- 0,7’’), nhằm đảm bảo cho các chi tiết với các vùng phẳng rộng có thể đ−ợc phủ hết. Khi bàn đỡ đ−a chi tiết hạ thấp xuống, nó tạo ra một áp lực ép xuống bề mặt nhựa. Thời gian cần thiết để dừng quá trình ép xuống này đ−ợc xác định căn cứ vào phân tích động học chất lỏng nhớt và bằng các kết quả thực nghiệm. Ng−ời ta thấy thời gian này tỷ lệ với cái gọi là “bán kính vòng tròn tới hạn” cho mỗi mặt cắt ngang của lớp, tỷ lệ với độ nhớt của nhựa và tỷ lệ nghịch với bình ph−ơng chiều sâu áp lực ép xuống. Vì bán kính vòng tròn tới hạn của mỗi lớp và độ nhớt của nhựa là cố định nên biện pháp hiệu quả nhất để giảm bớt thời gian phủ nhựa là “nhúng sâu”. Nâng lên: D−ới tác dụng của trọng lực, nhựa phủ lan ra với một áp lực tạo ra ở b−ớc tr−ớc. Động cơ Z - b−ớc, d−ới sự điều khiển của máy tính, lúc này nâng khay chứa lên sao cho lớp nhựa trên nhất của chi tiết chế tạo cao hơn bề mặt nhựa tự do, nhằm mục đích ở b−ớc tới chỉ có l−ợng nhựa thừa cao hơn chiều dày lớp sẽ đ−ợc lấy đi. Đề tài cấp Nhà nước KC.05.11 Trang 101 Bỏo cỏo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề tài Nói cách khác là nhựa bổ sung thêm sẽ đ−ợc xáo trộn để lan rộng ra đạt chiều cao cần thiết. Khi b−ớc nâng lên này hoàn thành, bề mặt trên nhất của lớp nhựa đã l−u hoá đ−ợc định vị ở chiều cao thấp hơn so với đáy của l−ỡi gạt phủ lại một l−ợng bằng chiều dày lớp. Gạt quét: Lúc này, l−ỡi gạt phủ di chuyển ngang trong thùng từ phía tr−ớc ra phía sau hoặc ng−ợc lại và “quét” nhựa d− thừa khỏi chi tiết ngay khi l−ỡi quét phủ lại hoàn thành chuyển động của nó. Hệ thống sẵn sàng cho b−ớc tiếp theo. • Một số −u điểm chính của kiểu gạt quét: - Chuyển động t−ơng đối nhanh: Đối với phần cơ bản của hình học chi tiết, chu kỳ quét khoảng 5 giây. Chỉ với những chi tiết có thể tích rỗng là có tổng thời gian cho l−ỡi gạt phủ lại quét lớn hơn giá trị trên. Các thể tích bẫy xảy ra ở những chi tiết có kết cấu kiểu khoang hốc chứa nhựa lỏng ở bên trong của chi tiết và không thể liên kết với phần nhựa còn lại ở bên trong thùng. Đây là khó khăn cho việc thao tác phủ lại đối với chi tiết dạng này. - Sự đồng đều của lớp khá mỏng hợp lý: Các sai lệch về chiều dày lớp nói chung nhỏ hơn 1 mil. • Một số nh−ợc điểm của kiểu gạt quét: - Tính đồng nhất của lớp có khả năng tăng lên khi phủ những thể tích bẫy. - ảnh h−ởng của sức căng bề mặt giới hạn làm cho nhựa bị dính vào cạnh của l−ỡi gạt trong khi quét. Lực kéo nhớt tăng lên khi di chuyển ngang cạnh đầu của lớp đặc ở chi tiết làm cho một số nhựa này bị tách ra khỏi l−ỡi quét. Kết quả này gây ra độ không đồng nhất của bề mặt nhỏ nh−ng thấy rõ sự “phồng lên” xuôi theo cạnh đầu của chi tiết. Hiện t−ợng này đ−ợc gọi là hiện t−ợng phồng lên cạnh đầu. Biên độ phồng lên này là hàm của độ nhớt nhựa, sức căng bề mặt sẽ giảm theo hàm mũ của thời gian. Dịch chuyển tới vị trí chế tạo: Ngay sau khi thực hiện xong việc gạt quét, động cơ Z-stage do máy tính điều khiển sẽ dịch chuyển xuống d−ới. Khi nó dừng lại, mặt trên của lớp nhựa phủ tr−ớc đó sẽ bằng mức bề mặt tự do của nhựa trong thùng. ở vị trí này, mặt trên của lớp nhựa tr−ớc đó sẽ có độ sâu bằng chiều dày một lớp. Đề tài cấp Nhà nước KC.05.11 Trang 102 Bỏo cỏo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề tài Thời gian Z-wait: Khi khay đỡ dịch chuyển đến vị trí chế tạo, về nguyên tắc nhựa ở trên mặt lớp tr−ớc cần phải ngang bằng, không thấy danh giới với bề mặt nhựa tự do ở trong thùng. Tuy nhiên, do ảnh h−ởng của sức căng bề mặt giới hạn, nói chung th−ờng có một “nếp nhăn” nhỏ nh−ng thấy rõ viền quanh chu vi của chi tiết ở phần tiếp giáp giữa nhựa rắn và nhựa lỏng. Ng−ời ta thấy rằng độ lớn của nếp nhăn sẽ suy giảm theo một hằng số với thời gian chờ xác định và nó phụ thuộc vào độ nhớt và sức căng bề mặt. Khoảng thời gian chờ này nhằm giúp cho bề mặt chất lỏng này có đủ thời gian để khử độ không đồng đều. Sự không đồng đều này tỏ ra có vấn đề đối với các lớp mỏng. Do vậy, nói chung khi chiều dày lớp càng mỏng thì thời gian chờ “Z-wait” càng cần lớn. Thời gian chờ “Z-wait” thay đổi trong phạm vi rất lớn (từ 15 đến 30 giây). Vẽ laze: Sau khi đã thiết lập đ−ợc bề mặt nhựa Photopolyme gần nh− phẳng, lúc này hệ thống bắt đầu vẽ laze. B−ớc đầu tiên là vẽ biên của chi tiết ứng với mặt cắt ngang của lớp xác định. Do đã có chiều sâu l−u hoá cần thiết cho đ−ờng tâm đ−ợc chọn tr−ớc ở b−ớc cắt lát, máy tính sẽ tự động tính toán chính xác tốc độ quét laze cần thiết để l−u hoá nhựa đạt chiều sâu đã định. Sau mỗi lần các đ−ờng biên vẽ xong (th−ờng chỉ mất vài giây), hệ thống bắt đầu tiến hành quét gạch mặt cắt “hatching” hay quét phủ hết các vùng mặt cắt cần đ−ợc hoá cứng. Thời gian gạch mặt cắt “hatching” chiếm phần rất lớn trong tổng số thời gian vẽ laze. “Hatching” là b−ớc quyết định để đạt đ−ợc độ chính xác cuối cùng của chi tiết RP&M. Cuối cùng là vẽ laze phủ các bề mặt thực sự h−ớng lên trên hay h−ớng xuống d−ới (đ−ợc gọi là phủ lớp da “skin pills”). “Skin pills” là vẽ một chuỗi các vector song song có khoảng cách rất gần nhau sao cho các chiều rộng của các đ−ờng l−u hoá xác định, thực sự tiếp xúc với nhau và cuối cùng tạo thành một lớp da liên tục. Đối với một số kiểu chế tạo chi tiết khởi thuỷ, b−ớc này là cần thiết nhằm tránh sự thoát nhựa không chủ định ở các phần bên trong của chi tiết. Tất nhiên, với các ph−ơng pháp chế tạo chi tiết tiên tiến, sự thoát nhựa không còn là vấn đề đáng quan tâm, do vậy phủ “Skin” sẽ không còn là vấn đề quyết định. Tuy nhiên, phủ “Skin” còn có tác dụng cải thiện độ bền của các bề mặt h−ớng xuống d−ới và chất lỏng của các bề mặt h−ớng lên trên. Đề tài cấp Nhà nước KC.05.11 Trang 103 Bỏo cỏo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề tài 1.5.2.8. Hoàn thiện chi tiết và xả nhựa thừa Mỗi khi quá trình vẽ laze cho một lớp hoàn thành, các b−ớc đã mô tả ở trên lại đ−ợc lặp lại cho các lớp kế tiếp của chi tiết. Qua thực tế sử dụng hệ thống SLA để tạo mẫu, ng−ời ta thấy 90% tổng số thời gian là để hoàn thành chu trình chế tạo. 10% thời gian còn lại gồm có thời gian dừng chu trình chế tạo do mất điện, lỗi file, các hỏng hóc khác. Đây là một tỷ lệ thời gian khá lớn để chế tạo thành công một vật thể 3D phức tạp. Khi lớp cuối cùng đ−ợc hoàn thành, máy tính sẽ điều khiển động cơ Z-b−ớc để nâng cả bàn đỡ và chi tiết gắn trên đó lên khỏi bề mặt tự do của nhựa trong thùng. Sau đó bàn đỡ đ−ợc giữ bằng các tay đỡ đ−ợc nghiêng đi thích hợp nhằm xả nhựa thừa ch−a l−u hoá vào trong thùng, kể cả nhựa thừa chứa trong các thể tích bẫy. Khi phần lớn nhựa lỏng thừa đ−ợc thu hồi, b−ớc này kết thúc. 1.5.2.9. Lấy chi tiết ra, rửa và lau sạch • Bàn đỡ với chi tiết gắn ở trên đ−ợc lấy ra khỏi máy. Để tránh tiếp xúc nhiều với nhựa th−ờng sử dụng găng tay và để tránh rớt nhựa ng−ời ta sử dụng những khay bằng thép không gỉ có gờ nông (để có thể làm sạch nhựa) hay dùng các giá đỡ bằng Cellulose (để xếp các phần phế thải hay để chi tiết). • Sau đó dùng khăn giấy để lau nhựa lỏng thừa trên cả chi tiết chế tạo và bàn đỡ. Lau sạch nhựa lỏng thừa khỏi chi tiết và bàn đỡ nhằm tăng thời gian sử dụng dung môi làm sạch. • Tiếp theo, chi tiết và bàn đỡ đ−ợc đặt vào một thiết bị làm sạch bằng dung môi, kết thúc b−ớc này chi tiết chế tạo đã đ−ợc lau, rửa bằng dung môi, không ảnh h−ởng đến độ chính xác của chi tiết. • Sau đó, tốt nhất là sấy khô chi tiết và khay đỡ bằng một luồng khí áp suất thấp. Biện pháp này giúp cho việc tăng tốc độ quá trình làm khô, đặc biệt đối với các chi tiết phức tạp nhiều hốc. • Cuối cùng là lấy chi tiết ra khỏi khay đỡ. Có nhiều biện pháp khác nhau t−ơng ứng với các loại nhựa. Nói chung, có thể dùng các loại dao l−ỡi bằng, dao x-acto hay kéo sắc để lấy chi tiết. Đề tài cấp Nhà nước KC.05.11 Trang 104 Bỏo cỏo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề tài 1.5.2.10. Xử lý sau chế tạo Lúc này vật thể mới chỉ đ−ợc Polyme hoá một phần và còn ở trạng thái ch−a ổn định “green state”. Một phần độ bền của chi tiết SL đạt đ−ợc không phải nhờ năng l−ợng chiếu của laze. Vì vậy các chi tiết SL vừa chế tạo xong còn ch−a ổn định lại đ−ợc l−u hoá tiếp để thực hiện quá trình Polyme hoá hoàn toàn và cải thiện độ bền của mẫu chế tạo. L−u hoá sau chế tạo đ−ợc thực hiện bằng các bức xạ tử ngoại (UV) dải rộng hay liên tục “continu um” tạo ra nhờ các thiết bị l−u hoá sau chế tạo đ−ợc thiết kế đặc biệt. ở đây cần tối −u hoá b−ớc sóng đầu ra của PCA nhằm đạt đ−ợc sự đồng đều nhất có thể đạt đ−ợc trong quá trình l−u hoá sau chế tạo, với sự tăng nhiệt độ nhỏ nhất của Polyme và độ chính xác chi tiết cao nhất, PCA rất hiệu quả trong việc giảm đến mức tối thiểu biến dạng trong quá trình l−u hoá chế tạo. Hầu hết các chi tiết chế tạo có thể đ−ợc l−u hoá sau chế tạo trong vòng 1 hoặc 2 giờ, các chi tiết lớn có thể đ−ợc l−u hoá trong 10giờ. 1.5.2.11. Hoàn thiện chi tiết Tuỳ theo áp dụng mong muốn, có thể sử dụng nhiều mức hoàn thiện chi tiết nhằm mô hình hoá quan sát và mô hình hoá khái niệm, chỉ cần loại bỏ các chân đỡ sản phẩm là đ−ợc. Để linh hoạt và tối −u hơn, nhiều ph−ơng pháp hoàn thiện nh− mài bằng tay, phun bắn các hạt kính nhỏ, hay biện pháp thích hợp nhất là kết hợp cả 2 ph−ơng pháp này. Các chi tiết cũng có thể đ−ợc đánh bóng, sơn hay phủ kim loại. Hơn nữa, đối với một số nhựa Urethane Acrylate cũng có thể có những gia công tiếp theo nh− khoan, doa, taro, phay,... tuỳ theo mục đích ứng dụng của chi tiết RP&M và đặc tính của nhựa chế tạo. Đề tài cấp Nhà nước KC.05.11 Trang 105 Bỏo cỏo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề tài Ch−ơng 2 - Xây dựng Th− viện tính toán đ−ờng dụng cụ trên hệ thống song song hiệu năng cao Thư viờn tớnh toỏn đường dụng cụ gồm cú 6 mụdun chương trỡnh được viết bằng ngụn ngữ Visual C++. Mó nguồn của cỏc mụdun chương trỡnh này được trỡnh bày trong phần Phụ lục 1. 2.1. Mụdun xấp xỉ cỏc đường cong thành Polyline cơ sở (xem phụ lục 1.1) 2.2. Mụdun nối cỏc đường cơ sở thành Polyline khộp kớn (xem phụ lục 1.2) 2.3. Mụdun xuất kết quả tớnh toỏn ra dữ liệu dạng DAT cho hệ thống tớnh toỏn song song hiệu năng cao (xem phụ lục 1.3) 2.4. Mụdun tớnh toỏn đường chạy dao cơ sở dạng song song Parallel (xem phụ lục 1.4) 2.5. Mụdun tớnh toỏn đường chạy dao cơ sở dạng tia Radial (xem phụ lục 1.5) 2.6. Mụdun tớnh toỏn đường chạy dao thụ (xem phụ lục 1.6) 2.7. Mụdun tớnh toỏn đường chạy dao tinh (xem phụ lục 1.7) Đề tài cấp Nhà nước KC.05.11 Trang 106 Bỏo cỏo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề tài Ch−ơng 3 - Xây dựng các phần mềm 3.1. Lựa chọn môi tr−ờng và ngôn ngữ lập trình để xây dựng các phần mềm Hiện nay tại Việt Nam và trên thế giới có rất nhiều phần mềm trợ giúp thiết kế đ−ợc sử dụng trong các lĩnh vực kỹ thuật nh− kiến trúc, cơ khí nh−ng trong số đó nổi bật hơn cả là phần mềm AutoCad. AutoCAD là một phần mềm trợ giúp thiết kế hoàn chỉnh. Không những thế, nó còn là một hệ thống mở cho phép ng−ời sử dụng có thể tự mình thêm vào các “công cụ” cần thiết cho công việc của mình nhờ khả năng thâm nhập vào bên trong phần mềm AutoCAD. Vì lý do dó, đề tài đã chọn AutoCAD 2002 làm môi tr−ờng để phát triển các phần mềm Ngôn ngữ lập trình đ−ợc đề tài sử dụng là Visual C++ 6.0 với các −u điểm sau: - Có giao diện đẹp, thân thiện, dễ sử dụng. - Khả năng bắt lỗi tốt. - Khả năng nhúng kết vào các phần mềm và cơ sở dữ liệu khác rất cao. - Visual C++ 6.0 là ngôn ngữ lập h−ớng đối t−ợng mạnh và có nhiều −u điểm hơn so với các ngôn ngữ lập trình theo cấu trúc dữ liệu. Ưu điểm đó thể hiện ở việc tập trung xác định các lớp để mô tả các thực thể của bài toán. Nh− vậy việc thiết kế ch−ơng trình xuất phát từ nội dung và các vấn đề của bài toán. Ngoài ra đề tài còn sử dụng các th− viện lập trình ARX (AutoCAD Runtime Extension). Th− viện lập trình ARX đ−ợc viết bằng ngôn ngữ lập trình C++ cho phép ng−ời lập trình sử dụng để tạo lớp mới và mở rộng “công cụ” cho phẩn mềm AutoCAD. Những th− viện đó đ−ợc sử dụng để phát triển và mở rộng để có thể sử dụng những tài nguyên của phần mềm AutoCAD, cung cấp cách truy cập trực tiếp vào những cấu trúc dữ liệu của AutoCAD, hệ thống đồ hoạ và những lệnh của chính AutoCAD. Thêm vào đó những th− viện đ−ợc thiết kế để làm việc đ−ợc với Visual LISP và những ch−ơng trình ứng dụng khác. Bởi vậy những ng−ời lập trình trên AutoCAD có thể lựa chọn những công cụ lập trình tốt nhất phù hợp với ứng dụng và trình độ của ng−ời lập trình. Đề tài cấp Nhà nước KC.05.11 Trang 107 Bỏo cỏo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề tài 3.2. Phần mềm tính toán, phân chia và truyền/nhận dữ liệu cho hệ thống máy tính song song hiệu năng cao theo thuật toán chọn tr−ớc 3.2.1. Giới thiệu chung Để hệ thống máy tính song song hiệu năng cao có thể kết nối và điều khiển đ−ợc máy phay CNC 5 trục, đề tài KC.05.11 đã xây dựng phần mềm tính toán, phân chia và truyền/nhận dữ liệu cho hệ thống máy tính song song hiệu năng cao và máy phay CNC 5 trục hoạt động theo nguyên lý DNC (Direct Numerical Control) và đ−ợc biểu diễn nh− trong hình 54. RS232 RS232 Khoảng cỏch xa Mỏy DNC trung tõm Trung tõm song song hiệu năng cao iMac TCP/IP Khoảng cỏch xa Internet Mỏy CNC2 Mỏy CNC1 Hệ thống DNC Xưởng sản xuất Phũng thiết kế Hỡnh 54: Mụ hỡnh mỏy phay CNC 5 trục được điều khiển bằng hệ thống mỏy tớnh song song hiệu năng cao Đề tài cấp Nhà nước KC.05.11 Trang 108 Bỏo cỏo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề tài 3.2.2. Trỡnh tự hoạt động của phần mềm tớnh toỏn, phõn chia và truyền/nhận dữ liệu cho hệ thống mạng mỏy tớnh song song hiệu năng cao và mỏy phay CNC 5 trục 1. Thiết kế mụ hỡnh 3D của chi tiết cần gia cụng. 2. Tạo đường chạy dao cho cỏc nguyờn cụng hay cỏc bước gia cụng. 3. Tạo đường chạy dao cơ sở (pretool path). 4. Dữ liệu được gửi vào mạng mỏy tớnh song song hiệu năng cao để tớnh toỏn đường chạy dao thật. 5. Postprocessor để tạo ra file gia cụng (G-Code). 6. Truyền file G-code vào mỏy CNC để gia cụng. 7. Tiếp nhận cỏc tớn hiệu phản hồi từ hệ thống mỏy CNC (đo rung động) để hiệu chỉnh chế độ gia cụng. Nhiệm vụ của hệ thống DNC là ở bước thứ 6 và 7 là truyền file G-code từ mỏy tớnh trung tõm tới mỏy phay CNC 5 trục và tiếp nhận thụng tin phản hồi (rung động) của mỏy phay CNC trong quỏ trỡnh gia cụng. Ngoài ra phần mềm cũn cú một số mụdun chương trỡnh sau: • Mụdun quản lý hệ thống ngõn hàng dữ liệu. Cỏc chương trỡnh gia cụng được lưu trờn mỏy tớnh trung tõm, do đú cú thể sử dụng nhiều lần cho nhiều mỏy CNC. • Mụdun kết nối mạng Internet. Mụdun chương trỡnh này cú nhiệm vụ kết nối cỏc mỏy tớnh làm nhiệm vụ thiết kế lại với nhau. Tất cả cỏc mỏy tớnh làm nhiệm vụ thiết kế này đều cú thể gửi chương trỡnh gia cụng (tệp *.NC) về mỏy tớnh DNC trung tõm để người quản lý cú thể quyết định chọn chương trỡnh cần gia cụng. Để phần mềm tớnh toỏn, phõn chia và truyền/nhận dữ liệu cho hệ thống mạng mỏy tớnh song song hiệu năng cao và mỏy phay CNC 5 trục hoạt động, cần phải cú cỏc thiết bị chớnh như sau: 1. Một mỏy tớnh DNC trung tõm (cú thể dựng mỏy tớnh PC thụng thường). Đề tài cấp Nhà nước KC.05.11 Trang 109 Bỏo cỏo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề tài 2. Cỏc mỏy tớnh cục bộ tương ứng với mỗi mỏy CNC. Hiện nay cỏc mỏy tớnh này thường được nhà sản xuất mỏy CNC gắn trực tiếp vào mỏy. 3. Mạng kết nối giữa mỏy tớnh DNC trung tõm và mỏy NC/CNC (qua cổng nối tiếp RS-232). Cỏc mỏy tớnh cục bộ này hoạt động như cỏc bộ đệm để lưu trữ dữ liệu được gửi đến từ mỏy tớnh DNC trung tõm. Sau đú cỏc mỏy tớnh cục bộ sẽ tiến hành điều khiển trực tiếp cỏc trung tõm gia cụng CNC bằng cỏch đưa dần cỏc cõu lệnh vào mỏy CNC. 3.2.3. Hướng dẫn sử dụng phần mềm tớnh toỏn, phõn chia và truyền/nhận dữ liệu cho mạng mỏy tớnh song song hiệu năng cao và mỏy phay CNC 5 trục Phần mềm gồm cú 2 mụdun: 1. Slave DNC: là mụdun chương trỡnh chạy trờn cỏc mỏy tớnh trong mạng LAN/Internet cú nhiệm vụ gửi cỏc tệp *.NC cho mỏy DNC trung tõm sau khi đó thiết kế xong. 2. Master DNC: là mụdun DNC chớnh cú nhiệm vụ: tập hợp cỏc chương trỡnh NC từ cỏc mỏy trong mạng; quản lý và lưu trữ cỏc chương trỡnh NC; truyền cỏc chương trỡnh NC vào mỏy CNC. 3.2.3.1. Mụdun Slave DNC Hỡnh 55: Giao diện chớnh của chương trỡnh Slave DNC Đề tài cấp Nhà nước KC.05.11 Trang 110 Bỏo cỏo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề tài Nhấn nỳt "Truyen thong" để mở hộp thoại xỏc định thụng số cho cổng truyền thụng Hỡnh 56: Hộp thoại xỏc định thụng số cho cổng truyền thụng Trong hộp thoại này cần nhập hai thụng số cho cổng truyền thụng là: IP của mỏy tớnh DNC trung tõm và số hiệu cổng truyền thụng. Tiếp theo nhấn nỳt "Ket noi" trờn hộp thoại chớnh. Nếu kết nối thành cụng cỏc vị trớ trờn hộp thoại sẽ hiện sỏng cho phộp chọn cỏc thụng số sau: 1. Tờn tập cần truyền. 2. Mỏy CNC cần gia cụng. 3. Kiểu mó (tương ứng với bộ điều khiển của mỏy CNC). 4. Tờn chi tiết cần gia cụng. 5. Người thiết kế. Sau khi đó chọn xong cỏc thụng số, ấn nỳt "Gửi đi" để truyền chương trỡnh NC đến mỏy DNC trung tõm. Hỡnh 57: Hộp thoại xỏc định tham số cho đối tượng cần truyền Đề tài cấp Nhà nước KC.05.11 Trang 111 Bỏo cỏo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề tài 3.2.3.2. Mụ đun Master DNC Trước khi bắt đầu việc truyền DNC phải mở kết nối truyền thụng để nhận cỏc chương trỡnh NC được gửi đến từ cỏc mỏy tớnh Slave DNC. Hỡnh 58: Giao diện chớnh của chương trỡnh Master DNC Nhấn nỳt "LAN" để đặt cỏc thụng số truyền thụng. Một hộp thoại hiện ra, chọn số hiệu cổng sau đú ấn "Chap nhan". Hỡnh 59: Đặt thụng số cho mạng LAN Trờn hộp thoại chớnh ấn "Ket noi Lan" để mở kết nối mạng. Cú thể thờm chương trỡnh NC đó cú trờn mỏy bằng cỏch chọn “May CNC” -> “Them File”. Đề tài cấp Nhà nước KC.05.11 Trang 112 Bỏo cỏo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề tài Hỡnh 60: Đặt cỏc thụng số cho File NC Nhập cỏc thụng số sau cho File NC: 1. Tờn tệp chương trỡnh NC. 2. Tờn chi tiết. 3. Người thiết kế. 4. Kiểu mó. Để truyền chương trỡnh NC vào mỏy CNC chọn "May CNC -> “Truyen File". Hỡnh 61: Đặt cỏc thụng số cho File NC Để thay đổi kiểu mó ta chọn "Chon ma". Kiểu mó thụng dụng thường được sử dụng là mó G-code. Hộp thoại này cũn cho phộp người sử dụng chọn đơn vị của cỏc toạ độ gia cụng là “milimeter” thay “micrometer”. Cuối cựng, ấn nỳt "Truyen du lieu" để truyền chương trỡnh NC vào mỏy CNC. Đề tài cấp Nhà nước KC.05.11 Trang 113 Bỏo cỏo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề tài 3.2.4. Mó nguồn chương trỡnh phần mềm tớnh toỏn, phõn chia và truyền/nhận dữ liệu cho mạng mỏy tớnh song song hiệu năng cao và mỏy phay CNC 5 trục Chương trỡnh phần mềm tớnh toỏn, phõn chia và truyền/nhận dữ liệu cho mạng mỏy tớnh song song hiệu năng cao và mỏy phay CNC 5 trục được viết bằng ngụn ngữ Visual C++. Mó nguồn của chương trỡnh phần mềm này được trỡnh bày trong phần Phụ lục 2. • Mó nguồn của chương trỡnh Slave DNC (xem phụ lục 2.1). • Mó nguồn của chương trỡnh Master DNC (xem phụ lục 2.2). 3.3. Phần mềm tính đ−ờng dụng cụ chạy trên hệ thống song song hiệu năng cao để sinh ra đ−ờng chạy dao điều khiển máy phay CNC 3 trục và 5 trục 3.3.1. Giới thiệu chung Ph−ơng pháp cắt lớp không gian là ph−ơng pháp thể hiện vật thể ba chiều bằng các lớp cắt hai chiều của chúng. Nếu cắt một vật thể ba chiều bằng một loạt những mặt phẳng cắt song song cách đều nhau sẽ thu đ−ợc một tập hợp những tiết diện hay lát cắt song song thể hiện vật thể ba chiều này. Vì vậy khi tiến hành cắt cả phôi và thể tích quét bằng những lát cắt nh− vậy, sẽ thu đ−ợc tập hợp những tiết diện đặc tr−ng cho phôi và thể tích quét. Nếu tiến hành phép trừ giữa tiết diện của phôi và thể tích quét, kết quả thu đ−ợc sẽ là một tiết diện đặc tr−ng cho chi tiết sau gia công trong mặt cắt đang xét. Nh− vậy có thể thấy ph−ơng pháp cắt lớp không gian cho phép đ−a bài toán từ không gian về giải quyết trong mặt phẳng. Tập hợp các tiết diện của thể tích quét với các mặt phẳng cắt sẽ đ−ợc tính toán thay vì tìm trực tiếp thể tích quét trong không gian ba chiều. Đây chính là vấn đề cốt lõi của phần mềm tính đ−ờng dụng cụ mà đề tài đã thực hiện và đ−ợc trình bày d−ới dạng các thuật toán d−ới đây. 3.3.2. Các thuật toán tính đ−ờng dụng cụ gia công 3.3.2.1. Thuật toán tính đ−ờng dụng cụ gia công thô • B−ớc 1: Nhập mô hình chi tiết, dụng cụ, tham số công nghệ. • B−ớc 2: Giới hạn vùng gia công. Đề tài cấp Nhà nước KC.05.11 Trang 114 Bỏo cỏo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề tài • B−ớc 3: Cắt lớp mô hình chi tiết. • B−ớc 4: Tính đ−ờng dụng cụ tại mỗi lớp cắt. • B−ớc 5: Mô phỏng, kiểm tra và sửa chữa đ−ờng dụng cụ. • B−ớc 6: Post - Proccessor. 3.3.2.2. Thuật toán cắt lớp không gian • B−ớc 1: Nhập mô hình chi tiết gia công và các thông số tạo hình là Down Step, Z-up và Z-down. • B−ớc 2: Gán Z = Z-up. • B−ớc 3: Nhập hàm tạo mặt phẳng Plane(Z-up, n) có vector pháp tuyến n=(0,0,1). • B−ớc 4: Nhập hàm lấy Region: Hàm getS