Nghiên cứu ứng dụng phần mềm Cad cam topsolid 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 topsolid 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 topsolid 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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Trang 2

Bộ giáo dục và đào tạo

Trường đại học bách khoa hà nội

Trang 3

Luận văn Thạc sỹ 1 Bộ môn chế tạo máy

Chương I Phương pháp chế tạo các sản phẩm cơ khí ứng dụng

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:

Trang 4

+ 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

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

Trang 5

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 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 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

Trang 6

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

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)

Trang 7

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 sử 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

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, bởi 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 …

Trang 8

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

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 công 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) 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

Trang 9

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 các công việc sau:

Nhu cầu thị trường

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

Kế hoạch hoá QT sản xuất

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

Trang 10

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

Trang 11

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 được (hình 1.2 và hình 1.3)

Tạo lập bằng tay các lệnh G-M code …

Tạo lập tự động các lệnh G-M code với hệ CAM rồi chạy mô phỏng chương trình gia công CNC đã lập trên màn hình máy tính (hình 1.4)

1.1.4.2 Mức tiếp cận 2

Mức này được trang bị như mức 1, nhưng có thêm hệ xử lý thích nghi (Postprocessor) dùng cho bàn phím CNC của hãng DENFORD để lập trình gia công CNC, rồi chạy mô phỏng trên màn hình của máy tính PC mà không dùng

Đĩa cài đặt CAD/CAM - CNC

Máy tính + bàn phím + chuột

Khoá cứng CAD/CAM - CNC

Hình 1.4 Mức tiếp cận 1

Trang 12

Khoá cứng CAD/CAM - CNC

Bàn phím CNC (Desktop – Tutor)

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 13

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 gồm 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)

Đĩa cài đặt + khoá cứng

CAD/CAM – CNC

Hệ dao cụ CNC

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

Máy thực hành gia công

CNC

Chi tiết gia công CNC

Trang 14

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

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

CAD Máy tính + bàn phím

Trang 15

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)

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

ở cách dịch 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 Như vậy khi có n hệ thống khác nhau thì phải có n(n-1) bộ dịch, bởi vì sẽ có n/2 cặp hệ thống

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

Trang 16

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)

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

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)

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

Trang 17

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 thông 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):

PHICS – Programers Hierarchica Graphic System

GKS-3D - Graphic Kernel System

CGI – Computer Graphic Interface

CGM - Computer Graphic Metafile

IGES – Initial Graphic Exchange Specification

IGES, SET, VDAFS

……

Mô hình sản phẩm

PDES, STEP, CAD-NT

……

Điều khiển máy

IRDATA, APT, CLDATA

……

Hệ thống

tự động

MAP, TOP, ……

Hình 1.10 Các giao diện dùng trong lĩnh vực cơ khí

Trang 18

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

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 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

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

Trang 19

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

(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)

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

Dịch trực tiếp Dịch gián tiếp

Hệ

CAD/CAM

A

Hệ CAD/CAM

B

Hệ

CAD/CAM

A

Trang 20

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:

+ 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 sử 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)

Trang 21

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 là 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 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 22

- 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 trương 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

Trang 23

- Drafting: Module thiết kế bản vẽ 2D

- 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 các loại tấm kim loại 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 Deisgn: 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:

Trang 24

- 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

- 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

e TOPSOLID: Phần mềm này sẽ được trình bày ở trong chương II

1.1.6.2 Nhóm phần mềm CAD

- SOLIDWORKS: là sản phẩm của hãng DASSAULT SYSTEMES, là phần mềm thiết kế 3D khá tiện dụng với tính ưu việt là dễ sử dụng và 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

- AUTOCAD: Là sản phẩm của AUTODESK, INC Là phần mềm dành riêng cho thiết kế 2D phổ biến từ rất nhiều năm nay, các phiên bản của

Trang 25

AUTOCAD đầu tiên là AUTOCAD1 đến AUTOCAD14 sau đó là các phiên bản AUTOCAD 2000, đến nay mới nhất là AUTOCAD 2009

- 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 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

1.1.7 Tình hình ứng dụng công nghệ CAD/CAM - CNC tại Việt Nam:

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

Trang 26

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 thông CAD/CAM tích hợp được 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, Cimatron, 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 khá 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 tại 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

Trang 27

trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến 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 họ thường dùng phần mềm 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

1.1.7.2 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, Cao đẳng Công nghiệp Sao Đỏ đã thành lập các trung tâm CAD/CAM với khá nhiều phần mềm tốt như: 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

Trang 28

vững về công nghệ CAD/CAM - CNC để có thể tiếp cận với nền công nghiệp cơ khí trên thế giới

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

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)

Mô hình hoá hình học Xác định vấn đề

Trang 29

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 thẳng, đường cong

Loại 2: Là loại lệnh thực hiện những phép biến đổi như dịch chuyển,

thu nhỏ, phóng to, quay

Loại 3: Là loại lệnh làm cho các yếu tố hình học liên kết lại thành 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 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

Trang 30

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

1.2.1.2 Phân tích kỹ thuật

Khi triển khai một đề án thiết kế kỹ thuật thường cần đến một sự phân tích nào đó tuỳ theo loại công trình, như về ứng suất, biến dạng, truyền nhiệt hoặc mô tả sự ứng xử động học của hệ thống Máy tính có thể giúp thực hiện các nhiệm vụ này một cách nhanh chóng và có hiệu quả

Đối với những bài toán thiết kế cụ thể, nhóm phân tích kỹ thuật có thể

tự viết lấy phần mềm chuyên biệt để sử dụng trong nội bộ, còn đối với những bài toán có 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

Trang 31

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

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

Trang 32

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 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 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 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

Trang 33

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

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

1.2.2.1 Hệ thống CAD/CAM - CNC

CAM CAD

Mô hình hoá

hình học

Phân tích kỹ thuật

Rà soát đánh giá thiết kế

Vẽ tự động

Đồ hoạ

Cơ sở dữ

liệu

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

Trang 34

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 các 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 sử 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 cùng 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

Trang 35

tiếp hình thành giữa thiết kế và chế tạo, cho phép sử dụng một cơ sở dữ liệu chung từ khâu thiết kế đên khâu gia công, cả việc lập kế hoạch, tổ chức và quản lý sản xuất Rõ ràng là 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 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 1.1.1 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 của máy đó để tiến hành gia công

Trang 36

CIRCLE COOLNT FEDRAT FINI FROM RAPID SCALE SPINDL STOP TOOLNO 1-20 UNITS

G02 và G03 M07 và M08 G01

% G92, G54, G55…

G00 G58 M03 và M05 M30 và M02

T 1-20 G20 và G21

Bảng 1.1 Một số lệnh tương đương giữa các file APT và các lệnh mã G - M 1.2.2.2 Quá trình gia công trên máy CNC

Bước đầu tiên trong quá trình gia công là vào dữ liệu hình học của chi tiết, tức là nhận mô hình chi tiết thu đựơc từ các dữ liệu hình học của hệ CAD Các bước liên quan đến quy trình này được trình bày như sơ đồ sau:

Vào hình học của chi tiết

Xác định dụng cụ cắt

Xác định các thông số quá

trình gia công Tính quỹ đạo dụng cụ cắt

Thiết lập kế hoạch gia công

Xác định giới hạn cắt

Xác định phương pháp

làm sạch

Hình 1.14 Sơ đồ qúa trình gia công

Trang 37

- Xác định giới hạn cắt:

Việc xác định contour cho từng thao tác gia công thực hiện bởi một dụng cụ nào đó là rất quan trọng Nó phụ thuộc vào dạng của hệ CAM được sử dụng và dữ liệu được chuyển từ hệ CAD sang hệ CAM như thế nào là tuỳ theo phương pháp lựa chọn đối tượng tạo thành vùng gia công Một phương pháp

đơn giản và được dùng phổ biến là dịch chuyển con trỏ đến vùng lân cận của

đối tượng được chọn sau khi đi vào vùng gia công đã được định nghĩa và nhấn phím đã chọn

Điều này sẽ làm thay đổi màn hình (thay đổi màu, thay đổi dạng đường nét hay thay đổi mật độ hiển thị của đối tượng) nhằm mục đích chỉ ra rằng sự

lựa chọn đã được xác định và các đường gia công contour cuối cùng được hiển thị Vùng lựa chọn có thể được gán một chỉ số dùng cho việc gọi lại sau này một cách tự động Theo cách này tất cả vùng gia công đều được xác định

Các chỉ tiêu về chất lượng bề mặt nói trên phụ thuộc chủ yếu vào các thông số công nghệ như tốc độ cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt, vật liệu gia công và rung động của hệ thống công nghệ Sai số gia công bao gồm sai số hệ

Trang 38

thống cố định, sai số thay đổi và sai số ngẫu nhiên có ảnh hưởng trực tiếp đến

độ chính xác gia công

Với máy CNC thì độ cứng vững của hệ thống là rất cao do đó cho phép gia công với các thông số về chế độ cắt là rất lớn, tốc độ cắt trong máy CNC cao hơn rất nhiều so với máy công cụ thông thường, ngoài ra cho phép hiệu chỉnh chương trình gia công ngay tại chỗ làm việc, các hệ điều khiển CNC hiện đại có khả năng bù sai số hệ thống, hiệu chỉnh sai số dịch chuyển tích luỹ

do sai số bước của trục vít me gây ra Trên các máy CNC được trang bị cơ cấu hiệu chỉnh của phôi khi kẹp chặt, có nghĩa là bù sai số kẹp chặt của phôi, ngoài ra còn có thêm cơ cấu tự động kiểm tra kích thước gia công (Sensor tiếp xúc) Hệ điều khiển của máy có chức năng xử lý tín hiệu để hiệu chỉnh vị

trí của dụng cụ cắt khi kích thước gia công có nguy cơ vượt ra ngoài phạm vi dung sai cho phép

Ngoài ra trên các máy CNC còn được trang bị hệ thống điều khiển thích nghi để hiệu chỉnh chế độ cắt khi lực cắt và công suất cắt biến động Các hệ

điều khiển thích nghi xảy ra sau một vòng quay của trục chính và số vòng quay của trục chính có thể giảm từ hàng nghìn vòng/phút đến 0 vòng/phút chỉ trong một vài mili giây

- Xác định dụng cụ cắt:

Chức năng của bước này là hoàn thiện một số nhiệm vụ của việc lập quy trình gia công, nghĩa là xác định dụng cụ cắt theo yêu cầu và các thông số của quá trình cắt cho việc gia công từng vùng gia công đã được xác định Trong qúa trình này có thể phải dùng đến các thư viện (dụng cụ, vật liệu) trợ

giúp cho quá trình lựa chọn Chẳng hạn thư viện dụng cụ là danh sách các dụng cụ với các tính năng kỹ thuật phù hợp cho gia công hiện có trong phân xưởng với một thiết lập cụ thể Các tính năng kỹ thuật được lưu trong thư viện dụng cụ có thể là các kích thước của dụng cụ (như độ dài, đường kính, bán

Trang 39

kính đầu mũi, các chi tiết lắp ráp dụng cụ, giá của dụng cụ) Số lượng thông

tin lưu trong thư viện dụng cụ phụ thuộc vào các ứng dụng mà nó được sử dụng Tương tự như vậy, đối với thư viện vật liệu, có thể lưu các thông tin liên quan đến tính vật lý của vật liệu, dữ liệu gia công và các thông số khác cần thiết cho việc xác định trước các thông số cho qúa trình cắt tối ưu

Dựa trên thư viện này người sử dụng có thể xác định được tất cả các thông số của quy trình cắt, số lượng cắt cần thực hiện và phương pháp làm sạch cần tuân theo Đó là tất cả các thông tin cần cho hệ thống CAM để tạo ra tọa độ điểm cuối của dao cắt (CLDATA) nhằm thu được bề mặt mong muốn

Dữ liệu CLDATA này sẽ được xử lý bằng bộ tiền xử lý để tạo ra chương trình chi tiết CNC cho máy công cụ đã chọn Cũng có thể có dữ liệu CLDATA

được vẽ trên màn hình như một quỹ đạo dao phẳng hoặc một sự thể hiện hình học của dụng cụ để mô phỏng qúa trình gia công thực

1.2.2.3 Các hệ thống điều khiển và hệ thống toạ độ khi gia công trên máy CNC

a Hệ thống điều khiển:

Điều khiển điểm - điểm: Với hệ điều khiển này, trong qúa trình gia

công người ta cho định vị nhanh dụng cụ đến toạ độ yêu cầu và trong quá trình dịch chuyển nhanh dụng cụ, máy không thực hiện việc cắt gọt Chỉ đến khi đạt

đến toạ độ theo yêu cầu nó mới thực hiện các chuyển động cắt gọt như các quá trình khoan lỗ, khoét, doa, hàn điểm, đột dập

Như ở hình 1.15 khi gia công hai lỗ A và B có toạ độ xA,yA và xB,yB

trong hệ toạ độ OXY ta thực hiện việc điều khiển dụng cụ dịch chuyển đến

điểm A, sau đó thực hiện việc gia công lỗ A, sau khi gia công xong lỗ A sẽ dịch chuyển nhanh dụng cụ đến điểm B và thực hiện việc gia công lỗ B Quá trình dich chuyển dụng cụ từ vị trí A đến vị trí B có thể thực hiên bằng hai cách như hình vẽ

Trang 40

A'

x

y

45°

Hình 1.15 Điều khiển điểm - điểm

Điều khiển đoạn thẳng: Ngoài chức năng dịch chuyển nhanh theo các

trục toạ độ như ở điều khiển điểm còn có thể thực hiện việc gia công trong quá trình dịch chuyển theo các trục này Điều đó có nghĩa là dụng cụ sẽ thực hiện các chuyển động cắt gọt trong quá trình dịch chuyển song song theo các trục tọa độ Chẳng hạn khi phay các bề mặt song song với các trục toạ độ hoặc khi tiện các chi tiết mà dụng cụ cắt thực hiện các chuyển động cắt gọt theo phương trục Z và trục X

Định dạng
Số trang	117
Dung lượng	3,97 MB