LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM CHUYỂN ĐỔI MÃ STEP NC (ISO 14649) SANG MÃ NC (ISO 6983)

TÓM TẮT

 

  Ngày nay, ngôn ngữ lập trình Step-NC đã bắt đầu được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Nhưng việc ứng dụng ngôn ngữ này vào Việt Nam vẫn gặp nhiều khó khăn vì nó còn khá mới và các bộ điều khiển CNC vẫn là thế hệ cũ (ISO 6983). Do đó cần có một phần mềm chuyển đổi để chuyển đổi ngôn ngữ Step-NC. Vì thế, mục đích của nghiên cứu này là xây dựng thuật toán và phần mềm để phục vụ cho công việc chuyển đổi mã chương trình Step-NC sang  G-Code.

Công việc tiện đã được nghiên cứu, phân tích dưới hai dạng mã và thuật toán cho việc chuyển đổi đã được xây dựng thành công.Thuật toán đề xuất cũng có thể được sử dụng để xây dựng các phần mềm chuyển đổi cho công việc phay.,..

 

                                                 ABSTRACT

 

Today, Step-NC programming language ​​ hasbeen widely used in the world. Step-NCis difficult to apply in Vietnam because this languageisa new version,while the CNC controller is still the older version (ISO 6983).Hence,the conversion software to convert language Step-NC was created. And the algorithms are developed to service for conversion the Step-NC code to G-code.

Turning program has been studied, and algorithms have been successfully built. This research is also used for milling program in further application.

 

 MỤC LỤC

                                                                                                                             TRANG

Trang tựa

Quyết định giao đề tài

LÝ LỊCH KHOA HỌC.. i

LỜI CAM ĐOAN.. ii

LỜI CẢM ƠN.. iii

TÓM TẮT.. iv

MỤC LỤC.. vi

DANH MỤC CÁC HÌNH.. ix

Chương 1:TỔNG QUAN.. 1

1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu:1

1.1.1 Đặt vấn đề:1

1.1.2 Giới thiệu STEP-NC.. 1

1.1.2.1 Nội dung. 3

1.1.2.2 Mối quan hệ giữa STEP và STEP-NC.. 3

1.1.2.3   Mô hình dữ liệu STEP-NC.. 5

1.1.2.4  Hệ thống STEP-NC.. 6

1.1.2.5 Các kiểu STEP-NC.. 7

1.1.3 Ứng dụng của STEP-NC:8

1.1.3.1 Mô hình ứng dụng STEP-NC trong  kỹ thuật tạo mẫu nhanh (ropid prototyping)  8

1.1.3.2 Mô hình ứng dụng STEP-NC ở công ty Steptools. 9

1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước:10

1.2.1 Nghiên cứu ngoài nước:10

1.2.2 Nghiên cứu trong nước:11

1.3 Tính cấp thiết của đề tài:12

1.3.1 Những nhược điểm của tiêu chuẩn ISO 6983:12

1.3.2 Ưu điểm của STEP-NC:13

1.4 Nhiệm vụ đề tài và phạm vi nghiên cứu:14

1.4.1 Nhiệm vụ đề tài:14

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu:15

1.5 Phương pháp nghiên cứu:15

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.. 16

2.1 Nghiên cứu cấu trúc một chương trình STEP-NC:16

2.2 Các thành phần của chương trình STEP-NC.. 16

2.2.1Đại lượng “hearder”: [3]. 16

2.2.2 Đại lượng “project”:[3]. 17

2.2.3.Đại lượng “workplan” và “executables”:18

2.2.4 Đại lượng “machining workingstep”. 18

2.2.5 Thông tin về phôi (workpiece). 19

2.2.6 Thông tin về vật liệu (material). 20

2.2.7 Các đại lượng hướng dẫn kỹ thuật:21

2.3 Các đặc trưng cơ bản:24

2.3.1 Đặc trưng tiện mặt đầu:25

2.3.2 Đặc trưng tiện côn:26

2.3.3 Đặc trưng tiện rãnh:27

2.3.4 Đặc trưng tiện trụ:28

2.3.5 Đặc trưng tiện ren:29

2.3.6 Đặc trưng tiện định hình:29

2.4 Thư viện STEP-NC:30

Chương 3: GIẢI THUẬT CÔNG CỤ PHẦN MỀM CHUYỂN ĐỔI. 35

3.1 Công cụ phần mềm chuyển đổi:35

3.2 Những yêu cầu của công cụ chuyển đổi:35

3.3.Các bước chuyển đổi35

3.4 Giải thuật chung:36

3.5 Giải thuật các đặc chưng:38

Chương 4: THỰC HIỆN VÀ KIỂM NGHIỆM... 50

4.1  Công cụ phần mềm đã thực hiện :50

4.2  Kiểm nghiệm:52

4.3  Đánh giá:60

4.3.1.Giải thuật chương trình:60

4.3.2.Giao diện phần mềm:60

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI. 61

5.1 Kết luận:61

5.2 Hướng phát triển của đề tài:61

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 62

 

DANH MỤC CÁC HÌNH

                                                                                                                            

Hình 1.1: Mối quan hệ giữa STEP và STEP-NC [7]. 4

Hình 1.2: Hệ sản xuất dựa trên STEP [6]. 5

Hình 1.3: Kiến trúc giao diện STEP-NC [4]. 6

Hình 1.4: Quan hệ những công nghệ STEP-NC.. 7

Hình 1.5: Mô hình sản xuất nhanh ở Hàn Quốc. 8

Hình 1.6: Mô hình ứng dụng STEP-NC ở Steptools. 8

Hình 1.7: Hiệu quả thu được từ STEP-NC.. 9

Hình 1.8: Các giai đoạn ứng dụng STEP-NC ở Steptools [4]. 10

Hình 1.9: Nhược điểm của NC-code [2]. 12

Hình 1.10: So sánh mô hình CAD/CAPP/CAM  giữa ISO 6983 với ISO 14649 [5]. 14

Hình 2.1: Cấu trúc chương trình STEP-NC [2]. 16

Hình 2.2: Sơ đồ thực thi chương trình STEP-NC.. 21

Hình 2.3: Các mối liên kết cơ bản giữa các yếu tố của STEP-NC.. 22

Hình 2.4: Các yếu tố hình học và dạng đặc trưng trong STEP-NC.. 24

Hình 2.5: Tiện mặt đầu. 25

Hình 2.6: Tiện mặt côn. 26

Hình 2.7: Tiện rãnh. 27

Hình 2.8: Tiện trụ. 28

Hình 2.9: Tiện ren. 29

Hình 2.10: Tiện định hình. 29

Hình 3.1: Các bước chuyển đổi dữ liệu. 35

Hình 3.2: Sơ đồ giải thuật chung. 36

Hình 4.1: Giao diện phần mềm lúc ban đầu. 50

Hình 4.2: Giao diện phần mềm lúc mở tập tin STEP-NC.. 51

Hình 4.3: Giao diện phần mềm lúc thực hiện việc chuyển đổi51

Hình 4.4: Hình phần mềm CIMCO Edit V5 kiểm tra chương trình gia công mặt đầu. 58

Hình 4.5: Hình phần mềm CIMCO Edit V5 kiểm tra chương trình gia công tiện côn. 58

Hình 4.6: Hình phần mềm CIMCO Edit V5 kiểm tra chương trình gia công tiện côn. 59

Hình 4.7: Hình phần mềm CIMCO Edit V5 kiểm tra chương trình gia công tiện côn. 59

 

Chương 1

TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu:

1.1.1 Đặt vấn đề:

Để gia công một sản phẩm cơ khí với chuẩn STEP-NC. Các thông tin của sản phẩm và chương trình gia công chi tiết được lưu trữ trong cùng một tập tin. Nhưng vấn đề đặt ra là hầu hết các hệ điều khiển máy CNC của công ty  đều không đọc được tập tin chương trình STEP-NC nêu trên. Có hai phương hướng giải quyết vấn đề là:

-      Trang bị mới (bộ điều khiển) có thể đọc được tập tin chương trình STEP-NC

-                         Xây dựng một phần mềm công cụ chuyển đổi STEP-NC sang mã G-Code.

Luận văn đi vào cách giải quyết thứ hai và sau đây sẽ là phần giới thiệu STEP-NC về các mặt như:

-                          Lịch sử phát triển STEP-NC

-                          Ứng dụng của STEP-NC

1.1.2 Giới thiệu STEP-NC

Trong vài thập kỷ gần đây, số lượng các hệ CNC tăng vọt trong mọi lĩnh vực sản xuất. Nhược điểm chung của chúng là ở chỗ, các thông số công nghệ như vận tốc cắt và lượng chạy dao được áp đặt bởi người lập trình và phụ thuộc vào kinh nghiệm, hiểu biết của người lập trình. Do đó trong quá trình lập trình gia công gây ra những sai sót nhất định do tính chủ quan lẫn kinh nghiệm của con người.

Cho đến nay, khối lượng sản phẩm cơ khí phải qua gia công bằng cắt gọt vẫn chiếm tỷ lệ cao nhất trong các phương pháp gia công kim loại. Cắt gọt là phương pháp hàng đầu về khả năng đáp ứng độ chính xác kích thước, độ phức tạp về hình dạng và chất lượng bề mặt chi tiết gia công. Đó là lý do khiến các công nghệ tiên tiến, có trợ giúp của máy tính (CAD/CAM-CNC) phát triển sớm nhất và mạnh mẽ nhất trong lĩnh vực này.

Nhờ tích hợp được các thành tựu mới trong kỹ thuật điều khiển và máy tính mà các hệ điều khiển CNC hiện tại có nhiều tính năng vượt trội. Tuy nhiên, về bản chất điều khiển trên các máy CNC hiện nay vẫn chỉ là điều khiển “tĩnh” với các tham số hệ thống không đổi. Biểu hiện của nó về mặt công nghệ là tốc độ cắt và tốc độ chạy dao được thiết đặt cố định bởi lệnh trong chương trình NC và được duy trì cho đến khi có lệnh thiết đặt giá trị mới.

Trong công nghệ CAD/CAM-CNC, điều khiển CNC thông minh được hiểu như là 1 máy CNC thông minh có chức năng như:

-      Dữ liệu chuyển động dao cắt: thay vì dữ liệu chuyển động các trục được chuyển tới máy CNC, hệ CNC thông minh có khả năng chuyển đổi quỹ đạo chạy dao tới chuyển động các trục của máy CNC.

-      Thông tin mức cao: đặc tính chi tiết, vật liệu, dao cắt, kích thước, dung sai được gửi tới máy CNC.

-      Thông tin này sẽ được gửi đi bằng cách sử dụng một chuẩn dữ liệu “STEP - NC” AP 238.

Trong những năm 1970 với sự phát triển của CNC và sự phát triển nhanh chóng của công nghệ CAD/CAM trong hơn một thập kỷ trước, những tiến trình quan trọng đã được thực hiện trong sản xuất tự động các chi tiết cơ khí. Tuy nhiên, ngôn ngữ lập trình được sử dụng trong công nghiệp để điều khiển máy vẫn giữ giống như với chuẩn ban đầu được biết là G và M code (ISO 6983) dựa trên sự mô tả chuyển động của dụng cụ cắt và những lệnh tắt/mở. Một tiêu chuẩn quốc tế ngày nay, tên là ISO 14649 và được biết đến là STEP-NC đang được phát triển để cung cấp một giao diện cách mạng cho sự tích hợp CAD/CAM sử dụng một loại ngôn ngữ được phát triển từ chuẩn STEP (ISO 10303). Không giống như G và M code chỉ lập trình cho chuyển động của trục máy và công tắc hành trình, STEP-NC còn là một mô hình hóa dữ liệu hoàn chỉnh mà nó liên kết đối tượng gia công (dữ liệu thiết kế CAD) với giải pháp công nghệ (dữ liệu qui trình gia công CAM yêu cầu) theo hướng đối tượng. Và kết quả là một chương trình STEP-NC giống với một hoạch định quá trình chi tiết hơn là một thủ tục quá trình gia công. Trong một chương trình như vậy, dữ liệu sản xuất cho một chi tiết được tổ chức như là một dự án về những hình dạng hình học sẽ được gia công, các bước gia công (nguyên công cụ thể) cần thiết cho mỗi đặc tính, các yêu cầu công nghệ và thứ tự công việc (mục đích là để cung cấp thông tin cho máy CNC). [4]

Ngôn ngữ cấp cao và hướng đối tượng này làm cho chương trình gia công dễ dàng sử dụng mà không cần phải thay đổi nhiều trên nhiều máy CNC. Quan trọng hơn nữa, nó được xây dựng như là một phản hồi thông tin hai chiều giữa CAD/CAM  và hệ thống CNC.

Mục tiêu của STEP-NC là bao hàm hết toàn bộ phạm vi của sản xuất trực tuyến. Một mô hình dữ liệu mới STEP-NC đã được phát triển để thay thế cho mô hình tiêu chuẩn mã G&M cũ cho quá trình tiện, phay, tia lửa điện (EDM). Một mô hình dữ liệu mới đã được thiết lập, phát triển và bổ sung để những hệ thống CAD/CAM/CNC tương thích với mô hình dữ liệu kiểu mới đang được chú ý này. [4]

1.1.2.1 Nội dung

STEP-NC một mô hình mới chuyển đổi dữ liệu giữa các hệ thống CAD/CAM và máy CNC. Mã G-code chỉ thể hiện sự di chuyển các trục, tốc độ quay trục chính, chiều sâu ăn dao, vị trí dụng cụ trong ổ dao, hệ thống làm mát. Với các thông tin đó thì rất khó khăn cho người vận hành máy nắm được là nó đang thực hiện nguyên công nào, điều kiện máy, dao đang gia công, muốn nắm được những điều trên thì người vận hành phải đọc hết chương trình gia công. Chính vì thế nó là điều không thể để cho bộ điều khiển thực thi một cách thông minh hoặc dừng chương trình trong trường họp khẩn cấp với những thông tin giới hạn đó. Ngược lại STEP-NC bao gồm thông tin chức năng được yêu cầu. Ví dụ như bước làm việc, đặc tính gia công, chu trình gia công, dụng cụ gia công, quỹ đạo gia công, chức năng máy và phôi. STEP-NC còn chứa đựng trong nó thông tin thiết lập như mô hình hình học, quá trình lập kế hoạch.

STEP-NC cho phép bỏ qua các hệ thống CAM và chuyển dữ liệu trực tiếp đến máy CNC. Sự mở rộng xử lí các thông tin này có thể mở rộng khả năng điều khiển hoạt động trên máy công cụ CNC.

STEP-NC là một mô hình mở rộng có sự tích hợp giữa thông tin thiết kế và thông tin sản xuất: trong đó bao gồm vật liệu gia công, dụng cụ cắt, độ chính xác, tốc độ quay dao, … và các tham số chương trình.[10]

1.1.2.2 Mối quan hệ giữa STEP và STEP-NC

STEP-NC thông qua định nghĩa của STEP hoặc những hiệu chỉnh của nó cho CNC, hình 1.1 mô tả mối quan hệ giữa STEP (ISO 10303) và STEP-NC (ISO 14649). Những tính năng gia công 2.5D trong ISO 14649 dùng những đặc tính từ ISO 10303 AP224 và thông tin bề mặt gia công tham khảo từ thông tin mô hình 3D thiết kế theo ISO 10303 AP203. Ý nghĩa ngôn ngữ của mô hình dữ liệu áp dụng ISO 10303 và phương pháp bổ sung cho file định dạng tương thích với ISO 10303 Part 21 và ISO 10303 Part 28 cho XML.

Hình 1.1: Mối quan hệ giữa STEP và STEP-NC [7]

STEP-NC được phát triển bởi ISO TC 184 (Committee in International Standardization Organization - Hội đồng kỹ thuật trong tổ chức tiêu chuẩn quốc tế). SC1 và SC4 (Hội đồng phụ trợ 1 và 4). Có hai phiên bản của mô hình dữ liệu STEP-NC:

-      Mô hình ứng dụng dữ liệu chuẩn ISO 14649 được kí hiệu là ARM (Application reference Model). [5]

-      Mô hình diễn dịch ISO 10303 với giao thức ứng dụng AP238 kí hiệu là AIM (Application Interpreted Model). Đây là sự kết hợp giữa ARM với dữ liệu có sẵn trong STEP

Gần đây STEP-NC tương thích với STEP thiết lập theo tiêu chuẩn ISO 10303 AP238. Chuẩn  này có khả năng tích hợp một mạch cho ứng dụng suốt từ thiết kế đến sản xuất. mục tiêu này là nhận ra  những thông tin cơ bản dựa trên quá trình sản xuất, và được đặt cho cái tên là hệ sản xuất STEP bởi ISO TC184 SC1 và SC4. Hệ sản xuất này thể hiện những chức năng và những thông tin tiêu chuẩn được kết hợp trong phạm vi của STEP APxxx, thể hiện như hình. Ở đầu vào hệ thống STEP-NC là AP203 và/hoặc AP224, và ở ngõ ra là mã STEP-NC. [5]

Hình 1.2: Hệ sản xuất dựa trên STEP [6]

 

1.1.2.3 Mô hình dữ liệu STEP-NC

Mô hình dữ liệu STEP-NC (ISO 14649) bao gồm các thành phần sau: [6]

-      Part 1  : tổng quan và các nguyên lý cơ bản

-      Part 2  : ngôn ngữ đơn và hợp ngữ

-      Part 3  : họp ngữ JAVA

-      Part 9 : bảng thuật ngữ

-      Part 10 : dữ liệu tổng quát

-      Part 11 : dữ liệu cho quá trình phay

-      Part 111: khai báo công cụ cho quá trình phay

-      Part 12 : dữ liệu cho quá trình tiện

-      Part 13 : dữ liệu cho quá trình gia công bằng điện cực

-      Part  50 : dữ liệu chung, dưới dạng giao thức ứng dụng  AP2xx

-      Part 51 : dữ liệu cho quá trình Phay, dưới dạng giao thức ứng dụng AP2xx

-      Part 52 : dữ liệu cho quá trình Tiện, dưới dạng giao thức ứng dụng AP2xx

-      Part 53 : dữ liệu cho quá trình gia công bằng điện cực, dưới dạng giao thức ứng dụng AP2xx

 

1.1.2.4  Hệ thống STEP-NC

STEP-NC có 2 đường truyền giao tiếp, một bên ngoài và một bên trong. Đường truyền ra bên ngoài là ISO 14649 được dùng để kết nối hệ điều khiển CNC với hệ thống CAD/CAPP/CAM .Thông tin trong chương trình STEP-NC được biên dịch và lưu vào cơ sở dữ liệu theo những kiểu CSDL[1] CAD, CSDL CAPP, và CSDL CAM. Đường truyền bên trong  như là một phần mềm dùng để tích họp những modul thông minh vào bộ điều khiển CNC để chúng có thể giao tiếp với nhau.

Hình 1.3: Kiến trúc giao diện STEP-NC [4]

Xem xét kiến trúc, công nghệ STEP-NC yêu cầu nhiều công nghệ khác nhau ví dụ như công nghệ giao tiếp STEP, công nghệ gia công tự động, công nghệ điều khiển kiến trúc mở, công nghệ CNC và công nghệ CAD/ CAM/CAPP, thể hiện như hình 1.3 dưới, những công nghệ đó có thể phân loại trong 3 kiểu:

-      ISO 14649 những công nghệ liên quan, ví dụ như công nghệ giao tiếp STEP và tính năng cơ bản công nghệ CAD/CAM/CAPP.

-      ISO 14649 thông minh cơ bản và công nghệ tự động, ví dụ như kiến trúc mở Soft-NC, lõi NC (NC Kernel), PLC, điều khiển chuyển động, tự động lập kế hoạch, tạo các đường chuyển dao online, đặc tính thực hiện cơ bản, nhiệm vụ hiển thị, nút dừng khẩn cấp.

-      Những công nghệ lập trình có sự trợ giúp của máy tính cho việc tạo ra chương trình STEP-NC.

Hình 1.4: Quan hệ những công nghệ STEP-NC

1.1.2.5 Các kiểu STEP-NC

Phụ thuộc vào cách thức xử lý STEP-NC được thực hiện trên máy CNC như thế nào sẽ có các kiểu STEP-NC tương ứng, ở đây có 3 kiểu của STEP-NC:[11]

 

-      Điều khiển cổ điển

-      Điều khiển mới

-      Điều khiển thông minh

Kiểu 1 (điều khiển cổ điển) kết hợp chặt chẽ ISO 14649 trong bộ điều khiển cổ điển theo đường sử dụng Post-Processing. Trong trường hợp này CNC cổ điển có thể được sử dụng mà không cần hiệu chỉnh. Thực ra, chúng không thể được xem như là một hệ CNC tương thích STEP nhưng chúng có thể đọc mã ISO 14649.

Kiểu 2 (điều khiển mới) có một bộ chuyển đổi STEP-NC, cho phép xây dựng và lập trình từng bước các đường chuyển dao và được thực hiện bởi hệ điều khiển CNC. Kiểu 2 là kiểu cơ bản, ở đây chuyển động được thực hiện một cách chính xác dựa trên chiến lược gia công và thực hiện một cách tuần tự như được chỉ ra bởi chương trình chi tiết ISO 14649. Theo nghĩa khác, hệ không có những tính năng thông minh mới ngoài khả năng tạo ra các đường chuyển dao. Hầu hết STEP-NC phát triển nhanh cho tới thời gian hiện tại đều là kiểu 2.

Kiểu 3 (điều khiển thông minh). Hệ điều khiển CNC có thể thực hiện những nhiệm vụ gia công một cách thông minh và tự động dựa trên những thông tin thông minh của ISO 14649. Một vài ví dụ của chức năng thông minh là nhận ra tính năng tự động, tạo ra các đường chuyển dao tự động bao gồm chuyển động chạm vào gia công và lùi dao lại, chọn dao tự động, chọn điều kiện cắt tự động, các trạng thái hiển thị và phục hồi tự động, trạng thái gia công và kết quả phản hồi.

1.1.3 Ứng dụng của STEP-NC:

1.1.3.1 Mô hình ứng dụng STEP-NC trong kỹ thuật tạo mẫu nhanh (ropid prototyping)

Ngoài ra do sự linh hoạt và thống nhất theo tiêu chuẩn quốc tế nên STEP_NC còn được ứng dụng vào việc sản xuất nhanh ở một số quốc gia đặc biệt là Hàn Quốc:

Hình 1.5: Mô hình sản xuất nhanh ở Hàn Quốc

 

1.1.3.2 Mô hình ứng dụng STEP-NC ở công ty Steptools:

-        Mô hình ứng dụng:

 

Hình 1.6: Mô hình ứng dụng STEP-NC ở Steptools [4]

 

Tập tin AP-238 được tải từ internet thông qua cổng vào AP238. Nó được chuyển đến hệ thống GibbsCAM để chuyển đổi dữ liệu. sau đó qua bộ xử lý chuyển thành mã G-code và cuối cùng là chuyển đến hệ điều khiển CNC.

-        Lợi ích nhận được từ mô hình trên:

Hình 1.7: Hiệu quả thu được từ STEP-NC

 

• Giảm 35% thời gian lên kế hoạch gia công
• Giảm 75% số lượng bản vẽ từ CAD chuyển sang CAM
• Giảm 50% thời gian gia công trên máy cho các chi tiết có kích thước nhỏ và vừa
• Giảm hơn 4500 bộ hậu xử lý.
• An toàn và thích hợp hơn cho máy công cụ.

 

 

-        Các giai đoạn ứng dụng STEP-NC:

 

Hình 1.8: Các giai đoạn ứng dụng STEP-NC ở Steptool [4]

 

1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước:

1.2.1 Nghiên cứu ngoài nước:

Trên thế giới có các dự án nghiên cứu về STEP-NC như sau:

-        Dự án STEP-NCChâuÂu:

ISO 14649, được triển khai nghiên cứu từ 1999-2004, chủ yếu tập trung vàocôngviệc phay, EDM, cắt biên dạng và tiện. Trao đổi dữ liệu vật lý dựa trênARM và Part 2l-formal [WZL RWTHAachen]

-        Dự án STEP-NC IMS:

Dự án nghiên cứu STEP-NC diện rộng với các đối tác: Hàn quốc, khu vực ChâuâuvàThụy sỹ, Mỹ được triển khai trong các năm 2002-2004 [WZL RWTH Aachen]

Hợp tác nghiên cứu và trao đổi thông tin trong lĩnh vực các dự án STEP-NC

-        Dự án mô hình cao cấp:

Dự án do công ty STEP Tools Inc. (Mỹ) chủ trì với khoảng 30 hoạt động và các đối tác công nghiệp tham gia. Tập trung vào trao đổi dữ liệu bởi cơ cấu ánh xạ.Trao đổi dữ liệu vật lý dựa trên XML và một phần trên AIM [WZL RWTH Aachen]

-        Báo cáo về STEP — NC AP 2381 đầu tiên ờ Mỹ:

Báo cáo đầu tiên được tổ chức vào ngày 30/11/2000 tại phòng thí nghiệm của Đenet Watervliet Arsenal. Watervliet Arsenal là nhà máy sản xuất công nghệ cao lâu đời nhất ở Hoa Kỳ.

-        Báo cáo những lợi ích của AP238:

Martin đã trình bày kết quả nghiên cứu của mình từ thử nghiệm tại NASA JPL. Kết quả cho thấy thời gian lập trình giảm từ 105 phút xuống còn 15- phút. Nếu thực hiện lập trình CAM theo cách truyền thống để phát sinh mã G theo chuẩn ISO 6983 bằng Gibbs CAM thì mất 105 phút gồm thời gian vận hành và đọc dữ liệu file AP 203. Nếu đọc file AP 238 (STEP —NC) bằng STEP-Machine sinh ra mã G thì mất 15 phút. Lợi ích thực sự của AP23S khi nó được sử dụng như là một định dạng dữ liệu đầu vào máy CNC, nó không phải là một định dạng thay đổi CAD-CAM

-        ISW-University of Stuttgart (Germany):

Viện Control Engineering of Machine Tools and Manufacturing Units tại trường đại học Stuttgart nghiên cứu chuỗi chu trình CAD-CAPP/CAM-CNC. Công việc tập trung vào phương pháp luận, mô hình dữ liệu và công cụ phần mềm để trao đôi thông tin hai chiều giữa máy CNC và cơ sở dữ liệu quy trình sản xuất giữ lại thông tin STEP-NC.

-        POSTECH (South Korea):

Phòng thí nghiệm nghiên cứu công nghệ STEP-NC ở POSTECH có những thành quả:

Phát triển Korea STEP-NC: hệ thống STEP-CNC áp dụng cho phay + Phát triển     TumSTEP: hệ thống STEP-CNC áp dụng cho tiện + Phát triển mô hình dữ liệu cho quá      trình tiện.

1.2.2 Nghiên cứu trong nước:

STEP-NC không những là chuẩn mới mà còn chưa được phổ biến rộng rãi hiện tại các doanh nghiệp sử dụng CNC trong nước thường sử dụng chuẩn ISO 6983 (G&M).Các công trình nghiên cứu liên quan STEP -NC ở Việt Nam còn hạn chế và chủ yếu chỉ dừng lại ở mức nghiên cứu ứng dụng trên lý thuyết vì thiếu đi mất 2 yếu tố: đòi hỏi của thị trường và kinh phí triển khai nghiên cứu ứng dụng. Hơn nữa lập trình NC theo mã G&M vẫn còn phổ biến và phù hợp với thị trường Việt Nam. Có các đề tài liên quan:

- Đề tài: Ứng dụng chuẩn STEP/STEP-NC cho chi tiết tiện phay được thực hiện bởi KS.Dương Thị Vân Anh. Đề tài đã dạt được kết quả là xây dựng chương trình chuẩn STEP-NC cho chi tiết phay và tiện 2.5 D bằng phần mềm CAD/CAM. Đề tài đã được bảo vệ thành công vào năm 2010 ở trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.[2]

- Đề tài: Xây dựng hệ thống lập quy trình công nghệ theo chuẩn STEP/STEP-NC được KS.Nguyễn Đình Nghĩa thực hiện. Kết quả đạt được của đề tài là: Nghiên cứu về chuẩn STEP-NC; Xây dựng hệ thống lập quy trình công nghệ theo chuẩn STEP/STEP-NC cho chi tiết phay, tiện 2.5D bằng phần mềm STEP-NC machine. Đề tài đã được bảo vệ thành công vào năm 2011 ở trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. [3]

- Đề tài: Tối ưu hóa chế độ cắt dựa trên STEP-NC theo tuổi bền dao tiện được KS.Trương Thị Kim Thoa thực hiện.. Đề tài đã được bảo vệ thành công vào năm 2012 ở trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.

1.3 Tính cấp thiết của đề tài:

1.3.1 Những nhược điểm của tiêu chuẩn ISO 6983:

Hình 1.9: Nhược điểm của NC-code [2]

-      Phải qua bộ hậu xử lý (Post-Processing):

Các đoạn chương trình G&M-code phụ thuộc vào các nhà sản xuất và hệ điều khiển. chẳng hạn như: những lệnh G70 và G80 là lệnh chu trình và G98 là tốc độ cắt trên phút đối với hệ điều khiển FANUC. Thì G60 và G80 là lệnh chu trình và G94 là tốc đô cắt trên phút đối với hệ điều khiển FARGO. Chương trình viết cho hệ điều khiển này không thể chạy trên hệ điều khiển khác. Chính vì thế cần phải có bộ hậu xử lý để có thể biên dịch chương trình gia công phù hợp với từng hệ điều khiển.

-      Mất thông tin: một chương trình G-code được định nghĩa bởi các ký tự đơn giản hoặc các mã số như: G, T, M, F, S để chỉ thị các chức năng máy và chuyển động của các trục. Còn các thông tin về hình dạng sản phẩm gia công, quá trình hình thành tạo mã G-code đều không được gửi tới bộ điều khiển CNC. Không phản ánh thông tin của các công đoạn trước đó ( CAD, CAE) trong chương trình.

-      Khó khăn cho người vận hành theo dõi quá trình gia công: khi một chương trình chỉ gồm toàn mã G&M-code thể hiện chuyển động của các trục thì rất khó khăn cho người vận hành máy nắm được là nó đang thực hiện nguyên công nào, điều kiện máy, dao đang gia công, muốn nắm được những điều trên thì người vận hành phải đọc hết chương trình gia công. Đặc biệt nó không những khó cho việc tìm lỗi của chương trình mà còn khó để hiệu chỉnh để khắc phục lỗi.

-      Không hỗ trợ các chi tiết có dạng hình học phức tạp

-      Dòng thông tin chỉ có một chiều: từ khâu thiết kế chuyển xuống xưởng sản xuất, không có sự phản hồi ngược lại từ xưởng sản xuất đến bộ phận thiết kế.

-      Khó có thể định nghĩa việc gia công qua các đặc trưng gia công (features)

1.3.2 Ưu điểm của STEP-NC:

-      Dùng ngôn ngữ lập trình (tập lệnh và kí hiệu) gần với ngôn ngữ đời thường giúp việc đọc hiểu chương trình một cách dễ dàng

-      Nó là một quá trình khép kín từ khâu thiết kế đến gia công

-      Không cần lập trình cho các thông số hình học

-      Không cần quá trình hậu xử lý

-      Một mô hình sản phẩm hoàn chỉnh trong bộ điều khiển của máy CNC

-      Dễ dàng hiệu chỉnh ở tại chỗ gia công và cho phép hồi tiếp

-      Quá trình tải và sử dụng các tập tin CNC dễ dàng

-      Có thể đáp ứng các nhu cầu của khách hàng.                                                                              

Vì những đặc điểm trên nên STEP-NC dần dần thay thế nhiệm vụ của ISO 6983 (G-code). Tuy nhiên đây là một chuẩn mới nên việc đưa vào chuẩn sản xuất của các nhà chế tạo CNC chưa được phổ biến. Chỉ có một số máy CNC đời mới hiện tại có trang bị sẵn bộ diễn dịch (interpreter) STEP-NC. Ở nước ta gần như các máy mới và

hiện đại này chưa được trang bị môt số hệ điều khiển hiểu được ngôn ngữ mới này. Vì thế mục tiêu của đề tài là viết một công cụ phần mềm để chuyển đổi STEP-NC sang mã NC-code là việc làm cấp thiết.

 

Hình 1.10: So sánh mô hình CAD/CAPP/CAM  giữa ISO 6983 với ISO 14649 [5]

1.4 Nhiệm vụ đề tài và phạm vi nghiên cứu:

1.4.1Nhiệm vụ đề tài:

-        Tìm  hiểu cấu trúc của một chương trình STEP-NC

-         Các thành phần và đặc trưng gia công cơ bản.

-         Lập trình với  G-code.

-        Xây dựng các đặc trưng gia công tiện trong STEP-NC và đoạn chương trình tương đương bằng G-Code.

-        Xây dựng giải thuật chuyển đổi các lệnh cấu trúc trong STEP-NC sang G-Code.

-        Giải thuật chuyển đổi tập tin STEP-NC sang G-Code.

-        Viết ra một phần mềm có chức năng đọc chương trình STEP-NC và chuyển thành chương trình gia công dưới dạng mã G-code dựa trên các đặc trưng gia công.

1.4.2.Phạm vi nghiên cứu:

-        Giới hạn ở các đặc trưng gia công cơ bản cho công việc tiện.

-        Giao diện công cụ phần mềm chỉ ở dạng đơn giản.

1.5 Phương pháp nghiên cứu:

-        Nghiên cứu, phân tích lý thuyết.

-        Phương pháp điều tra khảo sát.

 [1]       CSDL _ Cơ sở dữ liệu

...............................

4.3  Đánh giá:

4.3.1.Giải thuật chương trình:

ü  Ưu điểm:

-        Giải thuật phần mềm dễ dàng nhận diện các đặc trưng và chuyển đổi các đặc trưng đó sang mã NC-code.

-        Cho phép ta bổ sung, loại bỏ các đặc trưng trong chương trình STEP-NC dưới dạng mã ASCII.

-        Hiệu chỉnh được các thông số về công nghệ.

ü  Nhược điểm:

-        Chỉ nhận dạng được các đặc trưng thông qua từ khóa “machining workingstep”.

-        Chỉ chuyển đổi được các đặc trưng tương ứng trong thư viện NC-code. Nếu không có mã lệnh NC-code tương ứng phần mềm sẽ bỏ qua các đặc trưng gia công đó.

-        Do sử dụng các lệnh NC-code chuẩn nên việc chuyển đổi chỉ giới hạn ở các chi tiết 2,5D và phần mềm chỉ áp dụng cho quá trình tiện.

4.3.2.Giao diện phần mềm:

 

ü  Ưu điểm: thể hiện đầy đủ chức năng của một phần mềm chuyển đổi:

-        Mở tập tin chuyển đổi

-        Thể hiện tập tin chuyển đổi ra màn hình

-        Hiệu chỉnh tập tin chuyển đổi

ü  Nhược điểm:

Chỉ thể hiện tập tin chương trình ở dạng mã ASCII, chưa tích hợp hình vẽ của chi tiết gia công.

 

Chương 5

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

5.1 Kết luận:

Đề tài được thực hiện và đạt các mục tiêu đã đặt ra:

-         Nghiên cứu cấu trúc chương trình STEP-NC.

-         Nghiên cứu cấu trúc mã lệnh NC-code

-         Đưa ra giải thuật chuyển đổi chương trình STEP-NC qua mã NC-code.

-         Viết phần mềm chuyển đổi chương trình STEP-NC qua mã NC-code.

Tuy nhiên phần mềm thực hiện vẫn còn giới hạn, cần tiếp tục phát triển các modul khác để phần mềm hoàn thiện hơn.

5.2 Hướng phát triển của đề tài:

-        Xây dựng thêm các đặc trưng gia công trong thư viện NC-code.

-   Mở rộng việc chuyển đổi cho các hệ điểu khiển khác nhau để tăng khả năng chuyển đổi của phần mềm.

-         Mở rộng phần mềm cho quá trình phay.

-         Tích hợp với phần mềm CAM để chuyển đổi các bề mặt phức tạp.