Nghiên cứu ứng dụng phần mềm cad cam cimatron E8.5 trong thiết kế và gia công cơ khí 2D 3D trên máy tiện và máy phay CNC

Nghiên cứu ứng dụng phần mềm cad cam cimatron E8.5 trong thiết kế và gia công cơ khí 2D 3D trên máy tiện và máy phay CNC Nghiên cứu ứng dụng phần mềm cad cam cimatron E8.5 trong thiết kế và gia công cơ khí 2D 3D trên máy tiện và máy phay CNC luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

Trang 1

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

E8.5 TRONG THI ẾT KẾ VÀ GIA CÔNG CƠ KHÍ 2D, 3D TRÊN

LU ẬN VĂN THẠC SĨ

Hà N ội, 2010

Trang 2

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

TRONG THI ẾT KẾ VÀ GIA CÔNG CƠ KHÍ 2D, 3D TRÊN MÁY TIỆN

Trang 3

Luận văn Thạc sỹ Bộ môn chế tạo máy

Mục Lục

Mục Lục 1

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 4

DAnh mục Các Bảng 5

Danh mục các hình vẽ, đồ thịPhần mở đầu 6

Phần mở đầu 8

1 Lý do chọn đề tài 8

2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng công nghệ cad/cam-cnc tại việt nam 9

3 Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu 11

4 Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả 11

5 Phương pháp nghiên cứu 12

Chương I 13

Tổng quan về công nghệ cad/cam-cnc 13

1.1 Giới thiệu chung về công nghệ cad/cam-cnc 13

1.1.1 Khái niệm về CAD, CAM, CAE, CNC 13

1.1.2 Tích hợp công nghệ CAD/CAM-CNC 16

1.1.3 Vai trò của CAD/CAM - CNC trong chu kỳ sản xuất 18

1.1.4 Các mức tiếp cận CAD/CAM 20

1.1.5 Giao diện CAD/CAM 23

1.1.6 Giới thiệu một số phần mềm CAD/CAM đang được sử dụng hiện nay, ưu nhược điểm của các phần mềm 29

Trang

Trang 4

Luận văn Thạc sỹ Bộ môn công nghệ chế tạo máy

1.2 Phương pháp chế tạo các sản phẩn cơ khí ứng dụng

công nghệ CAD/CAM - CNC 33

1.2.1 Quá trình thiết kế ứng dụng công nghệ CAD/CAM - CNC 33

1.2.2 Quá trình gia công ứng dụng công nghệ CAD/CAM - CNC 38

1.3 Kết luận 49

Chương II 51

Tổng quan về phần mềm cimatron E 51

2.1 Giới thiệu tổng quan về phần mềm 51

2.2 Kết cấu phần mềm Cimatron E8.5 60

2.2.1 Cimattron E8.5 – Part 60

2.2.2 Cimattron E8.5 – Assembly 62

2.2.3 Cimattron E8.5 – Drawing 64

2.2.4 Cimatron E8.5 – NC 67

2.2.5 Các modul khác 78

2.3 Kết luận 79

Chương III 81

Thiết kế và chạy chương trình gia công chi tiết 2d, 3d bằng phần mềm Cimatron E8.5 và thực hiện quá trình gia công trên trung tâm phay Vmc0641 81

3.1 Thiết kế chi tiết 81

3.2 gia công 82

3.2.1 Vật liệu thí nghiệm 82

3.2.2 Điều kiện thí nghiệm 82

3.2.3 Thông số gia công 84

3.2.4 Chương trình gia công 85

3.2.5 Kết quả chạy mô phỏng 90

Trang 5

3.3 Kết quả thí nghiệm 91

Chương IV 93

Thiết kế và chạy chương trình gia công chi tiết dạng trục bằng phần mềm CimaTron E8.5 và thực hiện quá trình gia công trên máy tiện CNC - CAK6136V/750 93

4.1 Thiết kế chi tiết trục 93

4.2 Gia công chi tiết trục 94

4.2.1 Vật liệu thí nghiệm 94

4.2.2 Điều kiện thí nghiệm 94

4.2.3 Thông số gia công chi tiết trục nối 98

4.2.4 Kết quả chạy mô phỏng trên Cimatron E8.5 104

4.3 Kết quả thí nghiệm 105

4.4 kết luận 106

Kết luận và kiến nghị 107

1 Kết luận 107

2 kiến nghị 108

Tài liệu tham khảo 109

Trang 6

LuËn v¨n Th¹c sü Bé m«n c«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y

Danh môc c¸c ký hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t

CAD - Computer Aided Design

CAM - Computer Aided Manufacturing

CAE - Computer Aided Engineering

CNC - Computerized Numerical Control

DNC - Direct Numerical Control

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

Trang 7

DAnh mục Các Bảng

Bảng 3.1 Thông số máy phay VMC 0641 82

Bảng 3.2 Thông số gia công chi tiết phay trên máy phay VMC 0641 84

Bảng 3.3 Kết quả đo độ nhám 92

Bảng 4.1 Thông số máy tiện CAK6136V/750 94

Bảng 4.2 Thông số dao tiện thô 96

Bảng 4.3 Thông số dao tiện tinh 97

Bảng 4.4 Thông số dao tiện rãnh 97

Bảng 4.5 Thông số dao tiện ren 98

Bảng 4.6 Thông số gia công chi tiết trục nối trên máy tiện CNC 98

Bảng 4.7 Kết quả đo độ nhám 106

Trang

Trang 8

Danh mục các hình vẽ và đồ thị

Hình 1.1 Hệ thống DNC 16

Hình 1.2 Sơ đồ chu kỳ sản xuất theo công nghệ truyền thống 18

Hình 1.3 Sơ đồ chu kỳ sản xuất ứng dụng công nghệ CAD/CAM - CNC 19

Hình 1.4 Mức tiếp cận 1 20

Hình 1.9 Hệ chuyển giao dữ liệu gián tiếp thông qua tệp trung gian 25

Hình 1.10 Các giao diện dùng trong lĩnh vực cơ khí 26

Hình 1.11 Quá trình truyền dẫn dữ liệu qua hai hệ CAD/CAM A và B 27

Hình 1.12 ứng dụng máy tính vào quá trình thiết kế 34

Hình 1.13 Mối liên hệ giữa cơ sở dữ liệu với CAD/CAM 38

Hình 1.14 Sơ đồ qúa trình gia công 41

Hình 1.15 Điều khiển điểm - điểm 44

Hình 1.16 Điều khiển đoạn thẳng 45

Hình 1.17 Điều khiển 2D trên máy phay 46

Hình 1.18 Điều khiển 3D trên máy phay 46

Hình 1.19 Điều khiển 2,5D 47

Hình 1.20 Điều khiển 4D và 5D 48

Hình 1.21 Hệ tọa độ trên máy CNC và chuyển động của các trục 49

Hình 3.1 Bản vẽ chi tiết phay 81

Hình 3.2 Bản vẽ 3D chi tiết phay trong môi trường Cimatron E8.5 81

Hình 3.3 Máy phay VMC 0641 83

Hình 3.4 Bộ điều khiển của máy phay VMC 0641 83

Hình 3.5 Hình ảnh phay hốc vuông 90

Hình 3.6 Hình ảnh khi phay hốc cầu 90

Trang

Trang 9

Hình 3.7 Hình ảnh sau khi phay hốc 91

Hình 3.8 Hình ảnh chi tiết sau khi gia công trên máy phay VMC 0641 91

Hình 3.9 Máy đo độ nhám bằng phương pháp tiếp xúc Mitutoyo 92

Hình 4.1 Bản vẽ chi tiết trục 93

Hình 4.2 Bản vẽ 3D chi tiết trục trong môi trường Cimatron 93

Hình 4.3 Máy tiện CNC CAK 6136V/750 95

Hình 4.4 Bộ điều khiển của máy tiện CNC CAK 6136V/750 95

Hình 4.5 Hình ảnh tiện thô và tinh chi tiết trục 104

Hình 4.6 Hình ảnh tiện cắt rãnh chi tiết trục 104

Hình 4.7 Hình ảnh tiện ren chi tiết trục 105

Hình 4.8 Hình ảnh tiện cắt đứt chi tiết trục 105

Hình 4.9 Chi tiết trục nối sau khi gia công trên máy tiện CNC 105

Hình 4.10 Máy đo độ nhám bằng phương pháp tiếp xúc Mitutoyo 106

Trang 10

Phần mở đầu

1 Lý do chọn đề tài

Những năm gần đây việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM trong thiết kế, chế tạo các sản phẩm công nghệ ngày càng phổ biến ở Việt Nam CAD (Computer Aided Design) là thiết kế với sự trợ giúp của máy tính trợ giúp, CAM (Computer Aided Manufacturing) là máy tính trợ giúp chế tạo CAD/CAM là công cụ giúp các nhà thiết kế và chế tạo sản phẩm có hiệu quả để tăng năng suất, giảm cường độ lao

động, tự động hóa quá trình sản xuất, nâng cao chất lượng và hạ giá thành sản phẩm

Hiện nay với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin, hệ thống CAD/CAM tích hợp phát triển rất nhanh chóng Nó đã tạo ra sự liên thông từ quá trình thiết kế cho đến chế tạo trong lĩnh vực cơ khí Có rất nhiều phần mềm CAD/CAM tích hợp đang

được sử dụng phổ biến như: Mastercam, Edgecam, Solidcam, Delcam, Surfcam, Vercut, Topmold, CimatronE, Catia/Auto NC, Pro/Engenieer, Hypercam,…

CimatronE được đánh giá là phầm mềm tích hợp CAD/CAM hàng đầu trong lĩnh vực thiết kế gia công CimatronE là hệ thống mô hình hóa ba chiều dạng Solid tham số có khả năng mô hình hóa mặt cong Hệ thống này được sử dụng để tạo các chi tiết solid ba chiều, các bản vẽ từ các chi tiết solid, tạo bản vẽ 2D từ mô hình 3D, tách khuôn, phân khuôn và mô phỏng gia công Đây cũng là hệ thống CAD/CAM phổ biến nhất hiện nay để mô hình hóa ba chiều các sản phẩm cơ khí và dùng để xuất chương trình từ các File gia công sang các tổ hợp gia công CNC Hệ thống là công cụ hỗ trợ cho nhà thiết kế thực hiện công việc thiết kế sản phẩm một cách nhanh chóng và chính xác Hơn nữa tính mở và tính tương thích của CimatronE cho phép nhiều phần mềm ứng dụng nổi tiếng khác chạy trực tiếp trên môi trường của nó như SolidWorks, Catia, Pro-E, Solid Edge

Mặc dù phần mềm CimatronE được ứng dụng rất rộng rãi và hiệu quả trong các công ty cơ khí trên thế giới nhưng việc nghiên cứu ứng dụng CAD/CAM-CIMATRON E ở Việt Nam chưa được quan tâm nhiều Chính vì vậy, chúng tôi đã

tiến hành nghiên cứu đề tài "Nghiên cứu, ứng dụng phần mềm CAD/CAM -

Trang 11

CIMATRON E8.5 trong thiết kế và gia công cơ khí 2D, 3D trên máy tiện và máy phay CNC"

2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng công nghệ cnc tại việt nam

cad/cam-a Tình hình ứng dụng công nghệ CAD/CAM- CNC trong các công ty

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 của công nghệ thông tin, CAD/CAM đã được ứng dụng nhanh chóng trong công nghiệp vì nó là công cụ giúp các nhà thiết kế và chế tạo sản phẩm có hiệu quả

để tăng năng suất, nâng cao chất lượng và hạ giá thành sản phẩm

Hiện nay với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin, hệ thống CAD/CAM tích hợp phát triển rất nhanh chóng, nó đã tạo ra sự liên thông từ quá trình thiết kế cho

đến chế tạo trong lĩnh vực cơ khí Xu thế hiện nay của các nhà kỹ thuật phát triển chủ yếu là hệ thống CAD/CAM tích hợp Những phần mềm CAD/CAM tích hợp

được sử dụng phổ biến hiện nay như: Mastercam, Edgecam, Solidcam, Delcam, Surfcam, Vercut, Topmold, CimatronE, Catia, Pro/engineer, Hypercam

Tuy nhiên tại các công ty, nhà máy của Việt Nam thì công nghệ CAD/CAM - CNC còn khá mới mẻ và việc đi sâu ứng dụng còn bất 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 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 thì chúng ta cũng đang cố gắng để tự xây dựng nên các phần mềm CAD/CAM, và một số các trường đại học, học viện nghiên cứu và các công ty cũng đang cố gắng để thực hiện các dự án này

Tại các công ty nước ngoài ở Việt Nam thì tình hình ứng dụng công nghệ CAD/CAM - CNC vào sản xuất là rất rộng rãi, các công ty chuyên nghiệp về thiết

kế và gia công các sản phẩm về cơ khí và sản phẩm nhựa thì việc thiết kế và chạy gia công trên các phần mềm chuyên dụng là rất quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến

Trang 12

chất lượng và hiệu quả sản xuất Tuỳ vào chủng loại sản phẩm mà công ty sản xuất,

họ sẽ lựa chọn những phần mềm thích hợp cho việc thiết kế và sản xuất chủng loại sản phẩm đó Ví dụ như các công ty chuyên thiết kế về vỏ bề mặt họ thường sử dụng phần mềm CATIA hoặc Uni Graphic - NX, các công ty chuyên thiết kế khuôn thường dùng phần mềm CimatronE, CADmeister bởi ưu điểm rất mạnh của phần mềm này về module thiết kế khuôn, với quá trình chạy gia công CAM thì tuỳ thuộc vào tình hình sản xuất 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 nhất 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 thường 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

b Tình hình đào tạo công nghệ CAD/CAM - CNC trong nhà trường

Một số trường 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 giảng dạy và thực hành, tại một số trường đại học như Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Đại Học Công Nghiệp Hà Nội, Đại Học Giao Thông Vận Tải, Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên,

Đại học Sao Đỏ đã thành lập các trung tâm CAD/CAM với khá nhiều phần mềm tốt như: CimatronE TopSolid, CATIA, UG - NX, CADmeister, Pro/Engineer, MasterCam, Camtool để phục vụ cho việc giảng dạy và luyện tập của sinh viên

Do hiện nay trên thị trường xuất hiện rất nhiều phần mềm nên việc lựa chọn sử dụng phần mềm nào đối với sinh viên là rất khó, vì vậy các thầy cô giáo sẽ định hướng cho sinh viên học những phần mềm nào phù hợp nhất mà nhiều công ty, nhà máy hiện đang sử dụng để tiếp cận với công nghệ CAD/CAM - CNC đang phát triển như hiện nay Chính vì vậy yêu cầu rất quan trọng với các bạn sinh viên sau khi ra trường là phải nắm vững về công nghệ CAD/CAM - CNC để có thể tiếp cận với nền công nghiệp cơ khí trên thế giới

Trang 13

3 Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

- Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng của công nghệ CAD/CAM - CNC và phần mềm tích hợp CAD/CAM - CimatronE8.5 Đồng thời xác định được những bước cơ bản của quá trình thiết kế, lập trình gia công, mô phỏng quá trình gia công và đưa

chương trình gia công vào các máy CNC

- Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu phần mềm tích hợp CAD/CAM - Cimatron E8.5

4 Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả

- Tổng quan về công nghệ CAD/CAM – CNC: CAD/CAM là công nghệ thiết kế, chế tạo có sự trợ giúp của máy tính Các phần mềm CAD/CAM rất đa dạng

và phong phú, từ các phần mềm chuyên hóa đến các phần mềm tích hợp Mỗi phần mềm khác nhau có giao diện, mức tiếp cận và khả năng ứng dụng khác nhau Việc chế tạo các sản phẩm cơ khí ứng dụng các phần mềm CAD/CAM được thực hiện theo một quy trình cụ thể và hoàn toàn tự động

- Tổng quan về phần mềm Cimatron E và E 8.5: Cimatron là phần mềm CAD/CAM tích hợp hành đầu trong khuôn mẫu và gia công Cimatron E 8.5 có rất nhiều Môđun ưu việt và có những công cụ duy nhất để tính toán thiết kế mà những phần mềm CAD/CAM khác không có được Giao diện của Cimatron E8.5 hết sức khoa học, tối ưu hóa các thao tác, dễ dàng tiếp cận và thực hành

- Thiết kế chi tiết phay và chi tiết tiện dạng trục bằng phần mềm Cimatron E 8.5 Tiến hành lập trình gia công, xuất chương trình và thực hiện gia công trên máy tiện và máy phay CNC

Đề tài đã tiến hành nghiên cứu và thực hành ứng dụng trên phần mềm Cimatron E8.5 Những kết quả đạt được là cơ sở cho việc áp dụng phần mềm

Trang 14

LuËn v¨n Th¹c sü Bé m«n c«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y

Cimatron E8.5 trong viÖc thiÕt kÕ, chÕ t¹o c¸c s¶n phÈm c¬ khÝ, më ra mét c¸ch tiÕp cËn hoµn toµn míi trong viÖc sö dông c«ng nghÖ th«ng tin trong lÜnh vùc c¬ khÝ

Trang 15

Chương I Tổng quan về công nghệ cad/cam-cnc 1.1 Giới thiệu chung về công nghệ cad/cam-cnc

1.1.1 Khái niệm về CAD, CAM, CAE, CNC

1.1.1.1 Cad

- Cad (Computer Aided Design): Có nghĩa là quá trình thiết kế hình học với

sự hỗ trợ của máy tính Trước đây để thiết kế bản vẽ chi tiết và bản vẽ lắp người ta phải thiết kế bằng tay rất phức tạp và khó khăn, nhưng với sự phát triển mạnh mẽ của các phần mềm CAD, đặc biệt là CAD 3D thì quá trình thiết kế đã dễ dàng hơn với sự hỗ trợ mạnh mẽ của máy tính CAD còn được mở rộng tới những công việc như: mô hình hoá thực thể ở dạng đặc (Solid Modeling), hình động (Animation), và phép phân tích phần tử hữu hạn (FEM: Finite Element Method) Ngoài ra còn có 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 ấn định chung về trao đổi dữ liệu Như vậy với những tiến bộ về máy tính đã có tác dụng làm đẩy mạnh quá trình thiết kế và quá trình tự động hoá trong công nghiệp

Kể từ khi ra đời, CAD được coi như là một cuộc cách mạng về công nghiệp vì CAD có nhưng ưu điểm sau:

+ Tăng độ chính xác và chất lượng các bản vẽ

+ Các bản vẽ CAD có thể truy cập, lưu trữ, truyền tải qua các bộ chứa và lưu thông tin

+ Làm giảm mức độ mơ hồ và trừu tượng của bản vẽ

+ Tiết kiệm được không gian và thời gian

+ Có khả năng giao diện trực tiếp với những ứng dụng kỹ thuật khác như CAE, CAM

+ Có thể làm tăng năng suất và lợi nhuận với giải pháp phù hợp

Trang 16

Kết quả của CAD là một bản vẽ xác định, một sự biểu diễn của nhiều hình chiếu khác nhau của một chi tiết cơ khí, các phần mềm CAD là các công cụ tin học

đặc thù cho việc nghiên cứu và được gọi chung là các phần mềm thiết kế

Nền tảng của các hệ thống phần mềm CAD là KERNEL (hệ thống hạt nhân

đồ hoạ) Hiện tại có một số định dạng KERNEL chính mà người 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…, Design Base được dựng cho các phần mềm CAD hạng trung Riêng CATIA thì sử dụng một KERNEL riêng của DASSAULT SYSTEMES cải biên lại từ định dạng ACIS, do đó các dữ liệu được xuất ra của CATIA 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 chính xác bằng PARASOLID, do đó xu hướng chuyển đổi từ CATIA sang UNIGRAPHICS trong các hãng thiết kế ôtô ngày càng gia tăng

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 hình học, các dữ liệu CAD được xuất 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 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 APT 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 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

Trang 17

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 CAE

CAE (Computer Aided Engineering): có nghĩa là ứng dụng công nghệ thông tin để hỗ trợ cho quá trình kỹ thuật như: quá trình phân tích, mô phỏng, lập kế hoạch sản xuất và sửa chữa bảo trì Các lĩnh vực của CAE bao gồm:

- Phân tích ứng suất trong kết cấu và các mối lắp ghép

- Phân tích chuyển động của các dòng khí và chất lỏng

M code hoặc ngôn ngữ APT

Sự ra đời của công nghệ CNC đã làm thay đổi mạnh mẽ ngành cơ khí, từ nền sản xuất 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 trở nên dễ dàng hơn, các đường cong được thực hiện dễ dàng như đường thẳng, các cấu trúc phức tạp 3D cũng dễ dàng được thực hiện và một lượng lớn các thao tác do con người được giảm thiểu Việc ứng dụng công nghệ CNC trong sản xuất đã tạo ra được những sản phẩm cơ khí có độ chính xác cao, giảm thiểu được sai sót, giảm sức lao động của con người , công nghệ CNC cung cấp các sản phẩm đảm bảo tin cậy, một chương trình đã qua kiểm tra và

được đưa vào sản xuất, hàng loạt các chi tiết cùng loại sẽ được tạo ra một cách chính xác và ổn định

Trang 18

Hiện nay có nhiều hãng sản xuất máy CNC như: MORI SEIKI, MAKINO, DECKEL MAHO, HEIDENHAIN, SIEMENS,

DNC (Direct Numerical Control): Là 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

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 những chương trình dài thì sẽ 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 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

Trên thế giới hiện nay công nghệ CAD/CAM-CNC đang phát triển hết sức mạnh mẽ với sự ra đời của rất nhiều phần mềm CAD/CAM có tính năng ưu việt Có hai hướng mà các nhà sản xuất phần mềm đưa ra, thứ nhất là đi theo hướng tích hợp các lĩnh vực CAD, CAM, CAE thành một phần mềm đa chức năng, thứ hai là đi theo hướng chuyên môn hoá trong từng lĩnh vực một, nghĩa là có xu hướng tách rời phần thiết kế, gia công và tính toán mô phỏng thành các phần mềm riêng biệt

Trang 19

Hiện nay một số phần mềm được định dạng để trung chuyển dữ liệu CAD với nhau hay giữa dữ liệu CAD và CAM ở dưới dạng STEP AP203, 203E, AP214 thay vì dưới dạng SAT, IGES, STEP được ứng dụng rộng rãi hơn IGES vì khi xuất sang

định dạng IGES thường hay gặp phải lỗi bề mặt

Kết quả của quá trình CAD 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 như các loại máy công cụ, rôbôt, tay máy công nghiệp

Công việc chuẩn bị sản xuất có vai trò quan trọng trong việc hình thành bất

kỳ một sản phẩm cơ khí nào Công việc 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

Hiện nay, qua tìm hiểu tình hình thiết kế thấy rằng đa số thời lượng thiết kế

là để tra cứu số liệu, do vậy các công việc trên có thể thực hiện được bằng máy tính

điện tử để vừa tiết kiệm vừa đảm bảo độ chính xác và chất lượng cao

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 nhất định CAD/CAM - CNC tạo mối quan hệ mật thiết giữa hai dạng hoạt

động là thiết kế và chế tạo

Tự động hoá là dùng các hệ thống và phương tiện tính toán hỗ trợ người kỹ sư thiết kế, mô phỏng, phân tích và tối ưu hoá các giải pháp thiết kế Tự động hoá chế tạo là dùng máy tính điện tử để kế hoạch hoá, điều khiển kiểm tra các nguyên liệu gia công

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 một hệ thống tích hợp điều khiển bởi máy tính điện tử (CIM - Computer Integrated Manufacturing)

Trang 20

Các thành phần của hệ thống CIM được 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

Để mô tả sự hình thành của sản xuất công nghiệp thông qua thiết kế và chế tạo phải xác định những nội dung liên quan Quá trình thiết kế bao gồm:

Nhu cầu

thị trường

Thiết kế sản phẩm Vẽ chi tiết

Nhu cầu thị trường

Kiểm tra chất lượng sản phẩm Sản xuất Lập biểu đồ sản xuất

Kế hoạch hoá QT sản xuất

Trang 21

Quá trình chế tạo gồm các công việc sau:

+ Thiết lập quá trình sản xuất

+ Quy hoạch sản xuất

+ Thiết kế và chuẩn bị dụng cụ mới

Nhu cầu thị trường mới

Tự động hoá, KH hoá sản xuất

Kế hoạch hoá

quá trình sản xuất

Vẽ biểu đồ, lập nhu cầu nguyên vật liệu

Thiết bị điều khiển bàng máy tính

Tự động hoá KT

chất lượng

Kiểm tra chất lượng Nhu cầu thị

trường

Trang 22

Như vậy có thể thấy rằng CAD/CAM chi phối hầu hết các dạng hoạt động và chức năng của chu kỳ sản xuất, ở các nhà máy hiện đại trong việc thiết kế và chế tạo, kỹ thuật tính toán ngày càng phát huy tác dụng và là nhu cầu không thể thiếu (hình 1.2 và hình 1.3)

Đĩa cài đặt CAD/CAM - CNC

Máy tính + bàn phím + chuột

Khoá cứng CAD/CAM - CNC

Trang 23

Khoá cứng CAD/CAM - CNC (Desktop – Tutor) Bàn phím CNC

Đĩa cài đặt + khoá cứng

CAD/CAM – CNC

để thiết kế, lập trình CNC

Máy tính PC

+ Bàn phím CNC ( FANUC)

Chi tiết gia công

Chi tiết gia công CNC

Phương án 2

Trang 24

1.1.4.4 Mức tiếp cận 4

Mức này là phương án phối hợp giữa mức 1 và mức 2, ở đây 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 tấm 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

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

có khả năng như sau: 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 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)

Máy thực hành gia công

CNC

Chi tiết gia công CNC

Trang 25

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 Mức tiếp cận 6

1.1.5 Giao diện CAD/CAM

Để bảo đảm tính chất tương thích, tích hợp liên thông, linh hoạt của các hệ CAD/CAM phải có giải 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 Giao diện xét theo hai phần là phần cứng và phần mềm có 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 người 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 với nhau Các hệ CAD/CAM khác nhau có cấu trúc dữ liệu khác nhau về đối tượng xử lý (chi tiết, sản phẩm)

CAD Máy tính + bàn phím

CNC (Desktop – Tutor)

CAM Máy tính + bàn phím

CNC

Máy thực hành gia

công CNC CAD/CAM – CNC như các mức Đĩa cài đặt + khoá cứng

Trang 26

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

Ví dụ có 5 hệ thống (n=10) thì cần phải có 5(5-1)=20 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 phải có thêm 2n bộ dịch trực tiếp khác nhau để chuyển giao dữ liệu

ở cách dịch 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 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 sở dữ liệu khác nhau Tuy vậy ở cách này, 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 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 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 sở 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)

Trang 27

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 bản vẽ kỹ thuật đã được xây dựng theo quy chuẩn Với việc ứng dụng giải pháp dùng máy tính trong nội bộ để diễn tả các sản 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 như: tránh được công việc trùng lặp nhờ khâu nạp giữ liệu, loại trừ nguồn gốc phát sinh sai số, sử dụng nhiều lần dữ liệu, tăng tốc trao

đổi dữ liệu, tích hợp hoá các thành phần có ứng dụng máy tính

Trong phạm vi chuyển giao dữ liệu giữa hai hệ thống CAD/CAM, khâu trao

đổi dữ liệu chỉ có thể thông qua cách diễn tả dữ liệu trung gian Công cụ để thực hiện trao đổi hiện nay đối với các dữ liệu kỹ thuật và các bản vẽ CAD trong lĩnh vực cơ khí trước hết phải kể đến các giao diện VDAFS và IGES Những thông tin về dữ liệu sản 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 cấp thông qua các chương trình chuyển đổi dữ liệu Các hãng sẽ cung cấp cho nơi sử dụng, ứng với hệ thống CAD/CAM của từng hãng 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 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 sau (hình 1.10):

Cơ sở dữ

liệu gốc

(A)

Bộ tiền xử lý pre-processor

Tệp trung gian tiêu chuẩn

Bộ hậu xử lý post-processor

Cơ sở dữ liệu riêng (B)

Trang 28

Hình 1.10 Các giao diện dùng trong lĩnh vực cơ khí

Chú thích:

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

IGES, SET, VDAFS

Mô hình sản phẩm

PDES, STEP, CAD-NT

Điều khiển máy

IRDATA, APT, CLDATA

Hệ thống

tự động

MAP, TOP

Trang 29

Quá trình chuyển đổi dữ liệu giữa hai hệ CAD/CAM A và B (hình 1.11):

Hình 1.11 Quá trình truyền dẫn dữ liệu qua hai hệ CAD/CAM A và B

Khi thực hiện giải pháp này cần có sự thoả thuận giữa các đối tác về thể thức cung cấp các dữ liệu CAD/CAM, cụ thể là hình thức diễn đạt và mô hình gốc, nhằm

đảm bảo tính ổn định của dữ liệu, cũng như đảm bảo tuỳ chọn tại mọi thời điểm nghĩa là không phụ thuộc sự lựa chọn hệ thống và cấu 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

(B) (B)

(A) (A)

(A)

(B) (B)

B

Tiền sử lý 1 (preprocessor) (preprocessor) Tiền sử lý 2

Dữ liệu chuyển tiếp ở dạng tiêu chuẩn DWG,PDES, STEP, IGES,

Hậu sử lý 1 (postprocessor)

Hậu sử lý 2 (postprocessor)

(A)

Dịch trực tiếp Dịch gián tiếp

Hệ

CAD/CAM

A

Hệ CAD/CAM

B

Hệ

CAD/CAM

A

Trang 30

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 CAD/CAM

Khái niệm giao diện bao hàm những điều kiện, quy tắc và những thoả 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 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, nghĩa là phải tương thích hoặc tương đồng với nhau Những vị trí chuyển tiếp đảm bảo 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 người vận hành

Các hệ CAD/CAM khác nhau có các cấu trúc khác nhau về hệ dữ liệu xác

định đối tượng xử lý, vì vậy khi các hệ CAD/CAM cần phải tích hợp với nhau người

ta 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, có nghĩa là cần phải có một bộ dịch xuôi dùng cho việc chuyển đổi dữ liệu Theo chiều ngược lại thì phải dùng bộ dịch ngược, nghĩa là phải có hai bộ dịch cho từng cặp hệ CAD/CAM khác nhau cần

được ghép nối với nhau và được gọi là bộ dịch trực tiếp Người ta gọi hệ chuyển giao dữ liệu như trên là hệ chuyển giao dữ liệu trực tiếp

Ngoài ra người ta còn 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 cấu trúc cơ sở dữ liệu trung gian gọi là tệp trung gian không phụ thuộc hệ CAD/CAM hiện có hoặc sẽ có trong tương lai Người ta gọi cách đó là cách chuyển giao dữ liệu gián tiếp giữa các hệ cơ sở dữ liệu khác nhau Với cách này từng hệ CAD/CAM phải

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:

Trang 31

+ Bộ dịch có chức năng chuyển giao dữ liệu từ quy cách cơ sở 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 sở 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 người ta chỉ cần có 2n bộ xử lý cho n hệ khác nhau đựơc nối ghép với nhau và chỉ cần có thêm hai 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 bản vẽ kỹ thuật STEP là quy cách dữ liệu tiêu chuẩn dùng để lưu trữ các dữ liệu trong phạm vi chu kỳ sản xuất bao gồm: thiết

kế, phân tích, chế tạo, đảm bảo chất lượng, kiểm tra và bảo dưỡng cùng với dữ liệu xác định sản phẩm Các hệ CAD dùng IGES đang có định hướng chuyển sang dùng STEP STEP khác với IGES và DXF ở chỗ các tệp IGES và DXF được tạo lập chỉ để chuyển đổi dữ liệu xác định sản phẩm, còn STEP xử lý dữ liệu sản phẩm là dữ liệu toàn diện về chu kỳ sản phẩm

1.1.6 Giới thiệu một số phần mềm CAD/CAM đang được sử dụng hiện nay, ưu nhược điểm của các phần mềm

1.1.6.1 Nhóm các phần mềm CAD/CAM tích hợp

a CATIA

CATIA là sản phẩm của hãng DASSAULT SYSTEMES là một trong những phần mềm CAD/CAM tích hợp rất mạnh 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, ôtô, 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: Modul cho phép xây dựng các chi tiết, các sản phẩm lắp ghép trong cơ khí

Trang 32

- 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 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: Modul cho phép mô phỏng quá trình gia công và chế tạo chi tiết thông qua việc lựa chọn dao, chế độ cắt, gá đặt khi đó cho phép nhà thiết kế lựa chọn quá trình chế tạo hợp lý nâng cao chất lượng gia công và tiết kiệm vật liệu Lập chương trình gia công và xuất chương trình dưới dạng mã lệnh G - code

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

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

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

Hiện nay DASSAULT SYSTEMES đã thành công trong việc xây dựng modul 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 công ty hay tập đoàn

b UNI - GRAPHIC - NX (UG - NX)

Là sản phẩm của tập đoàn SIEMEN SPLM SOFTWARE Đây là phần mềm rất mạnh về thiết kế bề mặt với khả năng nội suy rất cao Ngoài ra các modul khác cũng rất hoàn chỉnh và dễ sử dụng:

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

- Shape Studio: Modul cho phép thiết kế các dạng bề mặt phức tạp trong không gian và khung dây với những khả năng tính toán nội suy rất mạnh

- Drafting: Module thiết kế bản vẽ 2D

Trang 33

- Manufacturing & 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 chạm chuyển động

- Sheet Metal: Module dùng thiết kế kim loại tấm nói chung, ngoài ra hỗ trợ rất tốt cho quá trình thiết kế vỏ trong công nghiệp hàng không và trong quá trình dập tấm

- Routing Electrical, Routing Mechanical, Routing Logical: Module thiết kế các hệ thống đường dây điện, đường ống công nghiệp và hệ thống mạch điện tử

- Ship Design: Module thiết kế tàu thủy

- 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

- Assemblies: Module lắp ráp

c PRO/ENGINEER

Là sản phẩm của hãng PTC - Mỹ, cũng là một phần mềm CAD/CAM tích hợp khá mạnh với các module về thiết kế và gia công

d CADMEISTER

Là một phần mềm CAD/CAM rất mạnh, là phiên bản mới của phần mềm CADCEUS, được phát triển và nâng cấp bởi hãng NIHON UNISYS EXCELUTIIONS, Nhật Bản CADMEISTER bao gồm:

- BASE: Gói Base bao gồm các module cơ bản về thiết kế chi tiết dạng khối

đặc, thiết kế bề mặt, lắp ráp và thiết kế bản vẽ 2D Dữ liệu trao đổi với các phần mềm khác đựơc xuất ra dưới dạng IGES, JAMA, DXF

Trang 34

- Mold Design: Bao gồm gói Base và các module thiết kế khuôn ép nhựa, khuôn đúc

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

- CAM: Bao gồm gói Base và các module về CAM như 2D CAM, 2,5D CAM, 3D CAM

- Electrode CAD/CAM: Bao gồm gói Base và các module về các quá trình gia công điện cực

- Parasolid, I - DEAS, Pro/E, CATIA-V4, CATIA-V5, CADCEUS, STEP: Là gói vế xuất và nhập dữ liệu trao đổi giữa các phần mềm CAD/CAM với nhau Trong công việc trao đổi dữ liệu nay được phân ra làm hai cách:

+ Trao đổi dữ liệu gián tiếp: IGES, JAVA, DXF, PARASOLID, STEP

+ Trao đổi dữ liệu trực tiếp: Có thể trao đổi trực tiếp với một số phần mềm khác như: I - DEAS, Pro/E, CATIA-V4, CATIA-V5

đến nay mới nhất là AUTOCAD 2010

- AUTODESK INVENTOR: Cũng là sản phẩm của hãng AUTODESK, INC nhưng là phần mềm về thiết kế 3D, module thiết kế của INVENTOR khá mạnh với

Trang 35

sự kết nối rất tốt với phần mềm thiết kế 2D AUTOCAD do vậy người thiết kế có thể trao đối dữ liệu giữa 2D và 3D

- Ngoài ra một số phần mềm thiết kế được sử dụng nhiều như phần mềm ZUKEN, I-DEAR, OSD (One Space Design), HELIXCADAM

1.1.6.3 Nhóm các phần mềm CAM

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

- CAMTOOL: Là phần mềm CAM của hãng GRAPHIC PRODUCTS, Nhật Bản, là phần mềm gia công rất 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 Nhóm các phần mềm CAE

ANSYS: Là phần mềm chuyên về mô phỏng, phân tích và tính toán các thông

số ứng suất biến dạng trong các quá trình chuyển động và va chạm

Ngoài ra còn một số phần mềm khác như: MSC PATRAN, MSC NATRAN, LMS, HYPER WORKS, MAXELL

1.2 Phương pháp chế tạo các sản phẩn cơ khí ứng dụng công nghệ CAD/CAM - CNC

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

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

1.2.1.1 Mô hình hoá hình học

Trang 36

Trong CAD, mô hình hoá hình học tương ứng với giai đoạn tổng hợp, đòi hỏi mô tả 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 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 thiết kế sao cho thuận tiện và có hiệu quả với máy tính và người sử dụng (hình 1.12)

Hình 1.12 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: Là loại lệnh tạo nên những yếu tố hình học cơ bản như điểm, đường

Trang 37

Trong quá trình này máy tính chuyển đổi các lệnh này thành những mô hình toán học tương ứng rồi lưu trữ mô hình toán học đó vào các tệp dữ liệu của máy tính

và hiển thị nó thành một hình ảnh trên màn hình CRT hoặc LCD 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

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

Mô hình khung dây: Đây là dạng cơ bản để thể hiện đối tượng Theo

phương pháp thể hiện này, 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 tượng 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 lên đối tượng

Đồ hoạ màu: là khả năng rất tốt mà ngày nay gần như hệ CAD nào cũng có

Nhờ có màu mà hình ảnh được hiển thị trên màn hình mang nhiều nội dung thông tin hơn, nó 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

Trang 38

tính chất phổ thông thì thường được giải quyết bởi các gói phần mềm mua ở thị trường

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

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 nó còn cho ta 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 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 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 ta thiết kế yêu cầu khiến cho những sai sót trong việc ghi kích thước trên bản vẽ được giảm đi rất nhiều Người thiết kế cũng có thể thu nhỏ hay phóng to một chi tiết nào đó để xem xét cận cảnh

Đánh giá: Nhằm xem xét sản phẩm nếu được chế tạo theo bản thiết kế thì có

thể đạt đựơc các chỉ tiêu về động học, thao tác, vận hành như ban đầu đã đề ra hay không Nếu 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

Trang 39

1.2.1.4 Vẽ tự động

Vẽ tự động là dùng máy tính để 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 là còn phải cân nhắc, nhưng khi giá thành đó hạ xuống thì việc vẽ tự động ngày càng trở nên phổ biến ở các cơ sở thiết kế

Một hệ CAD thường cho phép tăng năng suất trong khâu xuất bản vẽ lên gấp năm gấp mười lần so với vẽ thủ công Hơn thế 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, chẳng hạn từ chiếu song song sang hình chiếu phối cảnh

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

1.2.1.5 Phân loại và ghi mã các chi tiết máy

Ngoài bốn 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 lại 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

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 trình sản xuất cổ điển tồn tại bấy lâu trong công nghiệp, bản vẽ do kỹ sư thiết kế vẽ ra được kỹ sư 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

Trang 40

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 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 được thiết lập Mục tiêu của CAD/CAM không dừng lại ở 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 người ta

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 tư 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 dữ liệu tích hợp CAD/CAM Nó bao gồm tất cả những dữ liệu về sản 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 bản thiết kế

Hình 1.13 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

Sản xuất

CAM CAD

Mô hình hoá

hình học

Phân tích kỹ thuật

Rà soát đánh giá thiết kế

Vẽ tự động

Đồ hoạ

tương tác

Cơ sở dữ

liệu

Định dạng
Số trang	112
Dung lượng	3,18 MB