Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG NHẬN DIỆN PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG TỪ MÔ HÌNH VẬT THỂ RẮN 3D DEVELOPMENT OF AUTOMATIC RECOGNITION SYSTEM OF MACHINING OPERATION FROM 3D SOLID MODEL Phùng Xuân Lan1a, Hoàng Vĩnh Sinh1b, Trương Hoành Sơn1c, Trần Văn Địch1d Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Việt Nam a lan.phungxuan@hust.edu.vn, bsinh.hoangvinh@hust.edu.vn c son.truonghoanh@hust.edu.vn, ddich.tranvan@hust.edu.vn TÓM TẮT Bài báo trình bày phương pháp hiệu cho phép tự động nhận diện phương pháp gia công từ mô hình vật thể rắn 3D Hệ thống nhận diện đối tượng gia công không kích thước hình học mà yêu cầu kỹ thuật chi tiết dung sai chất lượng bề mặt gia công Trên sở đó, phương pháp gia công lựa chọn cho đối tượng gia công Hệ thống nhận diện tích hợp thành công phần mềm SolidWorks đánh giá qua ví dụ cụ thể Từ khóa: nhận diện tự động, lập quy trình công nghệ, yêu cầu kỹ thuật, phương pháp gia công ABTRACT This paper presents an effective method for automatically recognizing the machining operation from 3D solid model The system can recognize not only the geometry data but also the engineering requirements such as tolerance and surface finish Based on this data, the machining operations are recognized for each machining feature The recognition system is successfully implemented in SolidWorks and evaluated by an example Keywords: automatic recognition, process planning, engineering requirement, machining operation ĐẶT VẤN ĐỀ Trong sản xuất đại mà tính linh hoạt sản phẩm tính cạnh tranh sản xuất ngày tăng hệ thống tích hợp CIM xem hướng hiệu để tăng suất, chất lượng giảm giá thành sản phẩm Thiết kế quy trình công nghệ có trợ giúp máy tính (CAPP) cầu nối quan trọng thiết kế gia công dòng tích hợp Tuy nhiên, vấn đề đặt làm để mô-đun CAPP hiểu đối tượng hình học từ mô hình vật thể rắn xây dựng mô-đun CAD Mô hình CAD chứa chi tiết thông tin hình học chi tiết gia công, nhiên thông tin gia công dùng trực tiếp lĩnh vực sản xuất lập quy trình công nghệ Hơn nữa, đa phần phần mềm CAD/CAM thương mại không tích hợp chưa tích hợp đầy đủ công cụ cho phép nhận diện đối tượng gia công Để giải vấn đề tạo mối giao tiếp CAD CAPP, việc xây dựng công cụ cho phép tự động nhận diện đối tượng gia công từ mô hình vật thể rắn 3D vấn đề quan trọng cần phải quan tâm xây dựng mô-đun CAPP tích hợp phần mềm CAD/CAM thương mại Trong khoảng thập niên trở lại đây, CAPP thu hút tập trung nhiều nhà nghiên cứu [1] Đa phần nghiên cứu tập trung vào vấn đề bóc tách nhận diện đối tượng Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV gia công phương diện hình học [2-3] Tuy nhiên việc nhận diện yêu cầu kỹ thuật thực tay cách gián tiếp thông qua macro [4] Để việc nhận diện tự động toàn diện, bên cạnh việc bóc tách thông số hình học yêu cầu kỹ thuật thiếu Nhóm tác giả đề xuất phương pháp cho phép tự động nhận diện phương pháp gia công tích hợp phần mềm CAD/CAM thương mại cụ thể SolidWorks sở tự động bóc tách liệu hình học yêu cầu kỹ thuật trực tiếp từ mô hình vật thể rắn 3D XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP 2.1 Sơ đồ thực Sơ đồ bước nhận diện phương pháp gia công thể hình Từ mô hình vật thể rắn 3D xây dựng phần mềm CAD/CAM thương mại, trước hết cần phải bóc tách thông số tạo yêu cầu kỹ thuật liên quan đến chất lượng bề mặt độ xác gia công Quá trình nhận diện đối tượng gia công thiết lập sở liệu bóc tách Một trình nhận diện phương pháp gia công sở luật xây dựng dựa vào đối tượng gia công nhận diện yêu cầu kỹ thuật liên quan đến trình gia công Toàn trình tiến hành hoàn toàn tự động tất kết xử lý trung gian kết nhận diện lưu vào Microsoft SQL Server, phần mềm quản lý liệu chuyên nghiệp Sau nhận diện phương pháp gia công cho đối tượng hình học, ta xây dựng kết nối tự động CAD CAPP Các mô-đun CAPP sử dụng liệu đầu vào để tiến hành bước xử lý lựa chọn dụng cụ cắt hay thứ tự gia công Bóc tách thông số tạo hình Nhận diện đối tượng gia công Nhận diện phương pháp gia công Các bước xử lý quy trình công nghệ tiếp sau Mô hình vật thể rắn 3D Bóc tách thông số công nghệ Lưu kết trung gian kết nhận diện vào Microsoft SQL Server Hình Sơ đồ trình nhận diện phương pháp gia công 2.2 Quá trình bóc tách liệu thông số tạo hình Trước tiên, với đối tượng hình học cần phải thực bước bóc tách liệu thông số tạo hình Để hiểu đầy đủ cách thức tạo hình đối tượng, cần thiết phải bóc tách loại liệu khác bao gồm: Dạng đối tượng: Định dạng thực tế đối tượng hình học đơn Loại vẽ phác: Một số luật đưa để nhận diện hình vẽ phác (sketch) hình tròn, hình chữ nhật, hình đa cạnh hay dạng hình tự do… Hướng tạo hình: Xác định hướng tạo hình từ hình vẽ sketch Dạng điều kiện bao: Việc xác định điều kiện bao tương tự với việc xác định đối tượng kín hay hở thông hay không thông tùy thuộc vào việc xác định hướng tiếp cận dụng cụ cắt với đối tượng Dạng vát: Một đối tượng gia công không vát, vát theo hướng âm hay hướng dương Dạng đảo: Sự tồn đảo đối tượng gia công làm thay đổi phương pháp gia công thường áp dụng với đối tượng gia công đảo 10 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hướng mở đối tượng: Mục đích việc xác định đặc điểm đối tượng xét đến vec tơ pháp tuyến mặt phẳng vẽ sketch so với hướng mở đối tượng Toàn liệu mã hóa sử dụng đầu vào cho bước nhận diện đối tượng gia công đối tượng khác lỗ Thông số hình học lỗ: Với đối tượng dạng lỗ xây dựng từ chức HoleWzd SolidWorks ta dễ dàng bóc tách 25 thông số khác cách sử dụng hàm GetDefinition đối tượng WizardHoleFeatureData2 2.3 Quá trình nhận diện đối tượng gia công Quá trình nhận diện đối tượng gia công gồm hai thuật toán nhận diện khác nhau: thứ nhận diện đối tượng khác lỗ, thứ hai nhận diện đối tượng dạng lỗ Từ liệu bóc tách đối tượng luật xây dựng để nhận diện đối tượng gia công Với đối tượng khác lỗ, liệu bóc tách bước đầu vào hệ thống Kết nhận diện cho biết dạng đối tượng gia công hốc, rãnh, bậc hay khối, đồng thời cho biết điều kiện đối tượng kín hay hở, thông hay không thông hình dáng đối tượng dạng chữ nhật hay tròn…Với trường hợp đối tượng dạng lỗ, tùy vào việc số loại thông số 25 thông số bóc tách để nhận diện Bảng đưa hai ví dụ luật nhận diện cho hai trường hợp đối tượng dạng lỗ khác lỗ Bảng Một số luật nhận diện đối tượng gia công Nhận diện đối tượng khác lỗ Nhận diện đối tượng dạng lỗ Nếu Nếu Dạng đối tượng Cut-Extrude Sweep-Cut Kích thước Diameter (đường kính) khác Loại vẽ phác Hình chữ nhật Kích thước Depth (chiều sâu) khác Hướng vẽ phác Đường thẳng vuông góc Kích thước DrillAngle (góc khoan) khác Điều kiện bao Mở hai mặt không thông Thì Đối tượng gia công Lỗ khoan Dạng vát Không vát Dạng đảo Không đảo Hướng mở đối tượng Cùng hướng Thì Đối tượng gia công Bậc kín 2.5D hình chữ nhật 2.4 Quá trình bóc tách nhận diện liệu yêu cầu kỹ thuật Quá trình thực cách quét đối tượng yêu cầu kỹ thuật sau nhận diện đối tượng Trong nghiên cứu này, tác giả bước quan tâm đến số yêu cầu quan trọng độ nhám bề mặt, sai lệch kích thước, sai lệch vị trí tương quan, sai lệch hình dáng hình học, mặt chuẩn Bảng Một số liệu yêu cầu kỹ thuật bóc tách Ví dụ Loại thông số Kiểu Giá trị Mặt chuẩn Gốc Gốc Cấp độ Độ nhám Ra 1,25 - F1 - - F1 F2 11 25 Sai lệch kích thước Dung sai kích thước +0.06 -0.05 11 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Các liệu bóc tách bao gồm giá trị danh nghĩa, giá trị dung sai, mặt chuẩn gốc kích thước liên quan ví dụ bảng Gốc mặt, cạnh hay điểm Tất thông số công nghệ quy đổi độ xác kích thước gia công cách thức đánh giá chất lượng gia công 2.5 Quá trình lựa chọn phương pháp gia công Việc lựa chọn phương pháp gia công tương ứng với đối tượng gia công việc quan trọng sở bước lựa chọn thiết kế quy trình công nghệ lựa chọn máy, dụng cụ cắt…Thực tế gia công rằng, đối tượng gia công gia công nhiều phương pháp khác Vấn đề đặt nên chọn phương pháp gia công cho thích hợp Tùy yêu cầu kỹ thuật đối tượng trải qua bước gia công thô, gia công bán tinh gia công tinh Điều phụ thuộc vào nhiều yếu tố, ví dụ đặc điểm hình học, yêu cầu kỹ thuật đối tượng gia công Đầu vào để lựa chọn phương pháp gia công loại đối tượng gia công, chất lượng bề mặt, độ xác gia công, kích thước đối tượng mô tả hình Việc nhận diện phương pháp gia công thực sở luật nhận diện Kích thước đối tượng gia công (Chiều rộng/Bán kính, Chiều sâu) Dạng đối tượng gia công (Hốc/Bậc/Rãnh/Lỗ/Khối , 2.5D/3D…, Vuông/Tròn Kín/Hở ) Phương pháp gia công (Phay/Khoan/Khoét/Doa ) Nhận diện phương pháp gia công luật Chất lượng gia công (Thô/Bán tinh/Tinh) Cấp xác gia công Hình Quy trình nhận diện phương pháp gia công theo luật KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Hệ thống nhận diện xây dựng tích hợp phần mềm SolidWorks 2013 viết sở ngôn ngữ lập trình Visual Basic ứng dụng (VBA 7.0) giao diện lập trình ứng dụng (API) Phương pháp nhận diện kiểm chứng thông qua ví dụ nhận diện cụ thể (Hình 2) Hình Chi tiết cần gia công Chi tiết yêu cầu nhận diện phương pháp gia công có nhiều đặc trưng bao gồm nhiều dạng đối tượng gia công khác với yêu cầu phải gia công nhiều lần gá, có nhiều yêu cầu kỹ thuật quan trọng độ nhám bề mặt, sai lệch hình dáng hình học, sai lệch 12 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV vị trí tương quan, sai lệch kích thước hình học vị trí tương quan Người sử dụng cần kích chuột vào biểu tượng nhận diện tích hợp sẵn công cụ giao diện Solidworks, toàn 32 đối tượng hình học nhận diện thành 35 đối tượng gia công 52 bước gia công khác Kết nhận diện giao diện phần mềm SolidWorks thể hình với thời gian bóc tách liệu 17s thời gian nhận diện bao gồm nhận diện đối tượng gia công phương pháp gia công 1s Toàn kết nhận diện phương pháp gia công lưu vào phần mềm Microsoft SQL server dùng làm đầu vào cho bước xử lý CAPP Hình Kết nhận diện phương pháp gia công giao diện SolidWorks Hình Kết nhận diện phương pháp gia công lưu SQL Server Không nhận diện phương pháp gia công phay hay khoan/khoét/doa, hệ thống nhận diện bước gia công từ thô đến tinh tùy thuộc yêu cầu kỹ thuật đối tượng gia công Những đối tượng gia công có yêu cầu không gia công (MF05) không nhận diện danh sách phương pháp gia công Với đối tượng hình học Boss-Extrude1 (khối sở) nhận diện thành đối tượng gia công (MF17→MF23) khác tương ứng với mặt bao quanh Toàn kết liệu đối tượng gia công, yêu cầu kỹ thuật phương pháp gia công lưu vào Microsoft SQL server Với hệ thống nhận 13 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV diện rút ngắn đáng kể thời gian thiết kế quy trình công nghệ mà phụ thuộc vào kinh nghiệm người kỹ sư thiết kế KẾT LUẬN Bài báo trình bày hệ thống tự động nhận diện phương pháp gia công từ mô hình vật thể rắn 3D Bằng cách sử dụng mô-đun nhận diện này, kết nhận diện không tùy thuộc vào kinh nghiệm nhà công nghệ Công việc nhận diện tiến hành hoàn toàn tự động thời gian xử lý ngắn Kết nghiên cứu sử dụng cho bước xử lý CAPP lập thứ tự nguyên công TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Xun Xu, Lihui Wang, Stephen T Newman Computer Aided Process Planning – A critical review of recent developments and future trends International Journal of Computer Integrated Manufacturing, 2011, Vol 24, Issue 1, 1-31 [2] Bahram Asiabanpour et.al An overview on five approaches for translating CAD data into manufacturing information Journal of Advanced Manufacturing Systems, 2009, Vol 8, No 89–114 [3] Mohammad T.Hayasi et.al Extraction of manufacturing information from design-byfeature solid model through feature recognition International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2009, Vol 44, 1191-1203 [4] Tong Yifei, Li Dongbo, Li Changbo, Yu Minjian A feature-extraction-based processplanning system International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2008 38: 1192–1200 THÔNG TIN TÁC GIẢ ThS Phùng Xuân Lan Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Email: lan.phungxuan@hust.edu.vn Mobile: 0935 888 435 PGS TS Hoàng Vĩnh Sinh Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Email: sinh.hoangvinh@hust.edu.vn Mobile: 0917 148 486 TS Trương Hoành Sơn Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Email: son.truonghoanh@hust.edu.vn Mobile: 0904 241 165 GS TS Trần Văn Địch Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Email: dich.tranvan@hust.edu.vn Mobile: 0912 150 572 14 ... tách liệu hình học yêu cầu kỹ thuật trực tiếp từ mô hình vật thể rắn 3D XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP 2.1 Sơ đồ thực Sơ đồ bước nhận diện phương pháp gia công thể hình Từ mô hình vật thể rắn 3D xây dựng phần... diện đối tượng gia công Nhận diện phương pháp gia công Các bước xử lý quy trình công nghệ tiếp sau Mô hình vật thể rắn 3D Bóc tách thông số công nghệ Lưu kết trung gian kết nhận diện vào Microsoft... bước gia công khác Kết nhận diện giao diện phần mềm SolidWorks thể hình với thời gian bóc tách liệu 17s thời gian nhận diện bao gồm nhận diện đối tượng gia công phương pháp gia công 1s Toàn kết nhận