Ứng dụng phần mềm CAD CAM vào thiết kế và gia công trên máy CNC 5 trục

Ứng dụng phần mềm CAD CAM vào thiết kế và gia công trên máy CNC 5 trục Ứng dụng phần mềm CAD CAM vào thiết kế và gia công trên máy CNC 5 trục Ứng dụng phần mềm CAD CAM vào thiết kế và gia công trên máy CNC 5 trục luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

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

-

ĐÀO NGỌC HOÀNH

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CAD/CAM VÀO THIẾT KẾ

VÀ GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC 5 TRỤC

Chuyên ngành : Chế tạo máy

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS NGUYỄN HUY NINH

Hà Nội – Năm 2012

- I -

LỜI CAM ĐOAN

Sau quá trình làm việc nghiêm túc tác giả đã hoàn thành bản luận văn với đề

tài: “Ứng dụng phần mềm CAD/CAM vào thiết kế và gia công trên máy CNC 5 trục”

Tác giả xin cam đoan rằng toàn bộ những kết quả được trình bày trong luận văn này

là công trình do chính tác giả thực hiện và chưa được công bố trên bất kỳ một tạp chí

nào Nếu không đúng như vậy, tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Tác giả

Đào Ngọc Hoành

- II -

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Huy Ninh đã hướng dẫn và giúp đỡ

tận tình từ định hướng đề tài, đến quá trình viết và hoàn chỉnh luận văn

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn các thầy cô trong bộ môn Công nghệ chế tạo máy, viện Cơ khí trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Xin cám ơn Ban lãnh đạo Viện đào tạo Sau đại học và Viện Cơ khí trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành bản luận văn này

Tác giả cũng chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo trường ĐHCN Hà Nội, Ban chủ nhiệm khoa Cơ khí đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả thực hiện đề tài

Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên luận văn không tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp

Đào Ngọc Hoành

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO CÁC SẢN

PHẨM CƠ KHÍ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CAD/CAM - CNC

XI

1.1 Tổng quan về công nghệ CAD/CAM - CNC.………. 1

1.1.3 Vai trò của CAD/CAM trong chu kỳ sản xuất……… 6 1.1.4 Các mức tiếp cận của kỹ thuật CAD/CAM - CNC ……… 8

1.1.6 Giới thiệu một số phần mềm CAD/CAM đang được sử dụng hiện

1.1.7 Tình hình ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC tại Việt Nam 20

1.2 Phương pháp chế tạo các sản phẩm cơ khí ứng dụng công nghệ

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

1.2.2 Quá trình gia công ứng dụng công ngệ CAD/CAM - CNC 27

1.3 Kết luận ……… 37

CHƯƠNG II PHẦN MỀM UNIGRAPHICS-NX TRONG THIẾT KẾ CHI

TIẾT

- IV -

2.1 Giới thiệu chung ……… 38

2.1.1 Khả năng tương thích và mở rộng ……… 39 2.1.2 Khái quát chung khả năng thiết kế

2.1.3 Khả năng xây dựng mô hình 3D

39

39

2.2 Khái quát cơ bản về khả năng thiết kế trên phần mềm NX 42

2.2.1 Giao diện người dùng ……… 42 2.2.2 Thao tác cơ bản trong vùng đồ họa……… 44

2.3.1 Xây dựng bản vẽ phác thảo trên môi trường Sketch 44

2.4 Tạo mặt phẳng, trục chuẩn

3.3 Quy trình tạo chương trình gia công trên phần mềm NX 62

3.4 Thiết lập chiến lược chạy dao và hiệu chỉnh các chế độ cắt trên phần

3.4.3 Định nghĩa tốc độ trục chính, tốc độ tiến dao 70

- V -

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO

CHƯƠNG IV TẠO CHƯƠNG TRÌNH GIA CÔNG 5 TRỤC TRÊN PHẦN

MỀM UNIGRAPHICS-NX 4.1 Hệ tọa độ trong gia công 5 trục 72

4.2.1 Hộp thoại công cụ tạo đường chạy dao gia công 5 trục 75

4.2.2 Phương pháp tạo điểm điều khiển đường chạy dao trên bề mặt

phụ trợ

75

4.2.3 Các phương pháp điều chỉnh hướng trục dụng cụ cắt 79 4.3 Ứng dụng phần mềm NX xây dựng chương trình gia công 5 trục

Cho chi tiết tuabin 82

4.3.1 Chi tiết và đồ gá, lựa chọn trung tâm gia công 82 4.3.2 Tạo chương trình gia công sản phẩm

85

- VII -

HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Hệ thống DNC ……… 4

Hình 1.2 Sơ đồ chu kỳ sản xuất theo công nghệ truyền thống ……… 7

Hình 1.3 Sơ đồ chu kỳ sản xuất ứng dụng công nghệ CAD/CAM - CNC …… 8

Hình 1.4 Mức tiếp cận 1 ……… 9

Hình 1.5 Mức tiếp cận 2 ……… 9

Hình 1.6 Mức tiếp cận 3 ……… 10

Hình 1.7 Mức tiếp cận 5 ……… 11

Hình 1.8 Mức tiếp cận 6 ……… 11

Hình 1.9 Hệ chuyển giao dữ liệu gián tiếp thông qua tệp trung gian ……… 13

Hình 1.10 Các giao diện dùng trong lĩnh vực cơ khí ……… 14

Hình 1.11 Quá trình truyền dẫn dữ liệu qua hai hệ CAD/CAM A và B ……… 15

Hình 1.12 Ứng dụng máy tính vào quá trình thiết kế ……… 22

Hình 1.13 Mối liên hệ giữa cơ sở dữ liệu với CAD/CAM ……… 26

Hình 1.14 Sơ đồ quá trình gia công ……… 29

Hình 1.15 Điều khiển điểm - điểm ……… 32

Hình 1.16 Điều khiển đoạn thẳng ……… 32

Hình 1.17 Điều khiển 2D trên máy phay ……… 33

Hình 1.18 Điều khiển 3D trên máy phay ……… 34

Hình 1.19 Điều khiển 2,5D ……… 34

Hình 1.20 Điều khiển 4D và 5D ……… 35

Hình 1.21 Hệ toạ độ trên máy CNC và chuyển động của các trục ……… 36

Hình 2.1 Thiết kế mạch điện trên NX ……… 37

Hình 2.2 Thiết kế đường ống trên NX ……… 40

- VIII -

Hình 2.3 Thiết kế khuôn mẫu trên NX ……… 41

Hình 2.4 Thiết kế chi tiết dạng tấm 41

Hình 2.5 Thiết kế khuôn dập, dập liên hoàn trên NX 41

Hình 2.6 Tính toán thiết kế kết cấu hàn trên NX 41

Hình 2.7 Tạo chương trình gia công trân NX ……… 42

Hình 2.8 Giao diện người dùng ……… 43

Hình 2.9 Giao diện màn hình của NX ……… 45

Hình 3.1 Tạo đường chạy dao trơn theo biên dạng bề mặt ……… 59

Hình 3.2 Copy chương trình gia công cho nhiều bề mặt ……… 60

Hình 3.3 Chức năng Multiblade ……… 60

Hình 3.4 Tạo bộ post processor ……… 61

Hình 3.5 Thư viện máy công cụ trong NX 62 Hình 3.6 Quy trình tạo chương trình gia công trên NX ……… 62

Hình 3.7 Khai báo dụng cụ cắt ……… 63

Hình 3.8 Khai báo hình học của chi tiết gia công ……… 64

Hình 3.9 Hộp thoại tạo chương trình gia công ……… 64

Hình 3.10 Hộp thoại thiết lập chiến lược chạy dao ……… 65

Hình 3.11 Thiết lập chiều sâu lớp cắt ……… 66

Hình 3 12 Tối ưu hóa quá trình chạy dao 67

Hình 3.13 Hộp thoại điều chỉnh điểm vào, ra dao … 68

Hình 4.1 Máy gia công 5 trục với đầu xoay kép: 5-Axis with Dual Rotary Heads ……… 72

Hình 4.2 Máy gia công 5 trục với bàn xoay kép: 5-Axis with Dual Rotary Heads … 73

Hình 4.3 Máy gia công 5 trục với bàn và đầu mang dao xoay: 5-Axis with Rotary Head and Table ……… 73

- IX -

Hình 4.4 Hộp thoại tạo đường chạy dao gia công 5 trục 75 Hình 4.5 Hộp thoại Phương pháp tạo điểm điều khiển đường chạy dao trên bề

mặt phụ trợ ……… 76

Hình 4.6 Các phương pháp tạo đường chạy dao ……… 78

Hình 4.7 Các phương pháp điều chỉnh hướng của dụng cụ gia công ………… 82

Hình 4.8 Sơ đồ hệ thống công nghệ của chi tiết cần gia công 83 Hình 4.9 Sơ đồ chọn máy gia công trên phần mềm ……… 84

Hình 4.10 Chuyển môi trường phần mềm sang môi trường gia công 85 Hình 4.11 Khai báo chương trình gia công ……… 86

Hình 4.12 Định nghĩa và lựa chọn dụng cụ cắt 88

Hình 4.13 Khai báo hệ tọa độ và phôi ……… 90

Hình 4.14 Khai báo biên dạng cánh 91

Hình 4.15 Gia công thô rãnh cánh 92

Hình 4.16 Để lượng dư gia công ……… 94

Hình 4.17 Thiết lập khoảng cách an toàn ……… 94

Hình 4.18 Thiết lập điểm vào, ra dao ……… 95

Hình 4.19 Thiết lập tốc độ trục chính ……… 96

Hình 4.20 Tạo đường chạy dao ……… 96

Hình 4.21 Mô phỏng quá trình gia công … 97

Hình 4.22 Đường chạy dao sau khi đã copy ……… 98

Hình 4.23 Đường chạy dao gia công tinh trên 1 phần thân turbin ……… 99

Hình 4.24 Đường chạy dao trên toàn bộ vùng thân ……… 100

Hình 4.25 Tạo chương trình gia công tinh thành cánh lớn ……… 100

Hình 4.26 Đường chạy dao gia công tinh thành cánh 102 Hình 4.27 Copy đường chạy dao gia công tinh thành cánh …… 102

Hình 4.28 Copy chương trình gia công cho toàn bộ cánh nhỏ 103

Hình 4.29 Đường chạy dao gia công góc bo chân cánh 105

Hình 4.30 Mô phỏng quá trình gia công trên mô hình máy CNC 105

- X -

Hình 4.31 Mô phỏng quá trình gia công trên mã G-Code 106

Hình 4.32 Mô phỏng quá trình cắt bỏ vật liệu trực quan 106

Hình 4.33 Post chương trình gia công ra mã NC 107

Máy CNC sẽ thực hiện việc gia công bằng phương pháp tự động chạy dao theo quỹ đạo của chương trình NC bằng cách lập trình trực tiếp trên máy CNC hoặc thông qua bộ điều khiển DNC Ngày nay thì phương pháp lập trình bằng tay đã trở nên lạc hậu bởi sự hạn chế về mặt gia công các chi tiết phức tạp và mất rất nhiều thời gian cho việc lập trình chương trình gia công

Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật thì việc ra đời công nghệ CAD/CAM đã đánh dấu một bước ngoặt lớn cho việc tự động hoá sản xuất cơ khí và tạo thành một

hệ thống hoàn chỉnh từ quá trình thiết kế đến gia công ra sản phẩm Sự ra đời của công nghệ CAD/CAM đã khắc phục được khó khăn trong việc lập trình bằng tay với những chi tiết phức tạp và giảm thiểu được sai sót trong quá trình lập trình chương trình gia công

Trong số các phần mềm CAD/CAM hiện nay, tác giả đã lựa chọn phần mềm Unigraphics NX bởi lẽ Unigraphics NX là một trong những phần mềm nổi tiếng nhất hiện nay trong lĩnh vực thiết kế CAD, mô phỏng CAE và tạo chương trình gia công CAM cho máy CNC – cung cấp giải pháp tổng thể CAD/CAM/CAE/PLM, tạo khả năng liên kết linh hoạt giữa các khâu trong quá trình sản xuất từ thiết kế CAD, phân tích CAE và mô phỏng gia công CAM

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

đã đề xuất và thực hiện đề tài luận văn thạc sỹ với tên đề tài “Ứng dụng phần mềm

CAD/CAM vào thiết kế và gia công trên máy phay CNC 5 trục” Nội dung luận văn

đã đề cập chi tiết đến các phần mềm CAD/CAM đang được ứng dụng rộng rãi trên thế giới và đưa ra giải pháp thiết kế và gia công ứng dụng công nghệ CAD/CAM - CNC

- XII -

B LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU:

Cuối những năm 50 của thế kỷ trước thì CAD/CAM có những bước phát đáng kể, đến những năm 90 thì CAD/CAM có những bước đột phá với bằng chứng là rất nhiều các tạp đoàn đưa rat hị trường những phần mềm CAD/CAM có ứng dụng rộng rãi trong thiết kế và sản xuất trong nhiều ngành công nghiệp

Cho đến nay thì CAD/CAM/CNC đã trở thành hạt nhân của cả nền sản xuất, càng ngày thì sự phức tạp của sản phẩm càng cao, đòi hỏi các nhà sản xuất phải đưa ra các giải pháp gia công tối ưu nhất để đáp ứng được nhu cầu của xã hội

Ứng dụng các phần mềm CAD/CAM vào lập trình gia công trên máy 5 trục thi không còn xa lạ với nền công nghiệp trên thế giới, nhưng tại Việt Nam thì công nghệ này còn nhiều hạn chế

C MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯƠNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU:

Đề tài tập trung nghiên cứu, ứng dụng phần mềm UNIGRAPHICS-NX trog thiết

kế và gia công, đặc biệt là nghiên cứu ứng dụng Module gia công 5 trục trên máy CNC

Trọng tâm của đề tài là nghiên cứu gia công cho những bề mặt phức tạp như tuabin, bánh rang côn xoắn…

D CÁC LUẬN ĐIỂM CƠ BẢN VÀ ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN VĂN

Đề tài đã định hướng phát triển và đưa ra những ví dụ cụ thể để từ đó sẽ đưa vào thực tế sản xuất

Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở cho các hướng nghiên cứu mở rộng, nâng cao hơn nhằm ứng dụng triệt để các phần mềm CAD/CAM tích hợp khác Các kết quả nghiên cứu của đề tài có thể sử dụng trong giảng dạy và tài liệu tham khảo

E PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

Nghiên cứu 1 cách tổng quan về công nghệ CAD/CAM/CNC và ứng dụng chúng trong thiết kế và gia công chi tiết

Đưa ra và phân tích một số phần mềm CAD/CAM thông dụng hiện nay, đưa ra yêu cầu là nghiên cứu ứng dụng chúng để gia công trên máy CNC 5 trục, từ những yêu cầu đó tác giả lựa chọn nghiên cứu phần mềm Unigraphics-NX

Phân tích các chức năng cơ bản của phần mềm sau đó tập trung nghiên cứu module gia công 5 trục và từ đố đi lập trình gia công cho 1 chi tiết cụ thể là tuabin

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO CÁC SẢN PHẨM CƠ KHÍ ỨNG

DỤNG CÔNG NGHỆ CAD/CAM - CNC

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM - CNC:

1.1.1 Khái niệm CAD, CAM, CAE, CNC:

1.1.1.1 CAD:

CAD (Computer Aided Design): Có nghĩa là quá trình thiết kế với sự hỗ trợ của

máy tính Trước đây để thiết kế bản vẽ chi tiết và bản vẽ lắp giáp người ta phải thiết kế bằng tay rất phức tạp và khó khăn, nhưng với sự phát triển mạnh mẽ của các phần mềm CAD đặc biệt là các phần mềm CAD 3D thì quá trình thiết kế trở nên đơn giản và ưu việt hơn nhiều với sự hỗ trợ mạnh mẽ của máy tính, Trên các phần mềm CAD 3D này các công cụ hỗ trợ thiết kế và khả năng nội suy theo các đường và bề mặt rất mạnh Quá trình lắp ráp cũng được hỗ trợ đáng kể với các ràng buộc về hình học và kích thước, nên người thiết kế cũng sử dụng dễ dàng hơn khi lắp ghộp cỏc chi tiết với nhau

Trong lĩnh vực tự động hoá công nghiệp, CAD không bị giới hạn trong việc tạo lập các bản vẽ thực thể theo quy cách 2D hoặc 3D, mà còn mở rộng tới những công việc khác

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) Xa hơn nữa là 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 các tiêu chuẩn chung về trao đổi dữ liệu Những đề án tích hợp được xây dựng và đưa vào sử dụng trong những năm gần đây Như vậy những tiến bộ về máy tính đã có tác dụng làm tăng tốc độ thiết kế kỹ thuật và quá trình tự động hoá công nghiệp

CAD được coi như là một cuộc cách mạng công nghiệp mới kể từ khi nó được đề xuất So với cách tạo lập thủ công bản vẽ thiết kế, CAD là giải pháp có những ưu điểm sau:

 Tăng độ chính xác và chất lượng bản vẽ vì CAD có thể tạo ra những kích thước vẽ theo đơn vị nhỏ hơn 0,001 mm

 Làm giảm mức độ mơ hồ, trừu tượng của bản vẽ

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

 Tiết kiệm không gian vì loại bỏ phòng lưu trữ các bản vẽ giấy

 Tiết kiệm thời gian vì loại bỏ lao động thủ công lặp lại

 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 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 công cụ tin học đặc thù cho việc nghiên cứu và được chung là các phần mềm thiết kế

Nói đến CAD thì phải nói đến KERNEL (hệ thống hạt nhân đồ hoạ), nó là nền

tảng hay có thể gọi nó như là bộ não của các hệ thống phần mềm CAD Hiện tại có vài 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 DesignBASE được dựng cho các phần mềm CAD hạng trung Riêng CATIA thì sử dụng một định dạng KERNEL riêng của DASSAULT SYSTEMES cải biên lại từ định dạng ACIS, do đó các dữ liệu được xuất ra của CATIA rất 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 được chính xác so với PARASOLID, do đó khuynh hướng chuyển đổi từ CATIA sang Unigraphics-NX trong các hãng thiết kế ôtô ngày càng nhiều

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, các dữ liệu CAD được xuất ra dưới dạng các định dạng file dữ liệu trung gian như STEP, SAT, IGES Và được nhập vào phần mềm CAM dưới các định dạng này Chương trình CAM sẽ nhận dữ liệu CAD qua các định dạng trung gian đó và người chạy chương trình cần phải thiết lập các điều kiện tính toán cho quá trình gia công như các chiến lược gia công, thông số công nghệ và thông số dụng cụ trong quá trình 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 đến máy CNC bằng ổ đĩa mềm hoặc qua các bộ điều khiển DNC

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, cắt gọt vật liệu, công suất của trang thiết bị Các điều kiện sản xuất khác nhau có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và giá thành sản phẩm

1.1.1.3 CAE:

CAE (Computer Aided Engineering): Có nghĩa là ứng dụng công nghệ thông tin để

hỗ trợ cho các quá trình kỹ thuật như các quá trình phân tích, mô phỏng, lập kế hoạch sản xuất và sửa chữa bảo trì

Các lĩnh vực hỗ trợ của CAE bao gồm:

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

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

- Phân tích các quá trình mô phỏng cơ khí như quá trình đúc, quá trình cắt gọt và quá trình biến dạng

- Phân tích lời giải và xử lý các kết quả trong quá trình tính toán cơ khí

1.1.1.4 CNC:

CNC (Computerized Numerical Control): Điều khiển số bằng máy tính Công nghệ

CNC được ra đời và phát triển vào những năm 1940 - 1950 tại phòng thí nghiệm SERVOMECHANISM của học viện kỹ thuật MASSACHUSETTS Điều khiển bằng các chương trình chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA - 274 - D dưới dạng các mã lệnh G - M code hoặc ngôn ngữ APT

Sự ra đời của công nghệ CNC đã làm thay đổi mạnh mẽ ngành cơ khí, từ nền sản xuất cơ khí thuần tuý chuyển sang sự kết hợp giữa cơ khí, công nghệ thông tin và điện tử Quá trình gia công phức tạp trở nên dễ dàng hơn, các đường cong được thực hiện dễ dàng như đường thẳng, các cấu trúc phức tạp 3D cũng dễ dàng được thực hiện và một lượng lớn các thao tác do con người được giảm thiểu

Việc ứng dụng tự động hoá vào quá trình sản xuất cơ khí đã tạo nên sự phát triển đáng kể về độ chính xác và chất lượng Kỹ thuật tự động của máy CNC đã giúp con

người giảm thiểu được sai sót và giúp người thao tác có thời gian cho công việc khác Ngoài ra còn cho phép linh hoạt trong thao tác các sản phẩm và thời gian cần thiết cho máy móc để sản xuất các loại sản phẩm khác nhau

Công nghệ CNC cung cấp sản phẩm đảm bảo, tin cậy Một khi chương trình đã qua kiểm tra và được đưa vào sản xuất, hàng loạt các chi tiết cùng loại có thể được tạo ra một cách chính xác và ổn định

Hiện nay thì có một số hãng lớn sản xuất máy CNC là: MORI SEIKI, MAKINO, DECKEL MAHO…

DNC (Direct Numerical Control): Là một máy tính trung tâm được cài đặt phần

mềm truyền dữ liệu (Thường là các phần mềm đi kèm với bộ điều khiển) đến các hệ thống

điều khiển của các máy CNC trong một trung tâm gia công

…………

…………

Hình 1.1 Hệ thống DNC

Khi đã có chương trình NC (hoặc bằng tay, hoặc qua hệ thống CAD/CAM) chương

trình này cần phải được tải đến hệ điều khiển CNC Mặc dù người vận hành có thể nhập trực tiếp vào hệ điều khiển, tuy nhiên công việc như vậy rõ ràng mang tính thủ công, và sẽ rất khó khăn khi gặp phải những chương trình dài

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

Một hệ thống DNC cho phép máy tính được nối mạng với nhiều máy CNC Giao thức truyền thông nối tiếp 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 trên thế giới đang phát triển hết sức mạnh

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

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 v.v một tiến bộ mới so với định dạng IGES, bởi khi xuất sang định dạng IGES thường hay gặp phải các lỗi về bề mặt

Kết quả của quá trình CAD không chỉ là cơ sở dữ liệu để thực hiện phân tích kỹ thuật, lập quy 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, người máy, tay máy công nghiệp và các thiết bị phụ trợ khác

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 chung của sản

phẩm, các cụm máy)

 Chuẩn bị công nghệ (đảm bảo tính năng công nghệ của kết cấu, 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 trong thời gian yêu cầu

Hiện nay, qua phân tích tình hình thiết kế thấy rằng 90% thời lượng thiết kế là để tra cứu số liệu cần thiết mà chỉ có 10% dành cho lao động sáng tạo và quyết định phương

án, do vậy các công việc trên có thể thực hiện bằng máy tính điện tử để vừa tiết kiệm thời gian 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 thiết kế là dùng các hệ thống và phương tiện tính toán giúp 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 và kiểm tra các nguyên công gia công

Xu thế phát triển chung của các ngành công nghiệp chế tạo theo công nghệ tiến 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)

Các thành phần của hệ thống CIM được quản lý và điều hành dựa trên cơ sở dữ liệu trung tâm với thành phần quan trọng là các dữ liệu từ quá trình CAD

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

Người ta dùng khái niệm chu kỳ sản xuất để mô tả sự hình thành của sản phẩm công nghiệp thông qua hai quá trình thiết kế và chế tạo

- Quá trình thiết kế bao gồm các công việc nhƣ sau:

 Lập hồ sơ thiết kế

- Trong đó quá trình chế tạo bao gồm các công việc khác, đó là:

 Thiết lập quá trình sản xuất

 Quy hoạch sản xuất

 Thiết kế và mua dụng cụ mới

 Phân phối vật tư

Thiết kế sản phẩm

Vẽ chi tiết

Kế hoạch hoá quá trình sản xuất

Nhu cầu thị trường mới

Lập biểu

đồ sản xuất

Sản xuất sản phẩm Kiểm tra

chất lượng

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

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 công đoạn thiết kế và chế tạo, kỹ thuật tính toán ngày càng phát huy tác dụng và là nhu cầu không thể thiếu được

1.1.4 Các mức tiếp cận của kỹ thuật CAD/CAM – CNC:

Hãng DENFORD (Anh Quốc) đã tạo lập các module phù hợp dùng cho đào tạo

theo các mức tiếp cận kỹ thuật CAD/CAM – CNC như sau:

1.1.4.1 Mức tiếp cận 1:

Cho các quá trình phay, khoan hoặc tiện, mức này có khả năng thực hiện giải pháp

CAD/CAM - CNC như sau:

 Tạo lập bằng tay các lệnh G - M code …

Kế hoạch hoá quá trình sản xuất

Tự động hoá, Kế hoạch hoá quá trình sản xuất

Tự động hoá Thiết kế

Vẽ bằng máy tính

Vẽ biểu đồ, lập nhu cầu nguyên vật liệu

Thiết bị điều khiển bằng máy tính

Kiểm tra chất lượng

Vẽ chi tiết

Sản xuất sản phẩm

Nhu cầu thị trường mới

Lập biểu

đồ sản xuất Nhu cầu

thị trường

 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 Mức tiếp cận 1

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 chương trình gia công CNC trên màn hình của máy tính PC mà không dùng bàn phím của máy tính

Khoá cứng CAD/CAM - CNC

Máy tính + bàn phím + chuột

Đĩa cài đặt

CAD/CAM - CNC

Khoá cứng CAD/CAM - CNC

Máy tính + bàn phím +

chuột

Bàn phím CNC

(Desktop - Tutor)

Phương án 1 Phương án 2

Hình 1.6 Mức tiếp cận 3

1.1.4.4 Mức tiếp cận 4:

Mức này là phương án phối hợp giữa mức 1 và mức 2, ở đây bàn phím CNC có thể

lập trình và điều khiển gia công CNC với các hệ khác nhau (FANUC, HEIDENHAIN,

SIEMENS…) nhờ cách thay đổi tấm phím ấn phù hợp với từng hệ Với mức này có thể

tiến hành thiết kế chi tiết gia công, rồi lập trình gia công CNC với bàn phím máy tính (lập

trình thủ công hoặc tự động), 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:

Mức 5 gồm mức 4 có bổ xung thêm một máy 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 (thủ công

hoặc tự động), hoặc lập trình thủ công với bàn phím CNC, sau đó chạy mô phỏng chương

Đĩa cài đặt + khoá cứng

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 Mức tiếp cận 5

1.1.4.6 Mức tiếp cận 6:

Mức này là mức dựa trên sự phát triển phần mềm công nghiệp tiêu chuẩn CAD/CAM có dùng các module phần mềm CAD để thiết kế chi tiết gia công trên máy tính và nạp dữ liệu CAD vào các module CAM để tạo lập chương trình gia công CNC rồi truyền trực tiếp tới máy gia công CNC

Hình 1.8 Mức tiếp cận 6

1.1.5 Giao diện CAD/CAM:

Để đảm bảo các 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

Đĩa cài đặt + khoá cứng

CAD/CAM - CNC

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

Hệ dao cụ CNC Máy thực hành gia công CNC

Chi tiết gia công

CAD Máy tính + bàn phím

CNC (Desktop - Tutor)

CAM Máy tính + bàn phím

CNC

Máy thực hành gia công CNC

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

trên

Giao diện xét theo hai phần là phần cứng và phần mềm có các chức năng sau đây:

 Giao diện quá trình

 Giao diện hệ thống

 Giao diện nối tiếp với các thiết bị dữ liệu bên ngoài

 Giao diện với người vận hành

Giao diện xét về chức năng trao đổi dữ liệu gọi là giao diện dữ liệu, để chuyển đổi dạng dữ liệu của một hệ CAD/CAM này sang dạng dữ liệu của một hệ CAD/CAM khác khi tích hợp hai hệ CAD/CAM đó 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 sau:

Ở cách dịch trực tiếp cần phải 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(n - 1)/2 cặp hệ thống Ví dụ nếu có 10 hệ thống (n = 10) thì cần phải có n(n - 1) bộ dịch trực tiếp để chuyển giao dữ liệu khi chúng tích hợp với nhau Nếu ghép thêm chỉ một hệ nữa vào n hệ có sẵn thì phải có thêm 2n bộ dịch trực tiếp khác nhau để chuyển giao dữ liệu

Ở cách dịch gián tiếp người ta sử dụng hệ chuyển giao dữ liệu gián tiếp thông qua tệp trung gian Tệp trung gian có cấu trúc cơ sở dữ liệu trung gian, không phụ thuộc vào một hệ thống nào riêng biệt Hiện tại có nhiều tệp trung gian khác nhau được dùng mà điển hình là IGES, DXF, STEP Tệp trung gian còn được gọi là giao diện dữ liệu tiêu chuẩn Đây là cách chuyển giao dữ liệu gián tiếp giữa các hệ cơ sở dữ liệu khác nhau Tuy vậy ở cách này, từng hệ thống phải có một cặp bộ xử lý để chuyển đổi dữ liệu riêng của

nó thành quy cách tệp trung gian và ngược lại từ quy cách tệp trung gian thành quy cách

tệp gốc của nó Bộ dịch có chức năng chuyển giao dữ liệu từ quy cách cơ sở dữ liệu gốc

của một hệ thống thành một quy cách trung gian được gọi là bộ tiền xử lý (pre-processor)

Ngược lại bộ dịch có chức năng chuyển giao dữ liệu từ quy cách trung gian thành quy

cách cơ sở dữ liệu của một hệ thống nào đó được gọi là bộ hậu xử lý (post-processor)

Như vậy cần có 2n bộ xử lý cho n hệ thống được nối ghép với nhau và nếu thêm một hệ thống mới thì chỉ cần có thêm hai bộ xử lý nữa

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

Khâu trao đổi thông tin giữa các phòng kỹ thuật hiện tại còn phổ biến dưới phương thức chuyển giao các bản vẽ kỹ thuật đã được xây dung theo quy chuẩn Với việc ứng dụng giải pháp dùng máy tính trong nội bộ hãng 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 là:

 Tránh được công việc trùng lặp nhờ khâu nạp dữ liệu

 Loại trừ nguồn gốc phát sinh sai số

Bộ tiền xử lý pre-processor

Cơ sở dữ

liệu gốc

(A)

Tệp trung gian tiêu chuẩn

Bộ hậu xử lý post-processor

Cơ sở dữ liệu riêng

(B)

Những giao diện này được tiêu chuẩn hoá theo quốc gia, cũng như do các hãng tạo lập CAD/CAM cung cấp thông qua các chương trình chuyển đổi dữ liệu Các hãng sẽ cung cấp cho nơi sử dụng, ứng với hệ thống CAD/CAM của từng hãng, hai loại chương trình chuyển đổi ở dạng hai hệ vi xử lý là tiền xử lý và hậu xử lý

Hệ tiền xử lý có chức năng là trợ giúp việc chuyển đổi các dạng dữ liệu chuyên dụng và đặc trưng của hệ thống thành dạng trung gian, sau đó hệ hậu xử lý sẽ chuyển đổi tiếp dạng trung gian thành dạng phù hợp, có giá trị phù hợp với hệ thống nhập vào Mô hình tổng quan về truyền dẫn dữ liệu giữa các hệ CAD/CAM được thể hiện như sơ đồ dưới đây:

Hình 1.10 Các giao diện dùng trong lĩnh vực cơ khí

PHICS – Programers Hierarchical Graphic System GKS-3D – Graphic Kernel System

CGI – Computer Graphics Interface CGM - Computer Graphics Metafile

IGES – Initial Graphics Exchange Specification SET – Standard Exchange Transport

VDAFS – VAD-Flachenschnitt PDES – Produce Data Exchange Specification STEP – Standard forExchange or Product Model Data

IGES SET VDAFS ……

Mô hình sản phẩm

PDES STEP CAD-NT

Điều khiển máy

IRDATA APT CLDATA ……

Hệ thống

tự động

MAP TOP

……

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

Hình 1 11 Quá trình truyền dẫn dữ liệu qua hai hệ CAD/CAM A và B

Khi thực hiện giải pháp này cần có sự thoả thuận giữa các đối tác về thể thức cung cấp các dữ liệu CAD/CAM, cụ thể là hình thức diễn đạt và mô hình gốc, nhằm đảm bảo tính ổn định của dữ liệu, cũng như đảm bảo tuỳ chọn tại mọi thời điểm, nghĩa là không phụ thuộc sự lựa chọn hệ thống và cấu trúc hệ thống Ngày nay, dạng trung gian của dữ liệu được tạo lập theo nhiều hướng khác nhau và có hàm lượng thông tin khác nhau

Ngoài dạng giao diện dữ liệu trung gian còn có giao diện trực tiếp ở dạng các hệ chuyển đổi chuyên dụng - phụ thuộc hệ thống để hỗ trợ quá trình trao đổi dữ liệu giữa hai

hệ thống CAD/CAM

Khái niệm giao diện bao hàm những điều kiện, quy tắc và những thoả thuận về sự nối ghép các phân hệ với nhau, phần nhiều là sự trao đổi thông tin, nghĩa là các giao diện

dữ liệu và giao diện cơ khí

Khả năng hoạt động của một hệ thống tự động hoá chỉ có thể đảm bảo nếu thông tin chung giữa các đơn vị cấu trúc, các đơn vị dữ liệu và các tín hiệu được tạo lập và đảm bảo Những vị trí chuyển tiếp từ một đơn vị sang một đơn vị khác phải được thiết lập phù hợp, nghĩa là phải tương thích hoặc tương đồng với nhau Những vị trí chuyển tiếp đảm bảo phù hợp được gọi là các giao diện Trong thực tế có các loại giao diện là giao diện quá trình, giao diện hệ thống, giao diện nối tiếp với các thiết bị dữ liệu bên ngoài, giao diện với người vận hành

Các hệ CAD/CAM khác nhau có các cấu trúc khác nhau về hệ dữ liệu xác định đối tượng xử lý Vì vậy khi các hệ CAD/CAM cần phải tích hợp với nhau, người ta phải chuyển đổi dữ liệu xác định sản phẩm của hệ CAD/CAM này sang cấu trúc dữ liệu 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 Những bộ dịch theo cách đó (bộ dịch xuôi, bộ dịch ngược) 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

Tuy vậy, người ta 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 xử lý (preprocessor)

 Bộ dịch có chức năng chuyển giao dữ liệu từ quy cách trung gian thành quy cách cơ sở dữ liệu riêng của một hệ nào đó, được gọi là bộ hậu xử lý

(posprocessor)

Như vậy theo cách chuyển giao dữ liệu gián tiếp thông qua tệp trung gian người ta chỉ cần có 2n bộ xử lý cho n hệ khác nhau được nối ghép với nhau, và chỉ cần có thêm 2

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 phẩm 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 đƣợc sử dụng hiện nay, ƣu nhƣợc điểm của các phần mềm:

1.1.6.1 Nhóm các phần mềm CAD/CAM tích hợp:

- CATIA: Là sản phẩm của hãng DASSAULT SYSTEMES là một trong những

phần mềm CAD/CAM tích hợp mạnh nhất hiện nay 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

 Shape Design and Styling: Modul cho phép thiết kế các bề mặt có biên

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

 Analysis & Simulation: Modul cho phép tính toán kiểm tra và mô phỏng

các chi tiết chịu tải trọng trong môi trường kết cấu liên tục hoặc trong môi trường nhiệt độ Từ đó cho phép tối ưu kết cấu

 Manufacturing & Machining: Modul cho phép mô phỏng quá trình gia

công chế tạo chi tiết thông qua việc lựa chọn dao, chế độ cắt, gá đặt từ đó cho phép người 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

 Equipments and Systems: Cho phép xây dung 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, nhà máy, dây

truyền sản xuất

Hiện nay DASSAULT SYSTEMES đã thành công trong việc xây dựng module

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 một công ty hay tập đoàn

- UNI GRAPHIC-NX (UG-NX): Là sản phẩm của tập đoàn SIEMENS PLM

SOFTWARE Đây là phần mềm rất mạnh về thiết kế bề mặt với khả năng nội suy rất cao, ngoài ra các module khác cũng rất hoàn chỉnh và dễ sử dụng:

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

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

 Drafting: Module thiết kế bản vẽ 2D

 Manufacturing và 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 trạm, 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 của công nghiệp hàng không và các

quá trình dập tấm

 Routing Electrical, Routing Mechanical, Routing Logical: Module thiết

kế các hệ thống đường dây điện, đường ống công nghiệp và hệ thống mạch

điện tử

 Ship Design: Module thiết kế tàu thuỷ

 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

- PRO/ENGINEER: Là sản phẩm của hãng PTC, Mỹ Đây cũng là một phần mềm

CAD/CAM tích hợp khá mạnh với các modul về thiết kế và gia công

1.1.6.2 Nhóm các 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 nhất từ rất nhiều năm nay, các phiên bản của AUTOCAD đầu tiên là AUTOCAD 1 đến 14, sau đó là các phiên bản 2000 đến nay phiên bản mới nhất là 2009 AUTOCAD được ứng dụng trong mọi lĩnh vực kỹ thuật và rất tiện dụng cho thiết kế các bản vẽ 2D

- AUTODESK INVENTOR: Cũng là một sản phẩm của AUTODESK, INC nhưng

là phần mềm về thiết kế 3D, modul 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 rất linh hoạt trao đổi dữ liệu giữa 2D và 3D

- Ngoài ra một số phần mềm thiết kế được sử dụng nhiều như phần mềm ZUKEN,

I-DEAS, OSD (One Space Design), HELIX CADAM …

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 thích hợp cho các máy CNC từ 2 đến 5 trục, với các quá trình phay, tiện, cắt dây…

- CAMTOOL: Là phần mềm CAM của hãng GRAPHIC PRODUCTS, Nhật Bản

Là phần mềm hỗ trợ 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 trạm

- 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 nhà nước:

Hiện nay tại 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 ở 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, viện nghiên cứu và các công ty cũng đang cố gắng để thực hiện các dự án này

1.1.7.2 Tình hình ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC tại các công ty liên doanh và nước ngoài tại Việt Nam:

Tại các công ty của 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 về thiết kế và gia công các sản phẩm cơ khí và sản phẩm nhựa thì việc thiết kế và chạy gia công trên các phần mềm chuyên dụng là rất quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến 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 về thiết kế khuôn họ thường sử dụng phần mềm CADmeister bởi

ưu điểm rất mạnh của phần mềm này về module thiết kế khuôn, với quá trình chạy chương trình 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

1.1.7.3 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…đã thành lập các trung tâm CAD/CAM với khá nhiều phần mềm tốt như 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 dạy và học những phần mềm nào phù hợp nhất mà nhiều công ty, nhà máy hiện nay đang sử dụng để tiếp cận với nền công nghệ CAD/CAM - CNC đang phát triển như hiện nay Chính vì vậy yêu cầu rất

quan trọng với các kỹ sư cơ khí hiện nay là phải nắm 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 PHẨM 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 vực 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 hiện 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 Ứng dụng máy tính vào quá trình thiết kế

Phát hiện nhu cầu

Phân tích kỹ thuật

Rà soát và đánh giá

Vẽ tự động

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

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 lên 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 vật thể ba chiều Phương pháp này sử dụng

những hình dáng hình học đặc gọi là các nguyên thể để dựng nên đối tượng

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

có màu mà hình ảnh được hiển thị lên 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 sử

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 thì 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 lƣợng: 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 xác định cấu trúc mạng lưới của toàn vật thể, người sử dụng chỉ cần đưa ra một số thông số cần thiết cho mô hình phần tử hữu hạn rồi hệ CAD sẽ làm các công việc tính toán tiếp theo

1.2.1.3 Rà soát và đánh giá thiết kế:

Rà soát: Là công việc được tiến hành sau khi thiết lập xong bản vẽ nhằm kiểm tra

độ chuẩn xác thiết kế và sự đúng đắn của 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 lên 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 được các 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

Trong phép chiếu trực giao, hầu hết các hệ CAD đều có khả năng tạo ra sáu hình chiếu tương ứng 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 cơ sở dữ liệuđể 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 hệ tích hợp CAD/CAM, một mối liên kết trực tiếp giữa hai lĩnh vực thiết kế và chế tạo được thiết lập Mục tiêu của CAD/ CAM không dừng lại ở chỗ tự động hoá một số khâu nào đó trong lĩnh vực chế tạo mà còn nhằm tự động hoá việc chuyển đổi

từ lĩnh vực thiết kế vào lĩnh vực chế tạo Hiện người ta đang triển khai những hệ thiết kế - chế tạo lấy máy tính làm nền tảng để tạo ra hầu hết dữ liệu và hồ sơ tư liệu phục vụ cho việc lập kế hoạch và điều khiển các hoạt động sản xuất ra sản phẩm

Cơ sở dữ liệu chế tạo là một cơ sở dữ liệu tích hợp CAD/CAM Nó bao gồm tất cả

những dữ liệu về sản phẩm có được thông qua giai đoạn thiết kế (số liệu về hình học, liệt

kê chi tiết, dự trù vật liệu, thuyết minh kỹ thuật …) cùng những dữ liệu bổ xung cần thiết

cho giai đoạn chế tạo mà đa số là dựa vào bản thiết kế

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

Mô hình hoá hình học

Phân tích

Kỹ thuật

Rà soát, đánh giá thiết kế

Vẽ tự động

Thiết kế dao

và đồ gá

Lập trình điều khiển số

(NC)

Thiết kế quy trình công nghệ nhờ máy tính

Sản xuất

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 thông này bao gồm chương trình xử lý và xử lý tiếp theo chuyên dùng

- Chương trình xử lý CAD/CAM:

Là chương trình mô tả vật thể hình học chi tiết, cùng với các chỉ dẫn gia công, các

số liệu dụng cụ nhằm cung cấp đầy đủ dữ liệu về đường dịch chuyển dụng cụ cũng như các thông tin cần cho gia công mô tả theo ngôn ngữ APT :

- Nhập dữ liệu mô tả biên dạng hình học chi tiết để có thể mô hình hoá vật thể 3D

- Nhập số liệu dụng cụ cắt và kiểu máy công cụ

- Nhập số liệu về tốc độ cắt và lượng chạy dao hoặc tính toán dựa trên số liệu dụng cụ cắt và vật liệu phôi gia công

- Xác định lượng kim loại cần hớt bỏ (lượng dư gia công)

- Tạo đường dịch chuyển dụng cụ

- Chương trình xử lý tiếp theo:

Là chương trình cần thiết để chuyển các dữ liệu từ chương trình xử lý ở dạng file APT sang chương trình gia công theo các mã điều khiển của một máy điều khiển số cụ thể

(các mã G) Các chương trình xử lý tiếp theo có thể cài đặt 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 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 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