Giáo trình Lập trình CAD/CAM (Nghề: Cơ điện tử - Cao đẳng): Phần 1 - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội

(NB) Giáo trình Lập trình CAD/CAM với mục tiêu giúp các bạn có thể trình bày được nguyên lý công nghệ CAD/CAM; Thiết kế được các mô hình 2D; 3D và mô hình dạng mặt; Thực hiện quá trình lập trình tự động cho CAD/CAM tiện và CAD/CAM phay; Mô phỏng CNC tiện và phay; Vận dụng được những kiến thức của môn học, mô đun đã học để tiếp thu các mô-đun chuyên môn nghề. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung giáo trình phần 1 dưới đây.

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI

LƯU HUY HẠNH(Chủ biên) NGUYỄN ANH DŨNG – TRƯƠNG VĂN HỢI

GIÁO TRÌNH LẬP TRÌNH CAD/CAM

Nghề: Cơ điện tử Trình độ: Cao đẳng

(Lưu hành nội bộ)

Hà Nội - Năm 2019

1

LỜI GIỚI THIỆU

Từ những năm cuối thế kỷ 20 cho đến nay việc ứng dụng công nghê CAD/CAM trong thiết kế, chế tạo các sản phẩm cơ khí ngày càng phổ biến ở Việt Nam Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, CAD/CAM đã được ứng dụng nhanh chóng trong công nghiệp, CAD (Computer aided design) là máy tính trợ giúp thiết kế, CAM (Computer aided Manufacturing) là máy tính trợ giúp chế tạo vì nó là công cụ giúp các nhà thiết kế và chế tạo sản phẩm có hiệu quả để tăng năng suất lao động, giảm cường độ lao động, tự động hoá quá trình sản xuất, nâng cao chất lượng và hạ giá thành sản phẩm

Hiện nay với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin, hệ thống CAD/CAM tích hợp được phát triển rất nhanh chóng Nó đã tạo nên sự liên thông từ quá trình thiết kế cho đến chế tạo trong lĩnh vực cơ khí Xu thế hiện nay các nhà kỹ thuật phát triển chủ yếu là hệ thống CAD/CAM tích hợp Những phần mềm CAD/CAM tích hợp được sử dụng phổ biến hiện nay như: Mastercam, Solidcam, Delcam, Cimatron, CATIA, NXcam, Pro/Engenieer, v.v

Mastercam là một phần mềm CAD/CAM tích hợp được sử dụng rộng rãi trên thế giới, đồng thời nó cũng được sử dụng rất phổ biến ở Việt Nam Mastercam có khả năng thiết kế công nghệ để điều khiển cho máy phay CNC năm trục, máy tiện CNC bốn trục, máy cắt dây CNC bốn trục, máy khoan CNC

ba trục

Để Học sinh- Sinh viên tiếp cận với các máy móc hiện đại, tăng cường vốn hiểu biết và đáp ứng phần nào với đòi hỏi của doanh nghiệp chúng tôi biên soạn giáo trình Công nghệ CAD/CAM Trong đó với nội dung chính là khai thác, sử dụng phần mềm MASTERCAM

Xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày…….tháng…….năm 2019

Chủ biên: Lưu Huy Hạnh

2

MỤC LỤC

LỜI GIỚI THIỆU 1

MỤC LỤC 2

GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN 3

Bài 1: Khái quát về công nghệ CAD/CAM 4

1.1 Lịch sử phát triển của công nghệ CAD/CAM 4

1.2 Một số khái niệm cơ bản 6

1.3 Mối quan hệ CAD/CAM trong quá trình sản xuất 14

1.4 Phần cứng, phân mềm và cơ sở dư liệu CAD/CAM 17

1.5 Khả năng công nghệ của phần mềm CAD/CAM 34

Bài 2: Giao diện phần mềm CAD/CAM 41

2.1 Giao diện phần mềm 41

2.2 Sử dụng chuột và bàn phím 49

2.3 Môi trường làm việc 2D và 3D 51

2.4 Quản lý đối tượng 54

Bài 3: Thiết kế mô hình CAD 64

3.1 Các lệnh dựng hình, hỗ trợ dựng hình và biến đổi hình học 64

3.2 Thiết kế mô hình chi tiết dạng mặt 105

3.3 Thiết kế mô hình chi tiết dạng đặc (solid) 114

Bài 4: Cam Tiện 124

4.1 Phương pháp khai báo máy, phôi, dao 124

4.2 Lập trình CAD/CAM tiện mặt đầu, tiện ngoài 126

4.3 Lệnh tiện rãnh (Grove) 135

4.4 Lệnh tiện ren (Thread) 139

Bài 5: Cam Phay 143

5.1 Phương pháp khai báo máy, phôi, dao 143

5.2 Lập trình CAD/CAM phay mặt phẳng 145

5.3 Lập trình CAD/CAM phay contour 150

3

GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: Lập trình CAD/CAM

Mã số mô đun:MĐ46

Thời gian của mô đun: 60giờ

I.Vị trí, tính chất mô đun

Vị trí:

Lập trình CAD/CAM là mô đun chuyên nghề đầu tiên trong lĩnh vực thiết

kế, lập trình gia công CNC tự động Mô đun được thực hiện sau khi đã học các môn kỹ thuật cơ sở,các môn học chuyên ngành và các mô đun nghề

Tính chất:

Mô đun Lập trình CAD/CAM giúp cho người học tiếp cận với công nghệ lập trình tự động tiên tiến; nâng cao kỹ năng thực hành thiết kế và lập trình gia công CNC tiện và phay Mặt khác mở rộng năng lực sáng tạo trong khai thác thiết bị, đặc biệt trong việc lập trình gia công các chi tiết có hình dạng bề mặt gia công phức tạp

II Mục tiêu của mô đun:

+ Trình bày được nguyên lý công nghệ CAD/CAM

+ Thiết kế được các mô hình 2D; 3D và mô hình dạng mặt

+ Thực hiện quá trình lập trình tự động cho CAD/CAM tiện và CAD/CAM phay + Mô phỏng CNC tiện và phay

+ Vận dụng được những kiến thức của môn học, mô đun đã học để tiếp thu các mô-đun chuyên môn nghề

+ Có ý thức trách nhiệm, chủ động học tập

Nội dung mô đun:

1 Nội dung tổng quát và phân phối thời gian:

TT

Tên các bài trong mô đun

Phân phối thời lượng (giờ) Tổng

số

Lý thuyết

Thực hành

Kiểm tra

Phân biệt được những khái niệm cơ bản

Nhận biết được phần cứng, phần mềm và khả năng công nghệ CAD/CAM

Có ý thức tự học, tự nghiên cứu để mở rộng kiến thức, kỹ năng nghề nghiệp

Công việc chuẩn bị sản xuất có vai trò vô cùng quan trọng trong việc hình thành bất kỳ một sản phẩm cơ khí nào Công việc này bao gồm các khâu chuẩn

bị thiết kế (thiết kế kết cấu sản phẩm, các bản vẽ lắp chung của sản phẩm, các cụm máy ), chuẩn bị công nghệ (đảm bảo tính năng công nghệ của kết cấu, thiết lập quy trình công nghệ), thiết kế và chế tạo các trang bị công nghệ và d ng

cụ phụ kế hoạch hóa quá trình sản xuất và chế tạo sản phẩm trong thời gian ấn định

Ngày nay khoa học kỹ thuật phát triển như vũ bão đòi hỏi người kỹ sư phải không ngừng nâng cao lượng thông tin trong tất cả các khâu của quá trình chuẩn

bị sản xuất Theo các nhà khoa học đã phân tích thì tình hình thiết kế hiện nay cho thấy 90% khối lượng thời gian thiết kế là để tra cứu số liệu cần thiết cho việc tính toán , chỉ có 10% thời gian giành cho lao động sáng tạo và quyết định Cho nên khoảng 90% khối lượng công việc trên có thể thực hiện bằng máy tính

CAD/CAM là một lĩnh vực nghiên cứu nhằm tạo ra các hệ thống tự động thiết kế và chế tạo Nó dùng máy tính điện tử để thực hiện một chức năng nhất định để thiết kế và chế tạo sản phẩm Tự động hóa chế tạo là dùng máy tính điện

tử để kế hoạch hóa, điều khiển quá trình sản xuất, điều khiển quá trình cắt gọt kim loại và kiểm tra nguyên công gia công

CAD/CAM kết nối với nhau tạo ra mối quan hệ mật thiết giữa hai dạng hoạt động là thiết kế và chế tạo mà lâu nay người ta coi là khác nhau và không phục thuộc vào nhau Tự động hóa thiết kế là dùng các hệ thống và phương tiện tính toán giúp người kỹ sư để thiết kế mô phỏng, phân tích và tối ưu hóa giải pháp thiết kế Phương tiện bao gồm máy tính điện tử, các máy vẽ, máy in, thiết

bị đục lỗ băng phương tiện lập trình bao gồm chương trình máy,cho phép đảm bảo giao tiếp với máy vẽ và các chương trình ứng dụng để thực hiện chức năng thiết kế

Ví du: Chương trình ứng dụng có thể là chương trình phân tích lực và ứng suất trong kết cấu, chương trình tính toán đặc tính động lực học của máy hoặc chương trình gia công chi tiết trên máy điều khiển theo chương trình số NC hay CNC

Mỗi một hãng, viện nghiên cứu hoặc cơ sở sản xuất có những tập hợp chương trình ứng dụng khác nhau tuỳ thuộc vào điều kiện sản xuất

Hệ thống CAD/CAM là một sản phẩm của CIM (Computer Integrated Manufacturing) Hệ thống này được quản lý và điều hành dựa trên cơ sở dữ liệu trung tâm, hệ thống còn được dùng để lập kế hoạch , biểu đồ , đưa ra các chỉ dẫn

và thông tin đảm bảo mục đích kế hoạch sản xuất của nhà máy…

1.1.2 Lịch sử phát triển của CAD/CAM

Lúc đầu CAD/CAM là hai ngành phát triển tách biệt nhau, độc lập với nhau trong khoảng 30 năm Hiện nay chúng được tích hợp thành một hệ, trong

đó thiết kế có thể lựa chọn phương án tối ưu và quá trình sản xuất có thể được giám sát và điều khiển từ khâu đầu đến khâu cuối

6

Phần mềm CAD đầu tiên là SKETCHPAD xuất hiện vào năm 1962 được viết bởi Ivan Sutherland thuộc trường kỹ thuật Massachusetts (MIT – Massachusetts Institute of Technology) Hiện nay trên thế giới đã có hàng ngàn phần mềm CAD và một trong những phần mềm thiết kế nổi tiếng nhất là AutoCAD AutoCAD phiên bản đầu tiên (Release 1) được công bố tháng 12 –

1982 Cho đến năm 1997 thì đã có phiên bản thứ 14 (Release 14) Từ năm 2000 đến nay, gần như mỗi năm đều có ra đời phiên bản mới

Cũng như hệ CAD, hệ CAM được phát triển ứng dụng đầu tiên tại MIT cho các máy gia công điều khiển số CNC (Computer Numerical Control) bằng máy vi tính vào đầu những năm 1970.Hệ tích hợp CAD/CAM ra đời vào giữa những năm 1970 và 1980

Hình 1.1:Sơ đồ phát triển của hệ thống CAD/CAM

1.2 Một số khái niệm cơ bản

1.2.1 Khái niệm về công cụ CAD/CAM

CAD/CAM là từ viết tắt của thiết kế/ sản xuất có sự trợ giúp của máy tính (Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing) và có nghĩa là sử dụng máy tính để thiết kế và sản xuất

Sản xuất hàng hóacó nghĩa là hàng hóa được sản xuất vì mục đích trao đổi

và đáp ứng các yêu cầu của con người trong xã hội

Nhà thiết kế hoặc người lập kế hoạch vẽ hình dáng sản phẩm với những tính năng và chức năng đặc trưng, các phác thảo ban đầu được thực hiện bằng bút chì, giấy, thước và tẩy để quyết định hình dáng và chức năng cần thiết để đưa chúng trong sản phẩm thật

Đây được gọi là thiết kế sản phẩm

7

Sản phẩm mẫu sẽ được sản xuất để đánh giá và kiểm tra sự thích hợp của sản phẩm cũng như kiểm tra cấu hình sản phẩm trong lĩnh vực sản xuất và các trình tự lặp lại trong sản xuất, kiểm tra và đo lường bởi chính các nhà thiết kế hoặc công nhân

Tuy nhiên, máy tính đã thay thế tất cả các thiết kế, gia công và công việc được thực hiện bởi công cụ gia công như giấy, bút chỉ, thước và thiết bị cắt theo bản nâng cấp trình tự công việc, thiết kế và gia công trong máy tính

Quá trình thực hiện thiết kế và sản xuất hàng hóa bởi CAD/ CAM được hiện thực hóa bằng phát triển các phần mềm gia công có khả năng tương thích với phần cứng máy tính và dữ liệu đồ họa

Ý nghĩa cơ bản của CAD/ CAM là sử dụng máy tính trong thiết kế, sản xuất, chế tạo và gia công trong xã hội công nghiệp hiện đại để đương đầu với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, tự động hóa thiết kế, lĩnh vực chế biến và chế tạo và cuối cùng đạt tới tự động hóa không người lái, tích hợp công nghệ tự động hóa bất chấp sự khác biệt trong việc các mục tiêu cho con người trong ngành công nghiệp

Kết quả mô hình hóa từ hệ thống CAD/CAM (Autodesk Inventor)

( HP Designjet T3500) (Projet 460 Plus-Full CMY) (Dongbu Lightec FA-753)

Máy in 2D Máy in 3D Máy CNC Thiết bị đầu ra cho hệ thống CAD/ CAM Hình 1.2: Ví dụ về sử dụng hệ thống CAD/ CAM

Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính (CAD) có thể được định nghĩa như là khái niệm phát triển thiết kế sản phẩm bằng việc áp dụng công nghệ máy tính trong thiết kế và thiết kế bằng máy tính từ giai đoạn khái niệm cơ bản đến định hình và mô hình sản xuất, giai đoạn cuối của quá trình sản xuất Đặc biệt, nó là

8

khái niệm của tự động hóa thiết kế để biểu diễn các bản vẽ 2D, mô hình 3D, giai đoạn thiết kế và kiểm tra Tuy nhiên, CAD đóng vai trò trong việc thiết kế sản phẩm một cách hiệu quả cho người dùng hoặc nhà thiết kế bằng cách biểu thịdữ liệu cho thiết kế bằngmô hình 2D và 3D với khả năng xử lý các dữ liệu khác nhau định dạng bởi máy tính

Ứng dụng CAD với những khái niệm như vậy được phân loại như sau: Phác thảo bằng máy tính

Trong quá khứ, người ta phác họa các bản vẽ bằng thước và bút chì nhưng nay, các bản vẽ được thực hiện bởi các phẫn mềm vẽ và máy tính và nó là bản

mô phỏng theo các bản vẽ hiện hành

(a) Hình dáng 2D của xe bus (b) Bề mặt 3D của xe bus Hình 1.3: Hình 2D và mô hình 2D (hệ thống VX)

Thiết kế bằng máy tính

Đây là giai đoạn áp dụng CAD với ứng dụng rộng nhất trong xã hội công nghiệp và nó là giai đoạn gia côngtính toán thiết kế khác nhau và lựa chọn dữ liệu từ giới thiệu sản phẩm cho đến quá trình sản xuất (phần cứng/ phần mềm)

Kỹ thuật/ phân tích

Nó dành cho nhóm nghiên cứu và thiết kế (R&D) trong thử nghiệm sản phẩm hoặc trong phòng thí nghiệm và thay đổi từ đánh giá tính ổn định, hiệu quả và sự phù hợp của sản phẩm với các sản phẩm thí điểm tới sử dụng máy tính

và phầm mềm, áp dụng cho các tình huống tương tự cho kiểm tra, hiểu tình trạng sản phẩm và xử lý bằng hình ảnh

Đây là công nghệ yêu cầu dữ liệu để xử lý và sản xuất sản phẩm với mô hình máy tính dựa trên khái niệm chế tạo sản xuất có sự trợ giúp của máy tính (CAM) nghĩa là gia công với máy CNC, lập kế hoạch quy trình (quyết định phương thức và quy trình sản xuất), quản lý sản xuất và lập kế hoạch vật liệu yêu cầu (MRP: kế hoạch để tối ưu hóa quá trình sản xuất bằng cách kiểm soát dòng nguyên liệu từ đặt hàng các nguyên liệu thô đến sản xuất sản phẩm cuối

9

cùng), quá trình và ứng dụng công nghệ máy tính trong toàn bộ quá trình như kiểm tra, lắp ráp và sản xuất

-Lập trình CNC bằng máy tính

Viết chương trình để điều khiển máy CNC

-Kế hoạch tự động hóa quy trình bằng máy tính

Tạo lệnh gia công để sản xuât sản phẩm hoặc bộ phận

-Thiết lập tiêu chuẩn làm việc bằng máy tính

Thiết lập tiêu chuẩn thời gian cho từng trình tự bởi quy trình sản xuất dựa trên tiêu chuẩn thời gian làm việc

-Lập kế hoạch tiến độ sản xuất bằng máy tính

Thiết lập tiến độ dựa trên kế hoạch quá trình trong nhà máy bằng máy tính -Lập kế hoạch cung cấp nguyên liệu bằng máy tính

Thiết lập kế hoạch cung cấp và quản lý đối với các nguyên liệu cần thiết và nguyên liệu dư thừa để đạt được kế hoạch quy trình và tiến độ sản xuất

-Kiểm soát luồng quy trình

Kiểm soát dây chuyền sản xuất và vị trí thiết bị bằng máy tính để duy trì hệ thống quy trình đúng giờ cho sản xuất linh hoạt

Tuy nhiên cuốn sách này chỉ đề cập đến sản xuất có sự trợ giúp của máy tính trong quá trình gia công cơ khí với CNC bởi sự hạn chế về thời gian và khối lượng công việc quá lớn để có thể bao quát được kỹ thuật sản xuất

Ngoài ra, quy trình thiết kế sản phẩm và phân tích trước đótrực tiếp sản xuất để kiểm tra, xem xét và đánh giá về độ bền và khả năng của sản phẩm, gây

ra một sự lãng phí lớn về tiền bạc và thủ tục cho công ty

Hình 1.4: Ví dụ về CAM (máy móc sản xuất) (Hệ thống NX, tập đoàn SIEMENS )

10

Hình 1.5: Ví dụ về hệ thống CAE (hệ thống NX, tập đoàn SIEMENS)

Tuy nhiên, nhờ sự phát triển trong việc áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn, một lĩnh vực của phân tích kỹ thuật với kỹ thuật lập trình máy tính từ những năm 1950, các thử nghiệm mô phỏng và đánh giá đã được thực hiện bởi máy tính giúp phân tích trước và tiết kiệm được thời gian, chi phí sản xuất sản phẩm sau khi đánh giá rằng không có vấn đề từ các mô phỏng máy tính Đây được gọi là phân tích kỹ thuật có sự trợ giúp của máy tính (Computer Aided Engineering)

Hình 1.6: Quy trình CAE

11

Hình 1.7: Biểu đồ giữa CAD/CAM và quy trình sản xuất sản phẩm

1.2.2 Các phương pháp điều khiển

Điều khiển điển (hay điều khiển theo vị trí) được dùng để gia công các

lỗ bằng các phương pháp khoan, khoét, doa và cắt ren lỗ Ở đây chi tiết gia công được gá cố định trên bàn máy, dụng cụ cắt thực hiện chạy dao nhanh đến các vị trí đã lập trình Khi đạt tới các điểm đích dao bắt đầu cắt (hình 1-8a), tuy nhiên cũng có trường hợp dao không dịch chuyển.mà bàn máy dịch chuyển mục đích chính cần đạt là các kích thước vị trí của các lỗ phải chính xác, còn quĩ đạo chuyển động là của dao hay của bàn máy điều không có ý nghĩa lắm

Vị trí của các lỗ có thể được điều khiển đồng thời theo hai trục hoặc điều khiển kế tiếp nhau

Kiểm tra thiết kế

12

Hình 1.8a: Điều khiển điểm - điểm

Điều khiển đường thẳng (hình1-8b) là dạng điều khiển mà khi gia công dụng cụ cắt thực hiện lượng chạy dao theo một đường thẳng nào đó song song với một trục tọa độ Dạng điều khiển này được dùng cho các máy phay và máy tiện đơn giản

Hình 1.8b: Điều khiển theo đường

Điều khiển theo đường viền (theo contour, hình 1-8c) cho phép thực hiện chạy dao trên nhiều trục cùng lúc

Hình 1.8c: Điều khiển theo contuor

Tùy theo số trục được điều khiển đồng thời khi gia công người ta phân biệt: điều khiển đường viền 2D, điều khiển đường viền 2.5D và điều khiển đường viền 3D, 4D, 5D

Điều khiển đường viền 2D cho phép thực hiện chạy dao theo hai trục đồng

thời trong một mặt phẳng gia công, ví dụ, trong mặt phẳng XZ hoặc XY trên hình 1-8a Trục thứ ba được điều khiển hoàn toàn độc lập với hai trục kia

13

a) b) Điều khiển 2D b)Điề khiển 2.1/2D Hình 1.10: Điều khiển theo đường viền Điều khiển đường viền 2.5D (hình 1-10) cho phép ăn dao đồng thời theo

hai trục nào đó để gia công bề mặt trong một mặt phẳng nhất định Trên máy CNC có 3 trục X, Y, Z ta sẽ điều khiển được đồng thời X và Y; X và Z hoặc Y

và Z

Điều khiển đường viền 3D cho phép đồngthời chạy dao theo cả 3 trục X, Y,

Z Cả ba trục chuyển động hòa hợp với nhau hay có quan hệràng buộc hàm số, (hình 1-11).Ta thấy đường viền được gia công do cả3 lượng chạy dao theo trục

X, Y, Z tạo thành.Điều khiển đường viền 3D được ứng dụng đểgia công các khuôn mẫu, gia công các chi tiếtcó bề mặt không phức tạp

Hình 1.11: Điều khiển 3D

Điều khiển 4D (hình 1-12a)và điều khiển 5D (hình 1-12b): Ngoài các trục tịnh tiến X, Y và Z ở đây còn các trục quay cũng được điều khiển số Nhờ điều khiển 4D và 5D người ta có thể gia công các chi tiết phức tạp như các khuôn rèn dập, các khuôn đúc áp lực hoặc các cánh tuabin

14

a) b)

Hình 1-12a Điều khiển đường viền 4D Hình 1-12b Điều khiển đường viền 5D

1.3 Mối quan hệ CAD/CAM trong quá trình sản xuất

Quá trình sản xuất sản phẩm là quá trình mà ở đó sản phẩm được lên kế hoạch, thiết kế, sản xuất và chuyển đến tay khách hàng và chúng ta cần phải hiểu rõ vị trí của CAD/CAM trong quá trình này Hình 1.6 cho thấy mỗi quan hệ giữa chu kỳ sản xuất và CAD/CAM

Dù rằng có vẻ như quá trình sản xuất chỉ dựa trên một nguyên tắc đơn giản

là theo nhu cầu của khách hàng đối với sản phẩm (nhu cầu thị trường), nhưng quá trình sản xuất thực sự được quyết định bởi các yếu tố phức tạp như trình độ

kỹ thuật và sự thay đổi của thị trường tiêu thụ

Rất khó để phân biệt rõ CAD và CAM cho đến khi một sản phẩm được tung ra nhưng trong hình 1.6 đã phần nào thể hiện được sự khác biệt Như trong hình 1.6, hình ảnh hoặc ý tưởng về sản phẩm sẽ được thực hiện bởi con người, CAD bao gồm thiết kế, kiểm tra thiết kế và các thay đổi trong thiết kế bởi các kết quả phân tích và CAM là làm thế nào để đẩy nhanh quá trình lắp ráp ngoài thiết kế như thiết kế sản xuất và lập kế hoạch sản xuất

Do đó, chúng ta phải suy nghĩ về việc phải chăng hệ thống sản xuất hiện tại sử dụng hệ thống CAD/CAM trong thiết kế và sản xuất và hệ thống sử dụng

có hiệu quả máy tính và con người trong công ty sản xuất hay các bộ phận liên quan sẽ hiểu được toàn bộ các vấn đề của hệ thống CAD/CAM như ứng dụng, toàn cảnh và định nghĩa hay không

1.3.1 Sự cần thiết của CAD/CAM

Sự đổi mới trong lĩnh vực thiết kế và sản xuất như tự động hóa văn phòng (OA) là lý do khiến hệ thống CAD/CAM tỏa sáng trong xã hội công nghiệp Chính hệ thống CAD/CAM tạo nên cơ hội đột phá cho các nước công nghiệp phát triển đạt được xóa bỏ lao động, hợp lý hóa và tiêu chuẩn hóa Nó tập trung

15

vào sự cần thiết đối với các ứng dụng hệ thống CAD/CAM Ở đây, nó bao gồm nền tảng cho hệ thống CAD/ CAM trong xã hội công nghiệp

1.3.1.1 Sự thay đổi của thị trường

- Yêu cầu tiêu dùng đa dạng

Khi nền kinh tế phát triển cuộc sống của con người trở nên tốt hơn yêu cầu tiêu dùng cũng trở nên đa dạng Điều này dẫn đến các công ty sản xuất cần phải phát triển nhiều sản phẩm khác nhau để đáp ứng cho từng đối tượng khách hàng khác nhau

- Cạnh tranh khốc liệt về giá

Rất nhiều nhà máy và công ty đã được xây dựng bởi sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp Nhiều công ty khác nhau lại bán những sản phẩm tương

tự nhau Khi đó, sự cạnh tranh về giá xuất hiện và các sản phẩm với mức giá thấp hơn nhưng với chất lượng tương đương sẽ được tiêu thụ

- Cạnh tranh quốc tế

Mở rộng trường hợp nêu trên trong khu vực quốc tế, sản phẩm với mức giá thấp và chất lượng như nhau tự nhiên làm tăng thêm tính cạnh tranh trong mức giá và chất lượng sản phẩm quốc tế

- Cụm sản phẩm

Một sản phẩm hướng đến khách hàng ở những tầng lớp khác nhau tự nhiên mang đến nhiều loại sản phẩm hoặc mô hình sản xuất Cần phải đơn giản hóa và gộp kiến thức về các sản phẩm khác nhau

- Rút ngắn vòng đời sản phẩm

Bởi vì nhu cầu của khách hàng về kiểu cách thay đổi nhanh chóng từ màu sắc, chức năng, hình dáng, kích thước và các công ty đáp ứng xu hướng

1.3.1.2 Thay đổi trong thiết kế

- Cạnh tranh gay gắt trong phát triển sản phẩm mới

- Các công ty phải đa dạng hoá sản phẩm để đáp ứng nhu cầu khác nhau của khách hàng, chắc chắn sẽ tạo ra những đối thủ để phát triển sản phẩm mới hợp xu hướng

- Nhiều yêu cầu hơn đối với sản phẩm chất lượng cao và mức giá thấp

- Trong môi trường cạnh tranh gay gắt, người tiêu dùng thường so sánh chất lượng và giá cả sản phẩm dựa trên mong muốn khác nhau, nó làm tăng mức độ tiêu dùng và tính cạnh tranh của sản phẩm, điều này khiến các công ty phát triển sản phẩm với chất lượng cao và giá thấp

1.3.1.3 Thay đổi môi trường sản xuất

- Sản xuất hàng loạt số lượng nhỏ

Chu kỳ sản phẩm ngắn hơn dẫn điến việc thay đổi liên tục về mẫu và thiết

kế, nhanh chóng thay đổi dây chuyền sản xuất và phát triển các sản phẩm khác nhau nhằm đáp ứng nhu cầu của khách hàng Do đó, các nhà máy sản xuất sẽ sản xuất đủ loại sản phẩm

- Mở rộng tự động hóa sản xuất

Sự gia tăng áp dụng tự động hoá nhà máy làm giảm đáng kể chi phí lao động và nâng cao năng suất

- Tăng tỷ lệ hoạt động của máy móc

Công ty tự động hoá thiết bị nhằm sử dụng hết các thiết bị và ngăn ngừa lỗi trong các trong thử nghiệm Nó có nghĩa loại bỏ những hạn chế trong sản xuất bởi các sự cố

1.3.1.4 Thay đổi về nguồn nhân lực

- Trình độ cao

Khi mà chi phí cho những lao động có trình độ cao gia tăng thì việc áp dụng tự động hoá vào trong những công việc chỉ yêu cầu về số lượng nhân công góp phần làm giảm sự gia tăng lao động

- Tuổi tác

Thật là khó để đảm bảo cho những người mới bởi sự gia tăng tỷ lệ lao động trẻ những người đang làm việc và trên phạm vi công việc lớn so với sự bùng nổ và mở rộng của các công ty hay ngành công nghiệp

- Giảm giờ làm thêm và công việc ban đêm

Cuộc sống thuận lợi của người lao động, sự phát triển của xã hội và sự gia tăng trong chi phí nhân công có xu hướng khiến họ muốn có nhiều thời gian rảnh rỗi càng nhiều càng tốt trong khi đó các công ty lại phải chịu gánh nặng về

17

việc chi trả chi phí làm thêm giờ cho những việc tăng thêm Điều này khiến các công ty phải giải quyết một khối lượng công việc lớn trong giờ làm

- Hướng tới công việc sáng tạo

Con người cảm thấy buồn chán và mệt mỏi khi làm một công việc lặp đi lặp lại mỗi ngày Con người luôn muốn tìm kiếm những gì mới mẻ Điều này tạo nền tảng cho máy móc làm các công việc thủ công bởi con người luôn mong muốn được sáng tạo với bộ não của mình thoát khỏi sự nhàm chán bởi sự lặp đi lặp lại

- Thiếu kỹ thuật viên kinh nghiệm

Như đã nói ở trên, khi mà con người tránh các công việc thủ công sẽ gây ra

sự thiếu hụt về số lượng kỹ thuật viên giàu kinh nghiệm Đây là lý do thay thế các công việc vốn được thực hiện những công nhân giàu kinh nghiệm bằng máy móc và tự động hoá

1.4 Phần cứng, phân mềm và cơ sở dư liệu CAD/CAM

1.4.1 Giới thiệu

CAD/CAM có thể được phân loại như các ngành công nghiệp thứ cấp với

sự hài hòa của các phần cứng và phần mềm máy tính Đặc biệt, các máy tính đã được sử dụng một cách hiệu quả trong việc quản lý trong lĩnh vực quản lý và đã được mở rộng đến CAD / CAM

Bởi thế, máy tính là yếu tố quan trọng nhất trong CAD/CAM và nội dung chương này bao gồm phần cứng và phần mềm CAD/CAM sau khi đã hiểu rõ các khái niệm, nguyên tắc hoạt động và công nghệ của máy tính

Đặc biệt, phần mềm CAD/CAM đã được sử dụng trong một hệ thống lớn hơn là một chiếc máy tính nhỏ bé nhưng sự phát triển nhanh chóng của máy tính

cá nhân (PC) đã dẫn đến việc sử dụng phần mềm CAD/CAM bằng máy tính và người bình bình thường có thể dễ dàng truy cập vào lĩnh vực này

Trong những năm 1990, sự phát triển nhanh chóng của phần cứng máy tính cho CAD/CAM, hệ thống 3D CAD/CAM hay các kỹ thuật mô hình hóa 3D được thực hiện tại các trạm làm việc kỹ thuật hay các tính năng kỹ thuật cao hơn

đã được thực hiện ở cấp độ máy tính

18

Hình 1.13: Mối liên hệ giữa máy tính và người dùng

Hiện nay, có thể nói rằng máy tính là thiết bị điện tử được vận hành và sử dụng dựa trên nền tảng toán học và logic Các phần cứng của máy tính bao gồm:

- Đơn vị xử lý trung tâm (CPU)

- Bộ nhớ phụ hoặc bộ phận lưu trữ tập tin (file)

Hình 1.14: Sơ đồ khối và dòng dữ liệu

Ở đây, như trong hình 1.14, CPU bao gồm bộ điều khiển, bộ số học – logic

và đơn vị xử lý trung tâm, các tín hiệu qua lại trao đổi bên trong các thiết bị của máy tính, tín hiệu và các lệnh giữa thiết bị đầu vào và đầu ra

1.4.2 Đơn vị xử lý trung tâm (CPU)

CPU là phần cốt lõi của hệ thống máy tính CPU nhận dữ liệu từ thiết bị đầu vào và lưu trữ tập tin, xử lý số liệu, thực hiện quy trình toán học và gửi chúng đến hệ thống lưu trữ tập tin cho thiết bịđầu ra hoặc để lưu trữ CPU được xây dựng như dưới đây để thực hiện các công việc nêu trên

Mục tiêu chính của bộ nhớ là để giữ và lưu trữ dữ liệu Các con số hoặc các ký tự từ thiết bị đầu vào được gửi đến đơn vị xử lý để phân tích và kết quả sẽ được gửi trở lại bộ nhớ Ở đây, dữ liệu tạm thời được lưu trữ vào bộ nhớ trước khi nó được truyền đển thiết bị đầu ra

Mục đích thứ hai của bộ nhớ là để giữ các hướng dẫn chương trình cần thiết để máy tính hoạt động Các hướng dẫn này thường được mã hóa bằng số, đọc lệnh từ thiết bị đầu vào như bàn phím hoặc chuột vào bộ nhớ và thực hiện công việc bởi bộ số học – logic và bộ điều khiển

1.4.2.2 Bộ số học – logic

Bộ bao gồm các bộ số học thực hiện các phép tính (cộng, trừ, nhân, chia)

và bộ logic để phân biệt tăng hoặc giảm và lựa chọn đường dẫn phụ thuộc vào chạy chương trình

Bộ đơn vị số học – logic bao gồm hơn 1 thanh ghi Ở đây, mỗi thanh ghi bao gồm các mạch điện Chức năng như sau

Thanh ghi là việc lưu trữ dữ liệu đặc biệt trong CPU Kích thước mỗi thanh ghi phụ thuộc vào số bit nhị phân của dữ liệu với các thiết bị điện Hầu hết các bit được tạo thành từ 4 đến 64 mã nhị phân Nó là hệ nhị phân 0 và 1 cho dữ liệu 4 bit, nó thể hiện dữ liệu 16 và trở thành chuẩn mực cho việc xử lý dữ liệu của máy tính

1.4.2.3 Bộ điều khiển

Nó là một phần của CPU và khiến máy hoạt động dựa trên các chỉ dẫn trong chương trình Ở đây, chỉ dẫn liên tục được từ bộ nhớ đến bộ điều khiển, bộ điều khiển chuyển các lệnh để kích hoạt các thiết bị và đưa ra các tín hiệu tương ứng

1.4.2.4 Bộ nhớ chính (bộ nhớ trong)

Phụ thuộc vào tính năng lưu trữ mà ta có bộ nhớ vĩnh viễn hay bộ nhớ tạm

Bộ nhớ phụ bao gồm trong bộ nhớ vĩnh viễn và bộ nhớ chính bao gồm trong bộ nhớ tạm bởi vì tất cả các dữ liệu trong bộ nhớ chính sẽ biến mất nếu như nguồn điện cung cấp cho máy tính bị cắt trong khi hoạt động

Xử lý dữ liệu bằng máy tính nghĩa là máy tính chuyển tất cả các dữ liệu cần thiết đến bộ nhớ chính để xử lý Điều này đánh giá khả năng xử lý dữ liệu phụ thuộc vào sức chứa bộ nhớ của bộ nhớ chính Tuy nhiên, bộ nhớ phụ có thể được sử dụng trong quá trình xử lý dữ liệu mặc dù bộ nhớ chính có công suất thấp

Tuy nhiên, thời gian xử lý dữ liệu có thể được tiết kiệm bằng cách xử lý tất

cả dữ liệu trong bộ nhớ chính bởi vì bộ nhớ phụ cần có thời gian để tìm kiếm dữ liệu

dữ liệu từ HDD để xử lý từ CPU và lưu giữ các dữ liệu đã được xử lý

Hình 1.15: RAM (tập đoàn SAMSUNG)

② Bộ nhớ ROM: bộ nhớ chỉ đọc

ROM chỉ cho phép đọc dữ liệu, lưu giữ các nội dung cố định để ngăn chặn người dùng thay đổi và được xử dụng trong mạch chính BIOS (ROM-BIOS) hoặc đồ hoạ BIOS được các nhà cung cấp gắn vào trước

 BIOS (Basic Input/output System): hệ thống xuất nhập cơ bản

21

Hình 1.16: ROM – BIOS (tập đoàn Phenix)

1.4.3 Thiết bị lưu trữ dữ liệu thứ cấp (bộ nhớ ngoài)

Nó bổ sung cho sự hạn chế sức chứa của bộ nhớ chính và lưu giữ các dữ liệu đã được ghi lại ngay cả khi nguồn điện bị cắt Các thiết bị lưu trữ dữ liệu thứ cấp được chia thành 2 phương pháp truy cập như sau:

Phương pháp truy nhập tuần tự

Phương pháp truy nhập trực tiếp

① Phương pháp truy nhập tuần tự

Nó liên tục đọc và ghi dữ liệu, lưu giữ dung lượng tốt nhưng mất nhiều thời gian để tìm kiếm dữ liệu và không cho phép chèn dữ liệu (ví dụ: băng từ)

Hình 1.17: Băng từ

② Phương pháp truy nhập trực tiếp

Đây là thiết bị mà dữ liệu được đọc và ghi trực tiếp lên vị trí mong muốn

Nó được gọi là thiết bị lưu trữ truy nhập trực tiếp (DASD)

Ví dụ: HDD (ổ cứng), CD-ROM, ổ cứng ngoài, thẻ nhớ…

Đĩa cứng (c) Thẻ SD

22

(d)Thẻ micro SD (e) Memory stick

Hình 1.18: Bộ nhớ flash

Ngoài ra, còn tồn tại khái niệm về bộ nhớ ảo nơi ổ cứng được sử dụng như

là một phần của bộ nhớ chính khi mà sức chứa của bộ nhớ chính là không đủ trong khi vận hành các chương trình Điều này có nghĩa là một phần của HDD được đảm bảo như là một không gian cho bộ nhớ chính mở rộng dung lượng bộ nhớ Ở đây, khi dung lượng bộ nhớ chính không đủ phải dùng đến ổ cứng như là

bộ nhớ ảo các cảnh báo về việc nó sẽ làm giảm tốc độ máy tính do sự gia tăng hoán đổi sẽ được đưa ra Dó đó, người ta khuyến khích việc mở rộng dung lượng bộ nhớ chính để giảm hoặc ngăn ngừa sự hoán đổi

Hoán đổi ổ cứng (hard disk swapping): nó có nghĩa là sự hoán đổi bộ nhớ chính và nội dung ổ cứng cần thiết để dùng bộ nhớ ảo Hơn nữa, dữ liệu sẽ được lưu trữ ở ổ cứng để tránh dữ liệu bị mất do lỗi của bộ nhớ ảo khi chạy nhiều chương trình ứng dụng

1.4.4 Thiết bị đầu vào

Các thiết bị đầu vào của hệ thống CAD/CAM tạo điều kiện thuận lợi cho việc trao đổi thông tin giữa người dùng và hệ thống máy tính và nó đóng vai trò phối hợp ảnh chocấu hình kiểm soát các tín hiệu điều khiển Đặc biệt, các thiết

bị này hoạt động như mắt, miệng hoặc tay của con người và chuyển đổi các thông tin như số, ký tự, âm thanh hoặc video sử dụng bởi con người thành dạng

mà máy tính có thể hiểu được Nó có nghĩa là thiết bị đọc chương trình và dữ liệu được ghi trong phương tiện ghi đầu vào cho máy tính thông qua thiết bị đầu vào, các thiết bị tiêu biểu như bàn phím cho các ký tự đầu vào, chuột cho vị trí đầu vào cũng như camera 3D, dụng cụ và máy quét để sửa lại các mô hình thực

tế

3 chức năng của thiết bị đầu vào

Dữ liệu chữ - số đầu vào

Điều khiển con trỏ

Lựa chọn chức năng

1.4.4.1 Bàn phím

23

Nó được sử dụng rộng rãi để nhập số và ký tự, hầu hết các bạn phím Hàn Quốc có 106 ký tự với một số ký tự được thêm vào nhiều hơn so với bàn phím

101 ký thực được thiết kế tại Mỹ

Bàn phím đầu tiên phát triển bởi IBM – PC có 84 phím và có các dạng bàn phím 2-set, 3-set và 4-set

Hình 1.19: Bàn phím và chuột (Công ty SAMSUNG)

Hình 1.20: Cần điều khiển (công ty Trusmaster, T.16000M)

1.4.4.2 Chuột

Chuột là thiết bị đầu vào để vẽ một con số, dòng hoặc chọn lệnh và nó đã trở nên cần thiết sau khi giới thiệu GUI cho Windows Nó có 2 hoặc 3 nút Nó bao gồm dạng cơ hay quang là phụ thuộc vào sự vận hành

24

Hình 1.21: Cầu chuột (công ty Logitech)

1.4.4.4 Trackball (cầu chuột)

Nó giống như bóng chuột lộn ngược và quả cầu ở phía trên con chuột Con trở khi quả cầu di chuyển khi người dùng xoay quả cầu bằng tay Nó có tác dụng tương tự như di chuyển chuột nhưng không cần di chuyển nó

Hình 1.22: Bảng điện tử và bút stylus

1.4.4.5 Bảng điện tử

Cả hai thiết bị đều có cấu trúc lưới nơi mà lưu lượng dòng chạy trong hướng x và y, xác định vị trí với các tín hiệu điện tử bằng bút stylus (bút trỏ) và puck, được sử dụng rộng rãi để nhập tọa độ, chọn lệnh và điều khiển con chuột, dạng cảm ứng điện tử này hiện đang được sử dụng rộng rãi

Bảng điện tử Bút Stylus

1.4.4.7 Scanner (máy quét)

Máy quét phát ra ánh sáng lên hình ảnh hoặc hình để nhận phần phản xạ và bản sao Nó sử dụng các bóng bán dẫn quang nhạy cảm và đưa hình ảnh vào bằng cách chia hình ảnh thành 300 – 2400 chấm Nó được sử dụng cho đồ họa với nhiều thiết bị khác và được dùng để lưu trữ và quản lý dữ liệu một cách hiệu quả trong hệ thống CAD/CAM Gần đây, các dữ liệu đường cong được tạo thành bởi việc xử lý đồ họa trên màn hình sau khi đọc các bộ phận hoặc dữ liệu cấu hình mô hình từ máy quét 3D Dữ liệu từ máy quét 3D được sử dụng rộng rãi không chỉ cho CAD, CAM và CAE mà cả cho thực tế ảo 3D, web 3D, trò chơi

và hình ảnh động

1.4.4.8 Máy đo tọa độ 3D

Các thiết bị này thu các dữ liệu cần thiết trên bề mặt vật thể có hình dạng phức tạp mà không cần các bản vẽ và các thước đo trong thời gian ngắn với độ chính xác cao bằng sự hiển thị tọa độ 3D của đồ vật trong kỹ thuật số Thiết bị này bao gồm chùm tia laser đầu dò tiếp xúc và không tiếp xúc và được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và tái mô hình hóavới nhiều đường cong tự do như ô

tô, máy bay và tàu thủy

từ bộ đệm mới trong CPU để tạo hình ảnh trên màn hình bằng bộ điều khiển video

1.4.5.2 Dạng hiển thị màn hình phẳng

- PDP (plasma display panel): mà hình plasma

Màn hình hiện thị dùng tính năng khi mà khí plasma được làm nóng, nó sẽ phát ra những ánh sáng khác nhau phụ thuộc vào nhiệt độ Hệ thống gồm bộ

27

chứa khí plasma và máy phát nhiệt, dùng để phát điện và nhiệt từ chính màn hình của nó và nó dày hơn so với các màn hình phẳng khác

Hình 1.25: Máy đo tọa độ 3D(ENSTEC Co.,TJG-3030DV-CNC)

Hình 1.26: Khái niệm về làm mới sự hiển thị theo mành

Hình 1.27: Màn hình plasma (công ty SAMSUNG)

- LCD (Liquid crystal display) màn hình tinh thể lỏng

Đơn vị hiển thị sử dụng hiệu ứng lăng kính nơi ánh sáng khúc xạ và thay đổi màu sắc khi cấu trúc liên kết phân tử trong những thay đổi tinh thể với điện trường trên tinh thể lỏng LCD sẽ được trang bị với các tấm bị phân cực theo chiều dọc và ngang phía trước và sau và khi ánh sáng trở lại sẽ được đặt ở phía

28

sau Nó mỏng và tiêu thụ ít năng lượng hơn so với PDP bởi cấu trúc màn hình bằng ánh sáng

Hình 1.28: Sản phẩm màn hình tinh thế lỏng (Công ty SAMSUNG )

-Màn hình LED (Light – Emittin Diode/ diot phát quang)

Nó kết nối các diot phát quang hay một loại bán dẫn đến mỗi điểm để tạo hình ảnh và có các yếu tố phát sáng bằng cách chuyển dòng điện xuống bán dẫn

Nó tạo ra ít nhiệt và tiêu thụ ít điện cũng như hiệu quả hơn 90%

-Màn hình OLED (diot phát quang hữu cơ)

Màn hình sử dụng các hợp chất phát quang hữu cơ để phát ra ánh sáng với dòng điện, chất hữu cơ tự phát sáng, không cần đèn lền, hầu như không tiêu thụ điện năng và rất mỏng

Hình 1.29: Màn hình LED (công ty LG)

Hình 1.30: Màn hình OLED (công ty LG)

1.4.5.3 Máy in/ máy vẽ

Thiết bị in bản sao cứng của máy tính bao gồm máy in và máy vẽ và có thể

là khác nhau giữa tự động hoá văn phòng và CAD/CAM Ở đây chỉ bao gồm thiết bị đầu ra cho hệ thống CAD/CAD mà không đề cập đến các thiết bị được

sử dụng rộng rãi trong tự động hoá văn phòng

29

a.Dạng phun vòi chảy

Hình 1.31 Cấu trúc cơ bản của máy in phun

b.Dạng nhỏ giọt

- Máy in phun

Máy in phun là máy in không gõ, phun mực lên giấy, cung cấp B&W, màu sắc in và có các màu cơ bản như lục lam, đỏ, vàng và đen Ở đây, mực đen được cung cấp để tiết kiệm mực nối dù rằng nó được tạo ra từ sự kết hợp của 3 màu

Giấy

Một máy vẽ như vậy được gọi là máy vẽ xử lý vector và các phần cơ bản của nó bao gồm đầu vẽ để vẽ hình, thiết bị để đính lên vật liệu di động như giấy hoặc phim, thiết bị điều khiển để di chuyển đầu vẽ một cách phù hợp và giao diện với CPU chính

Đặc trưng của máy vẽ xử lý vector là luôn giữ độ phân giải đầu ra cao bất

kể độ phóng đại của một phần hình ảnh

Dưới đây là phân loại máy in theo phần cứng

- Kiểm soát dọc hoặc kiểm soát ngang

- Nó bao gồm dạng bệ phẳng nơi đầu vẽ di chuyển hướng trên vật liệu di động và dạng trống nơi đầu vẽ di chuyển theo chiều ngang và nơi đầu vẽ di chuyển theo chiều dọc

- Sử dụng bút hoặc phương pháp quang học để vẽ trực tiếp lên vật liệu di động

Hình 1.33: Máy vẽ dạng bệ phẳng

Máy vẽ dạng bút sử dụng bản vẽ vector kết nối các điểm và máy vẽ dạng

bệ phẳng sử dụng chân không để gắn chặt các bản vẽ lên bề phẳng hoặc gắn giấy lên máy in với băng điện

- Máy vẽ dạng trống

Đầu vẽ với bút chỉ di chuyển theo chiều ngang cùng với thanh ngang, trống với giấy điều khiển theo hướng thẳng đứng khi di chuyển về phía trước và sau để vẽ hình và đưa vào các tọa độ tăng thêm Đầu vẽ trong máy vẽ X-Y bao gồm bộ dẫn động và bút giữ

Bút đi xuống để tiếp xúc với giấy và vẽ hình và đi lên để di chuyển bút Thông thường, bút là dạng bút đầu bóng hoặc bút mực và bút đặc biệt bao gồm bút đầu sợi hoặc bút đầu nhựa

Hầu hết các máy vẽ có thể thay bút để người dùng in bản vẽ ra với nhiều đường khác nhau về độ dày và màu sắc được điều khiển bởi phần mềm Các phương pháp vẽ như vậy được kiểm soát bởi người dùng thông qua chương trình (ngôn ngữ cấp cao)

K

hổ giấ

y

Kí

ch thước

mm