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

Đồ án tốt nghiệp năm 2011
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng chương trình mô phỏng gia công trên máy CNC 3 trục Bridgeport VMC 2216 XV


MỤC LỤC
TRANG BÌA PHỤ Trang
LỜI CAM ĐOAN 1
MỤC LỤC 2
DANH MỤCCÁC TỪ VIẾT TẮT . 6
DANH MỤC CÁC BẢNG 7
DANH MỤC CÁC HÌNH . 8
MỞ ĐẦU 11
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN . 12
1. 1 MÁY BRIDGEPORT VMC 2216 XV 12
1.1.1 Mô tả chung . 12
1.1.2 Các thông số kĩ thuật. 14
1.1.3.1 Khung máy . 15
1.1.3.2 Trục chính . 16
1.1.3.3 Hệ thống chạy dao . 17
1.1.3.4 Sống trượt . 18
1.1.4 Hệ thống động lực . 18
1.1.5 Hệ thống thay dao và chuôi kẹp dao 18
1.1.6 Hệ thống điều khiển . 20
1.2 GIA CÔNG ẢO . 20
1.2.1 Ý nghĩa của gia công ảo . 20
1.2.2 Nhiện vụ của đề tài 21
1.2.3 Những công việc cần thực hiện 22
1.3 Lựa chọn các phần mềm dùng cho mô hình hóa và mô phỏng gia công 22
1.3.1 Lựa chọn phần mềm mô hình hóa 22
1.3.2 Lựa chọn phần mềm mô phỏng gia công 23
CHƯƠNG 2: TẠO MÔ HÌNH LẮP RÁP CAD 3D CỦA MÁY 26
2.1. MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA VIỆC TẠO MÔ HÌNH 26
2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO MÔ HÌNH 26
2.3 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN . 27
2.3.1 Xác định các chi tiết thành phần 27
2.3.2 Xác định hệ tọa độ chung 28
2.3.3 Đo đạc kích thước các chi tiết thành phần 28
2.3.3.1 Kích thước bàn X 28
2.3.3.2 Kích thước bàn Y 29
2.3.3.3 Kích thước bàn Z 30
2.3.3.4 Kích thước bệ máy 30
2.3.3.5 Kích thước trục chính 31
2.3.3.6 Kích thước vỏ máy 31
2.3.3.7 Kích thước đế máy 32
3
2.4. XÂY DỰNG CÁC MÔ HÌNH 3D BẰNG PRO/ENGINEER 4.0 VÀ
XUẤT SANG FILE STL . 32
2.4.1 Xây dựng mô hình bàn X . 32
2.4.2 Xây dựng mô hình bàn Y . 33
2.4.3 Xây dựng mô hình bàn Z . 34
2.4.4 Xây dựng mô hình trục chính . 35
2.4.5 Xây dựng mô hình bệ máy . 36
2.4.6 Xây dựng mô hình đếmáy . 37
2.4.7 Xây dựng mô hình vỏ máy. 38
2.5.8 Xây dựng mô hình mâm chứa dao . 39
2.5 TẠO LẮP RÁP TRONG VERICUT 40
2.5.1 Tạo 1 file mới 40
2.5.2 Hiển thị các hệ tọa độ 41
2.5.3 Tải file cấu hình điều khiển Fanuc 21im 41
2.5.4 Hiển thị Component tree 41
2.5.5 Thêm trục “Z” vào “ Base” 42
2.5.6 Thêm trục chính “ Spindle” vào trục “Z” và “ Tool” vào Spindle” 42
2.5.7 Thêm trục “Y” vào“ Base” và trục “X” vào trục “Y” 42
2.5.8 Cắt Attach(0, 0, 0) và dán vào X(0, 0, 0) . 43
2.5.9 Thêm mâm chứa dao vào “BASE” . 43
2.5.10 Thêm “Enclosure”vào “BASE” và thêm “Door” vào “Enclosure” . 44
2.5.11 Lưu File máy với tên Bridgeport 2216.mch 44
2.5.12 Thêm mô hình “ Base” . 44
2.5.13 Thêm mô hình bàn Y 45
2.5.14 Thêm mô hình bàn X . 45
2.5.15 Thêm mô hình bàn Z 46
2.5.16 Thêm mô hình Spindle 46
2.5.17 Thêm mô hình Tool Chain 47
2.5.18 Thêm đế máy vào “BASE” 47
2.5.19 Thêm mô hình “ Enclosure” . 47
2.5.20 Xác định lại điểm “0” cho máy 48
2.5.21 Kiểm tra vị trí ban đầu mới cài đặt lại cho máy 49
2.5.22 Lưu vào File máy Bridgeport 2216.mch . 49
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH VẬT THỂ VÀ LẬP . 50
3.1XÂY DỰNG MÔ HÌNH VẬT THỂ . 50
3.2 LẬP TRÌNH GIA CÔNG CHI TIẾT 52
3.2.1 Tạo File gia công mới 52
3.2.2 Tạo Manufacturing Model . 52
3.2.2.1 Lắp Model tham chiếu lên hệ thống 52
3.2.2.2 Tạo phôi . 53
3.2.2.3 Tạo gốc tọa độ gia công 53
3.2.3 Thiết lập nguyên công . 54
3.2.3.1 Chọn máy CNC . 54
4
3.2.3.2 Xác định gốc tọa độ gia công 54
3.2.3.3 Xác định mặt phẳng Retract 54
3.2.4 Thiết lập các bước công nghệ 55
3.2.4.1 Thiết lập các thông số cho quá trình phay phá mặt trên của phôi . 55
3.2.4.2 Thiết lập các thông số cho quá trình gia công đường biên . 56
3.2.4.3 Thiết lập các thông số cho quá trình gia công túi rỗng . 58
3.2.4.4 Thiết lập các thông số cho quá trình gia công các lỗ 59
3.2.5 Mô phỏng toàn bộ chương trình . 62
CHƯƠNG 4: VIẾT CHƯƠNG TRÌNH HẬU XỬ LÝ . 63
4.1 TẠO OPTION FILE MỚI 64
4.1.1 Mở File gia công. 64
4.1.2 Mở cửa sổ Options . 64
4.1.3Gọi Modul Gpost. 64
4.1.4 Mở cửa sổ Option File Generator . 65
4.1.5 Tạo một File mới . 65
4.1.6 Tạo máy phay 65
4.1.7 Xác định tên cho Option file là uncx01.p01 . 66
4.1.8 Xác định dạng khởi tạo 66
4.1.9 Đặt tên cho Option File 67
4.1.10 Thiết lập máy phay 3 trục 67
4.1.11 Lưu option File 67
4.2. HIỆU CHỈNH CÁC THIẾT LẬP CHO FILE OPTION. . 68
4.2.1 Chọn đơn vị đo theo hệ Mét (Metric) . 68
4.2.2 Chèn dấu chấm phẩy ( ; ) vào cuối mổi câu lệnh 69
4.2.3 Chèn số hiệu chương trình . 69
4.2.4 Chèn mã an toàn ở đầu chương trình NC . 70
4.2.5 Tách các địa chỉ trong câu lệnh với nhau . 70
4.2.6 Để mã lệnh được xuất ra dùng 2 ký tự số . 71
4.2.7 Thiết lập lượng tăng số hiệu câu lệnh . 72
4.2.8 Bỏ M05 cuối chương trình . 72
4.2.9Chèn M30 ở cuối chương trình . 73
4.2.10 Xác định dạng thông tin kết quả điều hành 73
4.2.11 Xác định kiểu File MCD được xuất ra . 74
4.3 HIỆU CHỈNH THIẾT LẬP CHO CÁC LỆNH DI CHUYỂN DAO . 74
4.3.1 Đối với nội suy cung tròn 75
4.3.2 Xắp sếp lại các mã lệnh theo đúng thứ tự . 75
4.4 HIỆU CHỈNH THIẾT LẬP CHO CÁC LỆNH TỐC ĐỘ TRỤC CHÍNH
VÀ LỆNH THAY DAO 76
4.5 HIỆU CHỈNH CÁC THIẾT LẬP CHOCHU TRÌNH PHAY 76
4.5.1 Xác định các lệnh xuất ra cho các chu trình . 77
4.5.2Khai báo địa chỉ bước Q. . 78
4.5.3 Đăng ký giá trị bước P . 79
4.5.4 Di chuyển Q về sau R, P về sau Q và K về sau F . . 79
5
4.5.5 Chỉ định địa chỉ Q thành đầu ra cho chu trình DEEP cycle 80
4.6 HIỆU CHỈNH MỘT SỐ THIẾT LẬP KHÁC 80
4.6.1 Lệnh bù trừ dao . 80
4.6.2 Thiết lập tốc độ ăn dao lớn nhất và nhỏ nhất 81
4.6.3 Thiết lập tốc độ trục chính lớn nhất và nhỏ nhất . 82
4.6.4 Thiết lập bán kính lớn nhất sẽ được xuất ra trong tập file . 82
4.7 Lưu các thiết lập . 82
4.8 XUẤT CHƯƠNG TRÌNH GIA CÔNG 83
CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG GIA CÔNG TRÊN MÁY . 86
5.1KHỞI ĐỘNG VERICUT 6.2 . 86
5.2 THÊM MÔ HÌNH FIXTURE 86
5.3 THÊM MÔ HÌNH “ STOCK ” . 87
5.4 THÊM MÔHÌNH “ TOOL ” . 88
5.5 TẢI CHƯƠNG TRÌNH GIA CÔNG NC PROGRAM . 88
5.6 XÁC ĐỊNH TỌA ĐỘ GIA CÔNG . 89
5.7 CHẠY THỬ . 92
5.8 LƯU FILE . 93
5.9 KIỂM TRA LỖI . 93
5.9.1 Kiểm tra lỗi gia công . 93
5.9.2 Kiểm tra tình trạng gia công 96
5.9.3 Cách tìm các lỗi xuất hiện . 98
5.9.4Kiếm tra va chạm với các bộ phận của máy 99
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN . 104
6.1KẾT LUẬN . 104
6.2ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 104
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 106


MỞĐẦU
Những tiến bộ mới nhất về mô hình hóa hình học, công nghệ phần mềm, đặc
biệt kỹ thuật đồ họa đã được các nhà sản xuất phầm mềm CAD/CAM ứng dụng
nhanh chóng, cho ra đời các thế hệ phần mềm mỗi ngày một thông minh hơn. Hiện
nay có nhiều phần mềm CAD/CAM chuyên nghiệp thiếtkế và gia công cơ khí như
hệ thốngphần mềm Cimatron, Pro/ENGINEER, Unigraphic, Các phần mềm này
có khả năng xử lý gia công bề mặt phức tạp với độ chính xác cao. Bên cạnh đó, các
phần mềm như Vericut, Simulator, CNC WinUnisoft, có khả năng mô phỏnggia
côngtrên máy công cụ CNC. Bước gia công ảo này giúp các kỹ sư thử chương trình
gia công trước khi cho gia công thật nhằm phát hiện lỗi có thể có trong chương trình
gia côngvà và tối ưu hóa chương trình NC.
Nhằm từng bước áp dụng khả năng mạnh mẽ của công nghệ CAD/CAM vào
dạy và học ở Đại học Nha Trang, chúng tôi chọn đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu xây
dựng chương trình mô phỏng gia công trên máy CNC 3 trục Bridgeport VMC
2216 XV ”. Hy vọng rằng nhữngkết quả đạt được từ đồ án này sẽ giúp ích cho việc
dạy vàhọc một số học phần liên quan đến công nghệ CAD/CAM và CNC tại trường
Đại học Nha Trang.
Mặc dù nguồn tài liệu tham khảochủ yếu là tiếng Anh, nhưng với tinh thần
tích cựcvà nỗ lực hết mình, đến nay chúng tôi đã hoàn thành đồ án. Tuy nhiên do
thời gian và trình độ còn có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong
được sự đóng góp tận tình của Quý thầy cô và các bạn để đồ án của chúng tôi được
hoàn thiện hơn.


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 MÁY BRIDGEPORTVMC 2216 XV
1.1.1Mô tả chung
Máy Bridgeport VMC 2216 XV là dòng máy phay CNC 3 trục được sản xuất
tại Mỹ. Máy này được trang bị cho bộ mônChế tạo máy trường Đại học Nha Trang
nhằm đáp ứng nhu cầu đào tạo gia công CNC của Nhà trường. Về mặt kết cấu cơ
bản máy này cũng gồm đầy đủ các các bộ phận chính mà máy công cụ truyền thống.
Tuy nhiên nó có độ chính xác gia công cao hơn nhiều so với máy truyền thống nên
có một số đặc điểm cấu tạo riêng. Nó có bộ điều khiển bằng máy tính, có bàn phím
nhập dữ liệu và điều khiển máy, có màn hình hiển thị các thông tin và dữ liệu vào ra
cũng như các hình vẽ đồ họa và phần vận hành gia công trên máy. Hình dángbên
ngoài và cấu tạo bên trong của máy được thể hiện trên hình 1.1 và và 1.2.
Hình 1.1. Hình dáng bên ngoài máy phay CNC 3 trục Bridgeport VMC 2216 XV.
13
Hình 1.2. Cấu tạo của máy phay CNC 3 trục BridgeportVMC 2216 XV
khi bỏ vỏ che.
14
1.1.2 Các thông số kĩ thuật.
Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy Bridgeport VMC 2216 XV được thể
hiện trên bảng bảng 1.1.
Bảng 1.1 Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy Bridgeport VMC 2216 XV
Thông số Đơn vị Giá trị
Khoảng dịch chuyển trục X mm 560
Khoảng dịchchuyển trục Y mm 406
Khoảng dịch chuyển trục Z mm 508
Tốc độ dịch chuyển nhanh của trục X&Y m/ph 18
Tốc độ dịch chuyển nhanh của trục Z m/ph 18
Lực dọc trục X&Y kg 771
Lực dọc trục X&Y cực đại cho phép kg 2313
Lực dọc trục Z kg 771
Lực dọc trục Z cực đại cho phép kg 2313
Tốc độ trục chính vòng/ph 6 8000
Công suất trục chính HP 12
Bàn máy (diện tích làm việc) mm 838x356
Trọng lượng phôi lớn nhất bàn máy chịu
được
kg 341
Kích thước bao của máy WxDx
H (m)
2,5x2,6x2,46
Số rãnh chữ T của bàn máy 3
Dẫn động các trục Động cơservo AC
Hệ điều khiển Fanuc 21i
Độ chính xác tính toán mm 0.001
Màn hình Tinh thể lỏng LCD đơn sắc
Thay dao tự động, số lượng dao mang tối đa cái 22
15
1.1.3Một số bộ phận thuộc hệ thống cơ khí của máy
1.1.3.1Khung máy
Khung máy làm chi tiết cơ sở để lắp tất cả các thiết bị và bộ phận khác lên nó
tạo thành máy hoàn chỉnh. Khung máy phải chịu tất cả các tải trọng tĩnh cũng nh ư
động do tác động của lực cắt, do rung động trong quá trình cắt và do khối lượng của
các chi tiết vàbộ phận lắp lên nó cũng như trọng lượng bản thân của nó. Do vậy
khung máy cần phải thỏa mãn hai yêu cầu chính sau nhằm đảm bảo độ chính xác
gia công của máy:
+ Phải đảm bảo đủ độ cứng vững.
+ Phải có khả năng chống và hấp thu rung động.
Với các lý do trên, khung máy được chế tạo bằng gang đúc, có hình khối
rỗng, nhiều gân chịu lực và có kết cấu vững chắc.
Hình 1.3. Cấu tạo khung máy.
16
1.1.3.2Trụcchính
Trụcchính của máy làm việc trong một phạm vi tốc độ rất rộng từ (6 ư 8000
v/ph). Do vậy nó được chế tạo với độ chính xác cao và phải được cân bằng động tốt
để tránh ảnh hưởng của lực quán tính và momen quán tính. Trong lỗ trục có lắp cơ
cấu then kéo (draw bar) để giữ chặt gá dao hoặc đẩy gá dao ra khi thay dao.


TÀI LIỆUTHAM KHẢO
1. Trần Thế San và Nguyễn Ngọc Phương (2009), Hướng dẫn lập trình CNC
trên máy công cụ, Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật, thành phố Hồ Chí
Minh.
2. Lê Trung Thực (2009), Hướng dẫn thực hành Pro/ENGINEER Wildfire 2.0-3.0-4.0, Các phương pháp phay CNC,Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí
Minh.
3. Đoàn Thị Minh Trinh và Nguyễn Ngọc Tâm (2002), Công nghệ Lập trình
gia công điều khiển số, Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật, thành phố Hồ
Chí Minh.
4. Nguyễn Văn Tường (2010), Lậptrình gia công với Pro/ENGINEER Wildfire
4.0,Trường Đại học Nha Trang, Khánh Hòa.
5. Operator's Manual (2000), Vertical Machining Center ( VMC ) With GE
Fanuc 21i Control,Bridgeprot Machines, INC.
6. V6.2 CGTech help (2008), CGTech, Hoa Kỳ.