Nghiên cứu, ứng dụng phần mềm tích hợp mastercam x3 trong thiết kế gia công chi tiết cơ khí 2d, 3d trên máy CNC

Công nghệ CAD/CAM ra đời đánh dấu bước ngoặt lớn trong việc tự động hoá hoá xuất cơ khí và tạo ra được một hệ thống hoàn chỉnh từ qúa trình thiết kế đến gia công các sản phẩm.. Chương IV

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

PHẠM NGỌC ÁNH

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TÍCH HỢP CAD/CAM MASTERCAM X3 TRONG THIẾT KẾ GIA CÔNG CHI TIẾT

CƠ KHÍ 2D, 3D TRÊN MÁY CNC

Chuyên ngành : Công nghệ chế tạo máy

Môc lôc

Trang

Ch−¬ng 1 Tæng quan vÒ c«ng nghÖ cad/cam – cnc vµ

Ph−¬ng ph¸p chÕ t¹o c¸c s¶n phÈm c¬ khÝ øng dông

c«ng nghÖ cad/cam – cnc

1.1 Tæng quan vÒ c«ng nghÖ cad/cam - cnc………… 1

1.1.1 Kh¸i niÖm vÒ CAD, CAM, CNC……… 1

1.1.2 TÝch hîp c«ng nghÖ CAD/CAM – CNC……… 4

1.1.3 Vai trß cña CAD/CAM – CNC trong chu kú s¶n xuÊt……… 6

1.1.4 C¸c møc tiÕp cËn CAD/CAM 7

1.1.5 Giao diÖn CAD/CAM – CNC……… 10

1.1.6 Mét sè phÇn mÒm CAD/CAM ®ang ®−îc sö dông hiÖn nay, −u nh−îc ®iÓm cña tõng phÇn mÒm……… 15

1.1.7 T×nh h×nh øng dông c«ng nghÖ CAD/CAM – CNC ë n−íc ta hiÖn nay 21

1.2 Ph−¬ng ph¸p chÕ t¹o c¸c s¶n phÈm c¬ khÝ øng

dông c«ng nghÖ cad/cam – cnc

1.2.1 Quá trình thiết kế ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC……… 23

1.2.2 Quá trình gia công ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC………… 28

1.3 Kết luận……… 39

Chương 2 Tổng quan về phần mềm mastercam x 2.1 giới thiệu chung……….……… 40

2.1.1 Giao diện……… … 41

2.1.2 Mặt phẳng vẽ ……… 42

2.1.3 Mặt phẳng quan sát……… 43

2.1.4 Bắt điểm……… 43

2.1.5 Chọn đối tượng……… 44

2.2 Các chức năng và ý nghĩa của các mục chọn trên thanh menu chính 45

Chương 3 MÔ PHỏNG QUá TRìNH GIA CÔNG CHI TIếT DạNG TRụC BằNG PHầN MềM MASTERCAM X3 Và THựC HIệN QUá TRìNH GIA CÔNG TRÊN MáY TIệN CNC emco concept turn 450 3.1 BảN Vẽ CHI TIếT……… 72

3.2 Gia công chi tiết……… 73

3.2.1 Vật liệu phôi……… 73

3.2.2 Các bước gia công……… 73

3.2.3 Thông số máy tiện CNC gia công……… 73

3.2.4 Thông số dụng cụ cắt……… 75

3.2.5 Chế độ cắt và chương trình gia công chi tiết trục……… 78

3.2.6 Kết quả quá trình mô phỏng gia công trên MasterCam……… 81

3.3 KếT QUả THí NGHIệm……… 83

Ch−¬ng 4 M¤ PHáNG QU¸ TR×NH GIA C¤NG CHI TIÕTB»NG PHÇN MÒM MASTERCAM X3 Vµ THùC HIÖN QU¸ TR×NH GIA

C¤NG TR£N M¸Y PHay CNC mcv - 410

4.1 B¶N VÏ CHI TIÕT……… …… 84

4.2 gia c«ng CHI TIÕT……… 85

4.2.1 VËt liÖu ph«i……… … 85

4.2.2 Th«ng sè m¸y CNC gia c«ng……… 85

4.2.3 Th«ng sè dông cô c¾t……… 87

4.2.4 Th«ng sè gia c«ng……… 87

4.2.5 Ch−¬ng tr×nh gia c«ng……… 88

4.2.6 KÕt qu¶ ch¹y m« pháng……… 94

4.3 KÕt qu¶ thÝ nghiÖm……… 96

KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ……… 97

LỜI CAM ĐOAN

Luận văn thạc sỹ “Nghiên cứu, ứng dụng phần mềm tích hợp CAD/CAM MasterCam X3 trong thiết kế, gia công chi tiết cơ khí 2D, 3D trên máy CNC ” được

hoàn thành bởi tác giả Phạm Ngọc ánh, học viên lớp Cao học Công nghệ Chế tạo máy, khoá 2008 – 2010, Viẹn Cơ khí – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Tôi xin cam đoan áđây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Tất cả các số liệu nghiên cứu đều là trung thực và chưa được ai công bố, trừ các số liệu từ các tài liệu tham khảo đã ghi rõ trong luận văn

Hà Nội, ngày 25 tháng 10 năm 2010

Tác giả luận văn

Phạm Ngọc Ánh

LỜI MỞ ĐẦU

Ngành công nghiệp cơ khí với sự xuất hiện của công nghệ CNC đã tạo ra bước nhảy vọt về khả năng sản xuất với năng suất cao, khả năng gia công các chi tiết phức tạp và tiết kiệm được sức lao động rất lớn

Máy CNC sẽ thực hiện việc gia công bằng phương pháp tự động chạy dao theo quỹ đạo của chương trình NC bằng cách lập chương trình trực tiếp trên máy CNC hoặc thông qua bộ điều khiển DNC Khi gia công các chi tiết có bề mặt phức tạp thì việc lập trình sẽ mất rất nhiều thời gian hay rất khó khăn trong việc lập trình

Công nghệ CAD/CAM ra đời đánh dấu bước ngoặt lớn trong việc tự động hoá hoá xuất cơ khí và tạo ra được một hệ thống hoàn chỉnh từ qúa trình thiết kế đến gia công các sản phẩm Công nghệ CAD/CAM khắc phục được những khó khăn trong việc lập trình bằng tay khi lập trình gia công các chi tiết phức tạp và giảm thiểu được những sai sót trong qúa trình lập chương trình gia công

Trong nhu cầu phát triển của công nghệ CAD/CAM – CNC tại nước ta, tác giả

đã đề xuất và thực hiện đề tài luận văn thạc sỹ với tên đề tài : “ Nghiên cứu, ứng dụng phần mềm tích hợp CAD/CAM MasterCAM X3 trong thiết kế và gia cụng chi tiết cơ khí 2D , 3D trên máy CNC ” Nội dung luận văn đã đề cập chi tiết đến các các phần

mềm CAD/CAM đang được ứng dụng rộng rãi trên thế giới và đưa ra giải pháp thiết kế

và gia công ứng dụng công nghệ CAD/CAM

Luận văn được chia làm 4 chương :

Chương I : Tổng quan về công nghệ CAD/CAM – CNC và phương pháp chế tạo các sản phẩm cơ khí ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC

Chương II: Tổng quan về phần mềm MasterCAM X3

Chương III: Mô phỏng quá trình gia công chi tiết dạng trục bằng phần mềm MasterCamX3 và thực hiện quá trình gia công trên máy CNC EMCO CONCEPT TURN – 450

Chương IV : Mô phỏng quá trình gia công chi tiết bằng phần mềm MasterCAM X3 và thực hiện quá trình gia công trên máy phay CNC MCV – 410

Tác giả xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn và sự giúp đỡ tận tình của PGS.TS.Trần Xuân Vịêt và các thầy cô trong bộ môn Công Nghệ chế tạo máy – Viện cơ khí – Trường Đại Học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ để tác giả hoàn thành luận văn này

Trong quá trình thực hiện văn không thể tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong các

ý kiến đống góp, phê bình của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp

Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2010

Tác giả

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CAD Computer Aided Design

CAM Computer Aided Manufacturing

CNC Computerized Numerical Control

DNC (Direct Numerical Control)

CAE Computer Aided Engineering

CIM (Computer Intergrated Manufacturing)

PHICS Programers Hierarchica Graphic System TOP Technical and Office Protocol

MAP Manufacturing Automation Protocol

CLDATA Cutter Location Data

GKS – 3D Graphic Kernel System

APT Automatically Programmed Tools

IRDATA Industrial Robot Data

CGI Computer Graphic Interface

CAD – NT –CAD Normteile

STEP Standard for Exchange of Product Model Data PDES Produce Data Exchange Specification

SET Standard Exchange Transport

IGES Initial Graphic Exchange Specification

VDAFS – VAD Flachenschnitt

CGM Computer Graphic Metafile

HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC BẢNG

B¶ng 1.1 Mét sè lÖnh t−¬ng ®−¬ng gi÷a c¸c file APT vµ c¸c lÖnh m· G –M 30

B¶ng 3.1 Th«ng sè m¸y tiÖn CNC Emco Concept Turn 450 gia c«ng 74

B¶ng 3.2 Th«ng sè dao tiÖn th« 76

B¶ng 3.3 Th«ng sè dao tiÖn tinh 76

B¶ng 3.4 Th«ng sè dao tiÖn r·nh 77

B¶ng 3.5 Th«ng sè dao tiÖn ren 78

B¶ng 4.1 Th«ng sè m¸y phay CNC mcv – 410 85

B¶ng 4.2 Th«ng sè gia c«ng chi tiÕt phay trªn m¸y phay MCV – 410 88

HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HìNH VẼ

Hình 1.1 Hệ thống DNC 3

Hình 1.2 Sơ đồ chu kỳ sản xuất khi chưa ứng dụng CAD/CAM – CNC 6

Hình 1.3 Sơ đồ chu kỳ sản xuất khi ứng dụng CAD/CAM – CNC 7

Hình 1.4 Mức tiếp cận 1 8

Hình 1.5 Mức tiếp cận 2 8

Hình 1.6 Mức tiếp cận 3 9

Hình 1.7 Mức tiếp cận 5 10

Hình 1.8 Mức tiếp cận 6 10

Hình 1.9 Các giao diện trong lĩnh vực cơ khí 12

Hình 1.10 Quá trình truyền dẫn dữ liệu qua hai hệ CAD/CAM A và B 14

Hình 1.11 ứng dụng máy tính vào quá trình thiết kế 23

Hình 1.12.Mối liên hệ giữa cơ sở dữ liệu với CAD/CAM 27

Hình 1.13 Sơ đồ quá trình gia công 30

Hình 1.14 Điều khiển điểm - điểm 33

Hình 1.15.Điều khiển đoạn thẳng 33

Hình 1.16.Điều khiển 2D trên máy phay 34

Hình 1.17.Điều khiển 3D trên máy phay 35

Hình 1.18 Điều khiển2,5D 35

Hình 1.19 Điều khiển 4D và 5D 36

Hình 1.20 Hệ toạ độ trên máy CNC và chuyển động của các trục 37

Hình 3.1 Bản vẽ chi tiết trục 71

Hình 3.2 Bản vẽ 3D chi tiết trục trong môi trường MasterCam X3 72

Hình 3.3 Máy tiện CNC Emco Concept Turn 450 73

Hình 3.4 Bộ điều khiển máy tiện CNC Emco Concept Turn 450 74

Hình 3.5 Hình ảnh tiện thô và tiện tinh chi tiết 80

Hình 3.6 Hình ảnh tiện rãnh chi tiết 80

Hình 3.7 Hình ảnh tiện ren chi tiết 81

Hình 3.8 Hình ảnh tiện cắt đứt chi tiết 81

Hình 3.9 Hình ảnh chi tiết sau khi gia công 82

Hình 4.1 Bản vẽ chi tiết phay 83

Hình 4.2 Bản vẽ 3D chi tiết phay trong môi trường MasterCam 84

Hình 4.3 Máy phay CNC MCV – 410 85

Hình 4.4 Bộ điều khiển máy phay CNC mcv – 410 85

Hình 4.5 Hình ảnh phay mặt phẳng 93

Hình 4.6 Hình ảnh khoan lỗ 94

Hình 4.7 Hình ảnh phay hốc vuông 94

Hình 4.8 Hình ảnh chi tiết sau khi gia công 95

Ngày nay tất cả các ngành kỹ thuật và các cơ sở sản xuất đều sử dụng và khai thác phần mềm này để hỗ trợ thiết kế và quản lý kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và kinh doanh Trải qua các phiên bản khác nhau, CAD đã trở thành phần mềm trợ giúp thiết kế được sử dụng rộng rãi trên thế giới bởi các tính năng nổi trội sau:

- Đáp ứng nhu cầu đồ hoạ trong không gian 2 chiều và 3 chiều

- Dễ sử dụng, người sử dụng có thể làm việc từ bàn phím, chuột thông qua cửa sổ lệnh hay hệ thống menu, các biểu tượng chức năng

- Dễ dàng trao đổi và kết xuất thông tin với các phần mềm khác

Kết quả của CAD là một bản 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 dụng cụ tin học đặc thù cho việc nghiên cứu và được gọi chung là các phần mềm thiết kế

1.1.1.2 CAM

CAM - Computer Aided Manufacturing – chế tạo có sự trợ giúp của máy tính Sau khi thực hiện xong quá trình thiết kế hình học, các dữ liệu CAD được xuất ra dưới

dạng các định dạng file dữ liệu trung gian như STEP, IGES và được nhập vào phần mềm CAD dưới các định dạng này Chương trình CAM sẽ nhận dữ liệu CAD thông qua các định dạng trung gian đó và người chạy chương trình cần phải 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 cắt, chương trình sẽ tự động chạy và xuất các chương trình NC dưới dạng các mã lệnh G – M code hoặc dưới dạng ngôn ngữ ATP Các chương trình NC dưới dạng mã lệnh này sẽ được truyền trực tiếp từ máy CNC bằng ổ đĩa hoặc qua các bộ

điều khiển DNC (Direct Numerical Control)

Kết quả 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 vấn đề liên quan đến dụng cụ cắt, vật liệu dao, vật liệu gia công, chế độ cắt, máy Các điều kiện sản xuất cụ thể sẽ quyết định đến năng suất, chất lượng và hiệu quả kinh tế

1.1.1.3 CNC

CNC – Computerized Numerical Control - Điều khiển số bằng máy tính ý tưởng phát triển điều khiển số cho máy công cụ ( Numerical Control – NC) xuất hiện vào những năm 1949 – 1950 tại viện công nghệ Massachusetts (MIT), Cambridge, Mỹ

Về mặt công nghệ, để thực hiện ý tưởng này cần có một hệ điều khiển biến đổi được

đại lượng đầu vào ở dạng số nhị phân cho hành trình và các chức năng đóng – mở sao cho máy phay có thể hiểu và xử lý được chúng Đó là ý tưởng cơ bản về ứng dụng điều khiển số cho máy công cụ nói chung Việc thực hiện nó đã trở thành hiện thực, nhờ có

sự phát triển mạnh mẽ của xử lý số liệu điện tử lúc đó

Trước tiên bộ điều khiển NC cho máy phay đứng được phát triển, các thông tin

về hành trình và các chức năng đóng - mở cần thiết được nhập qua card đục lỗ Nhờ đó các trục chạy dao của máy phay được điều khiển với các nguồn động lực độc lập sao cho bàn gá chi tiết gia công có thể thực hiện được bước dịch chuyển theo ý muốn Các tệp dữ liệu thông tin về hành trình và chế độ đóng – ngắt viết ở dạng chữ cái và con số thập phân được gọi là “chương trình NC”

Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ vi mạch tích hợp và công nghệ chế tạo các linh kiện điện tử như các bộ vi xử lý và máy vi tính, vào những năm 70, điều khiển NC đã bắt đầu phát triển thành điều khiển CNC (Computerized Numerical Control)

Khi đã có chương trình NC, chương trình này được tải đến hệ điều khiển CNC Mặc dù người vận hành có thể nhập trực tiếp vào hệ điều khiển, nhưng với chương trình dài thì rất khó khăn Chương trình NC có được qua hệ thống CAM đang ở dạng file văn bản trên máy tính, còn nếu lập bằng tay có thể nhập vào máy tính bằng chương trình xử

lý văn bản thông thường, với chương trình đang ở dạng file văn bản muốn chuyển đến

hệ điều khiển máy CNC cần phải có một hệ thống DNC DNC (Direct Numerical Control) là từ viết tắt tiếng Anh để biểu thị một máy tính trung tâm được cài đặt phần mềm truyền dữ liệu đến các hệ thống điều khiển của các máy CNC trong một xưởng gia công (hình 1.1)

Hình 1.1 Hệ thống DNC

Một hệ thống DNC cho phép máy tính có thể nối mạng với nhiều máy CNC thông qua cổng RS232C, cổng mạng hoặc Data Server được dùng để truyền chương trình

1.1.2 Tích hợp công nghệ CAD/CAM – CNC

Công nghệ CAD/CAM – CNC hiện nay đang phát triển hết sức mạnh mẽ với sự

ra đời của nhiều phần mềm CAD, CAM Trên cơ sở đó các nhà sản xuất phần mềm đưa

ra 2 hướng: thứ nhất là đi theo hướng tích hợp các lĩnh vực CAD, CAM, CAE thành một phần mềm đa chức năng (CAE – Computer Aided Engineering- quá trình kỹ thuật

có sự trợ giúp của máy tính, như quá trình phân tích, mô phỏng, lập kế hoạch sản xuất

và sửa chữa bảo trì) Thứ hai là đi theo hướng chuyên môn hóa từng lĩnh vực, tức là tách rời thiết kế, gia công và tính toán mô phỏng thành các phần mềm riêng biệt Một số phần mềm được định dạng để trung chuyển dữ liệu CAD với nhau hay giữa dữ liệu CAD và CAM ở dạng STEP AP203, 203E, AP214 thay vì dưới dạng SAT, IGES, STEP được ứng dụng rộng rãi hơn IGES, bởi vì khi xuất sang định dạng IGES thường hay gặp phải lỗi bề mặt

Mục đích của tích hợp CAD/CAM là hệ thống hoá dòng thông tin từ khi bắt đầu thiết kế sản phẩm tới khi hoàn thành quá trình sản xuất Chuỗi các bước được tiến hành với việc tạo dữ liệu hình học, tiếp tục với việc lưu trữ và xử lý bổ sung, kết thúc với việc chuyển các dữ liệu này thành thông tin điều khiển cho quá trình gia công, di chuyển nguyên vật liệu và kiểm tra tự động, được gọi là kỹ thuật trợ giúp bởi máy tính CAE (Computer Aided Engineering) và được coi như kết quả của việc kết nối CAD, CAM CAE không chỉ thay thế con người bằng các thiết bị máy tính hoá mà còn nâng cao năng lực của con người để phát minh các ý tưởng và sản phẩm mới

Sản xuất tích hợp máy tính hóa CIM (Computer Intergrated Manufacturing) bao gồm tất cả các chức năng kỹ thuật của CAD/CAM cũng như các chức năng kinh doanh Các hệ thống CIM lý tưởng áp dụng công nghệ máy tính đối với tất cả các chức năng vận hành và xử lý thông tin trong sản xuất, từ xử lý đơn đặt hàng, thiết kế và sản xuất tới giao sản phẩm tới khách hàng Phạm vi tác động của CIM rộng hơn so với phạm vi của CAD/CAM Khái niệm CIM có nghĩa là tất cả các hoạt động sản xuất đều được kết hợp lại trong một hệ thống máy tính để được hỗ trợ, được tự động hoá Hệ thống máy tính toả rộng và tác động vào tất cả các hoạt động của doanh nghiệp Đây là hệ thống

tích hợp, đầu ra của hoạt động này là đầu vào của một hoạt động khác tạo thành dây chuyền các sự kiện, bắt đầu từ khâu đặt hàng tới khâu chuyển giao sản phẩm

Đơn đặt hàng sẽ đ−ợc nhập vào phòng bán hàng của doanh nghiệp nhờ hệ thống

đặt hàng máy tính hoá Các đơn đặt hàng này bao gồm các thông số đặc tr−ng của sản phẩm, các thông số này sẽ là đầu vào của phòng thiết kế sản phẩm Các sản phẩm mới

sẽ đ−ợc thiết kế trong hệ thống CAD Các phần tử tạo nên sản phẩm sẽ đ−ợc chuyển thành cấu trúc vật t− sản phẩm, sau đó sơ đồ lắp ráp đ−ợc chuẩn bị

Đầu ra của phòng thiết kế sẽ là đầu vào của phòng kỹ thuật sản xuất Tại đây, việc lập kế hoạch quá trình gia công, thiết kế công cụ và các hoạt động chuẩn bị cho sản xuất đ−ợc thực hiện Đầu ra của phòng kỹ thuật sản xuất đ−ợc đ−a vào phòng lập kế hoạch và điều khiển sản xuất Tại đây, kế hoạch về nhu cầu nguyên vật liệu đ−ợc thực hiện bởi hệ thống máy tính

Kết quả của CAD cho phép nâng cao năng suất và giảm thời gian thiết kế sản phẩm; giảm thời gian thiết kế dụng cụ và đồ gá đ−ợc 12 ữ 25%; nâng cao chất l−ợng thiết kế, do đó nâng cao đ−ợc chất l−ợng sản phẩm; tạo ra đ−ợc tài liệu có chất l−ợng cao; loại trừ đ−ợc các công việc lặp lại; tiết kiệm thời gian và giảm giá thành khi chế tạo sản phẩm mới; tiêu chuẩn hoá tốt hơn; hoàn thiện giao diện giữa thiết kế và sản xuất; giảm thời gian trả lời kết quả đấu thầu Kết quả này không chỉ là cơ sở dữ liệu để thực hiện phân tích kỹ thuật, lập trình chế tạo, gia công điều khiển số mà chính là dữ liệu điều khiển thiết bị sản xuất điều khiển số nh− các loại máy công cụ, rôbôt, tay máy công nghiệp

Xuất phát từ thực tế, đa số thời l−ợng thiết kế là để tra cứu số liệu, do vậy các công đoạn của quá trình chuẩn bị sản xuất đ−ợc thực hiện bằng máy tính điện tử vừa tiết kiệm vừa đảm bảo độ chính xác và chất l−ợng Các công đoạn này bao gồm: chuẩn

bị thiết kế (thiết kế kết cấu sản phẩm, các bản vẽ lắp ); chuẩn bị công nghệ (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 sản xuất và chế tạo sản phẩm Quá trình chuẩn bị sản xuất có vai trò rất quan trọng trong việc hình thành bất kỳ một sản phẩm cơ khí nào

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 đ−ợc sử dụng để thực hiện một số chức năng trợ giúp nhất định CAD/CAM – CNC tạo ra mối quan hệ mật thiết giữa hai dạng hoạt

động là thiết kế và chế tạo Chúng là 3 phần tử của hệ thống tích hợp CIM (Computer Intergrated Manufacturing – hệ thống sản xuất tích hợp có máy tính trợ giúp) Xu thế phát triển chung của các ngành công nghiệp chế tạo theo công nghệ tiên tiến là liên kết các thành phần của quy trình sản xuất trong hệ thống tích hợp CIM Các thành phần của CIM đ−ợc quản lý và điều hành dựa trên cơ sở dữ liệu trung tâm với thành phần quan trọng là các dữ liệu từ quá trình CAD

1.1.3 Vai trò của CAD/CAM – CNC trong chu kỳ sản xuất

Khi ch−a đ−ợc ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC, sơ đồ chu kỳ sản xuất nh− sau:

Hình 1.2 Sơ đồ chu kỳ sản xuất khi ch−a ứng dụng CAD/CAM – CNC

Khi đã ứng dụng CAD/CAM – CNC, sơ đồ chu kỳ sản xuất trở thành:

Hình 1.3 Sơ đồ chu kỳ sản xuất khi ứng dụng CAD/CAM – CNC

Qua hai sơ đồ trên ta thấy CAD/CAM – CNC chi phối hầu hết các dạng hoạt

động và chức năng của chu kỳ sản xuất Với hệ thống CAD/CAM – CNC, ta có thể xuất phát từ sản phẩm thực tế – chi tiết cụ thể, chuyển ngay vào bản vẽ với các hình chiếu –

kể cả hình chiếu trục đo để sửa chữa, cải tiến, hợp lý hoá và cũng ngay lập tức đ−a vào quá trình điều khiển máy để gia công và có ngay sản phẩm mới đ−ợc cải tiến Đó cũng chính là công nghệ cao thiết kế – gia công – sản xuất có sự trợ giúp của máy tính đã mang lại năng suất cao hơn, chất l−ợng sản phẩm tốt hơn, giá thành hạ hơn với hiệu quả kinh tế rất cao

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

Hình 1.4 Mức tiếp cận 1 1.1.4.2 Mức tiếp cận 2

Là mức 1 có thêm hệ xử lý thích nghi (posprocessor) dùng cho bàn phím CNC

để lập trình gia công CNC, sau đó chạy mô phỏng trên màn hình máy tính mà không dùng bàn phím máy tính

Hình 1.5 Mức tiếp cận 2

1.1.4.3 Mức tiếp cận 3

Là mức 2 có thêm máy thực hành gia công có bổ sung thêm máy CNC theo hai phương án như sau:

Hình 1.6 Mức tiếp cận 3 1.1.4.4 Mức tiếp cận 4

Là phương án phối hợp giữa mức 1 và mức 2, ở mức này bàn phím CNC có thể lập trình và điều khiển gia công CNC với các hệ khác nhau (FANUC, HEIDENHAIN, SIEMENS ) nhờ cách thay đổi phím ấn 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, 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 Mức tiếp cận 5

Gồm mức 4 bổ sung thêm một máy tính thực hành gia công CNC và có khả năng thiết kế chi tiết gia công rồi lập trình gia công CNC trên máy tính, hoặc lập trình thủ công với bàn phím CNC, sau đó chạy mô phỏng chương trình gia công CNC đã lập trên màn hình máy tính, cuối cùng 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 Mức tiếp cận 5

1.1.4.6 Mức tiếp cận 6

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 Mức tiếp cận 6

1.1.5 Giao diện CAD/CAM – CNC

Trong phạm vi từng hệ CAD/CAM nói riêng và giữa các hệ CAD/CAM nói chung, muốn đảm bảo tính tương thích, tính tích hợp liên thông, tính linh hoạt, phải có

giải pháp chuyển tiếp giữa các phân hệ với nhau thông qua các giao diện CAD/CAM Xét theo hai phần là phần cứng và phần mềm, giao diện gồm có: giao diện nối tiếp với các thiết bị dữ liệu bên ngoài; giao diện với người vận hành; giao diện hệ thống và giao diện quá trình Xét về chức năng trao đổi dữ liệu, có giao diện dữ liệu, để chuyển đổi dạng dữ liệu của hệ CAD/CAM này sang dạng dữ liệu của hệ CAD/CAM khác khi tích hợp hai hệ CAD/CAM với nhau

Chuyển đổi dữ liệu nghĩa là dịch dữ liệu theo 2 cách: dịch trực tiếp hoặc dịch gián tiếp thông qua dữ liệu ở dạng trung gian tiêu chuẩn như DWG, DXF, IRDATA, STEP Các thành phần của CIM (trong đó có CAD/CAM) có mục đích tạo lập mối quan hệ tích hợp giữa các hệ thống có máy tính trợ giúp khác nhau trong nội bộ hãng Tích hợp cho phép nối kết các chức năng sản xuất một cách dễ dàng, đồng thời truyền dữ liệu giữa các máy hoặc giữa các thiết bị phụ trợ, qua đó đáp ứng nhanh những thay

đổi dữ liệu của sản xuất linh hoạt Vì vậy mục đích tạo lập mối quan hệ tích hợp giữa các hệ thống được quán triệt ngay từ khâu trao đổi dữ liệu nhờ các chương trình chuyển

đổi cho tới khâu tạo lập các ngân hàng dữ liệu chung

Với cách dịch dữ liệu trực tiếp cần có hai bộ dịch trực tiếp cho từng cặp hệ thống

có quan hệ giao tiếp dữ liệu với nhau theo hai chiều Vậy khi có n hệ thống thì phải có n(n-1) bộ dịch vì sẽ có n/2 cặp hệ thống Ví dụ: có 5 cặp hệ thống (n = 10) cần có 5(5-1) = 20 bộ dịch trực tiếp để chuyển giao dữ liệu khi chúng tích hợp với nhau

Với cách dịch dữ liệu gián tiếp, người ta sử dụng hệ chuyển giao dữ liệu gián tiếp thông qua tệp trung gian Tệp trung gian có cấu trúc cơ sở dữ liệu trung gian, không phụ thuộc vào một hệ thống nào riêng biệt Còn được gọi là giao diện dữ liệu tiêu chuẩn, hiện nay có một số tệp trung gian điển hình như DXF, STEP, IGES Tuy vậy, muốn chuyển giao được dữ liệu giữa các hệ cơ sở dữ liệu khác nhau, từng hệ thống phải 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 Khái niệm

bộ tiền xử lý (pre – processor) dùng để mô tả bộ dịch có chức năng chuyển giao dữ liệu

từ quy cách cơ sở dữ liệu gốc của một hệ thống thành một quy cách trung gian Ngược

lại, khái niệm bộ hậu xử lý (post – processor) dùng để mô tả bộ dịch có chức năng chuyển giao dữ liệu từ quy cách trung gian thành quy cách cơ sở dữ liệu của một hệ thống nào đó Như vậy cần có 2n bộ xử lý cho n hệ thống được ghép nối với nhau và nếu có thêm một hệ thống thì cần có thêm 2 bộ xử lý nữa

Giữa hai hệ thống CAD/CAM, việc trao đổi dữ liệu chỉ có thể thực hiện thông qua dữ liệu trung gian Đối với các dữ liệu kỹ thuật và các bản vẽ CAD, công cụ để thực hiện trao đổi dữ liệu phải kể đến các giao diện IGES và VDAFS Những thông tin về dữ liệu sản phẩm được tập hợp thành nhiều giao diện khác nhau Các giao diện này được tiêu chuẩn hoá theo quốc gia, do các hãng tạo lập CAD/CAM cung cấp thông qua các chương trình chuyển đổi dữ liệu ứng với hệ thống CAD/CAM của từng hãng, các hãng

sẽ cung cấp cho nơi sử dụng hai loại chương trình chuyển đổi ở dạng hai hệ vi xử lý là tiền xử lý và hậu xử lý Hệ tiền xử lý có chức năng 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 truyền dẫn dữ liệu giữa các hệ CAD/CAM được thể hiện như sau:

Hình 1.9 Các giao diện trong lĩnh vực cơ khí

Trong đó:

PHICS – Programers Hierarchica Graphic System

GKS – 3D – Graphic Kernel System

CGI – Computer Graphic Interface

CGM – Computer Graphic Metafile

IGES – Initial Graphic Exchange Specification

SET – Standard Exchange Transport

VDAFS – VAD - Flachenschnitt

PDES – Produce Data Exchange Specification

STEP – Standard for Exchange of Product Model Data

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

Nhằm đảm bảo tính ổn định của dữ liệu và đảm bảo dữ liệu tại mọi thời điểm không phụ thuộc vào sự lựa chọn hệ thống và cấu trúc hệ thống, khi thực hiện giải pháp này cần có sự thoả thuận giữa các đối tác về thể thức cung cấp dữ liệu CAD/CAM Hiện nay dạng trung gian của dữ liệu được tạo lập theo nhiều hướng khác nhau và có hàm lượng thông tin khác nhau Ngoài giao diện dữ liệu trung gian còn có giao diện dữ liệu trực tiếp ở dạng các hệ chuyển đổi chuyên dụng – phụ thuộc hệ thống để hỗ trợ quá trình trao đổi dữ liệu giữa hai hệ thống

Có sơ đồ quá trình trao đổi dữ liệu giữa hai hệ CAD/CAM A và B như sau:

Hình 1.10 Quá trình truyền dẫn dữ liệu qua hai hệ CAD/CAM A và B

Giao diện là khái niệm bao hàm những quy tắc, những điều kiện, những thoả thuận về sự nối ghép các phân hệ với nhau, chủ yếu là sự trao đổi thông tin Khả năng hoạt động của một hệ thống tự động hoá chỉ có thể đảm bảo nếu thông tin chung giữa các đơn vị cấu trúc, các đơn vị dữ liệu và các tín hiệu được tạo lập và đảm bảo Những

vị trí chuyển tiếp từ một đơn vị sang một đơn vị khác phải được thiết lập phù hợp, nói cách khác là phải tương thích, tương đồng với nhau Những vị trí chuyển tiếp đảm bảo phù hợp được gọi là các giao diện Có các loại giao diện như giao diện quá trình, giao diện hệ thống, giao diện nối tiếp với các thiết bị dữ liệu bên ngoài, giao diện với người vận hành

Khi các hệ CAD/CAM tích hợp với nhau, cần phải chuyển đổi dữ liệu xác định sản phẩm của hệ CAD/CAM này sang cấu trúc của hệ CAD/CAM khác nhằm chuyển

giao dữ liệu Vậy phải cần một bộ dịch xuôi dùng cho việc chuyển đổi dữ liệu Theo chiều ngược lại phải dùng bộ dịch ngược, tức là phải có hai bộ dịch cho từng cặp hệ CAD/CAM khác nhau khi mỗi cặp này tích hợp với nhau, gọi là bộ dịch trực tiếp Hệ chuyển giao dữ liệu như vậy gọi là hệ chuyển giao dữ liệu trực tiếp

Trong cách chuyển giao dữ liệu gián tiếp, từng hệ CAD/CAM phải có một cặp

bộ xử lý của riêng 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

kỳ sản xuất, bao gồm: thiết kế, phân tích, chế tạo, đảm bảo chất lượng, kiểm tra, bảo dưỡng và xác định sản phẩm STEP khác với IGES và DXF ở chỗ IGES và DXF chỉ để chuyển đổi dữ liệu xác định sản phẩm, còn STEP xử lý dữ liệu toàn diện về chu kỳ sản phẩm

1.1.6 Một số phần mềm CAD/CAM đang được sử dụng hiện nay, ưu nhược điểm của từng phần mềm

1.1.6.1 Các phần mềm CAD/CAM tích hợp

9 Pro – Engineer: Một trong những phần mềm rất mạnh và rất nổi tiếng trong

lĩnh vực CAD/CAM – CNC, do hãng Prametric Technology sản xuất Phục vụ rất tốt cho ngành cơ khí khuôn mẫu (thiết kế và gia công) như khuôn dập, khuôn rèn, khuôn nhựa , phần mềm này có một lợi thế là giá rẻ nên đã chiếm lĩnh các thị trường hạng trung và cao

Pro – Engineer có các module sau:

- Pro/ASSEMBLY: tạo điều kiện thiết lập dễ dàng chi tiết vào hệ thống và dưới

hệ thống Nó hỗ trợ cho phần lắp ráp và lắp ráp nhóm, giải quyết tình huống xung đột, thiết kế thay đổi

- Pro/MANUFACTURING: bao gồm dữ liệu NC, mô phỏng, format dữ liệu

CL, thư viện các phần tử

- Pro/MESH: hỗ trợ tái tạo mạng lưới cho việc phân tích phần tử hữu hạn (FEA), xác định điều kiện biên gắn liền với ANSYS PATRAN, NASTRAN, ARAQUS, SUPFRTAR và COSMOS/M

- Pro/MECHANICA: Mô phỏng động học, kiểm nghiệm ứng suất, chuyển vị, biến dạng tuyến tính và phi tuyến, xác định và dự đoán khả năng phá huỷ vật liệu

- Pro/LIBRARY: môđun chứa thư viện rộng lớn của các phần tử trên chuẩn (chi tiết, phần tử thiết kế tiêu chuẩn, dụng cụ, khớp nối ), có thể bổ sung hoặc hiệu chỉnh

- Pro/VIEW: môđun tạo điều kiện kiểm tra mô hình hoá chi tiết và hệ thống từ một hướng quan sát bất kỳ, phóng độn, ảo ảnh Sử dụng để có cái nhìn nhanh, tổng thể để đạt được kết quả hoặc mục đích phòng ngừa

- Pro/DRAFT: môđun hỗ trợ biểu diễn 2D, tạo điều kiện đọc bản vẽ của các hệ CAD khác và bổ sung môđun 3D về thiết kế thông số

- Pro/NLO: môđun hỗ trợ cho công việc trong mạng cục bộ, hoà hợp với các môđun khác của hệ

- Pro/MOLD: môđun thiết kế khuôn

- Pro/DEVELOP (Pro/PROGRAM): môđun hỗ trợ việc lập trình ứng dụng riêng Chứa các thư viện của hàm số C, thư viện chương trình con của ngôn ngữ lập trình FORTRAN và đặc biệt tiếp cận được với cấu trúc thiết lập các

hệ thống và cấu trúc dữ liệu của hệ thống Ngoài ra ProEngineer còn có Pro/CASTING, Pro/LEGACY, Pro/TOOLKIT, Pro/PIPE

Với những tính năng đã giới thiệu ở trên cho thấy: Pro/Engineer là một phần mềm CAD/CAM/CAE rất mạnh, có khả năng mô hình hoá các chi tiết phức tạp như các loại máy xúc, máy đào đất, ôtô, các biến dạng vỏ tàu thuỷ , khả năng lắp ráp lớn và rất tối ưu trong thiết kế

9 CATIA - Computer Aided Three Dimensional Interactive Aplication - Xử

lý tương tác trong không gian ba chiều có sự hỗ trợ của máy tính Là một bộ phần mềm thương mại phức hợp CAD/CAM/CAE được hãng Dassault Systemes phát triển Được viết bằng ngôn ngữ C++, Catia là nền tảng đầu tiên của bộ phần mềm quản lý toàn bộ một chu trình sản phẩm của Dassault Phần mềm này bao gồm các gói thiết kế chi tiết

và các cơ cấu tổ hợp các sản phẩm dập tấm, bề mặt và khung dây, thiết kế khuôn, thiết

kế tàu thuỷ, ô tô, máy bay , gói phân tích các kết cấu bằng phương pháp phần tử hữu hạn, gói gia công CNC, gói thiết kế nhà xưởng, gói thiết kế hệ thống điện, điện tử, thuỷ lực và gói mô phỏng động học, động lực học

- Mechanical Design: Môđun cho phép xây dựng các chi tiết, sản phẩm lắp ghép trong cơ khí

- Shape Design and Styling: Môđun cho phép thiết kế các bề mặt có biên dạng, kiểu dáng phức tạp trong các lĩnh vực thiết kế vỏ ô tô, tàu biển, máy bay

- Analys & Simulation: Môđun cho phép tính toán kiểm tra và mô phỏng các chi tiết chịu tải trọng trong môi trường kết cấu liên tục hoặc trong môi trường nhiệt độ,

từ đó cho phép tối ưu kết cấu

- Manufacturing & Machining: Môđun cho phép mô phỏng quá trình gia công và chế tạo chi tiết thông qua việc lựa chọn dao, chế độ cắt, gá đặt Nhờ đó nhà thiết kế lựa chọn quá trình chế tạo hợp lý, nâng cao chất lượng gia công và tiết kiệm vật liệu

- Equipment & Systems: Cho phép xây dựng các trang thiết bị, các hệ thống

đường ống dẫn dầu khí của một nhà máy theo tiêu chuẩn

- Plant Engineering: Cho phép thiết kế mặt bằng nhà xưởng, dây chuyền sản xuất

9 UNI – GRAPHIC – NX (UG – NX): Sản phẩm của tập đoàn Siemen,

Unigraphic là một tổng thể các giải pháp CAD/CAM/CAE linh hoạt, tối ưu, đồng bộ, mạnh mẽ Dùng phục vụ thiết kế, mô phỏng, lập trình gia công cho các ngành công nghiệp sản xuất hàng gia dụng và dân dụng, máy công cụ, máy công nghiệp, ôtô, xe máy, đóng tàu cho tới các ngành công nghiệp hàng không thiết kế máy bay, công nghiệp vũ trụ Các môđun của phần mềm này rất hoàn chỉnh và dễ sử dụng:

- Modeling: Thiết kế Solid và Surface kết hợp Người thiết kế có thể tự do dùng cái đã có trong bản vẽ để dựng hình, không nhất thiết phải có sketh mới dựng khối được

và tự dộng tạo ra mối quan hệ thiết kế Phối hợp với surface và solid để tạo ra các chi tiết có độ phức tạp cao và thiết kế nhanh hơn

- Sheet Metal: bao gồm 3 môđun: NX Sheet Metal, Earo Sheet Metal và Forming/Flatting Cả ba môđun này đều là thiết kế tấm nhưng mỗi môđun lại cho một ứng dụng trong từng lĩnh vực chuyên biệt

- Shape Studio: Môđun cho phép mô hình hoá và phân tích bề mặt, tạo nên các kiểu dáng, bề mặt phức tạp trong công nghiệp

- Assembly: Môđun lắp ráp, kiểm tra

- Synchronous modeling: Môđun giúp hiệu chỉnh, thay đổi kích thước, kết cấu body từ các file định dạng step, igs hoặc các file được biên dịch từ các phần mềm khác

- Drafting và PMI: Tạo bản vẽ 2D

- Manuafacturing: Lập trình gia công CNC, mô phỏng gia công bằng mô hình máy thực, giúp kiểm soát tốt hơn và hạn chế được nguy cơ va đập xảy ra khi gia công Đặc biệt lập trình rất tốt cho máy phay 4 trục và 5 trục

- Rougting Elecltrical: Thiết kế mạch điện, đường ống công nghiệp và hệ thống mạch điện tử

- PCB.Xchange: Thiết kế khối mô hình bo mạch CPu

- Routing Mechanical: Thiết kế đường ống cơ khí

- Mold Wizard: Thiết kế khuôn ép nhựa, tích hợp bộ công cụ Mold Wizard bao gồm các thư viện, công cụ nâng cao hỗ trợ thiết kế

- Progressive Die Wizard: Thiết kế khuôn dập, dập liên hợp

- NX Human: Tạo mô hình cơ thể người, hỗ trợ mô phỏng xe hơi

- Weld Assistant: công nghệ hàn, hỗ trợ tính toán thiết kế mối hàn

- Ship Design: Thiết kế tàu

9 CADMESTER: Phần mềm CAD/CAM rất mạnh, sản phẩm của hãng

Nihon Unisys Excelutions, Nhật Bản Gồm:

- Base: chứa các môđun cơ bản về thiết kế chi tiết dạng solid, thiết kế bề mặt, lắp ráp và thiết kế bản vẽ 2D Xuất ra dữ liệu dạng IGES, JâM, DXF để trao đổi với các phần mềm khác

- Mold Design: chứa gói Base và các môđun thiết kế khuôn ép nhựa, khuôn

đúc

- CAM: chứa gói Base và các môđun về CAM (2D CAM, 2,5D CAM, 3D CAM)

- Electrode CAD/CAM: chứa gói Base và các môđun về quá trình gia công điện cực

- Formability Shaper, Die Layout & Press Die Design: chứa gói Base và các môđun về thiết kế các quá trình gia công áp lực và khuôn dập

- Parasolid: là gói về xuất và nhập dữ liệu trao đổi giữa các phần mềm CAD/CAM với nhau Có 2 cách trao đổi dữ liệu là trao đổi trực tiếp (với các phần mềm nh− ProEngineer, Catia ) và trao đổi gián tiếp (IGES, JAVA, DXF, STEP, PARASOLID)

- Solid Work: Phần mềm thiết kế 3D khá tiện dụng, dễ sử dụng, các thanh công

cụ hỗ trợ thuận tiện Tuy nhiên phần mềm này khá khiêm tốn về khả năng nội suy bề mặt và lắp ghép các chi tiết Là sản phẩm của hãng Dassault System

Ngoài ra còn một số phần mềm khác nh− ZUKEN, I-DEAR, HELIXCADAM

1.1.7 Tình hình ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC ở nước ta hiện nay

1.1.7.1 Tình hình ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC trong các công ty

Mặc dù hiện nay việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC trong thiết kế và chế tạo sản phẩm công nghiệp ngày càng phổ biến ở nước ta, và với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin, hệ thống CAD/CAM tích hợp phát triển rất nhanh chóng Nhưng tại các công ty, các nhà máy của nước ta thì công nghệ CAD/CAM – CNC còn khá mới mẻ và việc đi sâu ứng dụng còn nhiều bất cập do nhu cầu về phần mềm và trang thiết bị Tuy nhiên để có nền công nghiệp cơ khí phát triển thì việc sử dụng và phát triển công nghệ CAD/CAM – CNC là không thể thiếu

CAD/CAM –CNC xuất hiện tại Việt Nam thông qua các phần mềm mua được

từ nước ngoài để học tập, nghiên cứu và ứng dụng Hiện nay chúng ta cũng đang cố gắng để tự xây dựng nên các phần mềm CAD/CAM của riêng mình, và một số trường

đại học, học viện nghiên cứu, các công ty cũng đang cố gắng để thực hiện dự án này

Trong các công ty nước ngoài tại Việt Nam, việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM - CNC vào sản xuất rất phổ biến Đối với các công ty chuyên nghiệp về thiết kế sản phẩm cơ khí và sản phẩm nhựa, việc thiết kế và mô phỏng trên các phần mềm chuyên dụng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và hiệu quả sản xuất Chủng loại sản phẩm của công ty quyết định sự lựa chọn những phần mềm thích hợp cho việc thiết

kế và sản xuất sản phẩm đó Ví dụ: các công ty chuyên thiết kế vỏ bề mặt thường sử dụng phần mềm Catia hoặc Uni Graphic – UG NX; các công ty chuyên thiết kế khuôn thường sử dụng phần mềm CADmeister Với quá trình chạy gia công CAM, tuỳ thuộc

vào tình hình sản xuất và công nghệ để lựa chọn các phần mềm CAD/CAM tích hợp hoặc các phần mềm CAM chuyên dụng sao cho tương hỗ một cách tối đa nhất với phần mềm thiết kế và loại máy CNC mà nhà máy đang sử dụng Trong lĩnh vực CAE, các phần mềm được sử dụng nhiều 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, sản xuất và kiểm tra

1.1.7.2 Tình hình ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC trong nhà trường

Hiện nay, việc sử dụng phần mềm CAD/CAM đã trở nên rất phổ biến Các kỹ sư, kỹ thuật viên, sinh viên và ngay cả những công nhân cũng có thể sử dụng thành thạo những phần mềm CAD/CAM chuyên nghiệp như Pro/E, MasterCAM, Cimatron, Solidword Việc sử dụng tốt phần mềm ứng dụng giúp họ có cơ hội tốt hơn trong lựa chọn nơi làm việc và thăng tiến Thực tế cho thấy cơ hội tiếp cận và sử dụng các phần mềm CAD/CAM ở Việt Nam khá dễ dàng, đó là một thuận lợi để mọi người có thể tự tìm tòi và học hỏi lĩnh vực mình quan tâm nhưng cũng nảy sinh một số vấn đề:

- Đứng trước thị trường vô cùng phong phú, đa dạng, người dùng thật khó để lựa chọn một phần mềm phù hợp với công việc, đặc biệt đối với sinh viên, nên dẫn đến không chuyên sâu một phần mềm nào đó để có thể khai thác hết hiệu suất

- Do vấn đề tự học nên có sự không đồng bộ giữa lý thuyết và thực hành, ví dụ, khi học lập trình CAM chủ yếu là lập trình chạy mô phỏng đơn giản trên máy tính, không có máy CNC đi kèm để thực hành trực tiếp

Đó là một vài nguyên nhân làm cho các kỹ sư, kỹ thuật viên khi ra trường công tác vẫn gặp phải những khó khăn nhất định trong việc làm chủ công nghệ Để giải quyết điều này, một số trường đại học nước ta đã đầu tư khá nhiều trang thiết bị về máy CNC và các phần mềm CAD/CAM phục vụ cho giảng dạy và thực hành Ví dụ: trường

Đại học Bách khoa Hà Nội, Đại học Giao thông vận tải, Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên đã thành lập các trung tâm CAD/CAM với khá nhiều phần mềm tốt như

UG – NX, MasterCAM, Catia, Pro/E, Camtool Thêm nữa, các thầy cô giáo cũng định hướng cho sinh viên những phần mềm phù hợp mà nhiều công ty, xí nghiệp hiện đang

sử dụng, nhằm trang bị những kiến thức CAD/CAM cần thiết để sau khi ra trường, sinh viên có thể tiếp cận dễ dàng với nền công nghiệp cơ khí hiện đại

1.2 Phương pháp chế tạo các sản phẩm cơ khí ứng dụng công nghệ cad/cam – cnc

1.2.1 Quá trình thiết kế ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC

Một hệ CAD hiện đại đảm nhiệm 4 nhiệm vụ như sau:

1.2.1.1 Mô hình hoá hình học

Tương ứng với giai đoạn tổng hợp, mô hình hoá hình học đòi hỏi mô tả hình dáng hình học của đối tượng dưới dạng toán học theo cách máy tính có thể xử lý được Mô hình toán học cho phép hình ảnh của đối tượng có thể hiển thị và thao tác trên màn hình máy tính thông qua tín hiệu lấy từ CPU của hệ CAD Phần mềm đồ hoạ phải được lập trình sao cho thuận tiện và có hiệu quả với máy tính và người sử dụng

Hình 1.11 ứng dụng máy tính vào quá trình thiết kế

Trong lĩnh vực mô hình hoá hình học, người thiết kế xây dựng những hình

ảnh đối tượng trên màn hình máy tính bằng ba loại lệnh:

Loại 1: Các lệnh tạo nên những yếu tố hình học cơ bản như điểm, đường thẳng, đường cong

Loại 2: Các lện thực hiện những phép biến đổi như dịch chuyển, thu nhỏ, phóng to

Loại 3: Các lệnh làm cho các yếu tố hình học liên kết lại thanh một hình dạng mong muốn

Trong quá trình này máy tính chuyển đổi các lệnh này thành những mô hình toán học tương ứng rồi lưu trữ những mô hình toán học đó vào các tệp dữ liệu của máy tính và hiển thị nó thành hình ảnh trên màn hình Mô hình toán nói trên cuối cùng có thể gọi ra từ các tệp dữ liệu để xem xét lại, phân tích hoặc sửa đổi

Có 3 phương pháp biểu diễn đối tượng thành mô hình hình học:

• Mô hình khung dây: Là dạng cơ bản để thể hiện đối tượng Vật thể được hiển thị trên màn hình thành những nét liền liên kết với nhau Mô hình khung dây được chia thành ba loại tuỳ theo khả 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 giản như trụ, lập phương

- 3D hay đồ hoạ ba chiều thể hiện những đối ting ba chiều phức tạp

• Mô hình đặc: Là cách thể hiện tốt nhất mô hình ba chiều Phương pháp này sử dụng những hình dáng hình học đặc gọi là các nguyên thể để dựng nên đối tượng

• Đồ hoạ màu: Ngày nay gần như hệ CAD nào cũng có khả năng này Nhờ

có màu mà hình ảnh được hiển thị trên màn hình mang nhiều nội dung thông tin hơn, giúp cho các chi tiết trong một bản vẽ lắp trở nên dễ phân biệt, làm nổi bật những kích thước quan trọng hoặc những bộ phận chủ chốt và nhiều lợi ích khác nữa

- Phân tích thuộc tính khối lượng: 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, ngoài ra còn cho biết cả chu vi, diện tích và các thuộc tính quán tính

- Phân tích phần tử hữu hạn: là một trong những khả năng mạnh nhất 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, tất cả tạo nên một mạng lưới gồm các nút Nhiều hệ CAD có khả năng tự động phân chia các nút và các thông số cần thiết cho mô hình phần tử hữu hạn, sau đó sẽ làm các công việc tính toán tiếp theo

1.2.1.3 Rà soát và đánh giá thiết kế

- Rà soát: là công việc được tiến hành sau khi thiết lập xong bản vẽ nhằm kiểm tra độ chuẩn xác thiết kế và sự đúng đắn của công việc lựa chọn kết cấu, mối ghép

Việc kiểm tra độ chuẩn xác thiết kế nếu được thực hiện trên màn hình đồ hoạ thì rất thuận tiện và có hiệu quả Các khả năng của phần mềm về tự động ghi kích thước và cho dung sai ở những nơi người thiết kế yêu cầu khiến cho những sai sót trong việc ghi kích thước trên bản vẽ giảm đi rất nhiều Người thiết kế cũng có thể thu nhỏ hay phóng

to một chi tiết nào đó để xem cận cảnh

- Đánh giá: nhằm xem xét sản phẩm nếu được chế tạo theo bản vẽ thiết kế thì có thể đạt

được những 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 khả năng đánh giá động học, là khả năng hoạt hoá chuyển động của các cơ cấu trong bản thiết kế như khớp treo, các khâu truyền

động, đồng thời giúp người thiết kế kiểm tra độ lấn của các phần tử khi chuyển động

1.2.1.4 Vẽ tự động

Là dùng máy tính tạo bản vẽ kỹ thuật trên giấy, trực tiếp từ cơ sở dữ liệu của hệ CAD Khi giá thành của một hệ CAD còn khá cao thì việc một phòng thiết kế có vẽ tự động còn phải cân nhắc, nhưng khi giá thành đó hạ xuống thì việc vẽ tự động ngày càng trở nên phổ biến hơn ở các cơ sở thiết kế Một hệ CAD cho phép tăng năng suất khâu xuất bản vẽ lên gấp 5ữ10 lần so với vẽ thủ công Hơn nữa, nó còn có nhiều ưu điểm về xử lý

đồ hoạ tự động, ghi kích thước và mặt cắt, thu phóng bản vẽ, đặc tả từng phần bản vẽ hoặc quay vật thể theo một góc tự chọn Nó còn cho phép chuyển đổi hình chiếu, ví dụ

từ hình chiếu song song sang hình chiếu phối cảnh Trong phép chiếu trực giao, hầu hết các hệ CAD đều có khả năng tạo ra 6 hình chiếu tương đương với 6 mặt phẳng chiếu Ngoài ra, các hệ CAD còn cho phép người thiết kế của một hãng lập trình bổ sung để

đưa ra những tiêu chuẩn riêng của hãng đó

1.2.1.5 Phân loại và ghi mã các chi tiết máy

Ngoài 4 chức năng nêu trên, các hệ CAD còn tạo ra một hệ cơ sở dữ liệu riêng để tiến hành xây dựng một hệ thống phân loại và ghi mã cho các chi tiết máy hoặc chi tiết kết cấu công trình Việc phân loại và ghi mã có liên quan tới việc nhóm các bản 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 với nhau Người thiết kế có thể sử dụng hệ thống phân loại

và ghi mã để gọi những bản vẽ chi tiết máy hay kết cấu công trình ra sử dụng chứ không phải thường xuyên thiết kế lại những chi tiết máy mới Trong giai đoạn chế tạo, những hệ thống như vậy cũng rất cần thiết và có nhiều ứng dụng trong công nghệ nhóm, là một công nghệ thuộc lĩnh vực CAM

1.2.1.6 Tạo ra cơ sở dữ liệu để sản xuất

Một ứng dụng khác nữa của CAD là nó có thể tạo ra một cơ sở dữ liệu để chế tạo ra sản phẩm Trong chu kỳ sản xuất cổ điển tồn tại bấy lâu trong công nghiệp, bản

vẽ do kỹ s− thiết kế vẽ ra đ−ợc kỹ s− công nghệ sử dụng lại để lập ra một bản 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 nh− vậy, trên thực tế đã tồn tại một quy trình hai giai đoạn riêng biệt Điều đó làm tăng gấp đôi chi phí thời gian và tiêu hao nhân lực

Ngày nay với công nghệ tích hợp CAD/CAM, một mối liên kết trực tiếp giữa hai lĩnh vực thiết kế và chế tạo đ−ợc thiết lập Mục tiêu của CAD/CAM không dừng lại

ở chỗ tự động hoá một 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 nay thế giới đang triển khai những hệ thiết kế – chế tạo lấy máy tính làm nền tảng để tạo ra hầu hết dữ liệu và

hồ sơ t− liệu phục vụ cho việc lập kế hoạch và điều khiển các hoạt động sản xuất ra sản phẩm

Cơ sở dữ liệu chế tạo là một cơ sở tích hợp CAD/CAM Nó bao gồm tất cả những dữ liệu về sản phẩm có đ−ợc thông qua giai đoạn thiết kế (số liệu hình học, liệt

kê các chi tiết, dự trù vật liệu, thuyết minh kỹ thuật) cùng những dữ liệu bổ sung cần thiết cho giai đoạn chế tạo mà đa số là dựa vào bản thiết kế

Hình 1.12.Mối liên hệ giữa cơ sở dữ liệu với CAD/CAM

1.2.2 Quá trình gia công ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC

1.2.2.1 Hệ thống CAD/CAM – CNC

Các hệ thống CAD/CAM – CNC cho phép tạo ra đường 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 thống này bao gồm chương trình xử lý và xử lý tiếp theo chuyên dùng

- Chương trình xử lý CAD/CAM:

Là chương trình mô tả vật thể hình học chi tiết, cùng với các chỉ dẫn gia công, các số liệu dụng cụ nhằm cung cấp đầy đủ dữ liệu về đường dịch chuyển dụng

cụ cũng như các thông tin cần cho gia công mô tả theo ngôn ngữ APT:

+ Nhập dữ liệu mô tả 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 đường dịch chuyển dụng cụ

- Chương trình xử lý tiếp theo:

Là chương trình cần thiết để chuyển các dữ liệu từ chương trình xử lý ở dạng file APT sang chương trình gia công theo các mã điều khiển của một máy điều khiển số cụ thể (các mã G) Các chương trình xử lý tiếp theo có thể cài đặt cùn với các hệ thống CAD/CAM hoặc thực hiện độc lập sau khi đã có file APT Với sự trợ giúp của máy tính, biên dạng hình học của chi tiết còn có thể được dùng để phân tích thiết kế nhờ 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 sở dữ liệu tổ chức sản xuất Chúng tạo ra một liên kết trực tiếp hình thành giữa thiết kế và chế tạo, cho phép sử dụng một cơ sở dữ liệu chung từ khâu thiết kế đến khâu gia công, cả việc lập kế hoạch, tổ chức và quản

lý sản xuất Rõ ràng với các hệ thống hỗ trợ liên kết, thời gian tiêu tốn cần thiết cho

việc hoàn thành các công đoạn sản xuất sản phẩm giảm đi đáng kể, không những thế còn dễ dàng cải thiện chất lượng sản phẩm, mang lại hiệu quả kinh tế

Do tính đa dạng của các hệ điều khiển CNC phụ thuộc vào nhà sản xuất, các chương trình xử lý tiếp theo thường được viết một cách riêng lẻ cho từng máy và trang thiết bị cụ thể để dùng gia công trên một máy CNC tương ứng Các chương trình này chuyển đổi các file dữ liệu định dạng APT của đường dịch chuyển dụng cụ nhận được

từ các chương trình CAD/CAM sang các lệnh mã G

Chức năng của một chương trình xử lý tiếp theo là chuyển đổi các lệnh viết theo ngôn ngữ APT thành các lệnh mã G Một số lệnh tương đương giữa các file dữ liệu APT và các lệnh mã G được cho trong bảng 1.1 Các tương đương khác thường gặp như: lập trình theo hệ thống ghi kích thước tuyệt đối hoặc gia số, nội suy thẳng và tròn,

bù dao và các đơn vị đo

Chương trình xử lý tiếp theo có hai phần, đầu tiên mở và đọc các file APT, sau

đó chuyển đổi lần lượt các lệnh APT sang các lệnh mã G xác định ở một máy cụ thể và ghi lại trên một file mới File kết quả được tải đến hệ điều khiển củan máy đó để tiến hành gia công

% G92, G54, G55

G00 G58 M03 và M05 M30 và M02

T 1-20 G20 và G21