TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
KHOA CƠ ĐIỆN BÁO CÁO NGHIÊN CỨU
KHOA HỌC

Đề tài:
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM VR-CNC VÀO
TRONG GIẢNG DẠY
Th.s PHẠM VĂN TOẢN
Th.s VI TRUNG KIÊN

Biên Hòa, ngày 16 tháng 06 năm 2012
LỜI NÓI ĐẦU
Trước tiên Nhóm tác giả chân thành cảm ơn sự phối hợp và giúp đỡ nhận được
từ Giáo Sư Yung - Chou Kao trường đại học Cao Hùng – Đài Loan đã gửi tặng phần
mềm cho Khoa Cơ Điện – Trường Đại Học Lạc Hồng
Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của các ngành điện tử, công nghệ thong


CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 4
1.1.Tên đề tài nghiên cứu 4
1.2. Giải pháp kỹ thuật đã biết 4
1.3. Mục đích của nghiên cứu 4
1.4. Nguyên lý chung của giải pháp nghiên cứu 4
CHƢƠNG 2 : CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU CHỦ YẾU TRONG ĐỀ TÀI 4
2.1. Lý thuyết Công nghệ CNC, thiết kế máy CNC trên phần mềm đồ họa solidwork 5
2.1.1. Những định nghĩa cơ bản trên máy CNC 5
2.1.2. Phân loại hệ điều khiển trên máy CNC 6
2.1.3. Các dạng nội suy theo đƣờng thẳng, cung tròn 10
2.2. Cấu trúc của hệ thống VR-CNC 11
2.3. Xây dựng CAD trên phần mềm Solidworks 12
2.4. Phần mềm EON studio 12
2.5. Thực thi việc giao tiếp giữa bộ điều khiển ảo và máy CNC 13
2.6. Xây dựng phiên bản VR-CNC Lạc Hồng version 1.0 (LHU version 1.0) 13
2.7. Xây dựng Lƣu đồ giải thuật 14
2.8. Máy phay CNC thực tế - ảo phiên bản LHU sau khi hoàn tất có giao diện 15
2.8.1 Tính năng đạt đƣợc 15
CHƢƠNG 3: ĐÁNH GIÁ GIẢI PHÁP NGHIÊN CỨU 16
3.1. Tính mới và tính sáng tạo giải pháp dự thị : 16
3.2. Khả năng áp dụng: 16
2

3.3. Hiệu quả 16
3.3.1 Kỹ thuật 16
3.3.2 Kinh tế 16
3.3.3 Xã hội 17
3.4. Mức độ triển khai 17
PHỤ LỤC MINH HỌA 17
4

CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1.1.Tên đề tài nghiên cứu
Nghiên cứu Máy Phay CNC thực tế- ảo (VR-CNC) Phiên bản Lạc Hồng
trên phần mềm (VR-CNC) và ứng dụng vào trong giảng dạy.
1.2. Giải pháp kỹ thuật đã biết
Các phần mềm mô phỏng đã biết nhƣ Catia, mastercam, CNC
simulation …. Nhƣợc điểm của các phần mềm này đều là không có bộ điều khiển
CNC ảo nên làm cho Sinh Viên, công nhân rất khó thao tác trên 1 máy CNC thật
1.3. Mục đích của nghiên cứu
Xây dựng hệ thống máy phay CNC thực tế - ảo (VRCNC) phiên bản
VRCNC Lạc Hồng, mô phỏng quá trình điều khiển và gia công giống hệt một
máy CNC thực tế[1]. Tạo điều kiện rất lớn đối với những trƣờng đại học, cao
đẳng không có khả năng trang bị những máy CNC đắt tiền cho sinh viên thực tập,
giúp các công ty xí nghiệp giảm thiểu việc đào tạo lại tay nghề cho ngƣời vận
hành máy, tiết kiệm đƣợc chi phí và thời gian rất lớn.
1.4. Nguyên lý chung của giải pháp nghiên cứu
Ngôn ngữ lập trình
Visual Basic để thực
hiện việc Giao tiếp
giữa bộ điều khiển và
máy CNC
Xây dựng CAD
(Máy CNC ảo đƣợc thiết

6 Hình 2.2. Hệ tọa độ và chiều chuyển động của các trục trên máy CNC
Theo quy ƣớc chung, phƣơng của trục chính của máy là phƣơng của trục OZ, còn
chiều dƣơng của nó đƣợc quy ƣớc khi dao tiến ra xa chi tiết. Ví dụ, với máy tiện 2D thông
thƣờng thì trục chính của nó nằm ngang và trùng với phƣơng OZ của hệ tọa độ, chiều
dƣơng của nó hƣớng ra khỏi ụ động trục chính. Phƣơng chuyển động của bàn xe sao theo
hƣớng kính là phƣơng OX và chiều dƣơng của nó là hƣớng ra xa bề mặt chi tiết gia công.
Đối với máy phay thẳng đứng, trục Z hƣớng theo phƣơng thẳng đứng lên trên, còn trục X
và trục Y đƣợc xác định theo quy tắc bàn tay phải, tuy nhiên trong thực tế các nhà chế tạo
máy lại thƣờng ƣu tiên chọn trục X là trục mà có chuyển động bàn máy dài hơn… Đối với
các chuyển động quay xung quanh các trục tƣơng ứng X, Y, Z đƣợc xác định bằng các địa
chỉ ký hiệu A, B, C. Và đƣợc xác định là dƣơng khi chiều quay đó có hƣớng thuận chiều
kim đồng hồ khi nhìn theo chiều dƣơng của các trục tƣơng ứng ( khi nhìn vào gốc của hệ
trục tọa độ từ phía các trục thì chiều quay của chúng là ngƣợc chiều kim đồng hồ). Ngoài
ra còn có một số chuyển động phụ song song với các trục tƣơng ứng với các trục X, Y, Z
là các địa chỉ U, V, W và hƣớng của chúng đƣợc biểu diễn trên hình 2.2
2.1.2. Phân loại hệ điều khiển trên máy CNC
2.1.2.1 Điều khiển theo điểm
Điều khiển theo điểm đƣợc ứng dụng khi gia công theo các tọa độ xác định đơn
giản. Dao sẽ thực hiện chạy dao nhanh đến các điểm đã đƣợc lập trình, trong hành trình
7

này dao không cắt vào chi tiết. Chỉ khi đạt tới các điểm đích, quá trình gia công mới đƣợc
thực hiện theo lƣợng chạy dao đã lập trình
Các trục có thể có chuyển động kế tiếp nhau hoặc tất cả các trục có thể có chuyển
động đồng thời, giữa chúng không có mối quan hệ hàm số giữa các trục. Khi các trục có
chuyển động đồng thời hƣớng của chuyển động tạo thành góc 45
o

Bằng điều khiển theo đƣờng viền ta có thể tạo ra các đƣờng viền hoặc đƣờng thẳng
tùy ý trong một mặt phẳng hoặc không gian. Điều này đạt đƣợc nhờ chuyển động
đồng thời của các bàn trƣợt máy theo 2 hoặc nhiều trục và giữa các trục này có mối
liên hệ hàm số.
8

Tùy theo số lƣợng các trục đƣợc điều khiển đồng thời mà điều khiển đƣờng viền
đƣợc chia thành: Điều khiển 2D, điều khiển 2D1/2, điều khiển 3D và điều khiển
nhiều hơn 3 trục điều khiển đồng thời.
Điều khiển 2D: Điều khiển 2D cho phép thực hiện một đƣờng viền nào đó của
dụng cụ cắt trong một mặt phẳng gia công. Trục thứ 3 đƣợc điều khiển độc lập với
2 trục kia.
Điều khiển 2D1/2: Dạng điều khiển này cho phép thực hiện các chuyển động của
dụng cụ cắt theo mặt phẳng XOY hoặc XOZ. Nhƣ vậy thông qua các chức năng G
code trong chƣơng trình NC ta có thể chuyển từ bề mặt X-Y sang mặt phẳng X-Z.
x
z
x
Y
z

Gia c«ng trong
mÆt ph¼ng X/Z
Gia c«ng trong
mÆt ph¼ng X/Y
z
Y
X
§iÒu khiÓn 2
1
2.1.3. Các dạng nội suy theo đƣờng thẳng, cung tròn M(10/10)
KA( 20/36.28)
KE( -10/-12.36)
Y
X
Hø¬ng ch¹y
-J
-I
10
10
-10
N100G03X-10Y-12.36
I-10J26.28F100
-10
M(10/10)
KA(-10/32.36)
KE( 20/-18.28)
Y
X
Hø¬ng ch¹y
-J
+I
10
-10
N70G02X20Y-18.28

Hình 2.12 Cấu trúc hệ thống VR-CNC[2] 12 2.3. Xây dựng CAD trên phần mềm Solidworks
Những hình ảnh đồ họa trong máy đƣợc xây dựng bằng phần mềm
Solidworks. Hình2.13 diễn tả quá trình phác họa các chi tiết cho máy VCNC[3].
Từng chi tiết đƣợc thiết kế và đo đạc kỹ lƣỡng trƣớc khi hệ thống đƣợc lắp ráp
hoàn chỉnh [4]. Hình 2.13 Xây dựng CAD trong phần mềm Solidwork

2.4. Phần mềm EON studio
Mô hình đƣợc đƣa vào xử lý về ánh sáng và từng lớp cấu trúc thiết lập
trong môi trƣờng EON [5]. Hình 2.14 và hình 2.15 hiển thị mô hình CAD trƣớc và
sau khi đƣợc xử lý.
Hình 2.14 Trước khi xử lý
Hình 2.15 Sau khi đã xử lý
13

2.5. Thực thi việc giao tiếp giữa bộ điều khiển ảo và máy CNC
Việc thực thi toàn bộ hệ thống giữa màn hình giao diện và bộ điều khiển
trong việc nghiên cứu đƣợc thông qua thƣ viện EONX 3.0 Type. Thƣ viện này
cho phép gán vào trong cửa sổ mô phỏng của giao diện ảo trong chƣơng trình
Microsoft Visual Basic 6.0. Giao tiếp giữa bộ điều khiển và giao diện ảo đƣợc đƣa
vào biên dịch lớp cấu trúc dữ liệu. Dữ liệu đã phân tích đƣợc chuyền từ bộ điều
khiển ảo vào giao diện ảo cho máy VRCNC thông qua thƣ viện EONX Type[6] ,
14

2.7. Xây dựng Lƣu đồ giải thuật
Trong hình 2.17 khắc họa chƣơng trình thực thi tự động câu lệnh trong
chƣơng trình. Hệ thống tọa độ của máy cần phải hợp nhất với hệ tọa độ của
phôi[8].

Hình 2.17 Lưu đồ thể hiện các bước thực thi chương trình tư động

15

2.8. Máy phay CNC thực tế - ảo phiên bản LHU sau khi hoàn tất có giao diện
Hình 2.18 Máy phay CNC thực tế - ảo Phiên bản Lạc Hồng LHU version 1.0
2.8.1 Tính năng đạt đƣợc
- Máy CNC ảo hoạt động trên phần mềm giống hệt nhƣ máy CNC thực tế
- Sinh viên sau khóa học với máy CNC thực tế - ảo đa phần có thể thực
thi gia công sản phẩm ngay trên máy thực tế
Chi phí đầu tƣ
1000 000 000 VNĐ
(một tỷ đồng)
60 000 000 VNĐ
(sáu mƣơi triệu đồng)

Qua bảng trên ta thấy rõ đƣợc lợi ích về kinh tế khi chúng ta đào tạo sinh
viên, học viên trên phần mềm máy phay CNC thực tế - ảo phiên bản lạc hồng.

17

3.3.3 Xã hội
Tác động tích cực đến xã hội vì không gây ra tiếng ồn nhƣ sử dụng máy
CNC thực tế, vận hành máy CNC ảo trong phòng học mà hiệu quả học cũng
tƣơng đƣơng với khi ra công xƣởng vận hành máy, Với phiên bản Lạc Hồng giao
diện bằng tiếng việt cho nhiều ngƣời không biết tiếng anh cũng có thể học cách
vận hành đƣợc máy CNC.
3.4. Mức độ triển khai
Đã chạy thử nghiệm thành công và đƣa vào ứng dụng giảng dạy trong
trƣờng Đại Học Lạc Hồng bắt đầu từ tháng 9 năm 2011
Máy phay CNC thực tế - ảo đã hoạt động ổn định và có chức năng mô
phỏng gần giống nhƣ một máy CNC thực tế.
PHỤ LỤC MINH HỌA
(Tài liệu hƣớng dẫn sử dụng máy phay CNC thực - tế ảo + bài báo tham khảo đính kèm
theo )

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Yung-Chou Kao, Cheng-An Fang, Chang-Yean Wu, “ Development on Virtual 5-
Axis Milling Machine Tool” Journal of the Chinese Society of Mechanical
Engineers, Vol.27, No.6, pp.809~815(2006)