Kết quả nghiên cứu mô phỏng quá trình gia công trên máy NC/CNC để phát hiện và ngăn ngừa va chạm

Nội dung text: Kết quả nghiên cứu mô phỏng quá trình gia công trên máy NC/CNC để phát hiện và ngăn ngừa va chạm

1. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH GIA CÔNG TRÊN MÁY NC/CNC ĐỂ PHÁT HIỆN VÀ NGĂN NGỪA VA CHẠM THE RESULTS OF SIMULATION STUDIES ON THE PROCESS OF NC/CNC FOR DETECTING AND PREVENTING COLLISIONS Đặng Thiện Ngôn1,Trần Hữu Danh2 1. Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP HCM 2. Học viên cao học lớp 2011_A, trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tóm tắt: Hiện tại các phần mềm CAD/CAM cho kết quả mô phỏng chương trình NC còn hạn chế là không gắn liền với thực tế trang bị công nghệ. Vì vậy, khi gia công thực tế trên máy NC/CNC sẽ gây ra các sự cố va chạm. Bài báo nghiên cứu mô phỏng quá trình gia công trên máy NC/CNC để phát hiện và ngăn ngừa va chạm, xây dựng giải thuật, xây dựng chương trình cho phép kiểm tra để xác định va chạm với thiết bị công nghệ trong thực tế. Từ khóa: máy phay CNC 3 trục, va chạm, phát hiện va chạm, ngăn ngừa va chạm, thuật toán phát hiện va chạm Abstract: Current software CAD/CAM for resulting simulation, but limit is not attach with actual all technologies. As way, the actual processing on NC/CNC will give the crash collision. This paper presents the results of simulation studies on the process of NC/CNC for detecting and preventing collisions, build algorithm, build the program allowed test to define collision with all technologies in actual. Keywords: three-axis CNC machining, collision, detect collision, prevent collision, algorithm detect collision. 1
2. 1. GIỚI THIỆU chọn lựa trang bị công nghệ không phù hợp, Va chạm giữa các thiết bị trên máy chọn vị trí gá đặt và chọn các chuẩn không đúng CNC trong quá trình gia công là một lỗi rất khi gia công thực tế trên máy NC/CNC. nghiêm trọng vì mất nhiều thời gian và chi phí Các nghiên cứu liên quuan đã được công bố sửa chữa lớn điều này làm ảnh hưởng rất lớn đến tiến độ sản xuất, ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế và giảm năng suất gia công của doanh nghiệp. Va chạm chiếm 11% trong tổng số các các sự cố gây ra trong quá trình gia công trên máy NC/CNC mà hiện nay các máy NC/CNC được sử dụng để phục vụ cho sản xuất và phục Hình 2.1: Mặt phẳng quét trong nhận dạng va vụ cho nhu cầu học tập của học sinh [1]. chạm với phôitrên máy CNC 5 trục [2]. Để giảm thiếu tối đa những rủi ro do va Trong công trình nghiên cứu về “Thuật chạm có thể xảy ra trong sản xuất, cùng với việc toán mặt phẳng quét trong nhận dạng va chạm với đáp ứng nhu cầu thực tập CNC của sinh viên phôi trên máy CNC 5 trục” của Tang và cộng sự trong các trường kỹ thuật. Đó cũng chính là lý [2], đã trình bày một thuật toán qua đó các tính toán do lựa chọn và cần nghiên cứu. không những chỉ ra sự va chạm giữa các công cụ và phôi, mà còn chỉ ra va chạm giữa các bộ phận 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU khác của máy CNC, đặc biệt là sự thay đổi của 2.1 Va chạm trong giia công hình dạng phôi được tính đến trong quá trình phát Va chạm trong quá trình gia công trên hiện. máy CNC là sự tiếp xúc không mong muốn giữa dao cụ hoặc đầu kẹp dao với phôi hay trang thiết bị công nghệ gây nên những sự cố như gãy dao, hỏng phôi, hỏng hóc các bộ phận máy [2]. Có thể nhận thấy 2 loại va chạm: Va chạm cục bộ là va chạm giữa dao cụ và phôi. Va chạm toàn cục là va chạm giữa dao cụ (hoặc đầu dao phay) và phôi (hoặc các thành phần của máy), va chạm giữa phôi và các thành phần của Hình 2.2: TTrạng thái của hệ thống máy va chạm theo hướng trục và hướng kính[3] máy và va chạm giữa các bộ phận khác của máy với nhau [2]. Lý do xảy ra các va chạm trên là do 2
3. Trong công trình nghiên cứu về “Các thị lỗi phương pháp có thể và giải pháp để ngăn chặn NC-Program (NC-code):Chương trình va chạm và thiệt hại va chạm của các thành NC được xuất ra từ các phần mềm CAD/CAM phần máy công cụ” của Abel và Korff [13], đã và được dùng để kiểm tra tránh va chạm khi gia tập trung nghiên cứu về hoạt động của trục công trên máy CNC. chính, một trong những thành phần chính trong File dữ liệu về máy CNC:dùng để lựa quá trình cắt Một giải pháp kỹ thuật mới cho chọn máy, cho phép nhập các thông số về dao, phép tránh thiệt hại do va chạm được giới thiệu đầu kẹp dao, đồ gá. trong bài viết này. Các chức năng của hệ thống Lỗi gia công: dùng để kiểm tra chương trình NC có lỗi gia công hay không. Nếu có thì được thực hiện trong điều kiện bình thường và xác định lỗi gia công, nếu không thì báo chương các tình huống va chạm có thể được chứng minh trình tốt. bằng các thí nghiệm. Xác định lỗi gia công: dùng để kiểm tra Mục tiêu nghiên cứu: nghiên cứu quá và xác định chương trình NC đã có một trong trình thực hiện các chương trình gia công chi các lỗi gia công: dụng cụ cắt va chạm với chi tiết phay trên máy NC/CNC để phát hiện và tiết, dụng cụ cắt va chạm với hàm đồ gá, dụng ngăn ngừa va chạm, nghiên cứu xác định các cụ cắt va chạm với thân đồ gá, đầu kẹp dao va nguyên nhân gây ra sự cố va chạm trên máy chạm với chi tiết. Nếu phát hiện được bất kỳ lỗi phay NC/CNC về phương diện lập trình và nào trong các lỗi gia công trên thì chương trình nghiên cứu xây dựng phần mềm kiểm tra các lỗi sẻ dừng lại và hiển thị lỗi đó. va chạm trong quá trình gia công phay thực tế Mô đun hiển thị lỗi: dùng để hiển thị trên máy NC/CNC. thông báo kết quả kiểm tra chương trình NC. 2.2 Đề xuất giải pháp Quan hệ giữa các mô đun là: từ chương Nội dung nghiên cứu cho trường hợp trình NC, nhập các thông số về máy, dao, đầu phay với chi tiết gia công dạng hình hộp, dụng kẹp dao, phôi, đồ gá Sau đó sẽ kiểm tra các lỗi cụ cắt là dao phay ngón, với các trang thiết bị va chạm, nếu có lỗi va chạm thì hiển thị lỗi, nếu công nghệ thông dụng trên máy phay CNC 3 trục.Phát hiện và thông báo lỗi va chạm: dao va không có lỗi va chạm thì hiển thị chương trình chạm với chi tiết, dao va chạm với hàm đồ gá, tốt. dao va chạm với thân đồ gá, đầu kẹp dao va Chức năng của phần mềm cho phép: xây chạm với chi tiết. dựng cơ sở dữ liệu máy, xây dựng cơ sở dữ liệu Ý tưởng: xây dựng phần mềm kiểm tra dao, xây dựng cơ sở dữ liệu đầu kẹp dao, xây chương trình NC cảnh báo các lỗi va chạm dựng cơ sở dữ liệu đồ gá, kiểm tra lỗi va chạm trước khi gia công thật trên máy CNC. khi gia công Cấu trúc của phần mềm gồm có các khối mô đun:NC-Program, file dữ liệu về máy CNC, 2.3 Xây dựng phần mềm lỗi gia công, xác định lỗi gia công, mô đun hiển 3
4. - Ngôn ngữ lập trình: do Matlab đơn giản hóa Lưu đồ giải thuật chung lập trình kiểm tra va việc giải quyết các bài toán kỹ thuật so với ngôn chạm ngữ lập trình truyền thống như lập trình C, C++, nên lập trình matlab thường được sử dụng để thiết kế lập trình trong các khối kỹ thuật và thời gian tính toán, thiết kế tương đối nhanh nên phù hợp với thời gian công việc cho phép của luận văn. Vì vậy, dùng lập trình matlab để xây dựng phần mềm “Mô phỏng quá trình gia công trên máy NC/CNC để phát hiện và ngăn ngừa va chạm” Lưu đồ giải thuật chung của phần mềm kiểm tra va chạm Trong lưu đồ giải thuật chung lập trình kiểm tra va chạm trên. Quan trọng nhất là mô đun kiểm tra va chạm bằng cách so sánh x,y,z trích ra từ chương trình NC của ma trận (2) với tọa độ x, y, z mỗi phần tử của ma trận ma trận nhị phân(1). Ta được một ma trận nhị phân (3). Nếu các giá trị tọa độ x, y, z so sánh này bằng 0 thì chương trình sẽ thực hiện phay chi tiết. Nếu các giá trị so sánh này bằng 1 thì chương trình sẽ báo va chạm. Bằng phương pháp này cho phép ta kiểm tra va chạm được trong trường hợp phôi được gia công và nhớ được hình dạng phôi, kể cả trong trường hợp gá đặt phôi trên bàn máy và offset dao ở vị trí bất kỳ. 4
5. Đoạn mã code so sánh x,y,z trích ra từ chương trình NC của ma trận (2) với tọa độ x, y, z mỗi phần tử của ma trận nhị phân (1) để báo va chạm. [mat_pos, mat_comm] = xyz_cnc (temp_name, Tool_size); for k3=2:1:length(mat_pos(:,1)) a = mat_pos(k3-1,1:3); b = mat_pos(k3 ,1:3); if ((a(1) == b(1)) && (a(2) == b(2))) Hình 2.3. Bản vẽ chi tiết gia công phay CNC mill_hole(b, wp_column, wp_page, WP_xyz, WP_res, TO_rad, cần kiểm tra TO_len, HO_rad); Thông số công nghệ dùng để thử Else pla_mil(a, b, WP_res, wp_column, nghiệmkiểm tra: wp_page, WP_xyz, TO_rad); - Chọn máy NC: VF2 end if okie01 == 1 - Nhập dao phay T1: R=10, L=40, T2: fprintf('%s %70s R=1, L=15, T3: R=0.75, L=12 \n',strtrim(mat_comm(k3-1,:)),' okie') else - Nhập kích thước đầu kẹp dao: Đường fprintf('%s %70s \n',strtrim(mat_comm(k3- kính=100, dài =100 1,:)),' COLISION!') end - Nhập kích thước phôi x=200, y=200, end z=100 - Nhập kích thước đồ gá kẹp chi tiết 2.4 Kết quả-Thảo luận (Hàm tĩnh và hàm động của ê tô) Phần mềm xây dựng bao gồm các mô x=200, y=200, z=50 đun như thiết kế. Quá trình kiểm tra được thực Kết quả thử nghiệm hiện như sau: Đầu kẹp dao va chạm với chi tiết Bản vẽ chi tiết gia công phay CNC Hình 2.4: Kết quả kiểm tra đầu kẹp dao va chạm chi tiết 5
6. 3. KẾT LUẬN Trên đây đã trình bày quá trình từ lúc xây dựng phần mềm mô phổng quá trình gia công phay trên máy NC/CNC để phát hiện và ngăn ngừa va chạm cho đến lúc thử nghiệm và đánh giá kết quả đạt được của đề tài: tính toán xác định được vị trí va chạm, thông báo vị trí dòng lệnh lỗi trong chương trình NC, hiển thị được các dạng lỗi va chạm thường gặp cho chi tiết phay, mô phỏng Hình 2.5: Hình biểu thị lỗi 0004 - đầu kẹp dao được đầu kẹp dao va chạm chi tiết. va chạm chi tiết Hướng ứng dụng có tính mở, còn rất nhiều vấn đề cần tiếp tục được triển khai nghiên cứu:nghiên cứu xây dựng phát triển phần mềm cho các dạng chi tiết phay khác nhau, nghiên cứu xây dựng phát triển phần mềm cho các dạng Hình 2.6: Hình thông báo dòng lệnh bị lỗi đầu chi tiết tiện khác nhau, nghiên cứu mô phỏng kẹp dao va chạm với chi tiết Mô phỏng đầu kẹp dao va chạm chi tiết hiển thị quá trình gia công Hình 2.7: Kết quả kiểm tra đầu kẹp dao va chạm chi tiết Hình 2.8: Hình mô phỏng đầu kẹp dao va chạm chi tiết 6
7. TÀI LIỆU THAM KHẢO: (Machinery's Handbook Guide) [1]. Introduction to STEP-NC. A standard Erik Oberg(Author) providing data for modern. [7]. G and M Programming for CNC Milling Ncmachiningenabling enhanced functionality, Machines. Denford Limited-Birds Royd- link: Brighouse-West Yorkshire England [2] The sweep plane algorithm for global collision [8 ]NC-postprocessing and NC-simulation for five- detection with workpiecegeometry update for axis milling operations with automatic five-axis NC machining T.D. Tang, Erik L.J. collision avoidance.Prof. dr. ir. J.P. Kruth, dr. Bohez, Pisut Koomsap, ir. B. Lauwers, ir. P. Klewais, ir. P. Dejonghe link:www.sciencedirect.com/science/article/pi Link: :www.eng.utoledo.edu/pmmc/paper02.htm i/S0010448507001649 [9] Chẹcking for tool collisions in tủrning, S J [3] Avoidance of collision-caused spindle Chen and S Hinduja, damages—Challenges, methods Link:www:sciencedirect.com/science/article/ andsolutions for high dynamic machine pii/0010448588900747 tools E. Abele (1), D. Korff * [10] Precise global collision detection in multi- link:www.sciencedirect.com/science/article/ axis NC-machining pii/S0007850611000321 Oleg Ilushina,*, Gershon Elberb, Dan [4] Computer Numerical Control Programming Halperinc, Ron Weinc, Myung-Soo Kim. Basics.A Primer for the SkillsUSA/VICA Link:ww.sciencedirect.com/science/article/pii/S001 Championships- Steve Krar- Arthur Gill 0448504002581 [5] Machinery’s Handbook Guide, 27th Edition. By Amiss, Jones, and Ryffel Editors: Green, Họ và tên: Trần Hữu Danh McCauley, Heald and Hussain, 2004, 254 73 Nguyễn Huệ, phường 2, Tp. Vĩnh Long, tỉnh pages, ISBN 0-8311-2799-6 Vĩnh Long [6] Machinery's Handbook 29th Edition Guide SĐT: 0907717303 7
8. 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.