Công nghệ lập trình phay trên máy CNC nhiều trục sử dụng ngôn ngữ lập trình bậc cao APT

Nội dung text: Công nghệ lập trình phay trên máy CNC nhiều trục sử dụng ngôn ngữ lập trình bậc cao APT

1. CÔNG NGHỆ LẬP TRÌNH PHAY TRÊN MÁY CNC NHIỀU TRỤC SỬ DỤNG NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH BẬC CAO APT Huỳnh Hà Nghiêm Trang1, TS. Đặng Thiện Ngôn2 1. Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP. HCM Tóm tắt Bài báo này trình bày công nghệ lập trình phay trên máy CNC nhiều trục sử dụng ngôn ngữ lập trình bậc cao APT. Tác giả đã ứng dụng ngôn ngữ lập trình APT, đề xuất phƣơng pháp luận lập trình để lập trình gia công chi tiết trên máy phay CNC ba trục và bốn trục. Công nghệ gia công này đƣợc áp dụng vào việc lập trình và gia công thực tế các chi tiết trên máy phay ba trục, bốn trục và đạt kết quả tốt. Abstract This paper presents a programming technology milling on multi-axis CNC machine using high-level programming language APT. The author has applied the APT programming language, programming proposed methodology for programming in detail on three-axis and four-axis CNC milling machine. Processing technology is applied in the actual programming and machining details on the three-axis milling machine, four shaft and achieved good results. I. GIỚI THIỆU Máy công cụ điều khiển số CNC ba trục và bốn trục, ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi trong các nhà máy công nghiệp nƣớc ta [1]. Việc sử dụng máy CNC hiệu quả sẽ nâng cao năng suất và hạ giá thành sản phẩm, tăng lợi nhuận kinh doanh cho doanh nghiệp. Muốn sử dụng máy CNC hiệu quả đòi hỏi ngƣời lập trình phải có công nghệ lập trình và phải hiểu về ngôn ngữ lập trình. Để lập trình cho các máy điều khiển số ta có thể lập trình tự động hay lập trình thủ công. Lập trình tự động là phƣơng pháp lập trình bằng cách sử dụng các phần mềm CAD/CAM nhƣ: Pro/ Engineer, Cimatron, Ƣu điểm của việc lập trình tự động là việc lập trình nhanh và kiểm tra đƣợc thời gian gia công. Nhƣng nhƣợc điểm của nó là: Giá tiền sử dụng các phần mềm CAM rất đắt; Chi phí đào tào nguồn nhân lực cao; Phải tốn nhiều thời gian mới biết cách sử dụng; Việc học các phần mềm CAM rất khó khăn; Các máy cài đặt các phần mềm CAM đòi hỏi phải có cấu hình mạnh. Phƣơng pháp này chỉ phù hợp cho các doanh nghiệp lớn và các công ty có vốn đầu tƣ nƣớc ngoài. Lập trình thủ công là phƣơng pháp lập trình mà ngƣời lập trình sử dụng các phần ngôn ngữ lập trình nhƣ: APT, G-code, để viết chƣơng trình gia công cho các chi tiết. Trong đó Trang 1
2. ngôn ngữ lập trình APT đƣợc sử dụng rất phổ biến. Ƣu điểm của công nghệ lập trình thủ công sử dụng ngôn ngữ lập trình APT là: Lập trình gia công cho các chi tiết tốn ít chi phí vì không phải tốn tiền mua các phần mềm CAD/CAM; Tốc độ truyền dữ liệu của ngôn ngữ lập trình bằng APT ổn định và nhanh. Phƣơng pháp này phù hợp với các doanh nghiệp cơ khí vừa và nhỏ chiếm số lƣớng lớn ở nƣớc ta. II. NỘI DUNG 1. Công nghệ lập trình phay CNC ba trục sử dụng ngôn ngữ lập trình bậc cao APT Lƣu đồ công nghệ lập trình phay CNC ba trục sử dụng ngôn ngữ lập trình bậc cao APT Hình 1: Lƣu đồ công nghệ lập trình phay CNC ba trục dựa vào APT. - Thiết kế chi tiết: Là thực hiện việc thiết kế ra bản vẽ cho các chi tiết cần gia công trên máy ba trục. - Lập bảng quy trình công nghệ: Phân tích đặc điểm hình học, yêu cầu kỹ thuật của chi tiết. Từ đó lập quy trình các bƣớc nguyên công, chọn chuẩn, định vị, kẹp chặt, chế độ gia công. [2] - Lập trình theo APT trên máy ba trục: Sử dụng cấu trúc chƣơng trình, đặc điểm hình học, các lệnh thiết kế đƣờng chạy dao và hậu xử lý ba trục của ngôn ngữ lập trình APT để lập trình. Trang 2
3. + Các lệnh mô tả hình học thƣờng sử dụng. [4] Bảng 1: Các lệnh mô tả hình học thƣờng dùng TT Các lệnh Đặc điểm mô tả Dạng câu lệnh mô tả 1 Lệnh mô - Điểm đƣợc định tả điểm nghĩa theo tọa độ POINT/ Tọa độ X, toạ độ Y, toạ độ Z vuông góc 2 Lệnh mô - Đƣờng thẳng LINE/ Tên điểm, tên điểm tả đƣờng đƣợc định nghĩa Hoặc: thẳng qua 2 điểm. LINE/ Toạ độ X, toạ độ Y, toạ độ X, toạ độ Y 3 Lệnh mô - Đƣờng tròn đƣợc CIRCLE / Toạ độ X, toạ độ Y, giá trị bán kính tả đƣờng định nghĩa bởi tâm Hoặc tròn và bán kính. CIRCLE / CENTER, Tên điểm, RADIUS, giá trị bán kính + Các lệnh thiết lập đƣờng chạy dao thƣờng sử dụng. [4] Bảng 2: Các lệnh thiết lập đƣờng chạy dao thƣờng dùng Hình thức Các lệnh TT Dạng câu lệnh lập trình lập trình 1 Lập trình với FROM / toạ độ X, toạ độ Y, (toạ độ Z) đƣờng chạy - Lệnh Hoặc dao point to FROM. FROM / Tên điểm point - Lệnh GOTO / Toạ độ X, toạ độ Y, (toạ độ Z) GOTO. Hoặc GOTO / Tên điểm - Lệnh GOLDTA / X, Y, Z GOLDTA. GOLDTA / Z Trang 3
4. 2 Lập trình với TO  TO  lệnh START– GO / ON  , bề mặt Drive, ON  , UP PAST  PAST  TO  bề mặt Part, ON  ,bề mặt Check PAST  Ví dụ: Lập trình gia công cho chi tiết có hình dạng và kích thƣớc nhƣ hình 2. n Z X O W Y X O C1 Hình 2: Bản vẽ của chi tiết gia công Hình 3: Hình gán các thực thể hình học Tiến hành phân tích chi tiết và chọn hệ trục tọa độ, tính toán các kích thƣớc, gán các thực thể hình học nhƣ hình 3. Chƣơng trình APT đƣợc viết nhƣ sau: Bảng 3: Chƣơng trình APT và ý nghĩa của các câu lệnh TT CÁC CÂU LỆNH Ý NGHĨA CỦA LỆNH 1 $$ BẮT ĐẦU CHƢƠNG TRÌNH $$ PARTNO/ GCBD03 Tên chƣơng trình. MACHIN/MILL Máy gia công là máy phay. CLPRNT Chọn mặt phẳng an toàn. UNIT/MM Thiết lập đơn vị. Trang 4
5. 2 $$ MÔ TẢ HÌNH HỌC $$ ORIGHT= POINT/0,0,0 Định nghĩa điểm gốc. SP=POINT/0,0,2 Định nghĩa điểm khởi đầu. C1=CIRCLE/CENTER,ORIG, Đƣờng tròn C1 đƣợc định nghĩa với tâm tại RADIUS,60 gốc tọa độ và có bán kính R=60. D=20 Đƣờng kính dao là 20. C=20 Giá trị offset của hai đƣờng tâm dao là 20. F=C Giá trị offset của hai đƣờng tâm dao khi ăn tinh là 20. Re=10 Bán kính cắt gọt của dao là 10. 3 $$ CHẾ ĐỘ GIA CÔNG $$ CUTTER/20 Định nghĩa đƣờng kính dao 20mm. SPINDL/1000,CLW Trục chính quay 1000v/ph chiều kim đồng hồ. COOLNT/ON Mở chế độ làm nguội. 4 $$THIẾT LẬP ĐƢỜNG CHẠY DAO $$ Xác định điểm khởi đầu ở SP. FROM/SP Dao di chuyển POCKET theo biên dạng vòng POCKET/RE,C,F,200,170,140,0,1,C1 tròn có bán kính 120 với giá trị offset bán kính dao là 20. GOTO/SP Di chuyển dao trở về điểm SP. COOLNT/OFF Tắt chế độ làm nguội. 5 $$ KẾT THÚC $$ END Quá trình xử lý kết thúc. FINI Kết thúc chƣơng trình. - Kiểm tra chƣơng trình gia công: Sử dụng phần mềm CIMCO Edit 4 để mô phỏng và kiểm tra đƣờng chạy dao. - Dịch sang G-code: Sử dụng phần mềm CIMCO Edit 4 để biên dịch sang mã G-code. - Gia công: Tùy thuộc vào tình hình thực tế của từng phân xƣởng mà ta chọn máy phay ba trục để gia công. [3] - Đo lƣờng và kiểm tra: Sử dụng các dụng cụ đo để tiến hành đo đạt và kiểm tra. Trang 5
6. 2. Công nghệ lập trình phay CNC bốn trục sử dụng ngôn ngữ lập trình bậc cao APT Lƣu đồ công nghệ lập trình phay CNC bốn trục sử dụng ngôn ngữ lập trình bậc cao APT Hình 4: Lƣu đồ công nghệ lập trình phay CNC bốn trục dựa vào APT. - Thiết kế chi tiết: Là thực hiện việc thiết kế ra bản vẽ cho các chi tiết cần gia công - Lập bảng quy trình công nghệ: Phân tích đặc điểm hình học, yêu cầu kỹ thuật của chi tiết. Từ đó lập quy trình các bƣớc nguyên công, chọn chuẩn, định vị, kẹp chặt, chế độ gia công. [2] - Lập trình theo APT trên máy bốn trục: Sử dụng cấu trúc chƣơng trình, đặc điểm hình học, các lệnh thiết kế đƣờng chạy dao, hậu xử lý bốn trục của ngôn ngữ lập trình APT để lập trình. + Các lệnh mô tả hình học thƣờng sử dụng. [4] Bảng 4: Các lệnh mô tả hình học thƣờng dùng Các lệnh TT Đặc điểm mô tả Dạng câu lệnh mô tả 1 Lệnh mô Hình trụ đƣợc định tả hình nghĩa bởi hai điểm CYLNDR/CANON, x,y,z,a,b,c,radius trụ trên trục và bán kính. Trang 6
7. 2 Lệnh mô Hình nón đƣợc định tả hình nghĩa dƣới dạng chính CONE/CANON, x, y, z, a, b, c, costh nón tắc. 3 Lệnh mô Hình cầu đƣợc định tả hình nghĩa bởi điểm tâm và SPHERE / CENTER, point 1, point 2 cầu một điểm trên bề mặt. + Các lệnh thiết lập đƣờng chạy dao thƣờng sử dụng. [4] Bảng 5: Các lệnh thiết lập đƣờng chạy dao thƣờng dùng TT Các lệnh lập trình Dạng câu lệnh 1 Lệnh định hƣớng vector dao cố định trong TLAXIS/  a,b,c  không gian. 2 Lệnh định hƣớng NOMPS  dao vuông góc với TLAXIS/  NOMDS  một bề mặt. 3 Lệnh định hƣớng 1  dao song song với TLAXIS/PARLEL,  2 một bề mặt. 4 Lệnh định hƣớng 1  dao hợp với một bề TLAXIS/ATANGLE,  , α 2 mặt một góc. + Các lệnh hậu xử lý thƣờng sử dụng. [4] Bảng 6: Các lệnh hậu xử lý thƣờng sử dụng TT Các lệnh lập trình Dạng câu lệnh 1 Thiết lập đơn vị. UNIT / INCHES hoặc UNIT / MM 2 Thiết lập dụng cụ cắt. CUTTER / D, [R] 3 Lệnh quay trục chính CLW  HIGHT  Spinde. SPINDL / giá trị RPM, ,  CCLW LOW   SPINDL / OFF Trang 7
8. 4 Thiết lập đƣờng chạy dao. IPM FEDRAT / Giá trị lƣợng tiến dao,  IPR  RAPIT 4 Lệnh thay dao. LOADTL / Số hiệu dao 6 Thiết lập chế độ làm FLOOD nguội. COOLNT / MIST  OFF  7 Lệnh dừng. STOP OPSTOP 8 Câu lệnh Clear Plane CLEAR / XYPLANE, Giá trị cắt trục Z 9 Câu lệnh END. END 10 Câu lệnh FINI. FINI Ví dụ: Lập trình gia công cho chi tiết có hình dạng và kích thƣớc nhƣ hình 5. n CYL3 CYL2 PA Z O X CYL1 Y O X Hình 5: Bản vẽ của chi tiết gia công Hình 6: Hình gán các đặc điểm hình học Tiến hành phân tích chi tiết và chọn hệ trục tọa độ, tính toán các kích thƣớc, gán các thực thể hình học nhƣ hình 6. Trang 8
9. Chƣơng trình APT đƣợc viết nhƣ sau: Bảng 7: Chƣơng trình APT và ý nghĩa của các câu lệnh TT CÁC CÂU LỆNH Ý NGHĨA CỦA LỆNH 1 $$ BẮT ĐẦU CHƢƠNG TRÌNH $$ PARTNO/ GCBD03 Tên chƣơng trình. MACHIN/MILL Máy gia công là máy phay. CLPRNT Chọn mặt phẳng an toàn. UNIT/MM Thiết lập đơn vị. 2 $$ MÔ TẢ HÌNH HỌC $$ ORIGHT = POINT/0,0,0 Định nghĩa điểm gốc. SP = POINT/0,0,45 Định nghĩa điểm khởi đầu. PA = POINT/ 31,0,41.3 Định nghĩa điểm A có tọa độ là 0,0, 41.3. CYL1 = CYLNDR/0,0,43,0,0,41,62 Hình trụ CYL1 đi qua điểm 0,0,43, một điểm khác có tọa độ là 0, 0, 41 và có bán kính là 62. CYL2 = CYLNDR/31,0,0,-31,0,0,41 Hình trụ CYL2 đi qua điểm 31,0,0, một điểm khác có tọa độ là -31, 0,0 và có bán kính là 41. CYL3 = CYLNDR/31,0,0,-31,0,0,43 Hình trụ CYL3 đi qua điểm 31,0,0, một điểm khác có tọa độ là -31, 0,0 và có bán kính là 43. 3 $$ CHẾ ĐỘ GIA CÔNG $$ CUTTER/ 6,3 Định nghĩa đƣờng kính dao 6mm và bán kính dao là 3mm. SPINDL/2500,CLW Trục chính quay 2500v/ph chiều kim đồng hồ. COOLNT/ON Mở chế độ làm nguội. 4 $$THIẾT LẬP ĐƢỜNG CHẠY DAO $$ FROM/SETPT0,0,45 Xác định điểm khởi đầu ở SP. GO/ON PA,TO,CYL3 Dao di chuyển đến điểm A trên bề mặt hình trụ CYL3. GODOWN/ CYL1,ON CYL2 Dao di chuyển theo mặt dẫn hƣớng của hình trụ CYL1 và gia công đến hình trụ CYL2. TLFT,GOFWD/CYL1 Dao di chuyển và gia công biên dạng CYL1. GODLTA/0,0,45 Dao di chuyển đến điểm có tọa độ 0,0,45. GOTO/SETPT1 Dao dịch chuyển về điểm khởi đầu. Trang 9
10. COOLNT/OFF Tắt chế độ làm nguội. 5 $$ KẾT THÚC $$ END Quá trình xử lý kết thúc. FINI Kết thúc chƣơng trình. - Kiểm tra chƣơng trình gia công: Sử dụng phần mềm CIMCO Edit 4 để mô phỏng và kiểm tra đƣờng chạy dao. - Dịch sang G-code: Sử dụng phần mềm CIMCO Edit 4 để biên dịch sang mã G-code. - Gia công: Tùy thuộc vào tình hình thực tế của từng phân xƣởng mà ta chọn máy phay bốn trục để gia công. [3] - Đo lƣờng và kiểm tra: Sử dụng các dụng cụ đo để tiến hành đo đạt và kiểm tra. 3. Ứng dụng công nghệ lập trình phay CNC ba và bốn trục sử dụng APT vào lập trình gia công thực tế các chi tiết. - Áp dụng công nghệ lập trình phay trên máy CNC ba trục trên vào việc lập trình và gia công chi tiết thực tế ta đƣợc. Hình 3: Hình chi tiết logo SPKT 1 sau khi gia công xong - Áp dụng công nghệ lập trình phay trên máy CNC bốn trục trên vào việc lập trình và gia công chi tiết thực tế ta đƣợc. Hình 4: Hình chi tiết logo SPKT 2 sau khi gia công xong Trang 10
11. III. KẾT LUẬN Bài báo đã vận dụng cấu trúc chƣơng trình, đặc điểm hình học, các lệnh thiết kế đƣờng chạy dao và câu lệnh hậu xử lý của ngôn ngữ lập trình bậc cao APT để xây dựng đƣợc công nghệ lập trình gia công trên máy bốn trục sử dụng ngôn ngữ lập trình bậc cao APT. Vận dụng công nghệ này để lập trình gia công thực tế các chi tiết và đạt kết quả tốt. Các doanh nghiệp vừa và nhỏ có thể sử dụng công nghệ trên vào thực tế sản xuất của mình để tiết kiệm chi phí cho tiền mua bản quyền và chi phí đào tạo nhân lực sử dụng các phần mềm CAD/CAM. Một ứng dụng thực tế khác nữa là những ngƣời lập trình có thể tham khảo công nghệ này để viết ra các phần mềm CAD/CAM. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Đoàn Thị Minh Trinh, Công nghệ CAD/CAM, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, 1998. [2]. Trần Văn Địch, Công nghệ trên máy CNC, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, 2000. [3]. Tạ Duy Liêm, Kỹ thuật điều khiển điều chỉnh và lập trình khai thác máy công cụ CNC, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, 2005. [4]. Irvin H. Kral, Numerical Control Programming in APT, America, 1986. [5]. CATIA Help, Mechanical Design, Part Design, CATIA V5R19. [6]. CIMCO Edit Help, CIMCO Edit 4. Trang 11
12. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.