Ứng dụng phần mềm UCCNC và Vectrics Aspire 8.5 trong lập trình gia công trên máy khắc gỗ CNC

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (583.77 KB, 10 trang )

<span class=’text_page_counter’>(1)</span><div class=’page_container’ data-page=1>

1185
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM UCCNC VÀ VECTRICS ASPIRE 8.5 TRONG LẬP

TRÌNH GIA CƠNG TRÊN MÁY KHẮC GỖ CNC

Nguyễn Thị Thanh Vi
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng

Liên hệ email:

TÓM TẮT

Hiện nay, máy CNC (Computer(ized) Numerical(ly) Control(led) – điều khiển bằng máy
tính) đóng vai trò quan trọng, đặc biệt là trong lĩnh vực khắc chế gỗ. Tuy nhiên, các cơ sở sản xuất
hầu như chưa khai thác hết khả năng công nghệ này. Nguyên nhân là do khả năng lập trình, việc lập
trình đặc biệt gặp khó khăn khi gia công trên máy 4 hoặc 5 trục. Nghiên cứu khả năng mở rộng chức
năng các phần mềm CAD hoặc CAD/CAM hiện có trong sự kết nối với các phần mềm khác để tạo ra
một môi trường tự động hóa thiết kế và cơng nghiệp ngày càng được quan tâm. Trong bài báo này, tác
giả đưa ra khả năng kết hợp giữa Vectrics Aspire 8.5 với UCCNC để điều khiển gia công trên máy
khắc gỗ CNC. Kết quả đạt được bao gồm chương trình điều khiển, xuất code gia công trên Vectrics
Aspire 8.5 và truyền dữ liệu từ UCCNC đến máy CNC để gia cơng.

<i>Từ khóa: CAD/CAM, CNC khắc gỗ, G-Codes, UCCNC,Vectrics Aspire 8.5 </i>

<i>Nhận bài: 15/11/2018 </i> <i> Hoàn thành phản biện: 30/12/2018 </i> <i> Chấp nhận bài: 15/01/2019 </i>

1. MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật đã thúc
đẩy các ngành công nghiệp sản xuất tự động phát triển theo, đặc biệt trong ngành điêu khắc
gỗ. Trước đây, khi chưa có cơng nghệ CNC thì việc chạm khắc gỗ, điêu khắc các mẫu họa

tiết trên gỗ được làm bằng tay nhưng giờ đây dưới sự hỗ trợ của cơng nghệ CAD/CAM/CNC
thì ngành mỹ nghệ về gỗ đã được đưa lên một tầm cao mới, có thể tạo ra mọi tác phẩm nghệ
thuật trên gỗ với độ chính xác rất cao và thời gian rất nhanh. Máy khắc gỗ CNC vận hành dễ
dàng, hoạt động mạnh mẽ, liên tục trong thời gian dài và chất lượng thành phẩm sau gia
công không phụ thuộc tay nghề của người thợ như các phương pháp gia công khác (Báo
Quảng Bình, 2018). Tuy nhiên, đi cùng với nó cần phải tối ưu hoá trong cách sử dụng các
phần mềm CAD/CAM/CNC đi kèm để đạt được kết quả tốt nhất, phải nắm bắt các ứng dụng
vẽ trên máy.

</div>
<span class=’text_page_counter’>(2)</span><div class=’page_container’ data-page=2>

tiết trên gỗ được làm bằng tay nhưng giờ đây dưới sự hỗ trợ của cơng nghệ CAD/CAM/CNCthì ngành mỹ nghệ về gỗ đã được đưa lên một tầm cao mới, có thể tạo ra mọi tác phẩm nghệthuật trên gỗ với độ chính xác rất cao và thời gian rất nhanh. Máy khắc gỗ CNC vận hành dễdàng, hoạt động mạnh mẽ, liên tục trong thời gian dài và chất lượng thành phẩm sau giacông không phụ thuộc tay nghề của người thợ như các phương pháp gia công khác (BáoQuảng Bình, 2018). Tuy nhiên, đi cùng với nó cần phải tối ưu hoá trong cách sử dụng cácphần mềm CAD/CAM/CNC đi kèm để đạt được kết quả tốt nhất, phải nắm bắt các ứng dụngvẽ trên máy.

(2)

1186
giúp giảm thời gian thiết kế cũng như sử dụng lại các mẫu đã có trên thị trường. Sau khi
hồn thành việc thiết kế thì bạn có thể trực tiếp gia cơng trên Vectrics Aspire 8.5 sau đó phần
mềm sẽ tự xuất Gcode để chuyển vào máy CNC gỗ để thực hiện q trình gia cơng hoàn
chỉnh nhất (Brian Moran và Tony McKenzie, 2016).

Ngoài ra, đối với các máy CNC sử dụng hiện nay chủ yếu có các tủ điều khiển cồng
kềnh đi kèm hoặc với các máy CNC mini, phần thiết kế trên máy tính riêng biệt, sau đó cần
phải cóp dữ liệu vào USB rồi mới đưa vào máy điều khiển (Báo mới, 2018). Như vậy sẽ rất
mất thời gian để hoạt động. Cho nên việc nhúng và cài đặt hệ thống máy tính trực tiếp vào hệ
thống máy CNC giúp ứng dụng cho các doanh nghiệp nhỏ, nơi mà có rất ít diện tích để đặt
hệ thống máy lập trình. Khi dữ liệu và hệ thống máy được thiết lập ngay trên máy tính, mọi
thứ sẽ trở nên đơn giản hơn. Chính vì vậy, ứng dụng phần mềm Vectrics Aspire 8.5 kết hợp
phần mềm UCCNC sẽ cho phép thực hiện việc thiết lập bản vẽ của chi tiết máy, chọn phôi,
vật liệu, dao cụ và kiểu chạy dao… trên phần mềm Vectrics Aspire 8.5, sau đó chuyển tập tin
gia cơng trực tiếp vào giao diện phần mềm UCCNC trên cùng một máy tính để điều khiển
máy CNC.

2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Giới thiệu phần mềm UCCNC

UCCNC là một phần mềm điều khiển máy. Phần mềm này kết nối với bộ điều khiển
chuyển động bên ngồi thơng qua một kết nối cổng USB hoặc kết nối ethernet (phụ thuộc
vào mơ hình bộ điều khiển chuyển động) của một máy tính cá nhân (PC) và thơng qua một
giao diện ứng dụng phần mềm (API) được tích hợp vào phần mềm (UCCNC, 2017).

UCCNC điều khiển máy CNC, ứng với từng loại máy mà ta sử dụng các bộ điều
khiển UC100 hoặc UC300 hoặc UC400ETH để kết nối.

<i> Hình 1. Giao diện phần mềm UCCNC </i>

2.2. Giới thiệu phần mềm Vectrics Aspire 8.5

</div>
<span class=’text_page_counter’>(3)</span><div class=’page_container’ data-page=3>

(3)

1187
kỹ thuật số vào các mơ hình hỗ trợ 3D chi tiết và sau đó tính 3D gia cơng thơ và hồn thiện
đường chạy dao để cắt chính xác các hình dạng (Brian Moran và Tony McKenzie, 2016).

<i> Hình 2. Giao diện phần mềm Vectrics Aspire 8.5 </i>

2.3. Phương pháp nghiên cứu

Trong bài báo này, tác giả đi vào nghiên cứu việc tạo chương trình điều khiển và xuất
code trên phần mềm Vectrics Aspire 8.5 và truyền tải dữ liệu để tiến hành gia công từ phần
mềm UCCNC đến máy CNC.

Trong ứng dụng phần mềm Vectrics Aspire 8.5, tác giả ứng dụng nó để tạo điêu khắc
mẫu logo của Trường Đại học Nơng Lâm Huế (Hình 3).

<i>Hình 3. Logo Trường Đại học Nông Lâm Huế. </i>

Tác giả sử dụng các thanh cơng cụ sẵn có của phần mềm, đặc biệt là phần hỗ trợ tạo

nhanh khối 3D [3], đây là một tính năng mới đặc biệt hơn so với các phần mềm khác, chẳng
hạn như: Mastercam, NX, Cimatron… (Trần Cơng Chính, 2010).

</div>
<span class=’text_page_counter’>(4)</span><div class=’page_container’ data-page=4>

nhanh khối 3D [3], đây là một tính năng mới đặc biệt hơn so với các phần mềm khác, chẳnghạn như: Mastercam, NX, Cimatron… (Trần Cơng Chính, 2010).

(4)

1188
<i>Hình 4. Tạo phân vùng làm việc </i>

Đầu tiên chúng ta chèn các hình ảnh, logo sẵn có và tạo các thành phần cho nó mà
khơng cần phải thiết kế lại. Logo Đại học Nơng Lâm Huế (kích thước 250mm x 170mm x
100mm) đã được dễ dàng chèn vào (Hình 5).

<i>Hình 5. Hình ảnh logo được chèn vào </i>

Phần mềm Vectrics Aspire 8.5 cho phép tạo mẫu 3D được một cách nhanh chóng.
Trong bước tạo các nguyên công gia công (Toolpaths) sẽ cho phép chọn dao, đường chạy
dao, các nguyên công gia công,… và xuất code. Tại đây cần phải nghiên cứu chia ra các
bước thực hiện các nguyên công để tạo ra sản phẩm được đều, đẹp, đạt độ chính xác.

Sau những nghiên cứu, tác giả đã đưa ra các bước nguyên công gồm: phay thô nhiều
lớp vật liệu khi cần phay theo phương Z lớn, chọn “Select Roughing tool”, với vật liệu gia
cơng Wood (gỗ), hình dạng dao End Mill (dao phay ngón), đường kính dao cần phải chú ý
đến đơn vị đo Metric Tools (mm) hay Inch Tool (đơn vị đo của Anh) (Hình 6); phay bằng
mũi dao Ball Nose (dao phay cầu) với các thông số như: Diameter (đường kính dao),
Included Angle (A) (góc mũi dao), stepdown (bước giảm), stepover (bước ăn dao ngang) và
cuối cùng để chi tiết thu được sắc nét và mịn màng hơn, tiến hành phay bằng mũi dao small
V – Bit 6 mm 90 độ (dao mũi V). Thông số Stepover (bước ăn dao ngang) ta chọn càng nhỏ
thì bề mặt chi tiết gia công càng mịn nhưng thời gian gia công càng lâu. (Brian Moran và
Tony McKenzie, 2016).

+ Khai báo phôi (Material Setup) (cài đặt vật liệu) (Hình 7) với chiều dày phôi
(Materal Thickness).

</div>
<span class=’text_page_counter’>(5)</span><div class=’page_container’ data-page=5>

(5)

1189
<i> Hình 6. Tool Database. </i>

<i> </i> <i> Hình 7. Material Setup. </i> <i> Hình 8. Toolpaths. </i>

Phần mềm này cũng góp phần cho chúng ta mơ phỏng gia công trong thực tế để điều
chỉnh kết quả cho phù hợp. Để lưu lại kết quả ta vào File > Save as > đặt tên file:
giacong.crv3d. Những tập tin được lưu trữ với dung lượng thấp, đây là điểm mạnh của phần
mềm này so với các mềm khác. Khi cần gia cơng, ta có thể lựa chọn xuất sang các tập tin gia
cơng tương thích với nhiều dòng máy điêu khắc khác nhau.

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Lập trình xuất code gia công với Vectrics Aspire 8.5

Với việc thực hiện các thao tác như trên, ta nhận được chương trình mơ phỏng hồn
chỉnh, ta có được chương trình NC mã G với khoảng hơn 100.000 câu lệnh.

Phần mềm Vectrics Aspire 8.5 cho phép thiết kế và tự động biên dịch chương trình
điều khiển máy gia công tự động, được viết dưới dạng mã lệnh M-G code.

Dưới đây là chương trình được xuất ra từ tập tin gia công với phần mềm Vectrics Aspire 8.5
Chương trình:

</div>
<span class=’text_page_counter’>(6)</span><div class=’page_container’ data-page=6>

(6)

1190
T1M06

G00G43Z20.000H1
S12000M3

G94

G00X0.000Y0.000F1270.0
G00X0.989Y0.324Z6.000
G1X0.989Y0.324Z-0.125F508.0
G1X249.011Y0.324Z-0.125F381.0
G1X249.011Y0.424Z-0.125
G1X0.989Y0.424Z-0.125
……..

G1X68.844Y109.241Z-2.000
G00X68.844Y109.241Z6.000
G00Z20.000

G00X0.000Y0.000
M09

M30

Với Vectrics Aspire 8.5 ta có thể gia công ảo để thấy sự gia cơng có chính xác hay
không trước khi đưa vào thực tế sản xuất của máy.

<i>Hình 9. Mơ hình 2D </i>

</div>
<span class=’text_page_counter’>(7)</span><div class=’page_container’ data-page=7>

(7)

1191
Sau khi tiến hành chọn loại dao, cài đặt thông số dao, kiểu chạy dao, độ dày phôi, …
kết quả thu được như sau:

<i>Hình 11. Mơ hình 3D sau khi gia cơng bằng mơ phỏng ảo. </i>

3.2. Truyền dữ liệu từ phần mềm UCCNC đến máy CNC để gia công

Để truyền từ phần mềm UCCNC đến các máy CNC để gia công, chúng ta sử dụng cáp
UC100 để kết nối. UC100 góp phần thay thế cho kết nối thông qua cổng LPT mà giúp giao
tiếp nhanh với bộ đệm dữ liệu cho hoạt động mạnh mẽ và ổn định hơn. Để thiết lập đầu vào
và đầu ra, đặt số cổng pin = 1 và số pin là giống như trong một cổng LPT (UCCNC, 2017).

<i>Hình 12. Cáp UC100. </i>

</div>
<span class=’text_page_counter’>(8)</span><div class=’page_container’ data-page=8>

(8)

1192
Sau khi tiến hành cài đặt xong UC100, ta tiến đến cài đặt các thông số trên phần
mềm điều khiển UCCNC. Để có thể truyền và nhận được tín hiệu đến máy gia công CNC,
các tham số đã thiết lập trên máy CNC cũng phải được thiết lập tương ứng trên phần mềm
UCCNC.

UCCNC có thể kết nối với nhiều loại máy khắc gỗ CNC khác nhau. Máy CNC khắc
gỗ được chọn ở đây là máy CNC mini STEPCRAFT. Tác giả đã tiến hành điều chỉnh thông
số để điều khiển máy CNC trên phần mềm UCCNC như sau:

+ Cài đặt tham số cho STEPCRAFT

+ Tiến hành một số cài đặt cho các trục X, Y, Z; Spindle; I/O setup, Hotkeys, … vào
tab “Configuration”.

<i>Hình 14. Cài đặt trục X </i>

<i>Hình 15. Cài đặt I/O </i>

<i>Hình 16. Cài đặt Hotkeys. </i>

</div>
<span class=’text_page_counter’>(9)</span><div class=’page_container’ data-page=9>

(9)

1193
Mở tệp cần gia công bằng nút “Load File” trong màn hình chính. Sau đó chọn nút
“Cycle Start”. Hình ảnh trên phần mềm UCCNC sẽ tương ứng như trên máy CNC. <i> </i>

<i> </i> <i> </i>

<i>Hình 17. Logo trước và sau gia công. </i>

4. KẾT LUẬN

Đối với các máy CNC nói chung và máy CNC khắc gỗ nói riêng, để viết các chương
trình gia cơng các bề mặt có biên dạng phức tạp sẽ gặp rất nhiều khó khăn, tốn nhiều thời
gian và cơng sức, đơi khi khơng đảm bảo được độ chính xác theo u cầu và thậm chí khơng
thể thực hiện được. Với bài báo này đã hồn thành việc tạo chương trình điều khiển và xuất
code gia công trên phần mềm Vectrics Aspire 8.5 trong việc gia công điêu khắc logo của Đại
học Nông Lâm Huế mà đã được làm một cách đơn giãn hơn nhờ vào chức năng tạo mẫu 3D
của phần mềm, việc lập trình cho các bề mặt gia công phức tạp trở nên dễ dàng hơn, tiết
kiệm thời gian cho quá trình sản xuất, đảm bảo độ chính xác gia cơng, nâng cao năng suất và
giá thành của sản phẩm. Việc kết hợp Vectrics Aspire 8.5 và UCCNC cũng đã góp phần
truyền dữ liệu trực tiếp từ máy tính đến các máy điêu khắc gỗ CNC để gia công. Sự kết hợp
giữa UCCNC và Vectrics Aspire 8.5 là một sự đột phá mới cho nền công nghiệp nước nhà,
giúp cho việc gia công CNC đơn giản hơn.

LỜI CẢM ƠN

Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ phát triển Khoa học và Công nghệ của Trường
Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng trong đề tài có mã số T2018-06-101.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Tài liệu tiếng Việt

<i>Báo Quảng Bình. (09/04/2018). Thổi hồn gỗ bằng công nghệ CNC. Khai thác từ: </i>

<i>Trần Cơng Chính. (2010). Ứng dụng phần mềm mastercam tạo lập chương trình để gia cơng chi tiết </i>

<i>có bề mặt phức tạp trên máy phay cnc – arimony. Thái Nguyên: NXB Đại học Kỹ thuật Công </i>

nghiệp, Đại học Thái Nguyên, 42-44.

<i>Báo mới. (24/11/2018). Mơ hình khởi nghiệp độc đáo của thanh niên xứ dừa. Khai thác từ: </i>

2. Tài liệu tiếng nước ngoài

<i>Vectrics – Tony McKenzie and Brian Moran (2016). Aspire V8.5 User Manual. United Kingdom </i>

<i>(Redditch in the West Midlands): UK CAD/CAM company, 230-301. </i>

<i>UCCNC. (2017). UCCNC software installation and user’s guide. Hungary: CNCdrive Kft. Company, </i>

</div>
<span class=’text_page_counter’>(10)</span><div class=’page_container’ data-page=10>

(10)

1194
APPLYING UCCNC AND VECTRICS ASPIRE 8.5 IN MANUFACTURING ON

CNC WOOD ENGRAVING MACHINE

Nguyen Thi Thanh Vi
Da Nang University – University of Technology and Education

Contact email:

ABSTRACT

<i>Nowadays, CNC – Computer(ized) Numerical(ly) Control(led) – machines play an important </i>
role, especially in the woodworking industry. However, current manufacturing facilities do not fully
exploit the technological capabilities of this technology. The main reason is the programmability,
programming is particularly difficult when machined on 4 or 5 axis machines. On this subject,
research for the scalable functionality of existing CAD or CAD/CAM software in connection with
other ones to enable to create an automatic and industrial design environment has been an increasing
interest. In this paper, we introduce a novel combination between Vectrics Aspire 8.5 and UCCNC to
control the machining on CNC wood engraving machines. The obtained results include program
control and exportation of codes on the Vectrics Aspire 8.5, and data transfer from the UCCNC to the
CNC machine for machining.

<i>Key words: CAD/CAM, CNC wood engraving machines,G –Codes, UCCNC, Vectrics Aspire 8.5. </i>

</div>

<!–links–>