Ứng Dụng Phần Mềm CadCam Vào Thiết Kế Và Gia Công Trên Máy Cnc 5 Trục-255985

Chương trình CAM sẽ nhận dữ liệu CAD qua các định dạng trung gian đó và ngư i chạy chương trình cần ph i thiết lập các điều kiện tính toán cho quá trình gia công như các chiến lược gia c

B GIÁO D ỤCăVẨăĐẨOăT O TRƯỜNGăĐ I HỌC BÁCH KHOA HÀ N I

-

ĐẨOăNGỌC HOÀNH

ỨNG DỤNG PHẦN M M CAD/CAM VÀO THI T K

- I -

LỜIăCAMăĐOAN

Sau quá trình lƠm vi c nghiêm túc tác gi đã hoƠn thƠnh b n lu n văn v i đề

tài: “Ứng dụng phần mềm CAD/CAM vào thiết kế và gia công trên máy CNC 5 trục”

Tác gi xin cam đoan rằng toƠn bộ những k t qu đư c trình bƠy trong lu n văn nƠy

là công trình do chính tác gi thực hi n vƠ chưa đư c công b trên b t kỳ một t p chí

nƠo N u không đúng như v y, tác gi xin hoƠn toƠn ch u trách nhi m

Tác giả

Đào Ngọc Hoành

- II -

Tác gi xin chân thành c m n TS Nguy n Huy Ninh đã hư ng d n vƠ giúp đỡ

t n tình từ đ nh hư ng đề tài, đ n quá trình vi t và hoàn ch nh lu n văn

Tác gi bày t lòng bi t n các th y cô trong bộ môn Công ngh ch t o máy,

vi n C khí trư ng Đ i học Bách Khoa Hà Nội Xin cám n Ban lãnh đ o Vi n đƠo

t o Sau đ i học và Vi n C khí trư ng Đ i học Bách Khoa Hà Nội đã t o điều ki n

thu n l i để tác gi hoàn thành b n lu n văn nƠy

Tác gi cũng chơn thƠnh c m n Ban lãnh đ o trư ng ĐHCN HƠ Nội, Ban ch

nhi m khoa C khí đã t o điều ki n giúp đỡ tác gi thực hi n đề tài

Do năng lực b n thân còn nhiều h n ch nên lu n văn không tránh kh i sai sót,

tác gi r t mong nh n đư c sự đóng góp ý ki n c a các Th y, Cô giáo, các nhà khoa

học và các b n đồng nghi p

ĐƠoăNg c Hoành

CHƯƠNG I T NGăQUANăV ăPHƯ NGăPHÁPăCH ăT OăCÁCăS Nă

PH MăC ăKHệăỨNGăDỤNGăCỌNGăNGH ăCAD/CAMă- CNC

XI

1.1.ăT ngăquanăv ăcôngăngh ăCAD/CAMă- CNC.ầầầầầầầầầầầ. 1

1.1.3 Vai trò c a CAD/CAM trong chu kỳ s n xu tầầầầầầầầầ 6

1.1.4 Các m c ti p c n c a kỹ thu t CAD/CAM - CNC ầầầầầầầ 8

1.1.6 Gi i thi u một s ph n mềm CAD/CAM đang đư c sử d ng hi n

nay, ưu như c điểm c a các ph n mềm 17 1.1.7 Tình hình ng d ng công ngh CAD/CAM ậ CNC t i Vi t Nam 20

1.2.ăPh ngăphápăch ăt oăcácăs năph măc ăkhíă ngăd ngăcôngăngh ă

1.2.1 Quá trình thi t k ng d ng công ngh CAD/CAM - CNC ầầầầ 22

1.2.2 Quá trình gia công ng d ng công ng CAD/CAM - CNC 27

1.3.ăK tălu năầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ 37

CHƯƠNG II PHẦN M M UNIGRAPHICS-NX TRONG THI T K CHI

TI T

- IV -

2.1 Gi iăthi uăchung ầầầầầầầầầầầ 38 2.1.1 Kh năng tư ng thích vƠ m rộng ầầầầầầầầ 39 2.1.2 Khái quát chung kh năng thi t k

2.1.3 Kh năng xơy dựng mô hình 3D

39

39

2.2 Kháiăquátăc ăb năv ăkh ănĕngăthi tăk ătrênăph năm măNX 42

2.2.1 Giao di n ngư i dùng ầầầầầầầầầầầầầầầầầ 42 2.2.2 Thao tác c b n trong vùng đồ họaầầầầầầầ 44

2.3 Xây d ựng mô hình s n ph m trên ph n m m NXầầ 44

2.3.1 Xây dựng b n v phác th o trên môi trư ng Sketch 44

3.3 Quy trình t oăch ngătrìnhăgiaăcôngătrênăph n m m NX 62

3.4 Thi t l p chi năl c ch y dao và hi u ch nh các ch đ cắt trên ph n

3.4.3 Đ nh nghĩa t c độ tr c chính, t c độ ti n dao 70

4.2.1 Hộp tho i công c t o đư ng ch y dao gia công 5 tr c 75

4.2.2 Phư ng pháp t o điểm điều khiển đư ng ch y dao trên bề mặt

ph tr

75

4.2.3 Các phư ng pháp điều ch nh hư ng tr c d ng c cắt 79

4.3 Ứng d ng ph n m m NX xây dựngăch ngătrìnhăgiaăcôngă5ătr c

Cho chi ti t tuabin 82 4.3.1 Chi ti t vƠ đồ gá, lựa chọn trung tâm gia công 82

4.3.2 T o chư ng trình gia công s n phẩm

85

- VII -

H ăTHỐNGăDANHăMỤCăCÁCăHỊNHăVẼ

Hình 1.2 S đồ chu kỳ s n xu t theo công ngh truyền th ng ầầầầầầ 7

Hình 1.3 S đồ chu kỳ s n xu t ng d ng công ngh CAD/CAM - CNC ầầ 8

Hình 1.11 Quá trình truyền d n dữ li u qua hai h CAD/CAM A vƠ B ầầầ 15

Hình 1.12 ng d ng máy tính vƠo quá trình thi t k ầầầầầầầầầầ 22

Hình 1.13 M i liên h giữa c s dữ li u v i CAD/CAM ầầầầầầầầ 26 Hình 1.14 S đồ quá trình gia công ầầầầầầầầầầầầầầầầầ 29

Hình 1.15 Điều khiển điểm - điểm ầầầầầầầầầầầầầầầầầ 32

Hình 1.16 Điều khiển đo n thẳng ầầầầầầầầầầầầầầầầầ 32 Hình 1.17 Điều khiển 2D trên máy phay ầầầầầầầầầầầầầầ 33

Hình 1.18 Điều khiển 3D trên máy phay ầầầầầầầầầầầầầầ 34

Hình 1.20 Điều khiển 4D vƠ 5D ầầầầầầầầầầầầầầầầầầ 35

Hình 1.21 H to độ trên máy CNC vƠ chuyển động c a các tr c ầầầầầ 36

Hình 2.1 Thi t k m ch đi n trên NX ầầầầầầầầầầầầ 37

Hình 2.2 Thi t k đư ng ng trên NX ầầầầầầầầầầầầầầầầ 40

- VIII -

Hình 2.3 Thi t k khuôn m u trên NX ầầầầầầầầầầầầầầầầ 41

Hình 2.4 Thi t k chi ti t d ng t m 41

Hình 2.5 Thi t k khuôn d p, d p liên hoƠn trên NX 41

Hình 2.6 Tính toán thi t k k t c u hƠn trên NX 41

Hình 2.7 T o chư ng trình gia công trơn NX ầầầầầầầầầầầầ 42

Hình 2.9 Giao di n mƠn hình c a NX ầầầầầầầầầầ 45

Hình 3.1 T o đư ng ch y dao tr n theo biên d ng bề mặt ầầầầầầầ 59

Hình 3.2 Copy chư ng trình gia công cho nhiều bề mặt ầầầầầầầầ 60

Hình 3.4 T o bộ post processor ầầầầầầầầầầầầầầầầ 61

Hình 3.6 Quy trình t o chư ng trình gia công trên NX ầầầầầầầầầ 62

Hình 3.8 Khai báo hình học c a chi ti t gia công ầầầầầầầầầầầầ 64 Hình 3.9 Hộp tho i t o chư ng trình gia công ầầầầầầầầầầầầầ 64 Hình 3.10 Hộp tho i thi t l p chi n lư c ch y dao ầầầầầầầầầầầ 65 Hình 3.11 Thi t l p chiều sơu l p cắt ầầầầầầầầầầầầ 66

Hình 3.13 Hộp tho i điều ch nh điểm vƠo, ra dao ầ 68

Hình 4.1 Máy gia công 5 tr c v i đ u xoay kép: 5-Axis with Dual Rotary

Hình 4.2 Máy gia công 5 tr c v i bàn xoay kép: 5-Axis with Dual Rotary

Hình 4.3 Máy gia công 5 tr c v i bƠn vƠ đ u mang dao xoay: 5-Axis with

- IX -

Hình 4.4 Hộp tho i t o đư ng ch y dao gia công 5 tr c 75

Hình 4.5 Hộp tho i Phư ng pháp t o điểm điều khiển đư ng ch y dao trên bề

Hình 4.6 Các phư ng pháp t o đư ng ch y dao ầầầầầầầầ 78

Hình 4.7 Các phư ng pháp điều ch nh hư ng c a d ng c gia công ầầầầ 82

Hình 4.8 S đồ h th ng công ngh c a chi ti t c n gia công 83

Hình 4.9 S đồ chọn máy gia công trên ph n mềm ầầầầầầầầầầ 84

Hình 4.10 Chuyển môi trư ng ph n mềm sang môi trư ng gia công 85

Hình 4.11 Khai báo chư ng trình gia công ầầầầầầầầầầầầầ 86

Hình 4.12 Đ nh nghĩa vƠ lựa chọn d ng c cắt 88

Hình 4.13 Khai báo h tọa độ và phôi ầầầầầầầầầầầầầầ 90

Hình 4.14 Khai báo biên d ng cánh 91

Hình 4.15 Gia công thô rãnh cánh 92

Hình 4.17 Thi t l p kho ng cách an toàn ầầầầầầầầầầầ 94

Hình 4.18 Thi t l p điểm vào, ra dao ầầầầầầầầầầầầầầầầ 95

Hình 4.19 Thi t l p t c độ tr c chính ầầầầầầầầầầầầầầầầ 96

Hình 4.22 Đư ng ch y dao sau khi đã copy ầầầầầầầầầầầầầ 98

Hình 4.23 Đư ng ch y dao gia công tinh trên 1 ph n thân turbin ầầầ 99

Hình 4.24 Đư ng ch y dao trên toàn bộ vùng thân ầầầầầầầầầầ 100

Hình 4.25 T o chư ng trình gia công tinh thƠnh cánh l n ầầầầầầầầ 100

Hình 4.26 Đư ng ch y dao gia công tinh thành cánh 102

Hình 4.27 Copy đư ng ch y dao gia công tinh thành cánh ầầ 102

Hình 4.28 Copy chư ng trình gia công cho toƠn bộ cánh nh 103

Hình 4.29 Đư ng ch y dao gia công góc bo chân cánh 105

Hình 4.30 Mô ph ng quá trình gia công trên mô hình máy CNC 105

- X -

Hình 4.31 Mô ph ng quá trình gia công trên mã G-Code 106

Hình 4.32 Mô ph ng quá trình cắt b v t li u trực quan 106

- XI -

LỜIăMỞăĐẦU

NgƠnh công nghi p c khí v i sự xu t hi n c a công ngh CAD/CAM/CNC đã

t o ra bư c nh y vọt về kh năng s n xu t v i năng su t cao, kh năng gia công các chi ti t ph c t p vƠ ti t ki m đư c nguồn s c lao động r t l n

Máy CNC s thực hi n vi c gia công bằng phư ng pháp tự động ch y dao theo quỹ đ o c a chư ng trình NC bằng cách l p trình trực ti p trên máy CNC hoặc thông qua bộ điều khiển DNC NgƠy nay thì phư ng pháp l p trình bằng tay đã tr nên l c

h u b i sự h n ch về mặt gia công các chi ti t ph c t p vƠ m t r t nhiều th i gian cho vi c l p trình chư ng trình gia công

V i sự ti n bộ c a khoa học kỹ thu t thì vi c ra đ i công ngh CAD/CAM đã đánh d u một bư c ngoặt l n cho vi c tự động hoá s n xu t c khí vƠ t o thƠnh một

h th ng hoƠn ch nh từ quá trình thi t k đ n gia công ra s n phẩm Sự ra đ i c a công ngh CAD/CAM đã khắc ph c đư c khó khăn trong vi c l p trình bằng tay v i những chi ti t ph c t p vƠ gi m thiểu đư c sai sót trong quá trình l p trình chư ng

trình gia công

Trong s các ph n mềm CAD/CAM hi n nay, tác gi đã lựa chọn ph n mềm

Unigraphics NX b i l Unigraphics NX là một trong những ph n mềm nổi ti ng nh t

hi n nay trong lĩnh vực thi t k CAD, mô ph ng CAE và t o chư ng trình gia công

CAM cho máy CNC ậ cung c p gi i pháp tổng thể CAD/CAM/CAE/PLM, t o kh năng liên k t linh ho t giữa các khâu trong quá trình s n xu t từ thi t k CAD, phân

tích CAE và mô ph ng gia công CAM

Trong nhu c u phát triển c a công ngh CAD/CAM-CNC t i nư c ta, tác gi

đã đề xu t vƠ thực hi n đề tƠi lu n văn th c sỹ v i tên đề tƠi “Ứng dụng phần mềm

CAD/CAM vào thiết kế và gia công trên máy phay CNC 5 trục” Nội dung lu n văn

đã đề c p chi ti t đ n các ph n mềm CAD/CAM đang đư c ng d ng rộng rãi trên

th gi i vƠ đưa ra gi i pháp thi t k vƠ gia công ng d ng công ngh CAD/CAM -

CNC

- XII -

B L CH S Ử NGHIÊN CỨU:

Cu i những năm 50 c a th kỷ trư c thì CAD/CAM có những bư c phát đáng kể,

đ n những năm 90 thì CAD/CAM có những bư c đột phá v i bằng ch ng là r t

nhiều các t p đoƠn đưa rat h trư ng những ph n mềm CAD/CAM có ng d ng rộng

rãi trong thi t k và s n xu t trong nhiều ngành công nghi p

Cho đ n nay thì CAD/CAM/CNC đã tr thành h t nhân c a c nền s n xu t, càng

ngày thì sự ph c t p c a s n phẩm cƠng cao, đòi h i các nhà s n xu t ph i đưa ra các

gi i pháp gia công t i ưu nh t để đáp ng đư c nhu c u c a xã hội

ng d ng các ph n mềm CAD/CAM vào l p trình gia công trên máy 5 tr c thi

không còn xa l v i nền công nghi p trên th gi i, nhưng t i Vi t Nam thì công ngh

này còn nhiều h n ch

C M ỤCăĐệCH,ăĐỐIăTƯ NGăVẨăPH M VI NGHIÊN CỨU:

Đề tài t p trung nghiên c u, ng d ng ph n mềm UNIGRAPHICS-NX trog thi t

k vƠ gia công, đặc bi t là nghiên c u ng d ng Module gia công 5 tr c trên máy

CNC

Trọng tâm c a đề tài là nghiên c u gia công cho những bề mặt ph c t p như

tuabin, bánh rang côn xoắnầ

D CÁC LU ẬNăĐI MăC ăB NăVẨăĐÓNGăGÓPăM I C A LUẬNăVĔN

Đề tƠi đã đ nh hư ng phát triển vƠ đưa ra những ví d c thể để từ đó s đưa

vào thực t s n xu t

K t qu nghiên c u c a đề tài là c s cho các hư ng nghiên c u m rộng,

nâng cao h n nhằm ng d ng tri t để các ph n mềm CAD/CAM tích h p khác

Các k t qu nghiên c u c a đề tài có thể sử d ng trong gi ng d y và tài li u

tham kh o

E PHƯ NGăPHÁPăNGHIÊNăCỨU:

Nghiên c u 1 cách tổng quan về công ngh CAD/CAM/CNC và ng d ng

chúng trong thi t k và gia công chi ti t

Đưa ra vƠ phơn tích một s ph n mềm CAD/CAM thông d ng hi n nay, đưa ra

yêu c u là nghiên c u ng d ng chúng để gia công trên máy CNC 5 tr c, từ những

yêu c u đó tác gi lựa chọn nghiên c u ph n mềm Unigraphics-NX

Phân tích các ch c năng c b n c a ph n mềm sau đó t p trung nghiên c u

module gia công 5 tr c và từ đ đi l p trình gia công cho 1 chi ti t c thể là tuabin

công cụ hỗ trợ thiết kế và kh năng nội suy theo các đư ng và bề mặt r t mạnh Quá trình

lắp ráp cũng được hỗ trợ đáng kể với các ràng buộc về hình học và kích thước, nên ngư i

thiết kế cũng sử dụng dễ dàng hơn khi lắp ghộp cỏc chi tiết với nhau

Trong lĩnh vực tự động hoá công nghiệp, CAD không bị giới hạn trong việc tạo lập các b n vẽ thực thể theo quy cách 2D hoặc 3D, mà còn m rộng tới những công việc khác

như mô hình hoá thực thể dạng đặc (Solid Modeling), hình động (Animation), và phép phân tích phần tử hữu hạn (FEM: Finite Element Method) Xa hơn nữa là sự trao đổi dữ liệu giữa các hệ thống CAD/CAM và sự tích hợp về tự động hoá CAD/CAM được thiết lập với sự n định các tiêu chuẩn chung về trao đổi dữ liệu Những đề án tích hợp được xây dựng và đưa vào sử dụng trong những năm gần đây Như vậy những tiến bộ về máy tính đã có tác dụng làm tăng tốc độ thiết kế kỹ thuật và quá trình tự động hoá công nghiệp

CAD được coi như là một cuộc cách mạng công nghiệp mới kể từ khi nó được đề

xu t So với cách tạo lập thủ công b n vẽ thiết kế, CAD là gi i pháp có những ưu điểm

sau:

 Tăng độ chính xác và ch t lượng b n vẽ vì CAD có thể tạo ra những kích thước vẽ theo đơn vị nhỏ hơn 0,001 mm

 Làm gi m mức độ mơ hồ, trừu tượng của b n vẽ

 Các b n vẽ CAD có thể truy cập, lưu trữ, truyền t i qua các bộ chứa và lưu

thông tin

 Tiết kiệm không gian vì loại bỏ phòng lưu trữ các b n vẽ gi y

 Tiết kiệm th i gian vì loại bỏ lao động thủ công lặp lại

 Có kh năng giao diện trực tiếp với những ứng dụng kỹ thuật khác như

CAE, CAM

 Có thể làm tăng năng su t và lợi nhuận với gi i pháp phù hợp

Kết qu của CAD là một b n vẽ xác định, một sự biểu diễn nhiều hình chiếu khác nhau của một chi tiết cơ khí với các đặc trưng hình học và chức năng Các phần mềm CAD là các công cụ tin học đặc thù cho việc nghiên cứu và được chung là các phần mềm thiết kế

Nói đến CAD thì ph i nói đến KERNEL (hệ thống hạt nhân đồ hoạ), nó là nền

t ng hay có thể gọi nó như là bộ não của các hệ thống phần mềm CAD Hiện tại có vài định dạng KERNEL chính mà ngư i ta dựa vào đó để viết các phần mềm CAD đó là PARASOLID, ACIS, DesignBASE của hãng RICOH PARASOLID là KERNEL dựng

cho Unigraphics-NX, CADmeister, Solid Edge và MasterCAM ACIS được dựng cho AutoCAD, MDT DesignBASE được dựng cho các phần mềm CAD hạng trung Riêng CATIA thì sử dụng một định dạng KERNEL riêng của DASSAULT SYSTEMES c i biên lại từ định dạng ACIS, do đó các dữ liệu được xu t ra của CATIA r t tương thích dễ dàng với các phần mềm sử dụng ACIS cũng như khá tương thích với các dữ liệu của PARASOLID Về độ chính xác của CAD thì KERNEL ACIS không được chính xác so với PARASOLID, do đó khuynh hướng chuyển đổi từ CATIA sang Unigraphics-NX trong các hãng thiết kế ôtô ngày càng nhiều

1.1.1.2 CAM:

CAM (Computer Aided Manufacturing): Có nghĩa là quá trình gia công với sự hỗ trợ của máy tính Sau khi thực hiện xong quá trình thiết kế, các dữ liệu CAD được xu t ra dưới dạng các định dạng file dữ liệu trung gian như STEP, SAT, IGES Và được nhập vào phần mềm CAM dưới các định dạng này Chương trình CAM sẽ nhận dữ liệu CAD qua các định dạng trung gian đó và ngư i chạy chương trình cần ph i thiết lập các điều kiện tính toán cho quá trình gia công như các chiến lược gia công, thông số công nghệ và thông số dụng cụ trong quá trình cắt, chương trình sẽ tự động chạy và xu t các chương trình NC dưới dạng các mã lệnh G - M code hoặc dưới dạng ngôn ngữ APT Các chương

trình NC dưới dạng mã lệnh này sẽ được truyền trực tiếp đến máy CNC bằng ổ đĩa mềm hoặc qua các bộ điều khiển DNC

Kết qu của CAM là cụ thể, đó là chi tiết cơ khí Trong CAM không truyền đạt một sự biểu diễn của thực thể mà thực hiện một cách cụ thể công việc Việc chế tạo bao gồm các v n đề liên quan đến dụng cụ cắt, vật liệu, cắt gọt vật liệu, công su t của trang thiết bị Các điều kiện s n xu t khác nhau có nh hư ng trực tiếp đến ch t lượng và giá thành s n phẩm

1.1.1.3 CAE:

CAE (Computer Aided Engineering): Có nghĩa là ứng dụng công nghệ thông tin để

hỗ trợ cho các quá trình kỹ thuật như các quá trình phân tích, mô phỏng, lập kế hoạch s n

xu t và sửa chữa b o trì

Các lĩnh vực hỗ trợ của CAE bao gồm:

- Phân tích ứng su t trong kết c u và các mối lắp ghép

- Phân tích chuyển động của các dòng ch t khí và ch t lỏng

- Phân tích các quá trình mô phỏng cơ khí như quá trình đúc, quá trình cắt gọt và quá trình biến dạng

- Phân tích l i gi i và xử lý các kết qu trong quá trình tính toán cơ khí

1.1.1.4 CNC:

CNC (Computerized Numerical Control): Điều khiển số bằng máy tính Công nghệ CNC được ra đ i và phát triển vào những năm 1940 - 1950 tại phòng thí nghiệm SERVOMECHANISM của học viện kỹ thuật MASSACHUSETTS Điều khiển bằng các chương trình chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA - 274 - D dưới dạng các mã lệnh G - M

code hoặc ngôn ngữ APT

Sự ra đ i của công nghệ CNC đã làm thay đổi mạnh mẽ ngành cơ khí, từ nền s n

xu t cơ khí thuần tuý chuyển sang sự kết hợp giữa cơ khí, công nghệ thông tin và điện tử Quá trình gia công phức tạp tr nên dễ dàng hơn, các đư ng cong được thực hiện dễ dàng như đư ng thẳng, các c u trúc phức tạp 3D cũng dễ dàng được thực hiện và một lượng lớn các thao tác do con ngư i được gi m thiểu

Việc ứng dụng tự động hoá vào quá trình s n xu t cơ khí đã tạo nên sự phát triển đáng kể về độ chính xác và ch t lượng Kỹ thuật tự động của máy CNC đã giúp con

ngư i gi m thiểu được sai sót và giúp ngư i thao tác có th i gian cho công việc khác Ngoài ra còn cho phép linh hoạt trong thao tác các s n phẩm và th i gian cần thiết cho máy móc để s n xu t các loại s n phẩm khác nhau

Công nghệ CNC cung c p s n phẩm đ m b o, tin cậy Một khi chương trình đã qua kiểm tra và được đưa vào s n xu t, hàng loạt các chi tiết cùng loại có thể được tạo ra một cách chính xác và ổn định

Hiện nay thì có một số hãng lớn s n xu t máy CNC là: MORI SEIKI, MAKINO,

DECKEL MAHO…

DNC (Direct Numerical Control): Là một máy tính trung tâm được cài đặt phần

mềm truyền dữ liệu (Thường là các phần mềm đi kứm với bộ điều khiển) đến các hệ thống

điều khiển của các máy CNC trong một trung tâm gia công

…………

…………

Hình 1.1 Hệ thống DNC

Khi đã có chương trình NC (hoặc bằng tay, hoặc qua hệ thống CAD/CAM) chương

trình này cần ph i được t i đến hệ điều khiển CNC Mặc dù ngư i vận hành có thể nhập trực tiếp vào hệ điều khiển, tuy nhiên công việc như vậy rõ ràng mang tính thủ công, và sẽ

r t khó khăn khi gặp ph i những chương trình dài

Chương trình NC có được qua hệ thống CAM đang dạng file văn b n trên máy tính, còn nếu lập bằng tay, có thể nhập vào máy tính bằng chương trình xử lý văn b n thông thư ng Với chương trình đang dạng file văn b n, muốn chuyển đến hệ điều khiển máy CNC cần ph i có một hệ thống DNC

DNC

Một hệ thống DNC cho phép máy tính được nối mạng với nhiều máy CNC Giao thức truyền thông nối tiếp qua cổng RS232C, cổng mạng hoặc Data server được dùng để truyền chương trình

1.1.2.ăTíchăh păcôngăngh ăCAD/CAMă- CNC:

Công nghệ CAD/CAM - CNC hiện nay trên thế giới đang phát triển hết sức mạnh

mẽ với sự ra đ i của r t nhiều những phần mềm CAD/CAM ưu việt Có hai hướng mà các

nhà s n xu t phần mềm đưa ra, thứ nh t là đi theo hướng tích hợp các lĩnh vực CAD, CAM, CAE thành một phần mềm đa chức năng, thứ hai là là đi theo hướng chuyên môn hoá trong từng lĩnh vực một, nghĩa là có xu hướng tách r i phần thiết kế, gia công và tính

toán mô phỏng thành các phần mềm riêng biệt

Hiện nay một số phần mềm được định dạng để trung chuyển dữ liệu CAD với nhau hay giữa dữ liệu CAD và CAM dưới dạng STEP AP203, 203E, AP214 thay vì dưới dạng SAT, IGES v.v một tiến bộ mới so với định dạng IGES, b i khi xu t sang định dạng IGES thư ng hay gặp ph i các lỗi về bề mặt

Kết qu của quá trình CAD không chỉ là cơ s dữ liệu để thực hiện phân tích kỹ thuật, lập quy trình chế tạo, gia công điều khiển số mà chính là dữ liệu điều khiển thiết bị

s n xu t điều khiển số như các loại máy công cụ, ngư i máy, tay máy công nghiệp và các thiết bị phụ trợ khác

Công việc chuẩn bị s n xu t có vai trò quan trọng trong việc hình thành b t kỳ một

s n phẩm cơ khí nào

Công việc này bao gồm:

 Chuẩn bị thiết kế (thiết kế kết cấu sản phẩm, các bản vẽ lắp chung c a sản

phẩm, các cụm máy)

 Chuẩn bị công nghệ (đảm bảo tính năng công nghệ c a kết cấu, thiết lập

quy trình công nghệ)

 Thiết kế và chế tạo các trang bị công nghệ và dụng cụ phụ

 Kế hoạch hoá quá trình s n xu t và chế tạo s n phẩm trong th i gian yêu cầu

Hiện nay, qua phân tích tình hình thiết kế th y rằng 90% th i lượng thiết kế là để tra cứu số liệu cần thiết mà chỉ có 10% dành cho lao động sáng tạo và quyết định phương

án, do vậy các công việc trên có thể thực hiện bằng máy tính điện tử để vừa tiết kiệm th i gian vừa đ m b o độ chính xác và ch t lượng

CAD/CAM - CNC là lĩnh vực nghiên cứu nhằm tạo ra các hệ thống tự động thiết

kế và chế tạo trong đó máy tính điện tử được sử dụng để thực hiện một số chức năng nh t định CAD/CAM - CNC tạo mối quan hệ mật thiết giữa hai dạng hoạt động là thiết kế và chế tạo

Tự động hoá thiết kế là dùng các hệ thống và phương tiện tính toán giúp ngư i kỹ

sư thiết kế, mô phỏng, phân tích và tối ưu hoá các gi i pháp thiết kế

Tự động hoá chế tạo là dùng máy tính điện tử để kế hoạch hoá, điều khiển và kiểm

tra các nguyên công gia công

Xu thế phát triển chung của các ngành công nghiệp chế tạo theo công nghệ tiến tiến là liên kết các thành phần của quy trình s n xu t trong một hệ thống tích hợp điều khiển b i máy tính điện tử (CIM)

Các thành phần của hệ thống CIM được qu n lý và điều hành dựa trên cơ s dữ liệu trung tâm với thành phần quan trọng là các dữ liệu từ quá trình CAD

1.1.3.ăVaiătròăc aăCAD/CAMă- CNCătrongăchuăkỳăs năxu t:

Ngư i ta dùng khái niệm chu kỳ s n xu t để mô t sự hình thành của s n phẩm công nghiệp thông qua hai quá trình thiết kế và chế tạo

- Ậuá trình thi t Ệ ẽao g m ẾáẾ Ếông vi Ế nh sau:

 Lập hồ sơ thiết kế

- Trong đó quá trình Ếh t o ẽao g m ẾáẾ Ếông vi Ế ỆháẾ, đó ệà:

 Thiết lập quá trình s n xu t

 Quy hoạch s n xu t

 Thiết kế và mua dụng cụ mới

 Phân phối vật tư

xu t

Nhu cầu thị trư ng mới

Hình 1.3 Sơ đồ chu kỳ sản xuất ng dụng công nghệ CAD/CAM - CNC

Như vậy có thể th y rằng CAD/CAM chi phối hầu hết các dạng hoạt động và chức năng của chu kỳ s n xu t các nhà máy hiện đại, trong công đoạn thiết kế và chế tạo, kỹ thuật tính toán ngày càng phát huy tác dụng và là nhu cầu không thể thiếu được

1.1.4.ăCácăm căti păc năc aăkỹăthu tăCAD/CAMăậ CNC:

Hãng DENFORD (Anh Quốc) đã tạo lập các module phù hợp dùng cho đào tạo

theo các mức tiếp cận kỹ thuật CAD/CAM – CNC như sau:

1.1.4.1 Ẩ Ế ti p Ế n 1:

Cho các quá trình phay, khoan hoặc tiện, mức này có kh năng thực hiện gi i pháp

CAD/CAM - CNC như sau:

 Tạo lập bằng tay các lệnh G - M code …

cầu nguyên vật liệu

Thiết bị điều khiển

Lập biểu

đồ s n xu t

Nhu cầu

thị trư ng

 Tạo lập tự động các lệnh G - M code với hệ CAM rồi chạy mô phỏng chương trình gia công CNC đã lập trên màn hình máy tính

Hình 1.4 M c tiếp cận 1

1.1.4.2 Ẩ Ế ti p Ế n 2:

Mức này được trang bị như mức 1, nhưng có thêm hệ xử lý thích nghi

(Postprocessor) dùng cho bàn phím CNC của hãng DENFORD để lập trình gia công CNC, rồi chạy mô phỏng chương trình gia công CNC trên màn hình của máy tính PC mà không dùng bàn phím của máy tính

SIEMENS…) nh cách thay đổi t m phím n phù hợp với từng hệ Với mức này có thể

tiến hành thiết kế chi tiết gia công, rồi lập trình gia công CNC với bàn phím máy tính (lập

trình th công hoặc tự động), hoặc lập trình bằng tay với bàn phím CNC, sau đó chạy mô

phỏng chương trình gia công CNC đã lập trên màn hình máy tính

1.1.4.5 Ẩ Ế ti p Ế n 5:

Mức 5 gồm mức 4 có bổ xung thêm một máy thực hành gia công CNC và có kh

năng như sau: thiết kế chi tiết gia công rồi lập trình gia công CNC trên máy tính (th công

hoặc tự động), hoặc lập trình thủ công với bàn phím CNC, sau đó chạy mô phỏng chương

Đĩa cài đặt + khoá cứng

Chi tiết gia công

CNC

Máy tính PC + Bàn phím CNC (FANUC)

Máy thực hành gia công

CNC

Chi tiết gia công

CNC

trình gia công CNC đã lập trên màn hình của máy tính, cuối cùng là thực hiện chương trình gia công trên máy thực hành CNC để cắt phôi tạo ra chi tiết đã thiết kế và lập trình

Hình 1.7 M c tiếp cận 5

1.1.4.6 Ẩ Ế ti p Ế n 6:

Mức này là mức dựa trên sự phát triển phần mềm công nghiệp tiêu chuẩn CAD/CAM có dùng các module phần mềm CAD để thiết kế chi tiết gia công trên máy tính và nạp dữ liệu CAD vào các module CAM để tạo lập chương trình gia công CNC rồi truyền trực tiếp tới máy gia công CNC

Hình 1.8 M c tiếp cận 6

1.1.5.ăGiaoădi năCAD/CAM:

Để đ m b o các tính ch t tương thích, tích hợp, liên thông, linh hoạt của các hệ

CAD/CAM ph i có gi i pháp chuyển tiếp giữa các phân hệ trong phạm vi của từng hệ và giữa các hệ CAD/CAM được kết nối với nhau thông qua các giao diện CAD/CAM

Đĩa cài đặt + khoá cứng

CAD/CAM - CNC

Máy tính PC + bàn phím máy tính + chuột + bàn

phím CNC

Hệ dao cụ CNC Máy thực hành gia công CNC

Chi tiết gia công

CAD Máy tính + bàn phím

CNC (Desktop - Tutor)

CAM Máy tính + bàn phím

Giao diện xét theo hai phần là phần cứng và phần mềm có các chức năng sau đây:

 Giao diện quá trình

 Giao diện hệ thống

 Giao diện nối tiếp với các thiết bị dữ liệu bên ngoài

 Giao diện với ngư i vận hành

Giao diện xét về chức năng trao đổi dữ liệu gọi là giao diện dữ liệu, để chuyển đổi dạng dữ liệu của một hệ CAD/CAM này sang dạng dữ liệu của một hệ CAD/CAM khác khi tích hợp hai hệ CAD/CAM đó với nhau Các hệ CAD/CAM khác nhau có c u trúc dữ liệu khác nhau về đối tượng xử lý (chi tiết, s n phẩm)

Chuyển giao dữ liệu có nghĩa là dịch dữ liệu theo hai cách như sau:

 Dịch trực tiếp

 Dịch gián tiếp thông qua quy cách trung gian tiêu chuẩn như IGES, DXF,

STEP, PDES… Các thành phần của CIM có mục đích cơ b n là tạo lập mối quan hệ tích hợp giữa các hệ thống có máy tính trợ giúp khác nhau trong nội bộ hãng Mục đích đó được quán triệt ngay từ khâu trao đổi dữ liệu nh các chương trình chuyển đổi cho tới khâu tạo lập các ngân hàng dữ liệu s n phẩm chung

cách dịch trực tiếp cần ph i có hai bộ dịch trực tiếp cho từng cặp hệ thống có quan hệ giao tiếp dữ liệu với nhau theo hai chiều Như vậy khi có n hệ thống khác nhau thì ph i có n(n - 1) bộ dịch, b i vì sẽ có n(n - 1)/2 cặp hệ thống Ví dụ nếu có 10 hệ thống (n = 10) thì cần ph i có n(n - 1) bộ dịch trực tiếp để chuyển giao dữ liệu khi chúng tích hợp với nhau Nếu ghép thêm chỉ một hệ nữa vào n hệ có sẵn thì ph i có thêm 2n bộ dịch trực tiếp khác nhau để chuyển giao dữ liệu

cách dịch gián tiếp ngư i ta sử dụng hệ chuyển giao dữ liệu gián tiếp thông qua tệp trung gian Tệp trung gian có c u trúc cơ s dữ liệu trung gian, không phụ thuộc vào một hệ thống nào riêng biệt Hiện tại có nhiều tệp trung gian khác nhau được dùng mà điển hình là IGES, DXF, STEP Tệp trung gian còn được gọi là giao diện dữ liệu tiêu chuẩn Đây là cách chuyển giao dữ liệu gián tiếp giữa các hệ cơ s dữ liệu khác nhau Tuy vậy cách này, từng hệ thống ph i có một cặp bộ xử lý để chuyển đổi dữ liệu riêng của

nó thành quy cách tệp trung gian và ngược lại từ quy cách tệp trung gian thành quy cách

tệp gốc của nó Bộ dịch có chức năng chuyển giao dữ liệu từ quy cách cơ s dữ liệu gốc của một hệ thống thành một quy cách trung gian được gọi là bộ tiền xử lý (pre-processor) Ngược lại bộ dịch có chức năng chuyển giao dữ liệu từ quy cách trung gian thành quy cách cơ s dữ liệu của một hệ thống nào đó được gọi là bộ hậu xử lý (post-processor) Như vậy cần có 2n bộ xử lý cho n hệ thống được nối ghép với nhau và nếu thêm một hệ thống mới thì chỉ cần có thêm hai bộ xử lý nữa

Hình 1.9 Hệ chuyển giao dữ liệu gián tiếp thông qua tệp trung gian

Khâu trao đổi thông tin giữa các phòng kỹ thuật hiện tại còn phổ biến dưới phương thức chuyển giao các b n vẽ kỹ thuật đã được xây dung theo quy chuẩn Với việc ứng dụng gi i pháp dùng máy tính trong nội bộ hãng để diễn t các s n phẩm kỹ thuật, điều cần hướng tới là trao đổi các mô hình có máy tính trợ giúp giữa các hệ thống CAD và các

hệ thống khác nối tiếp sau chúng (CAM, CAE …)

Việc triển khai ứng dụng các mô hình kỹ thuật đối với các quá trình nối tiếp sau hệ CAD có những ưu điểm là:

 Tránh được công việc trùng lặp nh khâu nạp dữ liệu

 Loại trừ nguồn gốc phát sinh sai số

ph i kể đến các giao diện VDAFS và IGES Những thông tin về dữ liệu s n phẩm được tập hợp thành nhiều giao diện khác nhau

Những giao diện này được tiêu chuẩn hoá theo quốc gia, cũng như do các hãng tạo lập CAD/CAM cung c p thông qua các chương trình chuyển đổi dữ liệu Các hãng sẽ cung c p cho nơi sử dụng, ứng với hệ thống CAD/CAM của từng hãng, hai loại chương trình chuyển đổi dạng hai hệ vi xử lý là tiền xử lý và hậu xử lý

Hệ tiền xử lý có chức năng là trợ giúp việc chuyển đổi các dạng dữ liệu chuyên dụng và đặc trưng của hệ thống thành dạng trung gian, sau đó hệ hậu xử lý sẽ chuyển đổi tiếp dạng trung gian thành dạng phù hợp, có giá trị phù hợp với hệ thống nhập vào Mô hình tổng quan về truyền dẫn dữ liệu giữa các hệ CAD/CAM được thể hiện như sơ đồ dưới đây:

Hình 1.10 Các giao diện dùng trong lĩnh vực cơ khí

PHICS – Programers Hierarchical Graphic System

GKS-3D – Graphic Kernel System

CGI – Computer Graphics Interface

CGM - Computer Graphics Metafile

IGES – Initial Graphics Exchange Specification

SET – Standard Exchange Transport

VDAFS – VAD-Flachenschnitt

PDES – Produce Data Exchange Specification

STEP – Standard forExchange or Product Model Data

IGES SET VDAFS ……

Mô hình

s n ph m

PDES STEP CAD-NT

Đi u khiển

máy

IRDATA APT CLDATA ……

H thống

tự động

MAP TOP

……

CAD-NT – CAD-Normteile

IRDATA – Industrial Robot Data

APT – Automatically Programmed Tools

CLDATA – Cutter Location Data

MAP – Manufacturing Automation Protocol

TOP – Technical and Office Protocol

Hình 1 11 Quá trình truyền dẫn dữ liệu qua hai hệ CAD/CAM A và B

Khi thực hiện gi i pháp này cần có sự tho thuận giữa các đối tác về thể thức cung

c p các dữ liệu CAD/CAM, cụ thể là hình thức diễn đạt và mô hình gốc, nhằm đ m b o tính ổn định của dữ liệu, cũng như đ m b o tuỳ chọn tại mọi th i điểm, nghĩa là không phụ thuộc sự lựa chọn hệ thống và c u trúc hệ thống Ngày nay, dạng trung gian của dữ liệu được tạo lập theo nhiều hướng khác nhau và có hàm lượng thông tin khác nhau

Ngoài dạng giao diện dữ liệu trung gian còn có giao diện trực tiếp dạng các hệ chuyển đổi chuyên dụng - phụ thuộc hệ thống để hỗ trợ quá trình trao đổi dữ liệu giữa hai

hệ thống CAD/CAM

Khái niệm giao diện bao hàm những điều kiện, quy tắc và những tho thuận về sự nối ghép các phân hệ với nhau, phần nhiều là sự trao đổi thông tin, nghĩa là các giao diện

dữ liệu và giao diện cơ khí

Kh năng hoạt động của một hệ thống tự động hoá chỉ có thể đ m b o nếu thông tin chung giữa các đơn vị c u trúc, các đơn vị dữ liệu và các tín hiệu được tạo lập và đ m

b o Những vị trí chuyển tiếp từ một đơn vị sang một đơn vị khác ph i được thiết lập phù hợp, nghĩa là ph i tương thích hoặc tương đồng với nhau Những vị trí chuyển tiếp đ m

b o phù hợp được gọi là các giao diện Trong thực tế có các loại giao diện là giao diện quá trình, giao diện hệ thống, giao diện nối tiếp với các thiết bị dữ liệu bên ngoài, giao diện với ngư i vận hành

Các hệ CAD/CAM khác nhau có các c u trúc khác nhau về hệ dữ liệu xác định đối tượng xử lý Vì vậy khi các hệ CAD/CAM cần ph i tích hợp với nhau, ngư i ta ph i chuyển đổi dữ liệu xác định s n phẩm của hệ CAD/CAM này sang c u trúc dữ liệu của hệ

CAD/CAM khác, nhằm chuyển giao dữ liệu, có nghĩa là cần ph i có một bộ “dịch xuôi” dùng cho việc chuyển đổi dữ liệu Theo chiều ngược lại, thì ph i dùng bộ “dịch ngược”

Nghĩa là ph i có hai bộ dịch cho từng cặp hệ CAD/CAM khác nhau cần được ghép nối

với nhau Những bộ dịch theo cách đó (bộ dịch xuôi, bộ dịch ngược) được gọi là bộ dịch

trực tiếp Ngư i ta gọi hệ chuyển giao dữ liệu như trên là hệ chuyển giao dữ liệu trực tiếp

Tuy vậy, ngư i ta có thể chuyển giao dữ liệu giữa hai hệ CAD/CAM khác nhau bằng một cách gọn gàng hơn, đó là chuyển giao dữ liệu bằng cách dùng c u trúc cơ s dữ liệu trung gian, gọi là tệp trung gian không phụ thuộc hệ CAD/CAM hiện có hoặc sẽ có trong tương lai Ngư i ta gọi cách đó là cách chuyển giao dữ liệu gián tiếp giữa các hệ cơ

s dữ liệu khác nhau Với cách này từng hệ CAD/CAM ph i có một cặp bộ xử lý của nó

để chuyển đổi dữ liệu thành quy cách tệp trung gian và ngược lại từ quy cách tệp trung gian thành quy cách tệp gốc của nó Chức năng của từng bộ xử lý được phân chia như

sau:

 Bộ dịch có chức năng chuyển giao dữ liệu từ quy cách cơ s dữ liệu gốc của một hệ thành quy cách trung gian, được gọi là bộ tiền xử lý (preprocessor)

 Bộ dịch có chức năng chuyển giao dữ liệu từ quy cách trung gian thành quy cách cơ s dữ liệu riêng của một hệ nào đó, được gọi là bộ hậu xử lý

(posprocessor)

Như vậy theo cách chuyển giao dữ liệu gián tiếp thông qua tệp trung gian ngư i ta chỉ cần có 2n bộ xử lý cho n hệ khác nhau được nối ghép với nhau, và chỉ cần có thêm 2

bộ xử lý nữa nếu muốn ghép thêm một hệ khác vào

Các quy cách điển hình về tệp trung gian hiện nay đang được sử dụng là IGES, DXF, STEP Trong đó IGES hiện nay được dùng phổ biến là tệp trung gian DXF là tệp trung gian dùng cho dữ liệu b n vẽ kỹ thuật STEP là quy cách dữ liệu tiêu chuẩn dùng để lưu trữ các dữ liệu trong phạm vi chu kỳ s n phẩm bao gồm: thiết kế, phân tích, chế tạo,

đ m b o ch t lượng, kiểm tra và b o dưỡng cùng với dữ liệu xác định s n phẩm Các hệ CAD dùng IGES đang có định hướng chuyển sang dùng STEP STEP khác với IGES và DXF chỗ là các tệp IGES và DXF được tạo lập chỉ để chuyển đổi dữ liệu xác định s n phẩm, còn STEP xử lý dữ liệu s n phẩm là dữ liệu toàn diện về chu kỳ s n phẩm

1.1.6.ă Gi iă thi uă m tă sốă ph nă m mă CAD/CAMă đangă đ că sửă d ngă hi nă nay,ă uă

nh căđiểmăc aăcácăph năm m:

1.1.6.1 ẩhóm ẾáẾ ph n m m CAD/CAẨ tíẾh h p:

- CATIA: Là s n phẩm của hãng DASSAULT SYSTEMES là một trong những phần mềm CAD/CAM tích hợp mạnh nh t hiện nay bao gồm các gói thiết kế chi tiết và các cơ c u tổ hợp các s n phẩm dập t m, bề mặt và khung dây, thiết kế khuôn, thiết kế tàu thuỷ, ôtô, máy bay… gói phân tích các kết c u bằng phương pháp phần tử hữu hạn, gói gia công CNC, gói thiết kế nhà xư ng, gói thiết kế hệ thống điện, điện tử, thuỷ lực và gói

mô phỏng động học, động lực học:

 Mechanical Design: Modul cho phép xây dựng các chi tiết, các s n phẩm

lắp ghép trong cơ khí

 Shape Design and Styling: Modul cho phép thiết kế các bề mặt có biên

dạng, kiểu dáng phức tạp trong các lĩnh vực thiết kế vỏ ôtô, tàu biển, máy

bay

 Analysis & Simulation: Modul cho phép tính toán kiểm tra và mô phỏng

các chi tiết chịu t i trọng trong môi trư ng kết c u liên tục hoặc trong môi trư ng nhiệt độ Từ đó cho phép tối ưu kết c u

 Manufacturing & Machining: Modul cho phép mô phỏng quá trình gia

công chế tạo chi tiết thông qua việc lựa chọn dao, chế độ cắt, gá đặt từ đó cho phép ngư i thiết kế lựa chọn quá trình chế tạo hợp lý nâng cao ch t lượng gia công và tiết kiệm vật liệu Lập chương trình gia công và xu t chương trình dưới dạng mã lệnh G - code

 Equipments and Systems: Cho phép xây dung các trang thiết bị, các hệ

thống đư ng ống dẫn khí, dầu của một nhà máy theo tiêu chuẩn

 Plant Engineering: Cho phép thiết kế mặt bằng nhà xư ng, nhà máy, dây

truyền s n xu t

Hiện nay DASSAULT SYSTEMES đã thành công trong việc xây dựng module

thiết kế theo nhóm (Smarteam) hỗ trợ cho các trung tâm thiết kế có thể linh hoạt kết hợp

hỗ trợ lẫn nhau trong nội bộ cùng một công ty hay tập đoàn

- UNI GRAPHIC-NX (UG-NX): Là s n phẩm của tập đoàn SIEMENS PLM SOFTWARE Đây là phần mềm r t mạnh về thiết kế bề mặt với kh năng nội suy r t cao, ngoài ra các module khác cũng r t hoàn chỉnh và dễ sử dụng:

 Modeling: Module cho phép thiết kế các chi tiết dạng khối đặc với một hệ giao diện r t trực quan

 Shape Studio: Module cho phép thiết kế các dạng bề mặt phức tạp trong không gian và khung dây với những kh năng tính toán nội suy r t mạnh

 Drafting: Module thiết kế b n vẽ 2D

 Manufacturing và machine Tool Builder: Module về CAM gồm: phay, tiện và cắt dây

 Advanced Simulation, Design Simulation, Moldflow Part Adviser, Motion Simulation: Là các Module về thiết kế và mô phỏng các quá trình thiết kế,

hệ thống dẫn nhựa vào lòng khuôn và các quá trình va trạm, chuyển động…

 Sheet Metal: Module dùng thiết kế các loại t m kim loại nói chung, ngoài

ra hỗ trợ r t tốt cho quá trình thiết kế vỏ của công nghiệp hàng không và các

quá trình dập t m

 Routing Electrical, Routing Mechanical, Routing Logical: Module thiết

kế các hệ thống đư ng dây điện, đư ng ống công nghiệp và hệ thống mạch

điện tử

 Ship Design: Module thiết kế tàu thuỷ

 Mold Wizard: Module thiết kế khuôn ép nhựa

 Progressive Die Wizard: Module thiết kế các quá trình gia công áp lực

 Electrode Design: Module thiết kế, gia công điện cực

- AUTOCAD: Là s n phẩm của AUTODESK, INC Là phần mềm dành riêng cho thiết kế 2D phổ biến nh t từ r t nhiều năm nay, các phiên b n của AUTOCAD đầu tiên là AUTOCAD 1 đến 14, sau đó là các phiên b n 2000 đến nay phiên b n mới nh t là 2009 AUTOCAD được ứng dụng trong mọi lĩnh vực kỹ thuật và r t tiện dụng cho thiết kế các

b n vẽ 2D

- AUTODESK INVENTOR: Cũng là một s n phẩm của AUTODESK, INC nhưng

là phần mềm về thiết kế 3D, modul thiết kế của INVENTOR khá mạnh với sự kết nối r t tốt với phần mềm thiết kế 2D AUTOCAD, do vậy ngư i thiết kế có thể r t linh hoạt trao đổi dữ liệu giữa 2D và 3D

- Ngoài ra một số phần mềm thiết kế được sử dụng nhiều như phần mềm ZUKEN,

I-DEAS, OSD (One Space Design), HELIX CADAM …

1.1.6.3 ẩhóm ẾáẾ ph n m m CAẨ:

- MASTERCAM: Là phần mềm chuyên về gia công cơ khí, s n phẩm của CNC SOFTWARE, INC, Mỹ Đây là phần mềm CAM được sử dụng khá rộng rãi hiện nay, có thể thích hợp cho các máy CNC từ 2 đến 5 trục, với các quá trình phay, tiện, cắt dây…

- CAMTOOL: Là phần mềm CAM của hãng GRAPHIC PRODUCTS, Nhật B n

Là phần mềm hỗ trợ gia công r t mạnh cho quá trình phay, dữ liệu tương thích với nhiều loại máy CNC từ 3 đến 5 trục

- Ngoài ra còn có một số phần mềm khác như DELCAM của Anh và WORK NC của Mỹ…

1.1.6.4 ẩhóm ẾáẾ ph n m m CAẠ:

- ANSYS: Là phần mềm chuyên về mô phỏng, phân tích và tính toán các thông số ứng su t, biến dạng trong các quá trình chuyển động và va trạm

- Ngoài ra còn một số phần mềm khác như MSC PATRAN, MSC NATRAN, LMS,

HYPER WORKS, MAXELL…

1.1.7.ăTìnhăhìnhă ngăd ngăcôngăngh ăCAD/CAMăậ CNCăt iăVi tăNam:

1.1.7.1 Tình hình ng ế ng Ếông ngh CAD/CAẨ - CẩC trong ẾáẾ Ếông tỔ nhà n ớẾ:

Hiện nay tại Việt Nam thì công nghệ CAD/CAM - CNC còn khá mới mẻ và việc đi sâu ứng dụng còn khá b t cập do nhu cầu về trang thiết bị và phần mềm Tuy nhiên để có nền công nghiệp cơ khí phát triển thì việc sử dụng và phát triển công nghệ CAD/CAM - CNC là vô cùng quan trọng và không thể thiếu trong xu hướng phát triển như hiện nay

CAD/CAM xu t hiện tại Việt Nam thông qua các phần mềm mua nước ngoài để học tập, nghiên cứu và ứng dụng Hiện nay thì chúng ta cũng đang cố gắng để tự xây dựng nên các phần mềm CAD/CAM, và một số các trư ng đại học, viện nghiên cứu và các công ty cũng đang cố gắng để thực hiện các dự án này

1.1.7.2 Tình hình ng ế ng Ếông ngh CAD/CAẨ – CẩC t i ẾáẾ Ếông tỔ ệiên ếoanh và

n ớẾ ngoài t i Vi t ẩam:

Tại các công ty của nước ngoài tại Việt Nam thì tình hình ứng dụng công nghệ

CAD/CAM - CNC vào s n xu t là r t rộng rãi, các công ty chuyên về thiết kế và gia công các s n phẩm cơ khí và s n phẩm nhựa thì việc thiết kế và chạy gia công trên các phần mềm chuyên dụng là r t quan trọng nh hư ng trực tiếp đến ch t lượng và hiệu qu s n

xu t Tuỳ vào chủng loại s n phẩm mà công ty s n xu t, họ sẽ lựa chọn những phần mềm thích hợp cho việc thiết kế và s n xu t chủng loại s n phẩm đó Ví dụ như các công ty chuyên thiết kế về vỏ bề mặt họ thư ng sử dụng phần mềm CATIA hoặc Uni Graphic -

NX, các công ty chuyên về thiết kế khuôn họ thư ng sử dụng phần mềm CADmeister b i

ưu điểm r t mạnh của phần mềm này về module thiết kế khuôn, với quá trình chạy chương trình gia công CAM thì tuỳ thuộc vào tình hình s n xu t và công nghệ mà việc lựa chọn các phần mềm CAD/CAM tích hợp hoặc các phần mềm CAM chuyên dụng sao cho tương hỗ một cách tối đa nh t với phần mềm thiết kế và loại máy CNC mà nhà máy đang sử dụng Với lĩnh vực CAE thì các phần mềm được sử dụng nhiều thư ng là các

phần mềm mô phỏng về sức bền và phân tích động lực học như ANSYS, HYPER WORKS hay MSC PATRAN Các phần mềm này tích hợp lại thành một hệ thống các quá trình thiết kế, s n xu t và kiểm tra

1.1.7.3 Tình hình đào t o Ếông ngh CAD/CAẨ – CẩC trong nhà tr ờng:

Một số trư ng đại học của nước ta đã mạnh dạn đầu tư khá nhiều trang thiết bị về máy CNC và các phần mềm CAD/CAM để phục vụ cho gi ng dạy và thực hành, Tại một

số trư ng đại học như Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Đại Học Công Nghiệp Hà Nội, Đại Học Giao Thông Vận T i…đã thành lập các trung tâm CAD/CAM với khá nhiều phần mềm tốt như CATIA, UG - NX, CADmeister, Pro/Engineer, MasterCam, Camtool…Để phục vụ cho việc gi ng dạy và luyện tập của sinh viên Do hiện nay trên thị trư ng xu t hiện r t nhiều phần mềm nên việc lựa chọn sử dụng phần mềm nào đối với sinh viên là r t khó, vì vậy các thầy cô giáo sẽ định hướng cho sinh viên dạy và học những phần mềm nào phù hợp nh t mà nhiều công ty, nhà máy hiện nay đang sử dụng để tiếp cận với nền công nghệ CAD/CAM - CNC đang phát triển như hiện nay Chính vì vậy yêu cầu r t

quan trọng với các kỹ sư cơ khí hiện nay là ph i nắm vững về công nghệ CAD/CAM - CNC để có thể tiếp cận với nền công nghiệp cơ khí trên thế giới

1.2 Pả ẩẢ PảÁP Cả T O CÁC S ẩ Pả Ẩ C KảÍ ẩẢ D ẩẢ CÔẩG ẩẢả CAD/CAẨ - CNC

1.2.1.ăQuáătrìnhăthi tăk ă ngăd ngăcôngăngh ăCAD/CAMă- CNC:

Các nhiệm vụ liên quan đến một hệ CAD hiện đại có thể chia ra làm bốn lĩnh vực như sau

1.2.1.1 Ẩô hình hoá hình họẾ:

Trong CAD, mô hình hoá hình học tương ứng với giai đoạn tổng hợp, đòi hỏi mô

t hình dáng hình học của một đối tượng dưới dạng toán học theo cách máy tính có thể xử

lý được Mô hình toán học cho phép hình nh của đối tượng có thể hiện thị và thao tác trên màn hình máy tính thông qua tín hiệu l y từ CPU của hệ CAD Phần mềm đồ hoạ

ph i được thiết kế sao cho thuận tiện và có hiệu qu với máy tính và ngư i sử dụng

Hình 1.12 ng dụng máy tính vào quá trình thiết kế

Trong lĩnh vực mô hình hoá hình học, ngư i thiết kế xây dựng những hình nh của đối tượng trên màn hình máy tính bằng ba loại lệnh:

ầo i 1: là loại lệnh tạo nên những yếu tố hình học cơ b n như điểm, đư ng thẳng,

Các phương pháp để biểu diễn đối tượng thành mô hình hình học:

Mô hình khung dây: Đây là dạng cơ b n để thể hiện đối tượng Theo phương pháp thể hiện này, vật thể được hiển thị lên màn hình thành những nét liền liên kết với nhau

Mô hình khung dây được chia thành ba loại tuỳ theo kh năng của hệ ICG (Interative

Computer Graphics - Đồ hoạ máy tính tương tác):

 2D hay đồ hoạ hai chiều dùng cho đối tượng hai chiều

 2,5D thể hiện những đối tượng ba chiều đơn gi n như trụ, lập phương…

 3D hay đồ hoạ ba chiều thể hiện những đối tượng ba chiều phức tạp

Ẩô hình đặẾ: Là cách thể hiện tốt nh t vật thể ba chiều Phương pháp này sử dụng

những hình dáng hình học đặc gọi là các nguyên thể để dựng nên đối tượng

Đ ho màu: Là kh năng r t tốt mà ngày nay gần như hệ CAD nào cũng có Nh

có màu mà hình nh được hiển thị lên màn hình mang nhiều nội dung thông tin hơn, nó

giúp cho các chi tiết trong một b n vẽ lắp tr nên dễ phân biệt, làm nổi bật những kích thước quan trọng hoặc những bộ phận chủ chốt và nhiều lợi ích khác nữa

1.2.1.2 Phợn tíẾh Ệỹ thu t:

Khi triển khai một đề án thiết kế kỹ thuật thư ng cần đến một sự phân tích nào đó tuỳ theo loại công trình, như về ứng su t, biến dạng, truyền nhiệt hoặc mô t sự ứng sử

động học của hệ thống Máy tính có thể giúp thực hiện các nhiệm vụ này một cách nhanh chóng và có hiệu qu

Đối với những bài toán thiết kế cụ thể, nhóm phân tích kỹ thuật có thể tự viết l y phần mềm chuyên biệt để sử dụng trong nội bộ, còn đối với những bài toán có tính ch t phổ thông thì thư ng được gi i quyết b i các gói phần mềm mua thì trư ng

Các hệ CAD/CAM phổ biến thư ng bao gồm các phần mềm phân tích kỹ thuật hoặc có thể giao diện với các phần mềm này:

Phợn tíẾh thuộẾ tính Ệhối ệ ng: Diện tích bề mặt, trọng lượng, thể tích, trọng

tâm, mômen quán tính… Đối với một mặt phẳng hoặc tiết diện ngang của một vật thể nó còn cho ta biết c chu vi, diện tích và các thuộc tính quán tính

Phợn tíẾh ph n tử hữu h n: Là một trong những kh năng mạnh nh t của một hệ

CAD Với kỹ thuật này vật thể được chia thành nhiều phần tử với số lượng hữu hạn tuỳ ý Mỗi phần tử là một ô chữ nhật hay ô tam giác, t t c tạo nên một mạng lưới gồm các nút Nhiều hệ CAD có kh năng tự động phân chia các nút và xác định c u trúc mạng lưới của toàn vật thể, ngư i sử dụng chỉ cần đưa ra một số thông số cần thiết cho mô hình phần tử hữu hạn rồi hệ CAD sẽ làm các công việc tính toán tiếp theo

1.2.1.3 ậà soát và đánh giá thi t Ệ :

Rà soát: Là công việc được tiến hành sau khi thiết lập xong b n vẽ nhằm kiểm tra

độ chuẩn xác thiết kế và sự đúng đắn của việc lựa chọn kết c u, mối ghép…

Việc kiểm tra độ chuẩn xác thiết kế nếu được thực hiện trên màn hình đồ hoạ thì

r t thuận tiện và có hiệu qu Các kh năng của phần mềm về tự động ghi kích thước và cho dung sai những nơi ngư i thiết kế yêu cầu khiến cho những sai sót trong việc ghi kích thước lên b n vẽ được gi m đi r t nhiều Ngư i thiết kế cũng có thể thu nhỏ hay phóng to một chi tiết nào đó để xem xét cận c nh

Đánh giá: Nhằm xem xét s n phẩm nếu được chế tạo theo b n thiết kế thì có thể

đạt được các chỉ tiêu về động học, thao tác, vận hành… như ban đầu đã đề ra hay không Nét đặc trưng của các hệ CAD hiện đại là kh năng đánh giá động học, là kh năng hoạt hoá chuyển động của các cơ c u trong b n thiết kế như khớp treo, các khâu truyền động, đồng th i giúp ngư i thiết kế kiểm tra độ l n của các phần tử khi chuyển động

Trong phép chiếu trực giao, hầu hết các hệ CAD đều có kh năng tạo ra sáu hình chiếu tương ứng với sáu mặt phẳng chiếu nếu th y cần Ngoài ra các hệ CAD còn cho phép ngư i thiết kế lập trình bổ xung để đưa ra những tiêu chuẩn riêng của hãng đó

1.2.1.5 Phợn ệo i và ghi mụ ẾáẾ Ếhi ti t máỔ:

Ngoài bốn chức năng nêu trên, các hệ CAD còn tạo ra một cơ s dữ liệuđể tiến hành xây dựng một hệ thống phân loại và ghi mã cho các chi tiết máy hoặc chi tiết kết c u công trình Việc phân loại và ghi mã có liên quan tới việc nhóm các b n vẽ thiết kế của những chi tiết máy giống nhau thành từng loại và dùng hệ thống sơ đồ mã để liên kết các đặc điểm tương đồng lại với nhau Ngư i thiết kế có thể sử dụng hệ thống phân loại và ghi mã để gọi những b n vẽ chi tiết máy hay kết c u công trình ra sử dụng chứ không ph i thư ng xuyên thiết kế lại những chi tiết máy mới Trong giai đoạn chế tạo, những hệ thống như vậy cũng r t cần thiết và có nhiều ứng dụng trong công nghệ nhóm, là một công nghệ thuộc lĩnh vực CAM

1.2.1.6 T o ra Ế sở ếữ ệi u để s n ồuất:

Một ứng dụng khác nữa của CAD là nó có thể tạo ra một cơ s dữ liệu để chế tạo

ra s n phẩm Trong chu trình s n xu t cổ điển tồn tại b y lâu trong công nghiệp, b n vẽ

do kỹ sư thiết kế vẽ ra được kỹ sư công nghệ sử dụng lại để lập ra một b n quy trình công

nghệ chế tạo Các hoạt động thiết kế hoàn toàn tách biệt với các hoạt động lập quy trình công nghệ và như vậy, trên thực tế đã tồn tại một quy trình hai giai đoạn riêng biệt Điều

đó làm tăng g p đôi chi phí th i gian và tiêu hao nhân lực

Ngày nay với hệ tích hợp CAD/CAM, một mối liên kết trực tiếp giữa hai lĩnh vực thiết kế và chế tạo được thiết lập Mục tiêu của CAD/ CAM không dừng lại chỗ tự động hoá một số khâu nào đó trong lĩnh vực chế tạo mà còn nhằm tự động hoá việc chuyển đổi

từ lĩnh vực thiết kế vào lĩnh vực chế tạo Hiện ngư i ta đang triển khai những hệ thiết kế - chế tạo l y máy tính làm nền t ng để tạo ra hầu hết dữ liệu và hồ sơ tư liệu phục vụ cho việc lập kế hoạch và điều khiển các hoạt động s n xu t ra s n phẩm

Cơ s dữ liệu chế tạo là một cơ s dữ liệu tích hợp CAD/CAM Nó bao gồm t t c

những dữ liệu về s n phẩm có được thông qua giai đoạn thiết kế (số liệu về hình học, liệt

kê chi tiết, dự trù vật liệu, thuyết minh kỹ thuật …) cùng những dữ liệu bổ xung cần thiết

cho giai đoạn chế tạo mà đa số là dựa vào b n thiết kế

Hình 1.13 Mối liên hệ giữa cơ sở dữ liệu với CAD/CAM

Mô hình hoá hình học

1.2.2.ăQuáătrìnhăgiaăcôngă ngăd ngăcôngăngh ăCAD/CAMă- CNC:

1.2.2.1 ả thống CAD/CAẨ - CNC:

Các hệ thống CAD/CAM - CNC cho phép tạo ra đư ng dịch chuyển dụng cụ một cách tự động theo đặc điểm biên dạng chi tiết gia công và điều kiện gia công với các máy CNC Các hệ thông này bao gồm chương trình xử lý và xử lý tiếp theo chuyên dùng

- Ch ng trình ồử ệý CAD/CAẨ:

Là chương trình mô t vật thể hình học chi tiết, cùng với các chỉ dẫn gia công, các

số liệu dụng cụ nhằm cung c p đầy đủ dữ liệu về đư ng dịch chuyển dụng cụ cũng như các thông tin cần cho gia công mô t theo ngôn ngữ APT :

- Nhập dữ liệu mô t biên dạng hình học chi tiết để có thể mô hình hoá vật thể

3D

- Nhập số liệu dụng cụ cắt và kiểu máy công cụ

- Nhập số liệu về tốc độ cắt và lượng chạy dao hoặc tính toán dựa trên số liệu dụng cụ cắt và vật liệu phôi gia công

- Xác định lượng kim loại cần hớt bỏ (lượng dư gia công)

- Tạo đư ng dịch chuyển dụng cụ

Với sự trợ giúp của máy tính, biên dạng hình học của chi tiết còn có thể được dùng

để phân tích thiết kế nh các chương trình phần tử hữu hạn, có thể lựa chọn các phương

án gia công khác nhau dựa vào các phiếu phân tích kỹ thuật cũng như cơ s dữ liệu tổ chức s n xu t Chúng tạo ra một liên kết trực tiếp hình thành giữa thiết kế và chế tạo, cho phép sử dụng một cơ s dữ liệu chung từ khâu thiết kế đến khâu gia công, c việc lập kế hoạch, tổ chức và qu n lý s n xu t Rõ ràng là với các hệ thống hỗ trợ liên kết, th i gian tiêu tốn cần thiết cho việc hoàn thành các công đoạn s n xu t s n phẩm gi m đi đáng kể, không những thế còn dễ dàng c i thiện ch t lượng s n phẩm, mang lại hiệu qu kinh tế