Nghiên cứu lập trình tham số trên máy công cụ CNC

Tổng quan về công nghệ CADCAMCAECNC; lập trình gia công trên máy nhiều trục bằng hệ điều khiển iTNC 530; lập trình tham số trong hệ điều hành Heidenhen iTNC 530. luận văn,luận văn thạc sĩ,luận văn đại học,luận văn tốt nghiệp,luận văn cơ khí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên tác giả luận văn : Đặng Công Nguyên

Đề tài luận văn: Nghiên cứu lập trình tham số trên máy công cụ CNC Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí

Mã số SV: CB170264

Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 15/10/2019 với các nội dung sau:

- Đã sửa các lỗi soạn thảo văn bản (trang 1, 17, 28, 66, 76, 78, 79)

- Bố cục lại kết luận các chương và kết luận của luận văn sát với nội dung của đề tài

- Các chú thích hình vẽ chỉnh sửa lại cho chính xác với nội dung, quy định trình bày trong luận văn ( hình 3.9, 3.10, 3.11, 3.12, 3.13, 3.14),

bổ sung chú thích các hình mô phỏng gia công (từ hình 3.15 đến hình 3.28)

- Trình bày mục tài liệu tham khảo đúng quy định và mẫu biểu ban hành

- Trình bày luận văn theo đúng mẫu ban hành

Ngày 23 tháng 10 năm 2019

Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Đặng Công Nguyên, học viên lớp Thạc sỹ Kỹ thuật Chế tạo máy Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

CTM2017B-Với đề tài Luận văn : “Nghiên cứu lập trình tham số trên máy công cụ CNC”

Tôi cam đoan:

Tất cả các nội dung trong luận văn này do tôi thực hiện và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình khoa học nào

Tôi xin chịu mọi trách nhiệm đối với nội dung luận văn này

Tác giả luận văn

Đặng Công Nguyên

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn tới PGS TS Phạm Văn Hùng, Viện trưởng Viện

Cơ khí trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình hướng dẫn chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện, hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn tới sự giúp đỡ của cán bộ, giảng viên Viện Đào tạo sau đại học, trường Đại học Bách khoa Hà Nội trong quá trình tôi học tập và hoàn thành luận văn

Hà Nội, ngày 19 tháng 8 năm 2019

Tác giả luận văn

Đặng Công Nguyên

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

CÁC KÍ HIỆU VÀ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM/CAE/CNC…… 4

1.1 Giới thiệu về điều khiển số trong máy công cụ……….… 4

1.1.1 Giới thiệu chung về điều khiển số trong máy công cụ……….… 4

1.1.2 Các hệ điều khiển số……… …… 4

1.1.3 Cơ sở lý thuyết về lập trình gia công trên máy CNC………… 7

1.1.4 Các hệ điều khiển phổ biến trên máy CNC……… …… 9

1.1.5 Nhận xét……… ……… 17

1.2 Giới thiệu về CAD/CAM/CAE/CNC, chức năng, ứng dụng, lợi ích và vai trò CAD/CAM/CNC trong sản xuất cơ khí……… ……… 18

1.2.1 Giới thiệu công nghệ CAD/CAM/CAE/CNC……… 18

1.2.2 Chức năng, ứng dụng, lợi ích và vai trò CAD/CAM/CNC trong sản xuất cơ khí……… 24

1.3 Kết luận chương 1……….… … …… 28

CHƯƠNG 2: LẬP TRÌNH GIA CÔNG TRÊN MÁY NHIỀU TRỤC BẰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN iTNC 530……… ……… … 29

2.1 Giới thiệu về trung tâm gia công Mikron UCP 600 ……… … ……… 29

2.1.1 Đặc điểm của máy CNC……… 29

2.1.2 Trung tâm gia công Mikron UCP600……… …… 33

2.2 Nghiên cứu hệ điều khiển Heidenhain iTNC 530……… …… 34

2.2.1 Bảng điều khiển……… ……… 34

2.2.2 Màn hình hiển thị……….……… 38

2.2.3 Dao cắt và chuyển động lập trình của dao cắt……….……… 39

2.3 Định nghĩa và gọi chu trình gia công……… 42

2.3.1 Định nghĩa chu trình gia công……… …… 42

2.3.2 Gọi chu trình gia công……… 42

2.4 Một số chu trình cơ bản hệ thống điều khiển Heidenhain iTNC 530… …… 43

2.4.1 Hệ thống tọa độ trên máy iTNC 530……… …… 43

2.4.2 Các hàm nội suy……… ……… 45

2.5 Các chu trình khoan, Taro và Phay ren……….…… 48

2.5.1 Chu trình DRILLING ( CYCLE 200 ) ……… …… 49

2.5.2 Chu trình REAMING ( CYCLE 201) ……… … 50

2.5.3 Chu trình BORING ( CYCLE 202) ……… ……… 51

2.5.4 Chu trình UNIVERSAL DRILLING ( CYCLE 203) ……… 51

2.5.5 Chu trình BACK BORE ( CYCLE 204) ……… 52

2.5.6 Chu trìnhTHREAD MILLING ( CYCLE 262) ……… … 53

2.5.7 Chu trình TAPPING ( CYCLE 206) ……… 54

2.5.8 Chu trình HREAD MILLING/COUTERSINKING (CYCLE 263)……… 55

2.5.9 Chu trình CTHREAD DRILLING/ MILLING ( CYCLE 264) ……… 56

2.5.10 Chu trình HELICAL THREAD DRILLING/ MILLING (CYCLE 265) ……… …… 57

2.5.11 Chu trình OUTSIDE THREAD MILLING……… ……… 58

2.6 Một số chu trình phay hốc và rãnh trong iTNC 530……… 59

2.6.1 Chu trình RECTANGULAR POCKET ( CYCLE 251) ……… 59

2.6.2 Chu trình CIRCULAR POCKET ( CYCLE 252 ) ……… 61

2.6.3 Chu trình POCKET FINISHING ( CYCLE 212 ) ……….…… 62

2.7 Chu trình gia công nhiều lỗ……… …… 64

2.7.1 Chu trình CIRCULAR PATTERN ( CYCLE 220) ……… 64

2.7.2 Chu trình LINEAR PATTERN ( CYCLE 221) ……… 65

2.8 Kết luận chương 2……… 66

CHƯƠNG 3: LẬP TRÌNH THAM SỐ TRONG HỆ ĐIỀU HÀNH

HEIDENHEN iTNC 530……… … 67

3.1 Khái quát chung về lập trình tham số……… …….… 67

3.1.1 Khái niệm lập trình tham số……… 67

3.1.2 Vai trò của lập trình tham số……… 67

3.2 Thiết lập chương trình tham số hệ điều khiển Heidenhain iTNC 530… … 68

3.2.1 Khai báo tham số Q……… 68

3.2.2 Gọi tham số Q……….……… … 69

3.2.3 Các hàm toán học mô tả biên dạng……… … 70

3.2.4 Hàm điều kiện và biểu thức so sánh……….…… 70

3.2.5 Các hàm lượng giác ……….… … 71

3.2.6 Các phép toán khác……… … 71

3.2.7 Chương trình con LBL và vòng lặp……….…… 73

3.2.8 Thí dụ về lặp chương trình con có sử dụng nhiều dao………….…… …… 74

3.2.9 Nhận xét……….… …… 76

3.3 Lập trình tham số gia công chi tiết biên dạng phức tạp……… ….….…… 76

3.3.1 Nhóm chi tiết có biên dạng phức tạp……….…… 76

3.3.2 Lập trình tham số cho chi tiết đĩa líp……… 85

3.4 Kết luận chương 3……… …… 93

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……… 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 95 PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

STT Số thứ tự

bảng

1 Bảng 2.1 So sánh đặc điểm của máy CNC với máy

công cụ vạn năng thông thường 29

3 Bảng 2.3 Thông số xác định gia công ren 47

4 Bảng 2.4 Các chu trình Khoan, Phay, Taro, Phay ren 48

4 Hình 1.4 Fanuc 21T hỗ trợ mô phỏng cắt gọt trước khi đưa vào sản xuất 10

5 Hình 1.5 Mã lệnh và mô phỏng gia công trong Heidenhain 11

6 Hình 1.6 Phần mềm mô phỏng lập trình Funuc 21T 15

8 Hình 1.8 Bảng điều khiển và màn hình hiển thị Heidenhain iTNC 320 17

9 Hình 1.9 Phần mềm CAD (Catia V5R21) xây dựng, thiết kế 3D cánh

10 Hình 1.10 Mô phỏng gia công trên SOLIDCAM2016 19

11 Hình 1.11 CAE phân tích dòng chảy trong khuôn ép 21

13 Hình 1.13 Sơ đồ chu trình sản xuất khi chưa có CAD/CAM/CNC 27

14 Hình 1.14 Sơ đồ chu trình sản xuất khi có CAD/CAM/CNC 27

20 Hình 2.6 Màn hình hiển thị điều khiển iTNC 530 38

STT Số thứ

23 Hình 2.9 Gia công có sử dụng chức năng bù dao 40

26 Hình 2.12 Các chuyển động của các trục máy iTNC 530 43

28 Hình 2.14 Tọa độ cực và góc quét, bán kính quét 44

29 Hình 2.15 Hướng quét và góc quét trong từng mặt phẳng tọa độ 45

30 Hình 2.16 Nội suy tuyến tính theo đường thẳng 46

31 Hình 2.17 Nội suy cung tròn trong máy iTNC 530 46

33 Hình 2.19 Chu trình khoan khoét rộng lỗ không thông CYCLE 201 50

36 Hình 2.22 Chu trình doa ngược theo hướng đi lên của trục chính CYCLE

38 Hình 2.24 Chu trình phay ren tiêu chuẩn CYCLE 262 54

39 Hình 2.25 Chu trình phay ren có vát miệng lỗ CYCLE 263 55

40 Hình 2.26 Chu trình phay ren ngay sau khi khoan lỗ 56

41 Hình 2.27 Chu trình phay ren trong lỗ trụ CYCLE 265 57

42 Hình 2.28 Chu trình phay ren ngoài CYCLE 267 58

43 Hình 2.29 Chu trình phay hốc chữ nhật CYCLE 251 59

45 Hình 2.31 Các thông số dao theo chiều dọc khi phay hốc chữ nhật 61

STT Số thứ

49 Hình 2.35 Các thông số gia công tinh hốc vuông CYCLE 212 63

50 Hình 2.36 Gia công nhiều lỗ quanh tâm tròn CYCLE 220 64

51 Hình 2.37 Gia công nhiều lỗ theo hình chữ nhật CYCLE 220 65

55 Hình 3.4 Đĩa líp nhiều tầng trên xe đạp thể thao 77

57 Hình 3.6 Các tham số truyền trong lập trình đĩa líp 79

63 Hình 3.12 Nguyên công phay biên dạng răng ngoài 83

64 Hình 3.13 Nguyên công phay biên dạng răng đĩa líp 84

65 Hình 3.14 Nguyên công phay rãnh thẩm mỹ và giảm trọng lượng 84

66 Hình 3.15 Mô phỏng phay mặt đầu trong iTNC530 86

67 Hình 3.16 Mô phỏng phay hốc trong 40 trong iTNC530 86

68 Hình 3.17 Mô phỏng khoan 6 lỗ 4 trong iTNC530 87

69 Hình 3.18 Mô phỏng phay biên dạng ngoài trong iTNC530 87

70 Hình 3.19 Mô phỏng phay biên dạng răng đãi líp trong iTNC530 88

71 Hình 3.20 Mô phỏng phay biên dạng răng đĩa líp trong iTNC530 88

72 Hình 3.21 Mô phỏng chi tiết hoàn chỉnh không chương trình con 89

STT Số thứ

73 Hình 3.22 Mô phỏng chi tiết hoàn chỉnh có sử dụng chương trình con 89

74 Hình 3.23 Mô phỏng chi tiết hoàn chỉnh Z =17, Pc = 15,875mm 90

75 Hình 3.24 Mô phỏng chi tiết hoàn chỉnh Z =19, Pc = 15,875mm 90

76 Hình 3.25 Mô phỏng chi tiết hoàn chỉnh Z =21, Pc = 12,7mm 91

77 Hình 3.26 Mô phỏng chi tiết hoàn chỉnh Z =15, Pc = 19,05mm 91

78 Hình 3.27 Mô phỏng chi tiết gia công đa giác n = 8 cạnh 92

79 Hình 3.28 Mô phỏng chi tiết gia công đa giác n = 5 cạnh 92

80 Hình 3.29 Mô phỏng chi tiết gia công bánh răng cycloid Z = 7 93

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết:

Ngày nay, việc ứng dụng và phát triển khoa học kỹ thuật đã tạo ra những sản phẩm của riêng mình Trong đó, yêu cầu đặt ra là khoa học cần tạo ra các sản phẩm thông minh hơn, nhanh hơn, linh hoạt hơn, bền bỉ hơn, chính xác hơn Máy công cụ CNC hiện nay đã và đang trên đà phát triển mạnh mẽ, ứng dụng rộng rãi vào lĩnh vực sản xuất linh hoạt và tạo ra những sản phẩm chất lượng cao Máy công cụ CNC là một sản phẩm của tiến bộ khoa học, đi đầu trong lĩnh vực chế tạo cơ khí Sự xuất hiện của máy công cụ CNC nhanh chóng đưa quá trình sản xuất công nghiệp cơ động, linh hoạt, tự động hóa cao Trong hệ thống máy CNC thì các trung tâm gia công là tự động hoàn toàn từ việc cấp phôi cho đến việc hoàn thiện sản phẩm cơ khí với độ chính xác

và tin cậy cao Tuy nhiên để điều khiển hoạt động của các trung tâm gia công như thế cần có trình độ năng lực cả về kiến thức cơ khí chế tạo lẫn kiến thức về điện tử và công nghệ thông tin… Nói cách khác cần tổng hợp kiến thức của nhiều lĩnh vực để

có thể vận hành được các trung tâm này Thực sự công nghệ CNC chiếm lĩnh vị trí cao trong hễ thống sản xuất của các tổ chức, cá nhân, doanh nghiệp trên toàn thế giới

Cùng với sự phát triển của khoa học máy tính và hàng không vũ trụ, lĩnh vực

cơ khí cũng thay đổi theo về mọi mặt để đáp ứng cho quá trình phát triển mạnh mẽ này Sự thay đổi đó là sự phát triển công nghệ trong ngành chế tạo nhằm thực hiện chế tạo sản phẩm nhanh, đơn giản, dễ sử dụng nhưng có độ chính xác, tính thẩm mỹ cao Đó cũng là một chuyên ngành mà bản thân đang thực hiện tại đơn vị, luôn mong muốn tìm hiểu, khám phá, học hỏi tiến bộ khoa học vào ứng dụng cho ngành nghề mình đảm nhiệm

Khi nghiên cứu chi tiết đĩa líp trên dòng xe đạp thể thao nhận thấy để đáp ứng mọi yêu cầu đặt ra với nhiều người dùng sử dụng nhiều cơ cấu truyền động khác nhau Đó có thể là vận động viên, người già, học sinh, sinh viên, người có sức khỏe tốt, người có sức khỏe bình thường, điều kiện vận động có thể rừng núi hay đồng bằng, gió nhiều hay ít…vẫn có thể sử dụng với một bộ xích líp có tỉ số truyền phù hợp Đặc biệt trong công nghệ sản xuất nhỏ lẻ mà đa dạng kích thước, thông số truyền

động để đáp ứng kịp thời nhu cầu người dùng đặt ra Tôi muốn ứng dụng công nghệ chế tạo máy lĩnh vực số là sử dụng một hệ điều khiển máy CNC để lập trình một chương trình gia công phục vụ xuyên suốt nhu cầu thực tế đó

Với những lý do trên và để hoàn thành khóa học Thạc sỹ Kỹ thuật Công nghệ

chế tạo máy nên tôi đã chọn đề tài tốt nghiệp : “Nghiên cứu lập trình tham số trên máy công cụ CNC”

Mục tiêu nghiên cứu:

Nghiên cứu quá trình hình thành phát triển của hệ thống máy công cụ CNC, các hệ điều hành phổ biến hiện nay Ứng dụng một trong những hệ điều khiển đó khai thác sử dụng chế tạo trên máy CNC 5 trục Nghiên cứu về hệ điều hành iTNC530 và cách sử dụng các tham số của lập trình gia công nhằm đơn giản hóa và tiết kiệm thời gian lập trình

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Máy nghiên cứu: Trung tâm gia công 5 trục Mikron UCP600

Nghiên cứu hệ điều hành Heidenhain iTNC530 trong phạm vi nghiên cứu cụ thể là tham số Q và truyền tham số trong chu trình gia công để gia công các chi tiết phức tạp trên máy UCP600

Ý nghĩa khoa học:

Lập trình gia công các chi tiết phức tạp trên máy UCP600 bằng cách sử dụng các tham số trong quá trình lập trình cho việc lập trình trở nên đơn giản hơn Đặc biệt khi cần gia công một họ chi tiết phức tạp, chỉ thay đổi một vài tham số ban đầu của chương trình sẽ thực hiện được ngay mà không cần thay đổi bản vẽ và thiết kế từ đầu như ứng dụng CAD/CAM để xuất mã G-Code

Lập trình tham số cho phép chúng ta sử dụng tối đa chức năng tính toán và các chương trình con của máy CNC khi gia công họ chi tiết, giảm được số dòng lệnh xuống còn vài dòng mà chủ yếu truyền tham số

Ý nghĩa thực tiễn:

Trên thực tế có nhiều chi tiết tương đồng nhau về hình dáng, chỉ khác nhau về thông số kích thước và một thông tin nào đó

Lập trình tham số sẽ giảm được khối lượng cần lập trình cho từng chi tiết cụ thể, tiết kiệm bộ nhớ máy, thuận tiện cho người sử dụng

Nội dung đề tài gồm 3 chương:

- Chương 1: Tổng quan về công nghệ CAD/CAM/CAE/CNC

- Chương 2: Lập trình gia công trên máy nhiều trục bằng hệ điều khiển

iTNC530

- Chương 3: Lập trình theo tham số Q

Qua thời gian thực hiện đề tài em đã nhận được sự chỉ dạy, giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của PGS TS Phạm Văn Hùng Do thời gian có hạn và tài liệu liên quan bản thân em chưa tìm được phong phú đầy đủ nên khó tránh khỏi những thiếu sót

Em rất mong được sự góp ý của các thầy cô giáo Em xin chân thành cảm ơn PGS

TS Phạm Văn Hùng và các thầy cô giáo trong trường ĐHBKHN đã tận tình tạo điều kiện giúp đỡ em

Hà Nội, ngày 18 tháng 9 năm 2019

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM/CAE/CNC 1.1 Giới thiệu về điều khiển số trong máy công cụ CNC [1, 4, 8]

1.1.1 Giới thiệu chung về điều khiển số trong máy công cụ

Khi gia công trên máy công cụ thì chi tiết và các dụng cụ cắt thực hiện các chuyển động tương đối với nhau Những chuyển động (hay dịch chuyển) tương đối được lặp lại nhiều lần khi gia công mỗi chi tiết gọi là chu trình gia công Mỗi chu trình gia công được đặc trưng bằng một đại lượng và một thứ tự Phần đại lượng được gọi là phần kích thước hay phần hình học, phần thứ tự là phần điều khiển Chương trình làm việc của bất cứ máy tự động nào cũng cần thông tin về hai loại: Kích thước (xác định hành trình của chu kỳ và về sự điều khiển (xác định thứ tự hành trình theo thời gian)

Người ta chia các hệ thống điều khiển số máy công cụ ra làm hai loại:

- Điều khiển không theo số (hay điều khiển truyền thống, điều khiển liên tục)

Trong lĩnh vực sản xuất, đặc biệt là gia công kim loại, công nghệ điều khiển

số đã góp phần dẫn đến cuộc cách mạng Ngay cả trước khi máy tính trở thành thiết

bị không thể thiếu trong mọi công ty và từng gia đình, máy công cụ được trang bị hệ thống điều khiển số đã có vị trí đặc biệt trong xưởng cơ khí Sự phát triển của vi điện

tử và máy tính, gồm cả tác động của chúng đôi với điều khiển số, đã đem đến các thay đổi cơ bản trong sản xuất nói chung và trong ngành cơ khí nói riêng

* Đĩnh nghĩa điều khiển số:

Điểu khiển số có thể được định nghĩa là sự vận hành máy công cụ bằng cách dùng các lệnh mã hóa đặc biệt cho hệ thống điều khiển máy Các lệnh là sự phối hợp các chữ cái, chữ số và ký hiệu được chọn, ví dụ, dấu thập phân, dấu phần trăm, dấu

ngoặc Tất cả các lệnh đều được viết với thứ tự logic theo dạng cho trước Tập hơp tất cả các lệnh cần thiết để gia công chi tiết được gọi là chương trình NC, chương trình CNC, hoặc chương trình gia công Chương trình có thể được lưu để sử dụng trong tương lai hoặc tái sử dụng để đạt được các kết quả gia công đồng nhất vào thời điểm bất kỳ

Một số hệ điều khiển số thông dụng sử dụng trong các máy CNC được trình bày ở phần sau

1.1.2.1 Hệ điều khiển NC (Numerical Control) [1]

Trong hệ điều khiển NC các thông số hình học của chi tiếtgia công và các lệnh điều khiển cho dưới dạng các dãy con số Hệ điều khiển NC chỉ làm việc theo nguyên tắc: sau khi mở máy các lệnh thứ nhất và thứ hai được đọc Sau quá trình đọc kết thúc, máy mới thực hiện các lệnh thứ nhất Trong thời gian này thông tin của lệnh thứhai nằm trong bộ nhớ của hệ thống điều khiển Sau khi hoàn thành lệnh thứ nhất máy mới thực hiện lệnh thứ hai

Nhược điểm của hệ điều khiển NC là khi gia công chi tiết tiếp theo trong loạt thì hệ điều khiển phải đọc lại tất cả các lệnh từ đầu và như vậy không tránh khỏi sai xót của bộ tính toán trong hệ thống Bên cạnh đó là cần rất nhiều lệnh chứa trong bang đục lỗ hoặc bang từ nên khả năng chương trình bị dừng lại thường xuyên có thể xẩy ra

1.1.2.2 Hệ điều khiển CNC (Computer Numerical Control) [1, 8]

Đặc điểm chính của hệ thống điều khiển CNC là sự tham gia của máy vi tính Các nhà chế tạo máy CNC cài đặt vào máy vi tính chương trình điều khiển cho từng loại máy Hệ điều khiển CNC cho phép thay đổi và hiệu chỉnh các chương trình gia công chi tiết và cả chương trình hoạt động của bản thân nó

Trong hệ điều khiển CNC chương trình có thể ghi nhớ lại, nạp vào bộ nhớ toàn

bộ hay từng lệnh bằng tay từ bàn điều khiển Các lệnh điều khiển không chỉ viết cho từng chuyển động riêng lẻ mà còn cho nhiều chuyển động cùng lúc Điều này cho phép giảm số câu lệnh của chương trình và nâng cao độ tin cậy làm việc của máy

Hệ điều khiển CNC có kích thước nhỏ hơn và giá thành thấp hơn so với các

hệ điều khiển NC nhưng lại có những đặc tính mà các hệ điều khiển trước đó không

có

Hệ điều khiển CNC bao gồm 3 thành phần chính:

- Hệ NC (numerical control) làm nhiệm vụ tương tác với người vận hành và tiến hành việc điều khiển vị trí

- Hệ điều khiển các động cơ

- Hệ các driver

Xét về mặt chức năng, hệ điều khiển CNC bao gồm bộ phận giao tiếp giữa người và máy (MMI-Man-Machine-Interface), phần lõi điều khiển số (NCK - Numerical Control Kernel) và bộ điều khiển logic khả lập trình PLC (Programmable Logic Control)

Hình 1.1 Cấu tạo của hệ điều khiển CNC [8]

MMI chịu trách nhiệm giao tiếp giữa NC và người vận hành máy, thi hành các lệnh của máy, hiển thị thông tin trạng thái của máy và thực hiện các chức năng soạn thảo chương trình gia công

NCK là lõi của hệ thống CNC, nó thông dịch chương trình gia công và tiến hành nội suy, điều khiển vị trí và bù trừ sai số dựa trên chương trình đã được thông dịch Cuối cùng NCK điều khiển các động cơ servo chuyển động để gia công chi tiết

Bộ điều khiển PLC điều khiển việc thay dao, tốc độ trục chính, thay chi tiết gia công và nhập hoặc xuất các tín hiệu xử lý Nó đóng vai trò điều khiển các hoạt

động của máy

1.1.2.3 Hệ điều khiển DNC (Direct Numerical Control) [1, 4]

Đặc điểm của hệ điều khiển DNC là nhiều máy công cụ CNC được nối với máy tính trung tâm Mỗi máy CNC có hệ điều khiển CNC mà bộ tính toán của nó có nhiệm vụ chọn lọc và phân phối các thông tin (hay bộ tính toán là cầu nối giữa máy công cụ với máy tính trung tâm)

Hình 1.2 Cấu trúc hệ thống DNC [4]

1.1.3 Cơ sở lý thuyết về lập trình gia công trên máy CNC

Trên máy CNC quá trình gia công được thực hiện tự động Hệ thống điều khiển

số của máy sẽ điều khiển quá trình gia công theo chương trình đã thiết lập Vì vậy chương trình NC đóng vai trò quan trọng trong qua trình thực hiện gia công Nó là một mắt xích quan trọng của quá trình chuẩn bị sản xuất Quá trình thiết lập các lệnh cho dụng cụ cắt trên cơ sở các bản vẽ chi tiết, các thông tin công nghệ rồi chuyển sang bộ phận mang dữ liệu được mã hóa và sắp xếp theo dạng mà máy hiểu được gọi

là lập trình

1.1.3.1 Chương trình

Chương trình NC là một file chứa các lệnh điều khiển máy Các lệnh được viết bằng các lệnh mã quy định và sắp xếp theo thứ tự để máy có thể hiểu được khi nó làm việc Bộ điều khiển trong máy sẽ đọc các lệnh theo thứ tự để thực hiện quá trình gia công Hiện nay có rất nhiều kiểu điều khiển CNC, chúng phụ thuộc vào các nhà chế tạo máy CNC Tuy nhiên mã Quốc tế ISO được sử dụng rộng rãi nhất Ngoài mã ISO người ta còn dùng các mã hệ khác nhưng khác nhau không nhiều, cho nên khi sử dụng chuyển từ hệ này sang hệ khác người ta có thể ứng dụng một cách dễ dàng

1.1.3.2 Các phương pháp lập trình

Căn cứ vào mức độ tự động hóa các công việc lập trình người ta phân biệt hai phương pháp lập trình: Lập trình bằng tay và lập trình bằng máy (lập trình có trợ giúp máy tính)

Khi lập trình bằng tay, người ta căn cứ vào bản vẽ của chi tiết để xây dựng các câu lệnh từ bàn phím của máy vào bộ nhớ Như vậy sẽ tốn thời gian, dễ nhầm lẫn đặc biệt với các chi tiết phức tạp Do những nhược điểm đó mà phương pháp lập trình bằng tay được dùng cho các chi tiết có quy trình gia công đơn giản hoặc để hiệu chỉnh những chương trình có sẵn

Khi lập trình bằng máy, người lập trình mô tả hình dáng hình học của chi tiết gia công, các quỹ đạo dụng cụ cắt và các chức năng của máy theo một ngôn ngữ máy

có thể hiểu được Lập trình bằng máy có ưu điểm không cần thực hiện các phép tính bằng tay, chỉ cần truy cập một số thông tin dữ liệu vào sẽ ra lượng lớn các dữ liệu chi những tính toán cần thiết, đồng thời hạn chế các lôi lập trình Khi lập trình bằng máy cần có hai chương trình tính toán đặc biệt sau:

- Chương trình xử lý (Processer)

- Chương trình hậu xử lý (Post-Processer)

Processer là một chương trình phần mềm thực hiện các tính toán hình học và công nghệ Người ta gọi các dữ liệu của bộ chương trình xử lý Processer là CLD (Cutter Location Data), các dữ liệu này đưa ra giải pháp chung về gia công mà không phụ thuộc vào máy công cụ CNC nào CLD có nghĩa là các dữ liệu xác định vị trí

dụng cụ cắt CLD chứa các lệnh ngắn gọn nhất và các mã hóa trong đó không hợp với hệ CNC nào Muốn dùng CLD cho một hệ CNC cụ thể phải sử dụng một chương trình hậu xử lý Post-Processer Như vậy Post-Processer có nhiệm vụ dịch chương trình NC dưới dạng CLD thành các mã hóa để cho hệ CNC có thể hiểu được và thực hiện quá trình điều khiển máy gia công

1.1.4 Các hệ điều khiển phổ biến trên máy CNC

Hệ điều hành chạy trên các máy công cụ CNC phổ biến nhất là Fanuc Có sự khác biệt lớn giữa ngôn ngữ mà máy CNC hiểu và ngôn ngữ mà con người hiểu ( G-code ) Thật sự thì máy CNC chỉ đọc được những đoạn mã nhị phân ( vì toàn bộ hoạt động của máy được điều khiển bằng máy tính ), nhưng để học được các đoạn mã nhị phân thì thật sự là quá sức con người nên chúng ta cần có một hệ điều hành biên dịch những mã lệnh G-code thành những đoạn mã nhị phân Ngoài ra hệ điều hành còn

có nhiều hỗ trợ khác cho quá trình vận hành máy như quản lý hệ thống dao , mô phỏng cắt gọt trước khi vận hành

Hình 1.3 Bảng điều khiển của máy CNC [13]

Hiện nay có rất nhiều loại máy CNC trên thị trường và nguồn gốc cũng rất đa dạng như máy Mazak , MoriSeki, Hass, Mitshubishi, DMG… Phần nhiều những máy CNC chạy trên hệ điều hành Fanuc vì vậy mặc nhiên Fanuc trở thành hệ điều hành phổ biến nhất hiện nay , song bên cạnh đó vẫn có một số máy sử dụng những

hệ điều hành ít phổ biến hơn như Fanuc, Fagor , Heidenhain , Mazatrol , Sinumerik…

Hình 1.4 Fanuc 21T hỗ trợ mô phỏng cắt gọt trước khi đưa vào sản xuất [12]

Nhìn chung thì các hệ điều hành trên cũng đều có chung một mục đích là hỗ trợ quá trình cắt gọt với các đường đi dao gần như giống hệt nhau tuy nhiên các mã lệnh giữa các hệ điều hành này khá khác nhau , đơn cử như hệ thống mã lệnh của hệ điều hành Heidenhain rất khác biệt so với các hệ điều hành khác mặc dù thực hiện các công việc cũng tương tự

Hình 1.5 Mã lệnh và mô phỏng gia công trong Heidenhain [15]

Tuy nhiên mọi người không cần phải học hết tất cả mã lệnh của các hệ điều hành vì phần lớn các máy sử dụng Fanuc nên chỉ cần thông thạo Fanuc là được

Thêm vào đó nếu xưởng chúng ta làm việc xuất hiện những máy CNC chạy với một hệ điều hành khác thì vẫn có những phần mềm chuyển đổi câu lệnh từ hệ điều hành này sang câu lệnh của hệ điều hành khác ( vì cơ bản chúng cùng thực hiện

1 lệnh trên máy CNC chỉ khác ở ngôn ngữ đầu vào mà chúng ta sử dụng )

Hệ điều khiển là phần hộ trợ để các máy CNC có thể hiểu được các mã lệnh

mà bạn nhập vào, đó chính là ngôn ngữ giao tiếp của máy CNC Nghiên cứu một số

hệ điều khiển phổ biến sau đây:

1.1.4.1 Hệ điều hành FANUC [7, 12]

Từ khi thành lập năm 1956, khi người sáng lập công ty Dr Seiuemon Inaba đi tiên phong trong khái niệm kiểm soát, điều khiển số (NC), FANUC đã đi đầu trong cuộc cách mạng sản xuất trên toàn thế giới Tiến sĩ Seiuemon Inaba bắt đầu sự phát triển đột phá này khi ông phát minh ra động cơ xung điện đầu tiên, lập trình một số lệnh điều khiển cho nó Tiến bộ từ sự tiến hành tự động hoá của một máy móc duy nhất vào cuối những năm 1950 dẫn tới tự động hóa toàn bộ dây chuyền sản xuất trong những thập kỷ tiếp theo và đặt tất cả những thành tựu đó vào một cỗ máy duy nhất:

“máy công cụ”

b) Chương trình điều khiển

Hệ điều khiển Fanuc được hiển thị các hoạt động trên màn hình máy tính, loại màu hoặc đơn sắc, tinh thể lỏng(LCD) hoặc loại ống phóng tia âm cực(CRT) giúp người dùng có thể theo dõi quá trình làm việc dễ dàng Hệ điều khiển Fanuc sử dụng

bộ mã lệnh G-Code (Mã lệnh hình học) và M-Code (Mã lệnh máy) khá thông dụng

và dễ dàng sử dụng đối với người dùng Hệ điều khiển Fanuc có bộ bàn phím lập trình khác nhau tùy theo từng hãng chế tạo và tùy theo ngôn ngữ khác nhau

G là kí hiệu chức năng chuyển dịch của dụng cụ cắt và được viết tắt của từ

“Geometric Funtion” Ngoài ra G còn xác định chế độ làm việc của máy Chức năng

G được mã hóa từ G00 đến G99 Một số chức năng cụ thể như sau sau (tiêu chuẩn ISO 6983):

G00: Chạy nhanh không cắt gọt

G01: Chạy theo đường thẳng có cắt gọt

G02: Nội suy cung tròn cùng chiều kim đồng hồ

G03: Nội suy cung tròn ngược chiều kim đồng hồ

G04: Thực hiện dùng tạm thời

G09: Dừng dụng cụ chính xác

G10: Thay đổi hệ tọa độ phôi

G11: Hủy chế độ G10

G17: Chọn mặt phẳng gia công XY

G20: Đặt đơn vị gia công hệ inch

G21: Đặt đơn vị gia công hệ met

G53: Lựa chọn hệ tọa độ máy

G54: Lựa chọn hệ tọa độ phôi thứ nhất

G55: Lựa chọn hệ tọa độ phôi thứ hai

G61: Mã lệnh dùng chính xác

G64: Chế độ căt gọt(chế đọ kiểm tra dừng chính xác)

G90: Đặt hệ tọa độ tuyệt đối

G91: Đặt hệ tọa độ tương đối

G92: Đổi hệ tọa độ phôi/ đặt tốc độ quay lớn nhất

G94: Đặt tốc độ tiến dao/ phút

G95: Đặt tốc độ tiến dao/ vòng

G96: Tốc độ bề mặt không đổi

G97: Hủy tốc độ bề mặt không đổi

G98: Đặt kiểu rút dao trong chu trinh gia công lỗ

G99: Đặt kiểu rút dao trong chu trinh gia công lỗ

Ngoài các chức năng G còn có các chức năng phụ được ký hiệu bằng chữ cái

M với hai chữ sô từ 00 đến 99 được dùng để vận hành máy trong quá trình gia công Một sô chức năng phụ M thường dùng được ký hiệu như sau:

M00: Dừng chương trình (sau khi thực hiện gia công theo lệnh nào đó thì trục chính dừng quay, lượng chạy dao dừng lại, dung dịch trơn nguội bị ngắt, như vậy muốn gia công tiếp phải ấn nút điều khiển)

M01: dừng theo lựa chọn (chức năng tương tự như M00 nhưng chỉ được thực hiện khi có lựa chọn trước từ bàn điều khiển)

M02: Kết thúc chương trình (sau khi thực hiện gia công theo tất cả các lệnh của chương trình)

M03: Trục chính quay theo chiều kim đồng hồ Quy ước này được hiểu như sau: trục chính quay theo chiều mà theo đó có một vít với chiều xoắn phải được gá trên trục chính hướng vào chi tiết gia công

Ví dụ: Trên máy khoan đứng, máy phay đứng, máy phay ngang nếu quan sát

từ chuôi dao thì có chiều quay theo chiều kim đồng hồ, đó là ký hiệu của M03, còn trên máy tiện nếu nhìn từ mâm cặp tới ụ động thì có chiểu quay của trục chính theo chiểu kim đồng hồ, đó là ký hiệu của M03

M04: Trục chính quay ngược chiều kim đồng hồ Quy ước này được hiểu như sau: trục chính quay theo chiều mà theo đó có một vít với chiều xoắn phải được gá trên trục chính đi ra khỏi chi tiết gia công Các ví dụ cũng tương tự như M03 nhưns chiểu quay ngược lại

M05: Dừng trục chính công tác

M06: Thay đổi dụng cụ cắt (lênh thay dao bằng tay hoặc tự động)

M07 và M08: Mở dung dịch bôi trơn nguội

M09: Đóng dung dịch bôi trơn nguội

M10: Đóng kẹp trên tất cả các trục của máy

M11: Mở kẹp trên tất cả các trục của máy

M19: Dừng quay trục chính ở vị trí xác định (trục chính dừng quay khi đạt được vị trí góc xác định)

M30: Kết thúc chương trình (trục chính ngừng quay, ngừng chạy dao và ngắt dung dịch trơn nguội sau khi thực hiện tất cả các lệnh của chương trình gia công)

M59: Tốc độ quay của trục chính cố định (giữ số vòng quay của trục chính cố định không phụ thuộc vào sự dịch chuyển của cơ cấu chấp hành của máy)

Hình 1.6 Phần mềm mô phỏng lập trình Funuc 21 T [12]

1.1.4.2 Hệ điều hành SINUMERIK SIEMENS [13]

Hệ điều khiển sinumerik được phát triển bởi tập đoàn toàn cầu Siemens, một tập đoàn tập trung lĩnh vực điện, tự động hóa và số hóa

Hệ điều khiển sinumerik cũng thực hiện dưới mã lệnh G-code Tuy nhiên sinimerik có chu trình tự động tăng hiệu quả của việc lập trình bằng tay như:

Cycle 900: Chu trình khoan nhiều lỗ sắp xếp teo cung tròn

Cycle 901: Chu trình phay rãnh có goc vát R

Cycle 902:Chu trình phay rãnh sắp xếp tạo thành cung tròn

Cycle 903: Chu trình phay hốc chữ nhật

Cycle 904: Chu trình phay hốc cung tròn

Cycle 906: Chu trình khoan các lỗ cách nhau khoảng R

Cycle 907: Chu trình phay theo đường xoắn ốc

Hình 1.7 Hệ điều khiển sinumerik 808D [14]

1.1.4.3 Hệ điều khiển HEIDENHAIN [6, 11, 15]

Hệ điều khiển Heidenhain được phát triển bởi công ty HEIDENHAIN Công

ty được thành lập tại Berlin-Đức Công ty bắt đầu như một nhà máy khắc kim loại được thành lập tại Berlin bởi Wilhelm Heidenhain vào năm 1889 Nhà máy này sản xuất các mẫu, bảng hiệu, tốt nghiệp và quy mô Sau khi công ty bị phá hủy trong Thế chiến II, HEIDENHAIN được thành lập tại Traunreut bởi con trai của Wilhelm Heidenhain Các sản phẩm đầu tiên một lần nữa sản xuất cung cấp cho thương mại bán lẻ Hệ thống đo vị trí quang cho máy công cụ đã sớm được thêm vào chương trình Vào đầu thập niên 60, sự chuyển đổi sang bộ mã hóa tuyến tính và góc với quét quang điện Những phát triển này lần đầu tiên có thể tự động hóa nhiều máy móc và

hệ thống trong ngành sản xuất Kể từ giữa những năm bảy mươi, HEIDENHAIN đã trở thành một nhà sản xuất ngày càng quan trọng về điều khiển số và công nghệ ổ đĩa cho các công cụ máy móc

Hình 1.8 Bảng điều khiển và màn hình hiển thị Heidenhain iTNC 320 [14]

Heidenhain là hệ điều hành được sử dụng rộng rãi trong các máy CNC hiện nay và đặc biệt các trung tâm gia công nhiều trục Hệ điều khiển này sử dụng ngôn ngữ lập trình theo tiêu chuẩn ISO và theo tiêu chuẩn DIN (L-code)

1.1.5 Nhận xét

Qua tìm hiểu nhận thấy có nhiều hệ điều khiển và nhiều hãng sản xuất máy công cụ CNC khác nhau Mỗi hãng chế tạo đều thiết kế và quy định riêng cho hoạt động của hệ điều hành trong hãng mình Trong đó ba phần mềm lớn được sử dụng rộng rãi là FUNUC, SIEMENS và HEIDENHAIN

So với Funuc thì Siemens và Heidenhain sử dụng nhiều hàm con, đa dạng chu trình nhưng sử dụng khá phức tạp đòi hỏi người lập trình có kiến thức, tư duy, nhớ các biên số của chu trình Nhưng khi đã thành thạo hệ điều hành này thì việc lập trình bằng tay cho hiệu quả cao đạt được kết quả tốt

Heidenhain có nhiều chu trình có tính trực quan, nhiều tùy chọn, chức năng đo kiểm, kiểm tra mạnh

Siemens có chức năng kiểm tra xem xét tọa độ đường chạy dao có vượt quá hành trình hay tọa độ dự báo nguy hiểm hay không

1.2 Giới thiệu về CAD/CAM/CAE-CNC , chức năng, ứng dụng, lợi ích và vai trò CAD/CAM/CNC trong sản xuất cơ khí

1.2.1 Giới thiệu về CAD/CAM/CAE/CNC [2, 9]

1.2.1.1 Khái niệm về CAD/CAM/CAE/CNC

Những năm gần đây việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM trong thiết kế, chế tạo các sản phẩm công nghiệp ngày càng phổ biến ở Việt Nam Cùng với sự phát triển công nghệ thông tin, hệ thống CAD/CAM tích hợp được phát triển nhanh chóng Nó

đã tạo nên sự liên thông từ quá trình thiết kế cho đến chế tạo trong lĩnh vực cơ khí

a) Khái niệm về CAD

CAD (Computer-aided design): được hiểu là thiết kế bằng sự hỗ trợ của phần mềm máy tính Được sử dụng để thiết kế các mặt hàng để sản xuất, từ một đối tượng độc lập tương đối đơn giản tạo ra một đối tượng phức tạp, hệ thống chính xác cao làm bằng một số lượng lớn các bộ phận riêng lẻ Thiết kế trong CAD chủ yếu thiết kế kĩ thuật, chứ không phải là thiết kế đồ họa đơn giản, và sản phẩm được tạo ra từ CAD thường bao gồm các kích thước chính xác, dung sai và thậm chí là yêu cầu về vật chất tạo ra sản phẩm CAD thường được tích hợp với các kỹ thuật máy tính CAE

Hình 1.9 Phần mềm CAD (Catia V5R21) xây dựng và thiết kế 3D cánh quạt [9]

CAD là khoa học nghiên cứu ứng dụng máy tính hỗ trợ trong thiết kế bao gồm:

- Cơ sở dữ liệu, thuật toán

- Cơ sở toán học, phương pháp toán

- Đồ họa máy tính

Chức năng của CAD là:

- Vẽ, in ấn (Drafting Design)

- Mô hình hóa đối tượng (Modelling Design)

- Kết xuất dữ liệu cho CAM, CAE

b) Khái niệm về CAM

CAM (Computer Aided – Manufacturing): Là tạo dữ liệu đầu vào cho các máy

điều khiển số (chương trình gia công cho máy điều khiển số) Sản xuất hỗ trợ máy tính (CAM) là một công nghệ ứng dụng sử dụng phần mềm máy tính và máy móc để tạo điều kiện và tự động hóa quy trình sản xuất CAM là người kế thừa kỹ thuật hỗ trợ máy tính (CAE) và thường được sử dụng song song với thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD)

Ngoài các yêu cầu về vật liệu, các hệ thống CAM hiện đại bao gồm các điều khiển thời gian thực và robot

Hình 1.10 Mô phỏng gia công trên SOLIDCAM2016 [9]

Phương thức hoạt động của CAM:

- Khai báo mô hình chi tiết cần gia công (dụng cụ, phương án, thông số tạo hình…)

- Khai báo thông số công nghệ

Hệ thống CAD có thể được tích hợp với một bộ các phần mềm và modul, bao gồm cả quản lý dự án và hệ thống lập kế hoạch, quản lí vòng đời sản phẩm, và CAM (computer-aided manufacturing) Khi tích hợp với một hệ thống CAD, phần mềm CAM có thể lấy đầu ra CAD (chủ yếu là thiết kế và thông số kỹ thuật của chi tiết sản xuất) và chuyển đổi trực tiếp hoặc gián tiếp vào mã lập trình CNC

Trong một môi trường thiết kế lý tưởng, thì chu kỳ thiết kế để sản xuất sẽ được liền mạch và dễ dàng: các nhà thiết kế sẽ tạo ra các thiết kế trong một module CAD

và gửi nó cho một module CAM được tích hợp đầy đủ, khi đó sẽ tự động chuyển đổi sang code CNC hoàn hảo và gửi nó cho các máy CNC phù hợp Trong thế giới thực

tề thì tất nhiên điều đó không hề dễ dàng

Chức năng của CAM gồm:

- Tính đường chạy dao

- Mô phỏng, kiểm tra

- Kết xuất chương trình NC với máy điều khiển số

- Giảm chất thải và năng lượng để tăng cường sản xuất và hiệu quả sản xuất thông qua tăng tốc độ sản xuất, tính nhất quán nguyên liệu và độ chính xác dụng cụ chính xác hơn

- Sử dụng các quy trình sản xuất dựa trên máy tính để tự động hóa thêm về quản lý, theo dõi tài liệu, lập kế hoạch và vận chuyển

- Thực hiện các công cụ nâng cao năng suất như mô phỏng và tối ưu hóa để tận dụng các kỹ năng chuyên nghiệp

-Tùy thuộc vào giải pháp và nhà sản xuất doanh nghiệp, CAM có thể thể hiện những bất cập trong các lĩnh vực sau:

+ Quy trình sản xuất và độ phức tạp của quá trình sử dụng

+ Quản lý vòng đời sản phẩm (PLM) và tích hợp doanh nghiệp hiện đại

+ Máy tự động hóa quy trình

+ Các giải pháp CAM hiện đại có thể mở rộng và nằm trong phạm vi từ các hệ thống rời rạc đến tích hợp nhiều CAD 3D

CAD/CAM tạo ra mối quan hệ thiết giữa hai dạng hoạt động : Thiết kế và chế tạo

- Tự động hóa thiết kế là dùng hệ thống và phương tiện tính toán giúp người kĩ

sư thiết kế, mô phỏng, phân tích và tối ưu hóa giải pháp thiết kế

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

kiểm tra nguyên công gia công

c) Khái niệm CAE

CAE - Computer Aided Engineering: Phân tích kỹ thuật có trợ giúp máy tính

trong thiết kế, chế thử sản phẩm

Hình 1.11 CAE phân tích dòng chảy trong khuôn ép [9]

Công nghệ CAE bao gồm:

+ Phân tích ứng suất trên những thành phần sử dụng FEA (Phân tích phần tử hữu hạn)

+ Động lực học tính toán chất lỏng, tính toán phân tích luồng nhiệt và lỏng + Mô phỏng cơ khí

+ Động lực học

+ Mô phỏng quy trình sản xuất như đúc, dập

+ Tối ưu hóa sản phẩm và quá trình

- Những lợi ích khi sử dụng CAE

+ Thiết kế có thể được đánh giá và hoàn thiện bằng sử dụng mô phỏng máy tính hơn là mẫu thử nghiệm vật lý, tiết kiệm tiền bạc và thời gian

+ CAE có thể cung cấp những thông tin trước đó khi quy trình được triển khai, làm cho thay đổi thiết kế ít tốn kém hơn

+ CAE giúp các nhóm kỹ thuật quản lý rủi ro và hiểu được ý nghĩa thực hiện các thiết kế của họ

+ Tỉ lệ sản phẩm bảo hành giảm xuống bằng cách xác định và loại bỏ các vấn

đề tiềm năng

+ Khi kết hợp hợp lý vào phát triển sản phẩm và sản xuất, CAE có thể cho phép giải quyết vấn đề trước đó, có thể làm giảm đáng kể các chi phí liên quan đến sản phẩm

- Nhận xét về ưu và nhược điểm của CAE

 Đối với các hiện tượng vật lý khó và không thể quan sát, kiểm tra, làm thí nghiệm bằng phương pháp thông thường, thì CAE sẽ giúp chúng ta dể dàng quan sát

 Hầu như ngày nay, kết quả CAE còn được xem là tài liệu kỹ thuật cơ bản dùng trong thuyết trình ý tưởng và thuyết thục đối tác cũng như khác hàng

+ Nhược điểm

 Vì hầu hết phần mềm CAE dùng phương pháp tính toán sai số, cho nên kết quả không thể 100% như thực tế

 Vì kết quả CAE phụ thuộc vào cách chia lưới, áp đặt điều kiện biên, v.v nên

độ chính xác và tin cậy phụ thuộc vào kinh nghiệm, kiến thức của người sử dụng

d) Khái niệm về CNC

CNC (Computer Numeric Control): CNC là viết tắt của Computer Numeric

Control Máy CNC là một loại máy điều khiển công cụ, chẳng hạn như máy tiện, máy phay, và máy cắt Chúng được sử dụng để thực hiện các nhiệm vụ như máy công cụ truyền thống và các máy móc tự động hóa Tuy nhiên máy CNC được điều khiển hoàn toàn bằng phần mềm Máy CNC bao gồm các công cụ nhiều trục phay, tiện hoặc các công cụ bắn laser có độ chính xác cao công suất lớn mà không thể được vận hành chính xác khi vận hành bằng các máy công cụ bình thường

Các thông tin về hành trình và chức năng đóng-mở cần thiết trong bộ điều khiển NC được nhập qua card đục lỗ Các tệp thông tin về dữ liệu thông tin về hahf trình, chế độ viết ở dạng chữ cái và con số thập phân được gọi là chương trình NC

Hình 1.12 Sơ đồ hệ thống DNC II [4]

Khi đã có chương trình NC, chương trình này được tải đến hệ điều khiển CNC Người vận hành có thể nhập trực tiếp vào hệ điều khiển, nhưng với chương trình gia công dài thường rất mất thời gian Các chương trình NC ngày nay thường

được xuất từ các hệ thống CAM ở dạng file văn bản và chuyển đến hệ điều khiển CNC thông qua hệ thống DNC

1.2.1.2 Một số phần mềm CAD/CAM sử dụng trong cơ khí chế tạo

Một số phần mềm CAD/CAM dùng trong cớ khí chế tạo, sản xuất công nghiệp: AUTOCAD: Dùng cho thiết cơ khí, xây dựng, kiến trúc, điện, điện tử UNIGRAPHICS: Rất mạnh trong thiết kế, tính toán cơ khí chế tạo

DOLIDWORK : Rất mạnh trong thiết kế, tính toán cơ khí chế tạo và xây dựng

CIMATRON: Tích hợp liên hoàn CAD/CAM/CNC cho cơ khí chế tạo MASTER CAM: Tích hợp liên hoàn CAD/CAM/CNC cho cơ khí chế tạo DENFORD: Giải pháp CAD/CAM/CNC trọn gói

CATIA: Là phần mềm chuyên thiết kế các sản phẩm 3D có sự hỗ trợ của máy tính, là bộ phần mềm có sự phức hợp của CAD/CAM/CAE/CNC

PRO/ENGINEER: Là phần mềm CAD/CAM/CAE tích hợp, có nhiều chức năng trợ giúp thiết kế, phân tích kĩ thuật và lập trình cho máy NC

SOLIDWOR: Tích hợp liên hoàn CAD/CAM/CNC cho cơ khí chế tạo

1.2.2 Chức năng, ứng dụng, lợi ích và vai trò của CAD/CAM/CNC trong sản xuất cơ khí [9]

1.2.2.1 Chức năng của CAD/CAM

Khác biệt cơ bản với qui trình thiết kế theo công nghệ truyền thống, CAD cho phép quản lý đối tượng thiết kế dưới dạng mô hình hình học số trong cơ sở dữ liệu trung tâm, do vậy CAD có khả năng hỗ trợ các chức năng kỹ thuật ngay từ giai đoạn phát triển sản phẩm cho đến giai đoạn cuối của quá trình sản xuất, tức là hỗ trợ điều khiển các thiết bị sản xuất bằng điều khiển số

Hệ thống CAD được đánh giá có đủ khả năng để thực hiện chức năng yêu cầu hay không, phụ thuộc chủ yếu vào chức năng xử lý của các phần mềm thiết kế

Ngày nay những bộ phần mềm CAD/CAM chuyên nghiệp phục vụ thiết kế và gia công khuôn mẫu có khả năng thực hiện được các chức năng cơ bản sau:

Thiết kế mô phỏng hình học 3 chiều (3D) những hình dạng phức tạp

Giao tiếp với các thiết bị đo, quét toạ độ 3D thực hiện nhanh chóng các chức năng mô phỏng hình học từ dữ liệu số

Phân tích và liên kết dữ liệu: tạo mặt phân khuôn, tách khuôn, quản lý

kết cấu lắp ghép

- Tạo bản vẽ và ghi kích thước tự động: có khả năng liên kết các bản vẽ 2D với

mô hình 3D và ngược lại

- Liên kết với các chương trình tính toán thực hiện các chức năng phân tích kỹ thuật: tính biến dạng khuôn, mô phỏng dòng chảy vật liệu, trường áp suất, trường nhiệt độ, độ co rút vật liệu,

- Nội suy hình học, biên dịch các kiểu đường chạy dao chính xác cho công nghệ gia công điều khiển số

- Giao tiếp dữ liệu theo các định dạng đồ hoạ chuẩn

- Xuất dữ liệu đồ hoạ 3D dưới dạng tập tin STL để giao tiếp với các thiết bị tạo mẫu nhanh theo công nghệ tạo hình lập thể

1.2.2.2 Những ứng dụng của CAD/CAM trong ngành chế tạo máy

- Tạo mẫu nhanh thông qua giao tiếp dữ liệu với thiết bị tạo mẫu nhanh theo công nghệ tạo hình lập thể (đo quét toạ độ)

- Giảm đáng kể thời gian mô phỏng hình học bằng cách tạo mô hình hình học theo cấu trúc mặt cong từ dữ liệu số

- Chức năng mô phỏng hình học mạnh, có khả năng mô tả

những hình dáng phức tạp nhất

- Khả năng mô hình hoá cao cho các phương pháp phân tích, cho phép lựa chọn giải pháp kỹ thuật tối ưu

1.2.2.3 Lợi ích của CAD/CAM

Lợi ích của CAD có nhiều, song chỉ có một số trong đó là có thể định lượng được Một số lợi ích khác khó có thể lượng hoá được mà chỉ thể hiện ở chất lượng công việc được nâng cao, thông tin tiện dụng, điều khiển tốt hơn v.v

Một số lợi ích của CAD trong hệ tích hợp CAD/CAM:

+ Nâng cao năng suất kỹ thuật

+ Giảm thời gian chỉ dẫn

+ Giảm số lượng nhân viên kỹ thuật

+ Dễ cải tiến cho phù hợp với khách hàng

+ Phản ứng nhanh với nhu cầu thị trường

+ Tránh phải ký các hợp đồng con để kịp tiến độ

+ Hạn chế lỗi sao chép đến mức tối thiểu

+ Độ chính xác thiết kế cao

+ Khi phân tích dễ nhận ra những tương tác giữa các phần tử cấu thành + Phân tích chức năng vận hành tốt hơn nên giảm khâu thử nghiệm trên mẫu

+ Thuận lợi cho việc lập hồ sơ, tư liệu

+ Bản thiết kế có tính tiêu chuẩn cao

+ Nâng cao năng suất thiết kế dụng cụ cắt

+ Dễ tiết kiệm về chi phí, giảm giá thành giảm thời gian đào tạo hội họa viên và lập trình viên cho máy NC

+ Ít sai sót trong lập trình cho máy NC

+ Giúp tăng cường sử dụng các chi tiết máy và dụng cụ cắt có sẵn

+ Thiết kế dễ phù hợp với các kỹ thuật chế tác hiện có

+ Tiết kiệm vật liệu và thời gian máy nhờ các thuật toán tối ưu

+ Nâng cao hiệu quả quản lý trong thiết kế

+ Dễ kiểm tra chất lượng sản phẩm phức tạp

+ Nâng cao hiệu quả giao diện thông tin và dễ hiểu nhau hơn giữa các nhóm

kỹ sư, thiết kế viên, hội họa viên, quản lý và các nhóm khác

1.2.2.4 Vai trò của CAD-CAM-CNC trong chu trình sản xuất cơ khí Khi chưa ứng dụng công nghệ CAD/CAM chu trình sản xuất như sau: