Giáo trình CAD - Thiết kế ô tô (Phần 2)

trước. Conics (Ellipse, Parabol, Hyperbol) 1. Xác định 5 điểm nằm trên đường cong. 2. Xác định 3 điểm và một điều kiện tiếp tuyến. Đường cong Các Spline toán học được sử dụng để tra vừa một đường cong thông qua dữ liệu cho trước. Các kỹ thuật tạo đường cong khác được sử dụng trong đồ hoạ máy tính bao gồm phương pháp đường cong Bezier và B-spline. Kết quả cho đường cong không chứa tất cả các điểm của dữ liệu. Trong các trường hợp này, các điểm dữ liệu thì được đưa vào hệ thống đồ hoạ còn các kỹ thuật đường cong tra vừa sẽ được chọn để xác định đường cong. Mặt cong Các phương pháp tạo đường cong ở trên cũng có thể dùng để xác định định nghĩa toán học của một mặt cong. 3. Edit hình học. Một hệ CAD nào cũng có khả năng Edit để tu sửa và điều chỉnh trong mô hình hình học như chèn, sao chép, dịch chuyển, quay v.v.. đối với các yếu tố đồ hoạ tạo nên mô hình đó. C5 CAD-CAM>PC-PM CAD 10 GVC NGUYỄN THẾ TRANH Một số khả năng Edit thông dụng trong một hệ CAD: Move, Copy, Rotate, Mirror, Delete, Remove, Trim (cắt bỏ phần đoạn thẳng vượt ra ngoài một điểm cho trước), Block, Scale. 5.2.5. CÁC PHÉP CHUYỂN ĐỔI. 1. Phép dịch chuyển. 2. Phép quay. 3. Phép tỷ lệ. 4. Phép dối xứng. 5.2.6. TỔ CHỨC VÀ NỘI DUNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỒ HOẠ. Cơ sở dữ liệu là một trong 3 mô đun tạo nên cấu hình của một hệ phần mềm đồ hoạ. Hầu như mọi chức năng của một hệ CAD là phụ thuộc vào cơ sở dữ liệu của nó. 1. Nội dung cơ sở dữ liệu. Bao gồm các mô hình, chương trình ứng dụng, các bản thiết kế, các bản vẽ, các bản lắp cùng các thông tin thuộc dạng ký tự như liệt kê vật liệu và các văn bản. Ngoài ra nó còn chứa nhiều thông tin của gói phần mềm đồ hoạ như các lệnh hệ thống, các Menu chức năng và các chương trình Ouput của máy vẽ. Cơ sở dữ liệu nằm trên RAM và tại bộ nhớ ngoài. 2. Tố chức của cơ sở dữ liệu. Nói chung một mô hình/chương trình ứng dụng được cấu trúc nên từ những thành phần sau đây: 1. Các yếu tố đồ hoạ như điểm, đoạn thẳng. 2. Hình dạng hình học của các bộ phận hợp thành của mô hình và sự bài trí của chúng trong không gian. 3. Topology hay cấu trúc liên kết của mô hình. 4. Dữ liệu riêng của mô hình như các thuộc tính vật liệu. 5. Các chương trình phân tích kỹ thuật riêng của mô hình. 5.2.7. MÔ HÌNH KHUNG DÂY VÀ MÔ HÌNH ĐẶC. 1. Tầm quan trọng của đồ hoạ 3 chiều. Các hệ CAD hiện đại đều có khả năng 3 chiều (3D). Đây là khả năng rất mạnh vì nó cho phép người thiết kế xây dựng mô hình đầy đủ 3 chiều của một vật thể chứ không phải là chỉ mô tả 2 chiều. Nó có thể cho phép tạo ra các hình chiếu trực giao, bản vẽ phối cảnh và đặc tả cận cảnh các chi tiết thuộc vật thể. 2. Mô hình khung dây. 3. Mô hình đặc. C6 CAD-CAM> ProEWF 1 GVC NGUYỄN THẾ TRANH Chương 6 PHẦN MỀM Pro/ENGINEER CHỨC NĂNG CƠ BẢN - Các mặt phẳng toạ độ cho trước. - Thực hiện tạo các hệ toạ độ cấu trúc và lắp ráp CHỨC NĂNG PHÁT THẢO - revolve, extrude, blend, sweep CHI TIẾT - gồm nhiếu kết cấu - đối xứng, quan hệ.. PHẦN LẮP RÁP - gồm nhiếu chi tiết - tạo các chi tiết trong phần lắp ráp - nghiên cứu sự giao nhau - lập thư viên TẠO MỘT BẢN VẼ - của chi tiết, lắp ráp, có kích thước - lập danh mục tự động - mặt cắt, mặt cắt chi tiết Tham số hoá Ý tưởng C6 CAD-CAM> ProEWF 2 GVC NGUYỄN THẾ TRANH Parametric Technology Corporation 6.1. CHỨC NĂNG PHẦN MỀM Pro/ENGINEER. • Đây là một trong số các bộ phần mềm CAD/CAM chuyên nghiệp và nổi tiếng trên thế giới. • Có cấu trúc lệnh đơn giản. • Phương thức giao tiếp rõ ràng và dễ sử dụng. * Pro/ENGINEER có cả phiên bản UNIX lẫn Windows (NT, 95, 98). Hiện nay, Pro/ENGINEER đã giới thiệu một giao diện mới. * Các verson Pro/E 2000i1, Pro/E 2000i2 chạy trên Win 98, các verson Pro/E 2001, Pro/E Wildfire chạy trên Win XP với card mạng. Bộ phần mềm Pro/ENGINEER bao gồm có 5 môđun (chế độ) chương trình ứng dụng chính: a. Sketch : Vẽ phát thảo. b. Part : Tạo mẫu thiết kế, c. Assembly: Lắp ráp tạo mô hình. d. Manufacturing : Chế tạo e. Drawing : Tạo hình chiếu và bản vẽ kỹ thuật, C6 CAD-CAM> ProEWF 3 GVC NGUYỄN THẾ TRANH 6.2. TẠO MÔ HÌNH THEO THAM SỐ. Tạo mô hình theo tham số là một cách lập bản vẽ thiết kế có sự trợ giúp của máy vi tính mà Pro/E sử dụng. Các lệnh trong 2D CAD được chuyển sang Pro/E như: LINE, CIRCLE, ARC, DELETE, OFFSET, TRIM, MIRROR, COPY, ARRAY. Trên cơ sở đó, Pro/E có khả năng thực hiện các công việc: 1. Tạo mô hình dựa trên chi tiết (không gian dương hay âm) . 2. Vẽ phác hoạ (vẽ mặt cắt không cần đúng kích thước). 3. Tạo mô hình bằng sự cưỡng bức (vuông góc, song song, tiếp xúc, trùng khớp, thẳng đứng, nằm ngang). 4. Mối quan hệ giữa các chiều được thiết lập qua các công thức toán học. 5. Sự tham chiếu giữa các chi tiết (mối quan hệ phả hệ). Model TREE với các chức năng: xác định lại một chi tiết, xoá một chi tiết, sắp xếp lại trình tự các chi tiết, dựa vào các chi tiết và xoá các chi tiết. Các chi tiết chuẩn trong Pro/E: Mặt phẳng chuẩn: Trục chuẩn: Đường cong chuẩn: Điểm chuẩn: Hệ toạ độ: Mục đích của việc thiết kế: Khả năng đưa mục đích của việc thiết kế vào một mô hình là một tính năng độc đáo của Pro/E. Các chương trình tạo mô hình theo tham số có nhiều công cụ khác nhau để kết hợp các mục đích thiết kế, như: - Sơ đồ định kích cỡ. - Các hình thức cưỡng bức chi tiết. - Các hình thức cưỡng bức khối lắp ráp. - Các tham chiếu. 6.3. MÀN HÌNH LÀM VIỆC CỦA Pro/ENGINEER WILDFIRE. 6.3.1 Thanh Menu. Trong chế độ Part trong Pro/ENINEER, các tuỳ chọn trên thanh Menu gồm: 1. Menu File. 6. Menu Info: 2. Menu Edit. 7. Menu Applications: 3. Menu View. 8. Menu Utilities: 4. Menu Insert. 9. Menu Window: 5. Menu Analysis: 10. Menu Help. C6 CAD-CAM> ProEWF 4 GVC NGUYỄN THẾ TRANH 6.3.2 Thanh công cụ. 1. Nhóm quản lý file: New, Open, Save, Save A Copy, Print. 2. Nhóm hiển thị khung xem: Repaint, Zoom in, Zoom Out, Refit, Orient, Saved Views. 3. Nhóm hiển thị mô hình: nhằm thay đổi cách hiển thị các đối tượng trong Pro/ENGINEER: Wireframe (theo khung dây), Hidden Line (có nét ẩn), No Hidden (không có nét ẩn), Shade (tạo bóng đổ), Model Tree. 4. Nhóm hiển thị các chi tiết chuẩn: điều chỉnh cách hiển thị các chi tiết chuẩn: Datum Planes (tắt mở hiển thị các mặt phẳng chuẩn), Datum Axes (tắt mở hiển thị các trục chuẩn), Point Symbold (tắt mở hiển thị các điểm chuẩn), Coordinate Systems (tắt mở hiển thị các hệ toạ độ). 5. Nhóm Context - Sensitive Help: dùng để hiển thị thông tin trợ giúp về các menu riêng lẽ hay các tuỳ chọn trong hộp thoại. 6.4 CÁC CHỨC NĂNG THÔNG THƯỜNG. 6.4.1 Quản lý file. Lệnh mở và lưu file trong Pro/ENGINEER có một số điểm khác biệt quan trọng giữa tính năng quản lý file trong trình ứng dụng của Windows: • Tên file trong Pro/E đòi hỏi chặt chẽ hơn. • Việc lưu một đối tượng trong Pro/E sẽ tạo ra một phiên bản mới. • Pro/E không cho phép một đối tượng được lưu với một tên file đã được đặt trước đó, tức là không lưu trên một file hiện có. C6 CAD-CAM> ProEWF 5 GVC NGUYỄN THẾ TRANH 1. Tên file. Bảng 5.1; các tên file mở rộng với các chế độ trong Pro/E CHẾ ĐỘ PHẦN MỞ RỘNG Sketch *.sec* Part *.prt* Assembly *.asm* Manufacturing *.mfg* Drawing *.drw* Format *.frm* Bảng 5.2: Các tên file không có hiệu lực và có hiệu lực Tên file không có hiệu lực Sự cố Tên file có hiệu lực Part one Có khoảng trống trong tên file part_one Part@ 11 Có ký tự không phải chữ hay số part_11 Part[1_10] Trong tên file có sử dụng dấu ngoặc part_1_10 2. Bộ nhớ. 3. Thư mục hiện hành. 4. Mở một đối tượng: dùng hộp thoại File Open: bước 1: Chọn FILE>>OPEN để hiển thị hộp thoại File Open. bước 2: Chọn thư mục có chứa đối tượng như minh hoạ bước 3: Chọn đối tượng cần mở. bước 4: Chọn Open trong hộp thoại. 5. Tạo một đối tượng mới. bước 1: Chọn FILE>>NEW để hiển thị hộp thoại New. bước 2: Chọn một loạt kiểu chế độ và kiểu phụ của Pro/E. bước 3: Nhập vào một tên file. bước 4: Chọn OK từ hộp thoại. 6.4.2 Lưu một đối tượng. Có nhiều tuỳ chọn có thể được dùng để lưu các đối tượng: 1. Save ; 2. Lưu một bản sao; 3. Backup; 4. Rename; 5. Delete 6. Erase; 7. Kích hoạt một đối tượng. 5.4.3 Xem các mô hình. Có nhiều cách để xem một đối tượng hoặc thay đổi kiểu hiển thị một mô hình. 7. Xem động, 8. Dynamic Zoom 9. Dynamic Rotate 10. Dynamic Pan 11. Wireframe Display 12. Hidden Display 13. No Hidden Display 1. Shaded Display 2. Định hướng hình chiếu 3. Angle 4. Dynamic Orientation 5. Orientation By Reference 6. Đặt tên và lưu các hình chiếu. C6 CAD-CAM> ProEWF 6 GVC NGUYỄN THẾ TRANH 6.4.4 Thiết lập một mô hình. 1. Các đơn vị. Pro/E có 4 loại đơn vị chính: Độ dài, khối lượng, thời gian và nhiệt độ. • Thiết lập một hệ thống đơn vị: Từ hộp thoại Unit Manager ta truy cập các hệ thống đơn vị: KMS, CGS, mmNS, FPS, IPS, Pro/E default. • Tạo một hệ thống đơn vị: 2. Chất liệu. • Ấn định một chất liệu: - Bước 1: Chọn SET UP>>MATERIALS>>DEFINE - Bước 2: Nhập vào một tên chất liệu. - Bước 3: Nhập vào các tham số có liên quan đến chất liệu. • Lưu một chất liệu vào đĩa: Các chất liệu được tạo cho một thành phần không được tự động lưu vào đĩa. Để lưu đặc tính của mọt chất liệu để các thành phần khác có thể sử dụng thì chất liệu đó phải được lưu ở một vị trí lâu dài. - Bước 1: Chọn SET UP>>MATERIALS>>WRITE - Bước 2: Chọn đặc tính của một chất liệu cần lưu vào đĩa. - Bước 3: Nhập vào một tên cho file lưu chất liệu đó. • Gán các chất liệu: - Bước 1: Chọn SET UP >> MATERIALS >> ASSIGN - Bước 2: Chọn FROM PART hay FROM FILE làm nguồn gán chất liệu. 3. Xác lập dung sai kích thước. Dung sai là khoảng dao động cho phép về hình dáng và kích thước của một chi tiết. Theo mặc định Pro/E hiển thị các dung sai ở dạng giá trị tiêu chuẩn. Có 4 dạng hiển thị dung sai: Nominal; Limits; Plusminus; Plusminussym. • Tiêu chuẩn dung sai ANSI: được xác lập trước tiên dựa trên các giá trị được tìm thấy trong file cấu hình. • Tiêu chuẩn dung sai ISO: 6.5. TẠO MỘT BẢN PHÁC THẢO (Chế độ Sketch). Phác thảo là một kỹ năng cơ bản của Pro/E. Các chi tiết hình học như Protrusion hay Cut yêu cầu sử dụng một bản phác thảo để xác định mặt cắt của các chi tiết. 6.5.1 Các điểm cơ bản về phác thảo. Các phần phác thảo được kết hợp với các kích thước (DIMENSION), ràng buộc (CONSTRAINT) và tham chiếu (REFERENCE) hình thành một mặt cắt. Các phần kéo, đùn, phần cắt, trục và gờ là ví dụ về các chi tiết đòi hỏi một mặt cắt phát thảo. C6 CAD-CAM> ProEWF 7 GVC NGUYỄN THẾ TRANH Mặt phẳng phát thảo có thể là một bề mặt của chi tiết hay mặt phẳng, hay có thể là một mặt phẳng số liệu không hiện hữu trên một bộ phận nào, nó được tạo ra nhờ tuỳ chọn Make Datum và không được xem là các chi tiết và không hiển thị. Thông tin mặt cắt: Menu Sketch cung cấp các tuỳ chọn để nhận được thông tin về các thực thể trong môi trường phác thảo hiện hành: Distance, Angle, Entity, Intersection point, Tangency point, Curvature. 6.5.2 Constraint. Một Constraint là một quan hệ được ấn định hiện hữu giữa 2 thực thể hình học ( song song, thẳng góc, bằng nhau...) - Các Constraint với Intent Manager: Các Constraint được tạo trong khi phác thảo. - Các Constraint với Intent Manager được tắt: Không có tuỳ chọn nào để người dùng áp dụng một constraint sau khi tạo lại một mặt cắt. - Các tuỳ chọn Constraint: Intent Manager cho phép áp dụng động các Constraint vào các thực thể được phác thảo thông qua các tuỳ chọn: Same points * , Horizontal H , Vertical V , Point on entity, Tangent T , Perpendicular, Parallel, Equal Radii R , Equal lengths L , Symetric, Line up horizontal, Line up vertical, Collinear, Alignment. 6.5.3 Các tuỳ chọn hiển thị phác thảo. Undo và Redo, Parallel sketch plane (Mặt phẳng phác thảo song song), Dimension Display (Hiển thị kích thước), Constraint Display (Hiển thị ràng buộc), Grid Display (Hiển thị lưới), Vertex Display (Hiển thị đỉnh). 6.5.4 Phác thảo với Intent Manager. 6.5.5 Phác thảo không sử dụng Intent Manager. 6.6. KÉO, CHỈNH SỬA VÀ ẤN ĐỊNH LẠI CÁC CHI TIẾT. Khái niệm các chi tiết kéo đi cùng với các điểm cơ bản về lập mô hình. Trong Pro/E, tuỳ chọn Extrude thường được sử dụng giữa các lệnh Protrusion và Cut. Lệnh Redefine cung cấp các kỹ thuật chỉnh sửa chi tiết và tạo số liệu. 6.6.1 Định nghĩa: Chi tiết cơ sở: Chi tiết hình đầu tiên được tạo trong một bộ phận, là chi tiết bố cho tất cả các chi tiết khác. C6 CAD-CAM> ProEWF 8 GVC NGUYỄN THẾ TRANH Chi tiết con. Phần cắt: Một chi tiết khoảng trống âm. Phần ấn định: Một tham số của bộ phận, như chiều sâu của lỗ. Phần kéo: Một chi tiết khoản trống dương. Chi tiết khoảng trống âm: Xoá chất liệu ra khỏi một mô hìnhn như các lỗ, phần cắt, khe. Chi tiết khoảng trống dương: Thêm chất liệu vào một mô hình như các phần kéo, trục, gờ. 6.6.2. Lập mô hình dựa vào chi tiết. Hình học là sự mô hình một chi tiết bằng hình ảnh được xác định bằng phác thảo hay được ấn định sẵn. Các gói phần mềm thiết kế thường được xem là các bộ lập mô hình dựa trên chi tiết. Một chi tiết là một thành phần con của một bộ phận có các tham số, các tham chiếu và hình riêng của nó. 6.6.3 Quan hệ bố - con. Các chi tiết được tạo dựa vào những chi tiết khác theo một cách giống như cây gia phả, đó là một cây lịch sử về các mối quan hệ giữa các chi tiết trong một mô hình Pro/E giống như một mạng. Mối quan hệ này có thể được thiết lập một cách trực tiếp (một chi tiết được sử dụng để cấu tạo một chi tiết khác) hay gián tiếp (thông qua việc bổ sung một phương trình số bằng cách sử dụng tuỳ chọn Relations). 6.1 C6 CAD-CAM> ProEWF 9 GVC NGUYỄN THẾ TRANH 6.6.4 Chi tiết thứ nhất. Việc xác định chi tiết nào là chi tiết thứ nhất hay chi tiết cơ sở của một bộ phận sẽ là một quyết định quan trọng và nó sẽ trở thành chi tiết bố trong bọ phận đó. Có 3 chi tiết đầu tiên có thể có của một bộ phận: 1. Mặt phẳng số liệu: Theo mặc định các mặt phẳng số liệu mặc định được đặt tên là DTM1, DTM2 và DTM3 dùng làm hệ tham chiếu. 2. Phần kéo: Lệnh Protrusion tạo một chi tiết hình học. Ví dụ về các phần kéo bao gồm các chi tiết được kéo, được xoay và được quét. 3. Một chi tiết do người dùng ấn định: Chi tiết đã được lưu sẵn. 6.6.5 Các bước để tạo một bộ phận mới. 1. Thiết lập thư mục làm việc chính xác. 2. Tạo một đối tượng mới với Template mặc định của Pro/E. 3. Thiết lập mô hình. 4. Chọn phương pháp tạo chi tiết: Protrusion là công cụ chính có sẵn đối với bộ phận đặc. 5. Thiết lập mặt phẳng phác thảo 5. Phác thảo mặt cắt của chi tiết. 6. Hoàn chỉnh chi tiết. 7. Thực hiện các yêu cầu quản lý file. 6.6.6 Các phần kéo và phần cắt. Các thủ tục để thực hiện một phần kéo (Protrusion) và cắt (Cut) hầu như hoàn toàn giống nhau. Extrude: Quét một mặt cắt phác thảo dọc theo một quĩ đạo thẳng. Revolve: Quét một mặt cắt quanh một đường tâm. Sweep: Kéo một mặt cắt dọc theo quỹ đạo nào đó do người dùng phác thảo. Blend: Nối 2 hay nhiều mặt cắt phác thảo, quỹ đạo có thể thẳng hay được xoay. Advanced: Gồm các tuỳ chọn: Variable Section Sweep, Swept Blend và Helical Sweep. C6 CAD-CAM> ProEWF 10 GVC NGUYỄN THẾ TRANH Hình 6.2 C6 CAD-CAM> ProEWF 11 GVC NGUYỄN THẾ TRANH Các tuỳ chọn chiều sâu: Blind , Both Side Blind (2 phía), Thru Next , Thru All, Thru Until, Pnt/Vtx (kéo một chi tiết sang một điểm hay đỉnh), UpTo Curve (kéo một chi tiết đến một cạnh, trục hay đường cong được chọn), UpTo Surface 6.7. CÁC CÔNG CỤ TẠO CHI TIẾT. Pro/E cung cấp nhiều công cụ tạo chi tiết như các lỗ, các phần bo và các mặt vát. Hình 6.3 Hình 6.4 Hình 6.5 C6 CAD-CAM> ProEWF 12 GVC NGUYỄN THẾ TRANH Chương này được bổ trợ thêm các buổi thực hành trên máy tính với nội dung: Sử dụng phần mềm Pro/ENGINEER Wildfire V2.0 phiên bản Educationnal để rèn luyện các kỹ năng CAD và CAM trên máy tính. 1. Làm quen với giao diện và các qui định của ProE. 2. Vẽ , thiết kế các chi tiết đơn giản. 3. Vẽ, thiết kế các chi tiết phức tạp. 3. Xuất bản vẽ kỹ thuật. 4. Lắp ráp các chi tiết. C7 CAD-CAM> CNC 1 GVC NGUYỄN THẾ TRANH CHƯƠNG 7 ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ LẬP TRÌNH GIA CÔNG ĐIỀU KHIỂN SỐ 7.1. GIỚI THIỆU VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ 7.1.1. Khái niệm điều khiển số (NC). Điều khiển số (Numerical Control - NC) là hoạt động điều khiển trực tiếp một hệ thống bởi dữ liệu số. Điều khiển số trong gia công cắt gọt là một hình thức tự động hoá bằng lập trình, trong đó máy công cụ được điều khiển bởi chương trình bao gồm các chỉ thị được mã hoá dưới dạng ký tự chữ, số và các ký tự đặc biệt khác, trong đó chỉ thị điều khiển được chuyển đổi thành hai dạng tín hiệu: - Tín hiệu xung điện: điều khiển tốc độ các động cơ truyền động tạo nên chuyển động tương đối giữa dao cắt và chi tiết gia công. - Tín hiệu đóng / ngắt (ON/OFF): thực hiện chức năng chuyển mạch, đổi chiều quay trục chính; điều khiển các thiết bị phụ trợ như bôi trơn làm nguội, chọn và thay dao; và các chức năng khác như dừng máy, kẹp phôi, nhả phôi,... Theo phương thức truyền thông dữ liệu điều khiển, ta phân biệt 3 phương thức điều khiển số: 1. Điều khiển số trực tiếp (Direct Numerical Control - DNC) Điều khiển trực tiếp máy công cụ điều khiển số (máy NC) từ bên ngoài bởi máy tính thực hiện chức năng lập trình, truyền chương trình, điều khiển quá trình gia công. Đây là những hệ điều khiển dạng mạch cố định (hard-wirred), trong đó tất cả các chức năng như nội suy, đọc băng, đọc chỉ thị, định vị được thực hiện bởi các mạch điện tử. Hình 7.1- Điều khiển số trực tiếp C7 CAD-CAM> CNC 2 GVC NGUYỄN THẾ TRANH 2. Điều khiển số bằng máy tính (Computer Numerical Control - CNC) Nhờ ứng dụng các thành tựu của công nghệ vi điện tử, vi xử lý trong thiết lập trực tiếp máy tính trên hệ điều khiển máy (Machine Control Unit - MCU) để điều khiển máy NC ngày nay hình thành nên phương thức điều khiển và thế hệ máy điều khiển số bằng máy tính (máy CNC). Do đó, CNC là hệ thống NC sử dụng máy tính thiết lập trực tiếp trên hệ điều khiển máy và được điều khiển bởi các chỉ thị lưu trữ trên bộ nhớ máy tính để thực hiện một phần hoặc toàn bộ các chức năng điều khiển số. Các hệ điều khiển CNC có khả năng thực hiện các chức năng điều khiển bởi phần mềm (soft-wired), do đó làm đơn giản mạch điều khiển CNC, giảm giá thành, tăng độ tin cậy đồng thời có khả năng điều khiển linh hoạt và thông minh, có khả năng hiệu chỉnh nhanh chóng và tiện ích, có khả năng lưu trữ dữ liệu gia công ngay trên máy. 3. Điều khiển số phân phối (Distributive Numerical Control) Nhờ khả năng thực hiện và lưu trữ đồng thời nhiều chương trính trên bộ nhớ cho phép vận hành máy CNC không phụ thuộc vào máy tính chủ nên có thể giải phóng máy tính chủ để thực hiện nhiệm vụ khác của hệ thống. Với sự phát triển của khoa học máy tính, kỹ thuật điều khiển logic khả lập trình (Programmable Logic Control - PLC), kỹ thuật truyền thông, phương thức điều khiển số phân phối ra đời trong đó mạng máy tính được sử dụng để phối hợp hoạt động của nhiều máy CNC. Ngoài chức năng truyền chương trình tới các máy CNC, phương thức này còn có khả năng giám sát và điều khiểntoàn bộ hệ thống, như hiển thị thông tin về trạng thái làm việc của hệ thống, xuất thông tin hay chỉ thị điều khiển, điều hành,... Hình 7.2- Điều khiển số phân phối C7 CAD-CAM> CNC 3 GVC NGUYỄN THẾ TRANH 7.1.2. Điều khiển số bằng máy tính (CNC). 1. Cấu trúc hệ thống CNC. Hệ thống CNC bao gồm 6 thành phần chính: - Chương trình gia công (Part program) - Thiết bị đọc chương trình (Program input device) - Hệ điều khiển máy (MCU) - Hệ thống truyền động (Drive system) - Máy công cụ (Machine tool) - Hệ thống phản hồi (Feedback system) Chương trình gia công bao gồm các chỉ thị được mã hoá để điều khiển quá trình gia công chi tiết, hệ điều khiển chuyển đổi các chỉ thị này thành tín hiệu điện kích hoạt các chức năng hoạt động của máy. Hệ điều khiển máy thực hiện chức năng đọc và biên dịch mã lệnh và sau đó xuất các tín hiệu điện tương ứng truyền tới bộ khuếch đại servo để điều hành có cấu servo (động cơ điện hoặc động cơ thuỷ lực) của hệ thống truyền động. Thiết bị phản hồi như các cảm biến vị trí, chiều, tốc độ dịch chuyển và phản hồi các tín hiệu này về hệ điều khiển máy. Hệ điều khiển máy so sánh các tín hiệu này với tín hiệu tham chiếu cho trước bởi các mã lệnh điều khiển và xuất các tín hiệu điều chỉnh (sai lệch) tới bộ khuếch đại servo cho tới khi đạt đại lượng yêu cầu. Hệ MCU gồm hai phần: hệ xử lý dữ liệu (Data Processing Unit - DPU) và mạch điều khiển (Control Loop Unit - CLU) • DPU thực hiện các chức năng: - Đọc mã lệnh từ thiết bị nhập - Xử lý mã lệnh hay giải mã. - Truyền dữ liệu vị trí, tốc độ và các chức năng phụ trợ tới CLU. Hình 7.3- Cấu trúc hệ thống CNC C7 CAD-CAM> CNC 4 GVC NGUYỄN THẾ TRANH • CLU thực hiện các chức năng: - Nội suy chuyển động trên cơ sở các tín hiệu nhận từ DPU và xuất các tín hiệu điều khiển. - Truyền tín hiệu điều khiển tới mạch khuếch đại của hệ truyền động. - Nhận tín hiệu phản hồi về vị trí và tốc độ. - Điều khiển các thiết bị phụ trợ. Hệ thống truyền động thông thường bao gồm bộ khuếch đại servo, cơ cấu servo, bộ truyền đai răng, đai ốc-vít me bi và bàn trượt. Hệ thống này quyết định độ chính xác, công suất của máy. 2. Khả năng của CNC. CNC có nhiều chức năng xử lý và điều khiển linh hoạt hơn NC: a. Hiển thị chương trình và mô phỏng bằng đồ hoạ quá trình gia công. b. Nhập dữ liệu c. Lưu trữ chương trình: ROM lưu trữ chương trình hệ thống, RAM lưu trữ chương trình gia công. d. Biên tập chương trình. e. Kiểm tra chương trình: nhờ chức năng mô phỏng. f. Chẩn đoán lỗi. g. Tiện ích giao tiếp. h. Quản lý dữ liệu. i. Hệ toạ độ và hệ đơn vị. j. Định dạng mã điều khiển: EIA và ASCII. k. Khả năng tính toán. l. Bù trừ đường kính và chiều dài dao. m. Nội suy hình học. n. Chức năng lập trình: thực hiện được các phép biến đổi toạ độ. o. Khả năng hậu xử lý. 3. Ưu điểm của CNC. Ngày nay công nghệ CNC đã tạo nên cuộc cách mạng trong kỹ thuật chế tạo nhờ các ưu điểm chính sau đây: a. Nâng cao năng suất. b. Độ chính xác và độ chính xác lặp lại cao. c. Hạ giá thành sản xuất. d. Giảm giá thành điều hành gián tiếp. 7.2. CHUYỂN ĐỘNG NỘI SUY. Chức năng của hệ thống CNC hay cụ thể hơn là máy công cụ CNC là di chuyển dụng cụ hoặc bàn máy để thực hiện qui trình gia công theo chương trình. 7.2.1. Phương thức di chuyển dụng cụ. Có 2 phương thức di chuyển dao trong điều khiển số: - Di chuyển điểm tới điểm (Point-To-Point - PTP) - Di chuyển theo biên dạng (Contour). C7 CAD-CAM> CNC 5 GVC NGUYỄN THẾ TRANH 1. Di chuyển theo PTP: Theo phương thức di chuyển PTP dao di chuyển theo các hành trình thẳng đến vị trí yêu cầu, thường dùng dể di chuyển nhanh hay định vị. Có 3 chế độ di chuyển: * Di chuyển hướng trục (Axial path). * Di chuyển theo phương xiên 450. * Di chuyển trực tiếp. 2. Di chuyển theo Contour. Theo phương thức này, dao di chuyển theo biên dạng yêu cầu để thực hiện qui trình công nghệ gia công. Về hình học, biên dạng bao gồm chuỗi các đường thẳng, đường cong, cung tròn, êlip, parabol, hypebôn, đường cong bậc ba và các đường cong bậc cao. Để đơn giản việc tính toán các điểm trên quĩ đạo di chuyển dao, các đường cong bậc cao được tuyến tính hoá, tức là các đường cong bậc cao được xấp xỉ bởi chuỗi đoạn thẳng. Với giả thiết này, quĩ đạo di chuyển dao tổng quát được xấp xỉ bởi chuỗi phần tử hình học cơ bản thuộc 3 nhóm: * Đường cong bậc nhất (đoạn thẳng). * Đường cong bậc hai (cung tròn, êlip, paraboon, hyperboon). * Đường cong bậc ba. Trong điều khiển số, các di chuyển cơ bản này được gọi là chuyển động nội suy (interpolated motion). Di chuyển theo biên dạng đòi hỏi hệ điều khiển phải có khả năng điều khiển phối hợp các động cơ truyền động, như vậy mỗi trục truyền động yêu cầu có mạch điều khiển định vị và mạch điều khiển tốc độ riêng biệt. Hình 7.4- Các chế độ dịch chuyển trong chuyển động PTP Hình 7.5 - Điều khiển 2,5 trục Hình 7.7 - Điều khiển 5 trục Hình 7.6 - Điều khiển 3 trục C7 CAD-CAM> CNC 6 GVC NGUYỄN THẾ TRANH 4.2.2. Nội suy chuyển động. Điều khiển số sử dụng 5 chế độ nội suy chuyển động: nội suy đường thẳng, nội suy cung tròn, nội suy đường xoắn, nội suy parabol và nội suy bậc 3. Từ dữ liệu hình học quĩ đạo di chuyển dao và chế độ nội suy yêu cầu, bộ nội suy tính toạ độ các điểm trung gian trên quĩ đạo chuyển động. Bộ nội suy (là thiết bị điện tử đối với hệ NC hoặc phần mềm đối với hệ CNC), ngoài chức năng nội suy hình học còn có chức năng tính toán tốc độ của các trục tương ứng để thực hiện chuyển độ