Đề tài Nghiên cứu xây dựng chương trình mô phỏng gia công trên máy CNC 3 trục Bridgeport VMC 2216 XV

Vericut xem xét tất cả những yếu tố có liên quan: gia công một trục, nhiều trục, chuyển động chạy dao, thay dao, kiểm tra va chạm với đồ gá, đầu dao, hình dạng dao cụ phức tạp, động học máy CNC - Nếu như các phần mềm CAM khác chỉ có thể mô phỏng chương trình gia công trong lúc lập trình thì Vericut có khả năng làm được điều này ngay trên các file G-Codes điều này có hai ưu điểm: + Thứ nhất, Vericut kiểm tra được chương trình gia công viết tay hoặc biên dịch từ các phần mềm CAM bất kì. + Thứ hai, giúp việc kiểm tra các chương trình gia công chính xác hơn vì ngoài việc mô phỏng như các phần mềm CAM khác, nó còn phát hiện được những lỗi có thể phát sinh trong quá trình biên dịch. - Ngoài mô phỏng, Vericut còn có những tính năng cao cấp khác để hỗ trợ tốt nhất công việc gia công CNC nói riêng và toàn bộ quá trình sản xuất nói chung như tối ưu hóa tốc độ chạy dao, so sánh chi tiết đã gia công với mẫu thiết kế, quản lí quá trình gia công 25 - Hãng PTC mua một số mô đun của Vericut và tích hợp chúng trong phần mềm Pro/ENGINEER. Do đó, những người đã tiếp cận với Pro/ENGINEER đã quen với giao diện và cách sử dụng một số lệnh cơ bản của Vericut. - Cuối cùng, công ty TT DATA Việt Nam là đại diện của hãng CGTech về phân phối, hỗ trợ sản phẩm VERICUT tại khu vực Đông Á. Do đó, sử dụng Vericut sẽ có nhiều thuận lợi hơn nhờ có hỗ trợ kỹ thuật từ công ty này. 26 CHƯƠNG 2: TẠO MÔ HÌNH LẮP RÁP CAD 3D CỦA MÁY 2.1 MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA VIỆC TẠO MÔ HÌNH Mục đích của việc tạo mô hình lắp ráp CAD 3D của máy là để tạo một môi trường gia công ảo dựa vào máy thật. Trong môi trường này các bộ phận cơ bản của máy sẽ được thể hiện bao gồm hình dáng bên ngoài về kết cấu cơ bản của không gian gia công. Khi được gán các chuyển động tạo hình cho máy và mô phỏng bóc vật liệu, kết quả đồ họa nhận được sẽ ở dạng “sao chép” quá trình gia công “như thật” của máy. Các mô hình chi tiết thành phần phải được sao chép tương đối chính xác (về kích thước và hình dáng) từ các đối tượng thật tương ứng. Để việc hiển thị đồ họa được trơn tru và nhạy, mô hình lắp ráp 3D của máy phải có dung lượng bé. Do đó, các mô hình chi tiết thành phần phải được đơn giản hóa hết mức. Để đạt được điều này, chỉ nên thể hiện các bộ phận cơ bản của máy, nhất là vùng gia công và phải lược bỏ các tiểu tiết trên các chi tiết như các góc lượn, các góc vát, 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO MÔ HÌNH Vericut là phần mềm mô phỏng máy CNC chuyên nghiệp. Không những đã được tích hợp sẵn rất nhiều mô hình máy CNC đang được sử dụng rộng rãi hiện nay, mà còn cho phép chúng ta tự xây dựng mô hình máy CNC của mình. Một mô hình máy CNC được xây dựng từ các mô hình thành phần lắp ghép lại với nhau. Giữa các mô hình thành phần này có mối liên kết và chuyển động tương đối với nhau, tổng hợp các chuyển động tương đối này tạo nên chuyển động mô phỏng của máy. Có 2 phương pháp xây dựng các mô hình máy: - Thứ nhất: Xây dựng trực tiếp các mô hình thành phần và mô hình lắp ráp bằng phần mềm Vericut với cách này thì việc xây dựng các mô hình thành phần gặp nhiều khó khăn, đòi hỏi phải có kiến thức chuyên sâu về Vericut. - Thứ hai: Xây dựng mô hình lắp ghép trong Vericut từ các mô hình STL được tạo sẵn từ trước bằng Pro/ ENGINEER hoặc phần mềm thiết kế 3D khác có hỗ trợ xuất sang File STL. 27 Ta chọn cách thứ hai vì việc thiết kế các mô hình trong Pro/ENGINEER sẽ đơn giản hơn. Sau khi xây dựng xong các mô hình thành phần ta tiến hành chuyển các mô hình sang file STL để lắp ráp trong Vericut. 2.3 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN Các bước thực hiện tạo mô hình lắp ráp CAD 3D của máy như sau: 1. Xác định các chi tiết thành phần. 2. Xác định hệ tọa độ chung. 3. Đo đạc kích thước của các chi tiết thành phần. 4. Xây dựng mô hình CAD 3D của các chi tiết và chuyển sang định dạng STL. 5. Tạo lắp ráp trong môi trường Vericut. Trong mục này sẽ trình bày các bước từ 1 đến 3. Các bước 4 và 5 sẽ được trình bày riêng ở hai mục tiếp theo. 2.3.1 Xác định các chi tiết thành phần Để xây dựng mô hình mô phỏng máy, trước tiên ta phải chia máy thành các khâu, khớp riêng biệt sau đó xác định hình dạng và kích thước của từng khâu, khớp qua đó xây dựng mô hình 3D của từng khâu, khớp và từ các mô hình 3D đó ta xây dựng được mô hình lắp ráp 3D. Vị trí tương đối giữa các khâu, khớp với nhau được xác định dựa trên một hệ tọa độ tham chiếu. Do đó để xây dựng mô hình của máy trước hết ta cần chọn một điểm trên máy để đặt hệ tọa độ tham chiếu qua đó xác định vị trí của các khâu, khớp và khi xây dựng các mô hình chi tiết trong Pro/ ENGINEER thì các mô hình chi tiết đều phải xây dựng trên cùng một hệ tọa độ tham chiếu. Như đã đề cập ở trên, do yêu cầu các mô hình thành phần phải ở mức độ đơn giản hóa với độ chính xác tương đối. Vì thế ta không cần phải xây dựng tất cả mô hình của các chi tiết mà ta gộp các chi tiết có cùng chuyển động và được ghép cứng với nhau thành 1 khâu, sau đó xác định kích thước phủ bì của các khâu đó và xây dựng mô hình các khâu theo kích thước phủ bì. Cụ thể ta chia máy thành các cụm chi tiết chính sau: Đế máy, bệ máy, bàn X, bàn Y, bàn Z, trục chính, và vỏ máy. 28 2.3.2 Xác định hệ tọa độ chung Đặt gốc tọa độ tham chiếu trên mặt trên của bàn làm việc, trục Z đi qua tâm của bàn làm việc. Mặt XY đồng phẳng với mặt trên của bàn làm việc. Di chuyển bàn X và bàn Y về vị trí trục Z trùng với trục chính của máy và trục chính của máy đi qua tâm của bàn X và bàn Y như hình 2.1 Hình 2.1. Tọa độ tham chiếu của máy CNC. 2.3.3 Đo đạc kích thước các chi tiết thành phần 2.3.3.1 Kích thước bàn X Hình dáng và kích thước của bàn X được thể hiện trên hình 2.2. 29 Hình 2.2. Kích thước bàn X. 2.3.3.2 Kích thước bàn Y Hình dáng và kích thước của bàn Y được thể hiện trên hình 2.3 Hình 2.3. Kích thước bàn Y. 30 2.3.3.3 Kích thước bàn Z Hình dáng và kích thước của bàn Z được thể hiện trên hình 2.4 Hình 2.4. Kích thước bàn Z. 2.3.3.4 Kích thước bệ máy Hình dáng và kích thước của bệ máy được thể hiện trên hình 2.5. Hình 2.5. Kích thước bệ máy. 31 2.3.3.5 Kích thước trục chính Hình dáng và kích thước của trục chính được thể hiện trên hình 2.6. Hình 2.6. Kích thước trục chính. 2.3.3.6 Kích thước vỏ máy Hình dáng và kích thước của vỏ máy được thể hiện trên hình 2.7. Hình 2.7. Kích thước vỏ máy. 32 2.3.3.7 Kích thước đế máy Hình dáng và kích thước của đế máy được thể hiện trên hình 2.8. Hình 2.8. Kích thước đế máy. 2.4. XÂY DỰNG CÁC MÔ HÌNH 3D BẰNG PRO/ENGINEER 4.0 VÀ XUẤT SANG FILE STL Khởi động Pro/Wildfire bằng cách click double vào biểu tượng ( ) trên màn hình desktop ,hoặc có thể vào theo đường dẫn sau: Start/programs/PTC/Pro Engineer. 2.4.1 Xây dựng mô hình bàn X Bước1: Chọn File-New, đặt tên chi tiết là banX.prt và bỏ dấu kiểm ở mục Use default template chọn mmns_part_solid để xác định đơn vị đo theo hệ mét . Bước 2: Dùng lệnh Extrude để tạo khối 838x356x140 (Hình 2.9) Bước 3: Dùng lệnh Extrude Cut để tạo rãnh dẫn hướng và rãnh chữ T ( Hình 2.10 ). 33 Hình 2.9 Hình 2.10 Bước 4: Dùng lệnh Pattern để tạo 3 rãnh chữ T mỗi rãnh cách nhau 105 mm từ 1 rãnh chữ T đã tạo ở bước trên. (Hình 2.11). Bước 5: Chọn File  Save a copy trong cửa sổ Save a copy lựa chọn: Type = STL ( *.stl)  OK . Như hình 2.12 Hình 2.11 Hình 2.12 2.4.2 Xây dựng mô hình bàn Y Bước1: Chọn File-New, đặt tên chi tiết là banY.prt và bỏ dấu kiểm ở mục Use default template chọn mmns_part_solid để xác định đơn vị đo theo hệ mét. Bước 2: Dùng lệnh Extrude để tạo khối 1344x425x200. ( Hình 2.13). Bước 3: Dùng lênh Extrude và Extrude Cut để tạo ray dẫn hướng và rãnh dẫn hướng của bàn dao Y. (Hình 2.14). 34 Hình 2.13 Hình 2.14 Bước 4: Dùng lệnh Mirror để tạo rãnh dẫn hướng thứ 2 đối xứng với rãnh đã tạo ở bước trên nqua mặt RIGHT.( Hình 2.15). Hình 2.15 Bước 5: Chọn File  Save a copy trong cửa sổ Save a copy lựa chọn: Type = STL ( *.stl)  OK. 2.4.3 Xây dựng mô hình bàn Z Bước1: Chọn File-New, đặt tên chi tiết là banZ.prt và bỏ dấu kiểm ở mục Use default template chọn mmns_part_solid để xác định đơn vị đo theo hệ mét. Bước 2: Dùng lệnh Extrude để tạo khối có tiết diện như hình 2.16 và chiều cao là 670mm kết quả ta được như hình 2.17. 35 Hình 2.16 Hình 2.17 Bước 3: Dùng lệnh Extrude Cut để cắt khối đã tạo trên thành khối như hình 2.18 Bước 4: Dùng lệnh Extrude Cut và lệnh Mirror để tạo các rãnh dẫn hướng như hình 2.19 Hình 2.18 Hình 2.19 Bước 5: Chọn File  Save a copy trong cửa sổ Save a copy lựa chọn: Type = STL ( *.stl)  OK . 2.4.4 Xây dựng mô hình trục chính Bước1: Chọn File-New, đặt tên chi tiết là trucchinh.prt và bỏ dấu kiểm ở mục Use default template chọn mmns_part_solid để xác định đơn vị đo theo hệ mét Bước 2: Dùng lệnh Revolve.để tạo khối như hình 2.20. 36 Bước 3: Dùng lệnh Extrude Cut và lệnh Mirror để tạo 2 mặt vát đối xưng nhau qua mặt RIGHT như hình 2.21 Hình 2.20 Hình 2.21 Bước 4: Chọn File  Save a copy trong cửa sổ Save a copy lựa chọn: Type = STL ( *.stl)  OK . 2.4.5 Xây dựng mô hình bệ máy Bước1: Chọn File-New, đặt tên chi tiết là bemay.prt và bỏ dấu kiểm ở mục Use default template chọn mmns_part_solid để xác định đơn vị đo theo hệ mét. Bước 2: Dùng lệnh Extrude tạo khối 1120x691x460 như hình 2.22. Bước 3: Dùng lệnh Extrude và Mirror để tao 2 thanh ray dẫn hướng cho bàn Y như hình 2.23 Hình 2.22 Hình 2.23 Bước 3: Dùng lệnh Extrude để tạo khối 550x280x1518 trên mặt trên của khối tạo ở trên nhủ hình 2.24. Bước 4: Dùng lệnh Extrude và lệnh Mirror để tạo ray dẫn hướng của bàn Z như hình 2.25 37 Hình 2.24 Hình 2.25 Bước 5: Chọn File  Save a copy trong cửa sổ Save a copy lựa chọn: Type = STL ( *.stl)  OK . 2.4.6 Xây dựng mô hình đế máy Bước1: Chọn File-New, đặt tên chi tiết là demay.prt và bỏ dấu kiểm ở mục Use default template chọn mmns_part_solid để xác định đơn vị đo theo hệ mét. Bước 2: Dùng lệnh Extrude để tạo khối 2500x1300 410 như hình 2.26. Bước 3: Dùng lệnh Extrude Cut để cắt khối đã tạo trên thành khối như hình 2.27. Hình 2.26 Hình 2.27 Bước 4: Chọn File  Save a copy trong cửa sổ Save a copy lựa chọn: Type = STL ( *.stl)  OK . 38 2.4.7 Xây dựng mô hình vỏ máy. Bước1: Chọn File-New, đặt tên chi tiết là vomay.prt và bỏ dấu kiểm ở mục Use default template chọn mmns_part_solid để xác định đơn vị đo theo hệ mét Bước 2: Dùng lệnh Extrude tạo khối 2500x1300x1500 như hình 2.28. Bước 3: Dùng lệnh SHELL để tạo vỏ mỏng 5mm như hình 2.29. Hình 2.28 Hình 2.29 Bước 4: Dùng lệnh Extrude Cut để tạo phần che chắn xung quanh như hình 2.30. Bước 5: Dùng lệnh Extrude để tạo khung máy như hình 2.31. Hình 2.30 Hình 2.31 Bước 7: Dùng lệnh Extrude Cut để tạo rãnh dẫn hướng cho mâm dao như hình 2.32. 39 Hình 2.32 Bước 8: Chọn File  Save a copy trong cửa sổ Save a copy lựa chọn: Type = STL ( *.stl)  OK . 2.5.8 Xây dựng mô hình mâm chứa dao Bước1: Chọn File-New, đặt tên chi tiết là mamchuadao.prt và bỏ dấu kiểm ở mục Use default template chọn mmns_part_solid để xác định đơn vị đo theo hệ mét. Bước 2: Dùng lệnh Revolve và Extrude Cut đễ vẽ vỏ của mâm dao Bước 3: Dùng lệnh Extrude để tạo khối tròn có đường kính 730mm dầy 20mm Bước 4: Dùng lệnh Extrude Cut và Pattern theo trục để tạo 22 ổ chứa dao trên mâm dao. Bước 5 : Dùng lệnh Extrude để vẽ trục và gờ trượt của mâm dao Kết quả cuối cùng ta được như hình 2.33. 40 Hình 2.33. Mâm chứa dao Bước 6: Chọn File  Save a copy trong cửa sổ Save a copy lựa chọn: Type = STL ( *.stl)  OK . 2.5 TẠO LẮP RÁP TRONG VERICUT 2.5.1 Tạo 1 file mới Bước 1: Khởi động VERICUT: Click đúp chuột lên biểu tượng VERICUT 6.2 trên màn hình máy tính hoặc StartProgramsCGTech VERICUT 6.2 VERICUT 6.2 Bước 2: File  New Chọn hệ đơn vị Milimeter ( Hình 2.34). Bước 3: Tạo thư mục làm việc tạm thời : File Working Directory  Trong cửa sổ Working Directory chỉ dẫn đến thư mục D:\model bridgepoet 2216. ( Hình 2.35 ). Hình 2.34 Hình 2.35 41 2.5.2 Hiển thị các hệ tọa độ Click chuột phải lên màn hình đồ họa Display Axes Component. Click chuột phải lên màn hình đồ họa Display Axes Model. 2.5.3 Tải file cấu hình điều khiển Fanuc 21im Trong Project tree,Chọn ProjectClick chuột phảiExpand All Children. Trong Project tree, Chọn Control Click chuột phải Open: Shortcut = Library, File name = fan 21im.ctl Open. ( Hình 2.36) Hình 2.36 2.5.4 Hiển thị Component tree Configuration Component Tree hoặc Click vào trên thanh công cụ. (Hình 2.37). Hình 2.37 42 2.5.5 Thêm trục “Z” vào “ Base” Trong Componennt tree chọn Base(0,0,0) Click chuột phải AppentZ Linear. (Hình 2.38). 2.5.6 Thêm trục chính “ Spindle” vào trục “Z” và “ Tool” vào Spindle” Trong Componennt tree chọn Z(0,0,0) Click chuột phải Appent Spindle. Trên Componennt tree chọn Spindle(0,0,0) click chuột phảiAppent Tool. (Hình 2.39) Hình 2.38 Hình 2.39 2.5.7 Thêm trục “Y” vào “ Base” và trục “X” vào trục “Y” Trên Componennt tree chọn Base(0,0,0) click chuột phải AppentY Linear. Trên Componennt tree chọn Y(0,0,0) Click chuột phảiAppentX Linear.( Hình 2.40). 43 Hình 2.40 2.5.8 Cắt Attach(0, 0, 0) và dán vào X(0, 0, 0). Chọn Attach(0, 0, 0) trên Component tree Click chuột phải Cut. Chọn X(0, 0, 0) trên Component tree Click chuột phải Paste. (Hình 2.41). 2.5.9 Thêm mâm chứa dao vào “BASE” Trên Componennt tree chọn Base(0,0,0) Click chuột phảiAppentTool chain Xuất hiện Tool chain(0, 0, 0) Click đúp vào Tool chain (0, 0, 0) xuất hiện cửa sổ Modeling chọn thẻ Position, Position = - 850 0 508 Apply. ( Hình 2.42). Hình 2.41 Hình 2.42 44 2.5.10 Thêm “Enclosure”vào “BASE” và thêm “Door” vào “Enclosure” Chọn Base(0,0,0)Click chuột phải AppentOtherĐổi tên thành Enclosure(0,0,0). Trên Componennt tree chọn Enclosure(0,0,0) click chuột phải Appent U linear. Đổi tên U linear thành Door(0,0,0) (Xem hình 2.43)  Click đúp vào Door(0,0,0) xuất hiện cửa sổ Modeling chọn thẻ Position  Position = -800 0 -110  Apply. Hình 2.43 2.5.11 Lưu File máy với tên Bridgeport 2216.mch Trong component Tree chọn File Save as machine File name = Bridgeport 2216.mch Save 2.5.12 Thêm mô hình “ Base” Trong Component tree chọn Base(0,0,0) click chuột phải Component Attributes. Trong cửa sổ Modeling chọn thẻ Model Type = Model File Browse. Trong cây thư mục bên trái chỉ dẫn đên thư mục D:\Model Bridgeport 2216\STL \ .Chọn File name = bemay.stl Open Color = 8: Misty rose Add OK.( Xem hình 2.44). 45 Hình 2.44 2.5.13 Thêm mô hình bàn Y Trong Component tree chọn Y(0,0,0) Click chuột phải Component Attributes hoặc Click đúp chuột vào Y(0,0,0)  Type = Model File BrowseFile name = bandaoY.stl  Open Color = 3:Light Steel Blue AddOK ( Hình 2.45) 2.5.14 Thêm mô hình bàn X Trong Component tree chọn X(0,0,0) click c