Nghiên cứu ứng dụng phần mềm ESPRIT vào việc lập trình gia công các bề mặt phức tạp. Thiết kế bài giảng điện tử giảng dạy phần mềm ESPRIT

Nghiên cứu ứng dụng phần mềm ESPRIT vào việc lập trình gia công các bề mặt phức tạp. Thiết kế bài giảng điện tử giảng dạy phần mềm ESPRIT Nghiên cứu ứng dụng phần mềm ESPRIT vào việc lập trình gia công các bề mặt phức tạp. Thiết kế bài giảng điện tử giảng dạy phần mềm ESPRIT luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

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

-

TRẦN THỊ SƠN HÀ

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ESPRIT

VÀO VIỆC LẬP TRÌNH GIA CÔNG CÁC BỀ MẶT PHỨC TẠP THIẾT KẾ BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ GIẢNG DẠY PHẦN MỀM ESPRIT

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Hà Nội - 2013

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

-

TRẦN THỊ SƠN HÀ

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ESPRIT VÀO VIỆC LẬP TRÌNH GIA CÔNG CÁC BỀ MẶT PHỨC TẠP THIẾT KẾ BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ GIẢNG DẠY PHẦN MỀM ESPRIT

CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC

CHUYÊN SÂU: SƯ PHẠM KỸ THUẬT CƠ KHÍ

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học

PGS.TS TĂNG HUY

Hà Nội - 2013

M ỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỞ ĐẦU……… 1

CHƯƠNG1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM - CNC VÀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CAD/CAM - CNC 3

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM – CNC 3

1.1.1 Khái niệm về CAD, CAM, CNC 3

1.1.1.1 CAD……… 3

1.1.1.2 CAM……… 3

1.1.1.3 CNC……… 4

1.1.2 Tích hợp công nghệ CAD/CAM – CNC 5

1.1.3 Vai trò của CAD/CAM – CNC trong chu kỳ sản xuất……… 8

1.1.4 Các mức tiếp cận CAD/CAM 9

1.1.4.1 Mức tiếp cận 1 9

1.1.4.2 Mức tiếp cận 2 10

1.1.4.3 Mức tiếp cận 3 10

1.1.4.4 Mức tiếp cận 4 11

1.1.4.5 Mức tiếp cận 5 11

1.1.4.6 Mức tiếp cận 6 12

1.1.5 Giao diện CAD/CAM – CNC……….13

1.1.6 Một số phần mềm CAD/CAM đang được sử dụng hiện nay, ưu nhược 15

điểm của từng phần mềm 15

1.1.6.1 Các phần mềm CAD/CAM tích hợp 15

1.1.6.2 Các phần mềm CAD 19

1.1.6.3 Các phần mềm CAM 19

1.1.6.4 Các phần mềm CAE 19

1.1.7 Tình hình ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC ở nước ta hiện nay 20

1.1.7.1 Tình hình ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC trong các công ty 20

1.1.7.2 Tình hình ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC trong nhà trường 21

1.2 PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ

CAD/CAM – CNC 22

1.2.1 Quá trình thiết kế ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC 22

1.2.1.1 Mô hình hoá hình học 22

1.2.1.2 Phân tích kỹ thuật 23

1.2.1.3 Rà soát và đánh giá thiết kế 24

1.2.1.4 Vẽ tự động 24

1.2.1.5 Phân loại và ghi mã các chi tiết máy 25

1.2.1.6 Tạo ra cơ sở dữ liệu để sản xuất 25

1.2.2 Quá trình gia công ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC……….26

1.2.2.1 Hệ thống CAD/CAM – CNC……… 26

1.2.2.2 Quá trình gia công trên máy CNC 28

1.2.2.3 Các hệ thống điều khiển và hệ thống tọa độ khi gia công trên máy CNC……… ………… 30

1.3 KẾT LUẬN………34

CH ƯƠNG 2 PHẦN MỀM CAD/CAM ESPRIT 35

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG……… 35

2.1.1 Giao diện đồ họa của ESPRIT (GUI) 35

2.2 CÁC CHỨC NĂNG VÀ Ý NGHĨA CỦA CÁC MỤC CHỌN TRÊN 37

THANH MENU CHÍNH 37

2.2.1 Các Thanh công cụ mặc định 37

2.2.2 Thanh Công Cụ Linh Hoạt 38

2.2.3.Thanh công cụ khác 39

2.2.4 Hiển thị trục tọa độ XYZ và UVW 39

2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2: 40

CH ƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC NGUYÊN CỨU THIẾT KẾ BGĐT VÀO GIẢNG DẠY 41

3.1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ 41

3.2 PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC VÀ VAI TRÒ CỦA PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC……… 42

3.2.1 Phương tiện…… 42

3.2.2 Đa phương tiện 42

3.2.3 Phương tiện dạy học 43

3.2.3.1 Một số khái niệm liên quan: [20] 43

3.2.3.2 Nguyên tắc sử dụng phương tiện dạy học 46

3.2.3 Vai trò của phương tiện dạy học 47

3.2.4.Các yêu cầu đối với các phương tiện dạy học 48

3.3 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC NGHIÊN CỨU THIẾT 48

KẾ BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ 48

3.3.1 Tổng quan về thiết kế bài giảng điện tử 48

3.3.2 Công nghệ dạy học hiện đại và bài giảng điện tử 50

3.3.2.1 Công nghệ: 50

3.3.2.2 Công nghệ dạy học hiện đại: 50

3.3.2.3 Bản chất của công nghệ dạy học hiện đại 50

3.3.2.4 Đặc điểm của công nghệ dạy học hiện đại 50

3.3.2.5 Tác dụng của công nghệ dạy học 51

3.3.2.6 Điểm lưu ý về công nghệ dạy học hiện đại: 51

3.3.3.Tiếp cận công nghệ dạy học hiện đại qua bài giảng điện tử 52

3.3.3.1 Khái niệm bài điện tử 52

3.3.3.2 Một số đặc trưng của bài giảng điện tử 53

3.3.3.3 So sánh sự giống và khác nhau giữa giáo án điện tử và giáo án 54

truyền thống………… 54

3.3.3.4 Quy trình thiết kế BGĐT……….54

3.3.3.5 Hiệu quả của sử dụng bài giảng điện tử 58

3.3.3.6 Các tiêu chí đánh giá bài giảng điện tử: 60

3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 60

CH ƯƠNG 4 XÂY DỰNG BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ GIẢNG DẠY PHẦN MỀM ESPRIT 61

4.1 ĐỐI TƯỢNG GIẢNG DẠY 61

4.2 MỤC TIÊU BÀI GIẢNG 61

4.3 KIẾN THỨC VÀ KỸ NĂNG ĐẠT ĐƯỢC 61

4.4.THỜI LƯỢNG BÀI GIẢNG 61

4.5 NỘI DUNG BÀI GIẢNG 61

4.5.1 Bài giảng lý thuyết 61

4.5.2 Định vị chi tiết gia công 75

4.5.3.Tạo đặc tính 3D từ bản vẽ 2D 76

4.5.3.1 Tạo một đặc tính lỗ 76

4.5.3.2 Chỉnh sửa đặc tính lỗ 77

4.5.3.3 Tạo đặc tính chuỗi cho rãnh………77

4.5.3.4.Thêm chiều sâu cho những đặc tính chuỗi 79

4.5.3.5 Tạo một đặc tính chuỗi cho rãnh hở 80

4.5.4 Bài Thực hành 83

4.6 KẾT LUẬN CHUNG 4 124

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 125

TÀI LIỆU THAM KHẢO 127

DANH M ỤC HÌNH

Hình 1.1 Hệ thống DNC 5

Hình 1.2 Sơ đồ chu kỳ sản xuất khi chưa ứng dụng CAD/CAM – CNC 8

Hình 1.3 Sơ đồ chu kỳ sản xuất khi ứng dụng CAD/CAM – CNC 9

Hình 1.4 Mức tiếp cận 1 10

Hình 1.5 Mức tiếp cận 2 10

Hình 1.6 Mức tiếp cận 3 11

Hình 1.7 Mức tiếp cận 5 12

Hình 1.8 Mức tiếp cận 6 12

Hình 1.9 Các giao diện trong lĩnh vực cơ khí 14

Hình 1.11 Ứng dụng máy tính vào quá trình thiết kế 22

Hình 1.12.Mối liên hệ giữa cơ sở dữ liệu với CAD/CAM 26

Hình 1.13 Sơ đồ quá trình gia công 28

Hình 1.14 Điều khiển điểm - điểm 30

Hình 1.15.Điều khiển đoạn thẳng 30

Hình 1.16.Điều khiển 2D trên máy phay 31

Hình 1.17.Điều khiển 3D trên máy phay 31

Hình 1.18 Điều khiển2,5D 31

Hình 1.19 Điều khiển 4D và 5D 32

Hình 1.20 Hệ toạ độ trên máy CNC và chuyển động của các trục 33

Hình 2.1: Giao diện làm việc của esprit (phay) 36

Hình 2.2: Các loại đặc tính của esprit 36

Hình 2.3.a: Hệ trục gốc XYZ 39

Hình 2.3.b: Trục làm việc XYZ 39

Hình 3.1 Sơ đồ phân loại mô hình 44

Hình 3.2 Sơ đồ quy trình thiết kế bài giảng điện tử 55

Hình 4.1 Quy trình gia công chi tiết có sự hố trợ máy tính 62

Hình 4.2a Đặc tính chuỗi 68

Hình 4.2b: Đặc tính PTOP 68

Hình 4.3: Các thuộc tính của đặc tính 72

Hình 4.4: Gán bề mặt tới các đặc tính 72

Hình 4.5: Tìm bản vẽ CAD 73

Hình 4.6: Xuất các bản vẽ CAD 74

Hình 4.7: Tắt các lớp để ẩn yếu tố 75

Hình 4.8: Tạo và kích hoạt lớp mới 75

Hình 4.9: Định vị chi tiết gia công 76

Hình 4.10: Tạo một đặc tính lỗ 76

Hình 4.11: Chỉnh sửa đặc tính lỗ 77

Hình 4.12: Tạo đặc tính chuỗi cho rãnh 78

Hình 4.13: Đặc tính chuỗi đã được tạo 78

Hình 4.14: Thêm chiều sâu cho đặc tính chuỗi 80

Hình 4.15: Tạo đặc tính chuỗi cho rãnh hở 81

Hình 4.16: Tạo đặc tính chuỗi cho rãnh hở 82

Hình 4.17: Tạo đặc tính chuỗi cho rãnh 82

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những gì mà tôi viết trong luận văn này, hoàn toàn là do sự tìm hiểu và nghiên cứu của bản thân Mọi kết quả nghiên cứu cũng như ý tưởng của các tác giả khác nếu có đều được trích dẫn nguồn gốc cụ thể

Luận văn này cho đến nay chưa được bảo vệ tại bất kỳ Hội đồng bảo vệ luận văn thạc sỹ nào và chưa được công bố trên bất kỳ một phương tiện thông tin nào

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những gì mà tôi đã cam đoan ở trên

Trần Thị Sơn Hà

LỜI CÁM ƠN

Tôi xin được bày tỏ sự cảm ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn PGS TS Tăng Huy - vì những gợi ý và giúp đỡ lựa chọn đề tài bảo vệ luận văn tốt nghiệp, sự hướng dẫn tận tình, ủng hộ thường xuyên cũng như sự động viên của thầy trong quá trình thực hiện đồ án Bên cạnh đó thầy cũng đưa ra những đánh giá tổng kết sâu sắc và gợi mở hướng phát triển của đề tài nghiên cứu trong tương lai

Luận văn của tôi sẽ không thể hoàn thành nếu không có sự cộng tác hỗ trợ từ Trung tâm ĐT&NCPTCN CNC - Viện Cơ khí - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Cuối cùng, tôi muốn gửi lời cảm ơn đặc biệt tới những người thân trong gia đình, bạn bè và đồng nghiệp - vì sự quan tâm, động viên và ủng hộ nhiệt tình của họ đối với tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài này

MỞ ĐẦU

Năm 2009, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội được Bộ Giáo dục và Đào tạo giao cho tiếp quản “Dự án phát triển giáo dục kỹ thuật công nghệ đào tạo Nhân lực bậc cao” với tổng trị giá của dự án 8.018.438 EURO, nguồn vốn vay ODA của Chính phủ Áo Đây là một dự án lớn bao gồm hơn 30 máy CNC hiện đại, các phần mềm chuyên dụng và hệ thống linh kiện phụ tùng thay thế, phù hợp với chức năng đào tạo, nghiên cứu và chuyển giao công nghệ Phần lớn các máy này đều mới được chế tạo bởi hãng EMCO – Cộng hòa Áo - là một hãng chuyên sản xuất và cung cấp thiết bị CNC, luôn nghiên cứu phát triển, cập nhật các công nghệ hiện đại nhất trên thế giới, có ưu thế trong việc phát triển các hệ thống nghiên cứu đào tạo CNC

Với các mục tiêu của dự án:

Đào tạo lý thuyết và thực hành công nghệ CAD-CAM, CNC cơ bản và nâng cao cho các khóa sinh viên bậc cao học, đại học và cao đẳng chuyên ngành Cơ khí của Nhà trường và các nhân viên kỹ thuật cho các công ty chế tạo cơ khí trong và ngoài nước, đáp ứng được nhu cầu sản xuất công nghiệp kỹ thuật cao hiện nay

Đào tạo một đội ngũ cán bộ kỹ thuật hiểu biết chuyên sâu về lý thuyết và

thiết bị hiện đại, thiết kế được các sản phẩm cơ khí mang tính khoa học công nghệ cao, có thể đáp ứng các dịch vụ về đào tạo thực hành cũng như lắp đặt, chuyển giao công nghệ CAD-CAM, CNC

Phần mềm ESPRIT được trang bị cho dự án Emco nhằm hỗ trợ xây dựng quy trình công nghệ gia công các chi tiết cơ khí trên máy CNC, đặc biệt là công cụ đắc lực cho việc lập trình gia công trên các máy CNC 4 trục và 5 trục, gia công các

bề mặt phức tạp Việc khai thác và ứng dụng các tính năng của phần mềm này giúp củng cố các kiến thức công nghệ chế tạo cơ khí, đơn giản hóa các thao tác lập trình

và mô phỏng 3D gia công

ESPRIT là phần mềm CAM, có thể cung cấp các chương trình phay từ 2-5 trục, tiện từ 2-22 trục, cắt dây 2-5 trục, máy tiện đa năng, hỗn hợp máy công cụ Có

thể thiết lập các thông số của máy CNC cho quá trình chạy mô phỏng tương tự như khi chạy trên máy thực

ESPRIT có khả năng truyền tải cao cho các máy CNC dưới dạng G-code, mô phỏng và chạy thử quá trình gia công để đưa ra phương án gia công tối ưu, có thể tích hợp các chu trình gia công, phối hợp chuyển động của các trục khi gia công trên các máy phay, tiện, cắt dây nhiều trục

Trong quá trình đổi mới phương pháp giảng dạy đòi hỏi người giáo viên lựa chọn phương tiện, phương pháp giảng dạy sao cho phù hợp với từng đối tượng học sinh khác nhau … Thì việc mô phỏng các hình không gian rất cần thiết trong giờ học Giúp học sinh dễ nhận biết các đối tượng, tạo hứng thú trong quá trình học,

Được sự đồng ý của PGS.TS Tăng Huy - tôi lựa chọn đề tài: “Nghiên

cứu,ứng dụng phần mềm ESPRIT vào việc lập trình gia công các bề mặt phức tạp Thiết kế bài giảng điện tử giảng dạy phần mềm ESPRIT ” với mong muốn

góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy môn học tại các trường kỹ thuật

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM – CNC VÀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CAD/CAM - CNC

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM - CNC

1.1.1 Khái niệm về CAD, CAM, CNC

1.1.1.1 CAD

Được sử dụng hầu hết trong các ngành kỹ thuật như cơ khí, xây dựng, kiến trúc

bản vẽ một cách nhanh chóng và chính xác

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

sổ lệnh hay hệ thống menu, các biểu tượng chức năng

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

1.1.1.2 CAM

giúp của máy tính Sau khi thực hiện xong quá trình thiết kế hình học, các dữ liệu CAD được xuất ra dưới dạng các định dạng file dữ liệu trung gian như STEP,

à được nhập vào phần mềm CAM dưới các định dạng này Chương trình

CAM sẽ nhận dữ liệu CAD thông qua các định dạng trung gian đó và người chạy chương trình cần phải thiết lập các điều kiện tính toán cho quá trình gia công như các chiến lược gia công, thông số công nghệ và thông số dụng cụ cắt và xuất ra các chương trình NC dưới dạng các mã lệnh G – M code hoặc dưới dạng ngôn ngữ ATP Các chương trình NC dưới dạng mã lệnh này sẽ được truyền trực tiếp vào máy CNC bằng các thiết bị truyền tin như mạng, ổ USB …

Kết quả của CAM là cụ thể, đó là các chương trình gia công Trong CAM

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

1.1.1.3 CNC

Ý tưởng phát triển điều khiển số cho máy công cụ (Numerical Control – NC) xuất hiện vào những năm 1949 – 1950 tại viện công nghệ Massachusetts (MIT), Mỹ Về mặt công nghệ, để thực hiện ý tưởng này cần có một hệ điều khiển biến đổi được đại lượng đầu vào ở dạng số nhị phân cho hành trình và các chức năng đóng – mở sao cho máy phay có thể hiểu và xử lý được chúng Đó là ý tưởng cơ bản về ứng dụng điều khiển số cho máy công cụ nói chung Việc thực hiện nó đã trở thành hiện thực, nhờ có sự phát triển mạnh mẽ của xử lý số liệu điện tử lúc đó

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

Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ vi mạch tích hợp và công nghệ chế tạo các linh kiện điện tử như các bộ vi xử lý và máy vi tính, vào những năm 70,

điều khiển NC đã bắt đầu phát triển thành điều khiển CNC (Computerized Numerical Control)

Khi đã có chương trình NC, chương trình này được tải đến hệ điều khiển CNC Mặc dù người vận hành có thể nhập trực tiếp vào hệ điều khiển, nhưng với chương trình dài thì rất khó khăn Chương trình NC có được qua hệ thống CAM đang ở dạng file văn bản trên máy tính, còn nếu lập bằng tay có thể nhập vào máy tính bằng chương trình xử lý văn bản thông thường, với chương trình đang ở dạng file văn bản muốn chuyển đến hệ điều khiển máy CNC cần phải có một hệ thống DNC DNC (Direct Numerical Control) là từ viết tắt tiếng Anh để biểu thị một máy tính trung tâm được cài đặt phần mềm truyền dữ liệu đến các hệ thống điều khiển của các máy CNC trong một xưởng gia công (hình 1.1)

Hình 1.1 Hệ thống DNC

thông qua cổng RS232C, cổng mạng hoặc Data Server được dùng để truyền chương trình

1.1.2 Tích hợp công nghệ CAD/CAM – CNC

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

sự ra đời của nhiều phần mềm CAD/CAM Trên cơ sở đó các nhà sản xuất phần mềm đưa ra 2 hướng: thứ nhất là đi theo hướng tích hợp các lĩnh vực CAD, CAM, CAE thành một phần mềm đa chức năng (CAE: Computer Aided Engineering) quá

trình kỹ thuật có sự trợ giúp của máy tính, như quá trình phân tích, mô phỏng, lập

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

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

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

Đơn đặt hàng sẽ được nhập vào phòng bán hàng của doanh nghiệp nhờ hệ thống đặt hàng máy tính hoá Các đơn đặt hàng này bao gồm các thông số đặc trưng

của sản phẩm, các thông số này sẽ là đầu vào của phòng thiết kế sản phẩm Các sản phẩm mới sẽ được thiết kế trong hệ thống CAD Các phần tử tạo nên sản phẩm sẽ được chuyển thành cấu trúc vật tư sản phẩm, sau đó sơ đồ lắp ráp được chuẩn bị

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

Kết quả của CAD cho phép nâng cao năng suất và giảm thời gian thiết kế sản

lượng thiết kế, do đó nâng cao được chất lượng sản phẩm; tạo ra được tài liệu có chất lượng cao; loại trừ được các công việc lặp lại; tiết kiệm thời gian và giảm giá thành khi chế tạo sản phẩm mới; tiêu chuẩn hoá tốt hơn; hoàn thiện giao diện giữa thiết kế và sản xuất; giảm thời gian trả lời kết quả đấu thầu Kết quả này không chỉ

là cơ sở dữ liệu để thực hiện phân tích kỹ thuật, lập trình chế tạo, gia công điều khiển số mà chính là dữ liệu điều khiển thiết bị sản xuất điều khiển số như các loại máy công cụ, rôbôt, tay máy công nghiệp

Xuất phát từ thực tế, đa số thời lượng thiết kế là để tra cứu số liệu, do vậy các công đoạn của quá trình chuẩn bị sản xuất được thực hiện bằng máy tính điện tử vừa tiết kiệm vừa đảm bảo độ chính xác và chất lượng Các công đoạn này bao gồm: chuẩn bị thiết kế (thiết kế kết cấu sản phẩm, các bản vẽ lắp ); chuẩn bị công nghệ (thiết lập quy trình công nghệ ); thiết kế và chế tạo các trang bị công nghệ và dụng cụ phụ; kế hoạch hoá quá trình sản xuất và chế tạo sản phẩm Quá trình chuẩn

bị sản xuất có vai trò rất quan trọng trong việc hình thành bất kỳ một sản phẩm cơ khí nào

thiết kế và chế tạo trong đó máy tính điện tử được sử dụng để thực hiện một số chức năng trợ giúp nhất định CAD/CAM – CNC tạo ra mối quan hệ mật thiết giữa hai dạng hoạt động là thiết kế và chế tạo Chúng là 3 phần tử của hệ thống tích hợp

CIM (Computer Intergrated Manufacturing – hệ thống sản xuất tích hợp có máy tính trợ giúp) Xu thế phát triển chung của các ngành công nghiệp chế tạo theo công nghệ tiên tiến là liên kết các thành phần của quy trình sản xuất trong hệ thống tích hợp CIM Các thành phần của CIM 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

Khi chưa được ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC, sơ đồ chu kỳ sản xuất như sau:

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

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

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

Qua hai sơ đồ trên ta thấy CAD/CAM – CNC chi phối hầu hết các dạng hoạt động và chức năng của chu kỳ sản xuất Với hệ thống CAD/CAM – CNC, ta có thể xuất phát từ sản phẩm thực tế – chi tiết cụ thể, chuyển ngay vào bản vẽ với các hình chiếu – kể cả hình chiếu trục đo để sửa chữa, cải tiến, hợp lý hoá và cũng ngay lập tức đưa vào quá trình điều khiển máy để gia công và có ngay sản phẩm mới được cải tiến Đó cũng chính là công nghệ cao thiết kế – gia công – sản xuất có sự trợ giúp của máy tính đã mang lại năng suất cao hơn, chất lượng sản phẩm tốt hơn, giá thành hạ hơn với hiệu quả kinh tế rất cao

1.1.4 Các mức tiếp cận CAD/CAM

1.1.4.1 Mức tiếp cận 1

Cho các quá trình khoan, phay hoặc tiện Mức này có khả năng thực hiện giải pháp CAD/CAM – CNC như sau:

chương trình gia công CNC đã lập trên máy tính

Hình 1.4 Mức tiếp cận 1

1.1.4.2 Mức tiếp cận 2

Là mức 1 có thêm hệ xử lý thích nghi (posprocessor) dùng cho bàn phím CNC để lập trình gia công CNC, sau đó chạy mô phỏng trên màn hình máy tính mà không dùng bàn phím máy tính

Hình 1.5 Mức tiếp cận 2

1.1.4.3 Mức tiếp cận 3

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

Hình 1.6 Mức tiếp cận 3

1.1.4.4 Mức tiếp cận 4

Là phương án phối hợp giữa mức 1 và mức 2, ở mức này bàn phím CNC có thể lập trình và điều khiển gia công CNC với các hệ khác nhau (FANUC, HEIDENHAIN, SIEMENS ) nhờ cách thay đổi phím ấn phù hợp với từng hệ Với mức này có thể tiến hành thiết kế chi tiết gia công, rồi lập trình gia công CNC với bàn phím máy tính, hoặc lập trình bằng tay với bàn phím CNC, sau đó chạy mô phỏng chương trình gia công CNC đã lập trên màn hình máy tính

1.1.4.5 Mức tiếp cận 5

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

Hình 1.7 Mức tiếp cận 5

1.1.4.6 Mức tiếp cận 6

Là mức dựa trên sự phát triển phần mềm công nghiệp tiêu chuẩn CAD/CAM,

có dùng các module phần mềm CAD để thiết kế chi tiết gia công trên máy tính, và nạp dữ liệu CAD vào các module CAM để tạo lập chương trình gia công CNC rồi truyền trực tiếp tới máy gia công CNC

Hình 1.8 Mức tiếp cận 6

1.1.5 Giao diện CAD/CAM – CNC

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

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

dữ liệu, để chuyển đổi dạng dữ liệu của hệ CAD/CAM này sang dạng dữ liệu của hệ CAD/CAM khác khi tích hợp hai hệ CAD/CAM với nhau

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

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

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

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

Giữa hai hệ thống CAD/CAM, việc trao đổi dữ liệu chỉ có thể thực hiện thông qua dữ liệu trung gian Đối với các dữ liệu kỹ thuật và các bản vẽ CAD, công

cụ để thực hiện trao đổi dữ liệu phải kể đến các giao diện IGES và VDAFS Những thông tin về dữ liệu sản phẩm được tập hợp thành nhiều giao diện khác nhau Các giao diện này được tiêu chuẩn hoá theo quốc gia, do các hãng tạo lập CAD/CAM cung cấp thông qua các chương trình chuyển đổi dữ liệu Ứng với hệ thống CAD/CAM của từng hãng, các hãng sẽ cung cấp cho nơi sử dụng hai loại chương trình chuyển đổi ở dạng hai hệ vi xử lý là tiền xử lý và hậu xử lý Hệ tiền xử lý có chức năng trợ giúp việc chuyển đổi các dạng dữ liệu chuyên dụng và đặc trưng của

hệ thống thành dạng trung gian, sau đó hệ hậu xử lý sẽ chuyển đổi tiếp dạng trung gian thành dạng phù hợp, có giá trị phù hợp với hệ thống nhập vào Mô hình truyền dẫn dữ liệu giữa các hệ CAD/CAM được thể hiện như sau:

Hình 1.9 Các giao diện trong lĩnh vực cơ khí

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

1.1.6.1 Các phần mềm CAD/CAM tích hợp

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

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

Pro – Engineer có các module sau:

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

CL, thư viện các phần tử

(FEA), xác định điều kiện biên gắn liền với ANSYS PATRAN, NASTRAN, ARAQUS, SUPFRTAR và COSMOS/M

biến dạng tuyến tính và phi tuyến, xác định và dự đoán khả năng phá huỷ vật liệu

vdafs, render, SLA

thiết kế và lập dự án

viện của các bộ phận, nhóm, tái tạo các hình dạng chuẩn và dưới nhóm

thiết kế và mối quan hệ phụ thuộc, giúp cho sự phân tích nhanh, hiệu quả và sắp xếp phương án

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

từ một hướng quan sát bất kỳ, phóng độn, ảo ảnh Sử dụng để có cái nhìn nhanh, tổng thể để đạt được kết quả hoặc mục đích phòng ngừa

hệ CAD khác và bổ sung mô đun 3D về thiết kế thông số

mô đun khác của hệ

riêng Chứa các thư viện của hàm số C, thư viện chương trình con của ngôn ngữ lập trình FORTRAN và đặc biệt tiếp cận được với cấu trúc thiết lập các hệ thống và cấu trúc dữ liệu của hệ thống Ngoài ra ProEngineer còn có Pro/CASTING, Pro/LEGACY, Pro/TOOLKIT, Pro/PIPE

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

 CATIA - Computer Aided Three Dimensional Interactive Aplication -

Xử lý tương tác trong không gian ba chiều có sự hỗ trợ của máy tính Là một bộ phần mềm thương mại phức hợp CAD/CAM/CAE được hãng Dassault Systemes phát triển Được viết bằng ngôn ngữ C++, Catia là nền tảng đầu tiên của bộ phần mềm quản lý toàn bộ một chu trình sản phẩm của Dassault Phần mềm này bao gồm các gói thiết kế chi tiết và các cơ cấu tổ hợp các sản phẩm dập tấm, bề mặt và khung dây, thiết kế khuôn, thiết kế tàu thuỷ, ô tô, máy bay , gói phân tích các kết cấu bằng phương pháp phần tử hữu hạn, gói gia công CNC, gói thiết kế nhà xưởng, gói thiết kế hệ thống điện, điện tử, thuỷ lực và gói mô phỏng động học, động lực học

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

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

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

và chế tạo chi tiết thông qua việc lựa chọn dao, chế độ cắt, gá đặt Nhờ đó nhà thiết kế lựa chọn quá trình chế tạo hợp lý, nâng cao chất lượng gia công và tiết kiệm vật liệu

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

xuất

Unigraphic là một tổng thể các giải pháp CAD/CAM/CAE linh hoạt, tối ưu, đồng

bộ, mạnh mẽ Dùng phục vụ thiết kế, mô phỏng, lập trình gia công cho các ngành công nghiệp sản xuất hàng gia dụng và dân dụng, máy công cụ, máy công nghiệp, ôtô, xe máy, đóng tàu cho tới các ngành công nghiệp hàng không thiết kế máy bay, công nghiệp vũ trụ Các mô đun của phần mềm này rất hoàn chỉnh và dễ sử dụng:

dùng cái đã có trong bản vẽ để dựng hình, không nhất thiết phải có sketh mới dựng khối được và tự động tạo ra mối quan hệ thiết kế Phối hợp với surface và solid để tạo ra các chi tiết có độ phức tạp cao và thiết kế nhanh hơn

Forming/Flatting Cả ba mô đun này đều là thiết kế tấm nhưng mỗi mô đun lại cho một ứng dụng trong từng lĩnh vực chuyên biệt

các kiểu dáng, bề mặt phức tạp trong công nghiệp

- Assembly: Mô đun lắp ráp, kiểm tra

cấu body từ các file định dạng step, igs hoặc các file được biên dịch từ các phần mềm khác

công Đặc biệt lập trình rất tốt cho máy phay 4 trục và 5 trục

thống mạch điện tử

bao gồm các thư viện, công cụ nâng cao hỗ trợ thiết kế

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

Unisys Excelutions, Nhật Bản Gồm

mặt, lắp ráp và thiết kế bản vẽ 2D Xuất ra dữ liệu dạng IGES, DXF để chuyển đổi với các phần mềm khác

- Formability Shaper, Die Layout & Press Die Design: chứa gói Base và các

mô đun về thiết kế các quá trình gia công áp lực và khuôn dập

CAD/CAM với nhau Có 2 cách trao đổi dữ liệu là trao đổi trực tiếp (với các phần mềm như ProEngineer, Catia ) và trao đổi gián tiếp (IGES, JAVA, DXF, STEP, PARASOLID)

1.1.6.2 Các phần mềm CAD

riêng cho thiết kế 2D, được ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành kỹ thuật

nối tốt với phần mềm thiết kế 2D AutoCAD nên người thiết kế có thể trao đổi dữ liệu giữa 2D và 3D

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

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

1.1.6.3 Các phần mềm CAM

thích với nhiều loại máy CNC từ 3 đến 5 trục

của Mỹ

1.1.6.4 Các phần mềm CAE

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

Works, Maxell

1.1.7 Tình hình ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC ở nước ta hiện nay 1.1.7.1 Tình hình ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC trong các công ty

Mặc dù hiện nay việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC trong thiết

kế và chế tạo sản phẩm công nghiệp ngày càng phổ biến ở nước ta, và với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin, hệ thống CAD/CAM tích hợp phát triển rất nhanh chóng Nhưng tại các công ty, các nhà máy của nước ta thì công nghệ CAD/CAM – CNC còn khá mới mẻ và việc đi sâu ứng dụng còn nhiều bất cập do nhu cầu về phần mềm

và trang thiết bị Tuy nhiên để có nền công nghiệp cơ khí phát triển thì việc sử dụng

và phát triển công nghệ CAD/CAM – CNC là không thể thiếu

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

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

Trong các công ty nước ngoài tại Việt Nam, việc ứng dụng công nghệ

thiết kế sản phẩm cơ khí và sản phẩm nhựa, việc thiết kế và mô phỏng trên các phần mềm chuyên dụng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và hiệu quả sản xuất Chủng loại sản phẩm của công ty quyết định sự lựa chọn những phần mềm thích hợp cho việc thiết kế và sản xuất sản phẩm đó Ví dụ: các công ty chuyên thiết kế vỏ bề mặt thường sử dụng phần mềm Catia hoặc Uni Graphic – UG NX; các công ty chuyên thiết kế khuôn thường sử dụng phần mềm CADmeister Với quá trình chạy gia công CAM, tuỳ thuộc vào tình hình sản xuất và công nghệ để lựa chọn các phần mềm CAD/CAM tích hợp hoặc các phần mềm CAM chuyên dụng sao cho tương hỗ một cách tối đa nhất với phần mềm thiết kế và loại máy CNC mà nhà máy đang sử dụng Trong lĩnh vực CAE, các phần mềm được sử dụng nhiều là các phần mềm mô phỏng về sức bền và phân tích động lực học như ANSYS, HYPER WORKS hay MSC PATRAN Các phần mềm này tích hợp lại thành một hệ thống các quá trình thiết kế, sản xuất và kiểm tra

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

Hiện nay, việc sử dụng phần mềm CAD/CAM đã trở nên rất phổ biến Các

kỹ sư, kỹ thuật viên, sinh viên và ngay cả những công nhân cũng có thể sử dụng thành thạo những phần mềm CAD/CAM chuyên nghiệp như Pro/E, MasterCAM, Cimatron, Solidword Việc sử dụng tốt phần mềm ứng dụng giúp họ có cơ hội tốt hơn trong lựa chọn nơi làm việc và thăng tiến Thực tế cho thấy cơ hội tiếp cận và

sử dụng các phần mềm CAD/CAM ở Việt Nam khá dễ dàng, đó là một thuận lợi để mọi người có thể tự tìm tòi và học hỏi lĩnh vực mình quan tâm nhưng cũng nảy sinh một số vấn đề:

lựa chọn một phần mềm phù hợp với công việc, đặc biệt đối với sinh viên, nên dẫn đến không chuyên sâu một phần mềm nào đó để có thể khai thác hết hiệu suất

dụ, khi học lập trình CAM chủ yếu là lập trình chạy mô phỏng đơn giản trên máy tính, không có máy CNC đi kèm để thực hành trực tiếp

Đó là một vài nguyên nhân làm cho các kỹ sư, kỹ thuật viên khi ra trường công tác vẫn gặp phải những khó khăn nhất định trong việc làm chủ công nghệ Để giải quyết điều này, một số trường đại học nước ta đã đầu tư khá nhiều trang thiết bị

về máy CNC và các phần mềm CAD/CAM phục vụ cho giảng dạy và thực hành Ví dụ: trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Đại học Giao thông vận tải, Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên đã thành lập các trung tâm CAD/CAM với khá nhiều phần mềm tốt như UG – NX, MasterCAM, Catia, Pro/E, Camtool Thêm nữa, các thầy cô giáo cũng định hướng cho sinh viên những phần mềm phù hợp mà nhiều công ty, xí nghiệp hiện đang sử dụng, nhằm trang bị những kiến thức CAD/CAM cần thiết để sau khi ra trường, sinh viên có thể tiếp cận dễ dàng với nền công nghiệp

cơ khí hiện đại

1.2 PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ

CAD/CAM – CNC

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

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

1.2.1.1 Mô hình hoá hình học

Tương ứng với giai đoạn tổng hợp, mô hình hoá hình học đòi hỏi mô tả hình dáng hình học của đối tượng dưới dạng toán học theo cách máy tính có thể xử lý được

Hình 1.11 Ứng dụng máy tính vào quá trình thiết kế

Mô hình toán học cho phép hình ảnh của đối tượng có thể hiển thị và thao tác

họa phải được lập trình sao cho thuận tiện và có hiệu quả với máy tính và người sử dụng

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

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

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

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

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

1.2.1.2 Phân tích kỹ thuật

Để triển khai một dự án thiết kế kỹ thuật, cần một sự phân tích nào đó tuỳ theo loại công trình, như phân tích về ứng suất, biến dạng, truyền nhiệt hoặc mô tả động học hệ thống Máy tính có thể giúp thực hiện nhiệm vụ này một cách nhanh chóng và hiệu quả Đối với những bài toán thiết kế cụ thể, nhóm phân tích kỹ thuật

có thể tự viết phần mềm chuyên biệt sử dụng trong nội bộ Đối với những bài toán

có tính chất phổ thông thì thường được giải quyết bởi các 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 phần mềm này

tâm, mômen quán tính đối với một mặt phẳng hoặc tiết diện ngang của một vật thể, ngoài ra còn cho biết cả chu vi, diện tích và các thuộc tính quán tính

hệ CAD Với kỹ thuật này vật thể được chia thành nhiều phần tử với số lượng hữu hạn tuỳ ý Mỗi phần tử là một ô chữ nhật hay ô tam giác, tất cả tạo nên một mạng lưới gồm các nút Nhiều hệ CAD có khả năng tự động phân chia các nút và các

thông số cần thiết cho mô hình phần tử hữu hạn, sau đó sẽ làm các công việc tính toán tiếp theo

1.2.1.3 Rà soát và đánh giá thiết kế

tra độ chuẩn xác thiết kế và sự đúng đắn của công việc lựa chọn kết cấu, mối ghép Việc kiểm tra độ chuẩn xác thiết kế nếu được thực hiện trên màn hình đồ hoạ thì rất thuận tiện và có hiệu quả Các khả năng của phần mềm về tự động ghi kích thước và cho dung sai ở những nơi người thiết kế yêu cầu khiến cho những sai sót trong việc ghi kích thước trên bản vẽ giảm đi rất nhiều Người thiết kế cũng có thể thu nhỏ hay phóng to một chi tiết nào đó để xem cận cảnh

có thể đạt được những chỉ tiêu về động học, thao tác, vận hành như ban đầu đã đề ra hay không Nét đặc trưng của các hệ CAD hiện đại là khả năng đánh giá động học,

là khả năng hoạt hoá chuyển động của các cơ cấu trong bản thiết kế như khớp treo, các khâu truyền động, đồng thời giúp người thiết kế kiểm tra độ lấn của các phần tử khi chuyển động

1.2.1.4 Vẽ tự động

Là dùng máy tính tạo bản vẽ kỹ thuật trên giấy, trực tiếp từ cơ sở dữ liệu của

hệ CAD Khi giá thành của một hệ CAD còn khá cao thì việc một phòng thiết kế có

ngày càng trở nên phổ biến hơn ở các cơ sở thiết kế Một hệ CAD cho phép tăng

có nhiều ưu điểm về xử lý đồ họa tự động, ghi kích thước và mặt cắt, thu phóng bản

vẽ, đặc tả từng phần bản vẽ hoặc quay vật thể theo một góc tự chọn Nó còn cho phép chuyển đổi hình chiếu, ví dụ từ hình chiếu song song sang hình chiếu phối cảnh Trong phép chiếu trực giao, hầu hết các hệ CAD đều có khả năng tạo ra 6 hình chiếu tương đương với 6 mặt phẳng chiếu Ngoài ra, các hệ CAD còn cho phép người thiết kế của một hãng lập trình bổ sung để đưa ra những tiêu chuẩn riêng của hãng đó

1.2.1.5 Phân loại và ghi mã các chi tiết máy

Ngoài 4 chức năng nêu trên, các hệ CAD còn tạo ra một hệ cơ sở dữ liệu riêng

để tiến hành xây dựng một hệ thống phân loại và ghi mã cho các chi tiết máy hoặc chi tiết kết cấu công trình Việc phân loại và ghi mã có liên quan tới việc nhóm các bản vẽ thiết kế của những chi tiết máy giống nhau thành từng loại và dùng hệ thống

sơ đồ mã để liên kết các đặc điểm tương đồng với nhau Người thiết kế có thể sử dụng hệ thống phân loại và ghi mã để gọi những bản vẽ chi tiết máy hay kết cấu công trình ra sử dụng chứ không phải thường xuyên thiết kế lại những chi tiết máy mới Trong giai đoạn chế tạo, những hệ thống như vậy cũng rất cần thiết và có nhiều ứng dụng trong công nghệ nhóm, là một công nghệ thuộc lĩnh vực CAM

1.2.1.6 Tạo ra cơ sở dữ liệu để sản xuất

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

vẽ do kỹ 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 không dừng lại ở chỗ tự động hoá một khâu nào đó trong lĩnh vực chế tạo mà còn nhằm tự động hoá việc chuyển đổi từ lĩnh vực thiết kế vào lĩnh vực chế tạo Hiện nay thế giới đang triển khai những hệ thiết kế – chế tạo lấy máy tính làm nền tảng để tạo ra hầu hết dữ liệu và hồ sơ tư liệu phục vụ cho việc lập kế hoạch và điều khiển các hoạt động sản xuất ra sản phẩm

Hình 1.12.Mối liên hệ giữa cơ sở dữ liệu với CAD/CAM 1.2.2 Quá trình gia công ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC

1.2.2.1 Hệ thống CAD/CAM – CNC

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

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:

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

Là chương trình cần thiết để chuyển các dữ liệu từ chương trình xử lý ở dạng file APT sang chương trình gia công theo các mã điều khiển của một máy điều khiển số cụ thể (các mã G) Các chương trình xử lý tiếp theo có thể cài đặt cùn với

các hệ thống CAD/CAM hoặc thực hiện độc lập sau khi đã có file APT Với sự trợ giúp của máy tính, biên dạng hình học của chi tiết còn có thể được dùng để phân tích thiết kế nhờ các chương trình phần tử hữu hạn, có thể lựa chọn các phương án gia công khác nhau dựa vào các phiếu phân tích kỹ thuật cũng như cơ sở dữ liệu tổ chức sản xuất Chúng tạo ra một liên kết trực tiếp hình thành giữa thiết kế và chế tạo, cho phép sử dụng một cơ sở dữ liệu chung từ khâu thiết kế đến khâu gia công,

cả việc lập kế hoạch, tổ chức và quản lý sản xuất Rõ ràng với các hệ thống hỗ trợ liên kết, thời gian tiêu tốn cần thiết cho việc hoàn thành các công đoạn sản xuất sản phẩm giảm đi đáng kể, không những thế còn dễ dàng cải thiện chất lượng sản phẩm, mang lại hiệu quả kinh tế

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

cụ nhận được từ các chương trình CAD/CAM sang các lệnh mã G

Chức năng của một chương trình xử lý tiếp theo là chuyển đổi các lệnh viết theo ngôn ngữ APT thành các lệnh mã G Một số lệnh tương đương giữa các file dữ liệu

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

TOOLNO 1-20 T 1-20

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 được từ các dữ liệu hình học của hệ CAD Các bước liên quan đến quy trình này được trình bày như sơ đồ sau:

Hình 1.13 Sơ đồ quá trình gia công

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 tùy 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, 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

Chế độ cắt cần được lựa chọn cho quá trình gia công để đảm bảo được chất lượng bề mặt và độ chính xác của chi tiết gia công Chất lượng bề mặt của chi tiết

đa cạnh ) chỉ tiêu về độ sóng và độ nhám bề mặt được tạo thành do những vết lồi, lõm dưới tác dụng của dụng cụ cắt Độ chính xác gia công bao gồm độ chính xác kích thước, độ chính xác hình dáng hình học và độ chính xác về vị trí tương quan

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 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, độ cứng vững của hệ thống rất cao, do đó cho phép gia công với các thông số về chế độ cắt rất lớn, tốc độ cắt trong máy CNC cao hơn rất nhiều

so với máy công cụ 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 lũy do sai số bước của trục vít me gây ra Trên các máy CNC được trang bị cơ cấu hiệu chỉnh 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 phạm vi dung sai cho phép

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 sau một vài mili giây

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 quá 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 (độ dài, đường kính, bán kính đầu mũi, các chi tiết lắp ráp dụng cụ, giá dụng cụ)

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

 Hệ thống điều khiển

trong quá trình gia công người ta cho định vị nhanh

dụng cụ đến tọa độ yêu cầu và trong quá trình dịch

chuyển nhanh dụng cụ, máy không thực hiện việc

cắt gọt Chỉ đến khi đạt đến tọa 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

Hình 1.14 Điều khiển điểm - điểm

thực hiện việc điều khiển dụng cụ dịch chuyển đến điểm 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 dịch chuyển dụng cụ từ vị trí A đến vị trí B có thể thực hiện bằng hai cách

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 tọa độ hoặc khi

tiện các chi tiết mà dụng cụ

Hình 1.15.Điều khiển đoạn thẳng