Giáo trình Lập trình CAD/CAM (Nghề: Vẽ và thiết kế trên máy tính - Cao đẳng): Phần 1 - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI

VŨ ĐĂNG KHOA (Chủ biên)
NGUYỄN VĂN CHÍN–LƯU HUY HẠNH

GIÁO TRÌNH LẬP TRÌNH CAD/CAM
Nghề: Vẽ và thiết kế trên máy tính
Trình độ: Cao đẳng
(Lưu hành nội bộ)

Hà Nội - Năm 2021


LỜI GIỚI THIỆU
Từ những năm cuối thế kỷ 20 cho đến nay việc ứng dụng công nghê
CAD/CAM trong thiết kế, chế tạo các sản phẩm cơ khí ngày càng phổ biến ở
Việt Nam. Cùng với sự phát triển của công nghệ thơng tin, CAD/CAM đã được
ứng dụng nhanh chóng trong cơng nghiệp, CAD (Computer Aided Design) là
máy tính trợ giúp thiết kế, CAM (Computer Aided Manufacturing) là máy tính
trợ giúp chế tạo vì nó là cơng cụ giúp các nhà thiết kế và chế tạo sản phẩm có
hiệu quả để tăng năng suất lao động, giảm cường độ lao động, tự động hố q
trình sản xuất, nâng cao chất lượng và hạ giá thành sản phẩm.
Hiện nay với sự hỗ trợ của cơng nghệ thơng tin, hệ thống CAD/CAM tích
hợp được phát triển rất nhanh chóng. Nó đã tạo nên sự liên thơng từ q trình
thiết kế cho đến chế tạo trong lĩnh vực cơ khí. Xu thế hiện nay các nhà kỹ thuật
phát triển chủ yếu là hệ thống CAD/CAM tích hợp. Những phần mềm
CAD/CAM tích hợp được sử dụng phổ biến hiện nay như: Mastercam,
Solidcam, Delcam, Cimatron, CATIA, NXcam, Pro/Engenieer, v.v...
Mastercam là một phần mềm CAD/CAM tích hợp được sử dụng rộng rãi
trên thế giới, đồng thời nó cũng được sử dụng rất phổ biến ở Việt Nam.

Mastercam có khả năng thiết kế cơng nghệ để điều khiển cho máy phay CNC
năm trục, máy tiện CNC bốn trục, máy cắt dây CNC bốn trục, máy khoan CNC
ba trục...
Để người học tiếp cận với các máy móc hiện đại, tăng cường vốn hiểu biết
và đáp ứng phần nào với địi hỏi của doanh nghiệp chúng tơi biên soạn giáo trình
Lập trình CAD/CAM. Trong đó với nội dung chính là khai thác, sử dụng phần
mềm MASTERCAM.
Hà Nội, ngày

tháng

Nhóm biên soạn

1

năm 2021


MỤC LỤC
LỜI GIỚI THIỆU ............................................................................................... 1
MỤC LỤC ............................................................................................................ 2
Bài 1 Khái quát về công nghệ CAD/CAM .................................................... 5
1.1 Lịch sử phát triển của công nghệ CAD/CAM ........................................ 5
1.2 Một số khái niệm cơ bản ......................................................................... 7
1.3 Mối quan hệ CAD/CAM trong quá trình sản xuất ................................ 15
1.4 Phần cứng, phân mềm và cơ sở dư liệu CAD/CAM ............................. 18
1.5 Khả năng công nghệ của phần mềm CAD/CAM.................................. 35
Bài 2 Giao diện phần mềm CAD/CAM ....................................................... 41
2.1 Giao diện phần mềm ............................................................................. 41
2.2 Sử dụng chuột và bàn phím................................................................... 51

2.3 Mơi trường làm việc 2D và 3D ............................................................. 54
2.4 Quản lý đối tượng.................................................................................. 56
Bài 3 Thiết kế mơ hình CAD ........................................................................ 67
3.1 Các lệnh dựng hình, hỗ trợ dựng hình và biến đổi hình học................. 67
3.2. Thiết kế mơ hình chi tiết dạng mặt .................................................... 107
3.3 Thiết kế mơ hình chi tiết dạng đặc (solid) .......................................... 116
Bài 4 Cam Tiện ............................................................................................ 127
4.1 Phương pháp khai báo máy, phôi, dao ................................................ 127
4.2 Lập trình CAD/CAM tiện mặt đầu, tiện ngồi ................................... 128
4.3 Lệnh tiện rãnh (Grove) ........................................................................ 138
4.4 Lệnh tiện ren (Thread) ........................................................................ 142
Bài 5: Cam Phay .......................................................................................... 145
5.1 Phương pháp khai báo máy, phơi, dao ................................................ 145
5.2 Lập trình CAD/CAM phay mặt phẳng ................................................ 147
5.3 Lập trình CAD/CAM phay contour .................................................... 152
5.4. Lập trình CAD/CAM phay bề mặt ..................................................... 159
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 183
2


CHƯƠNG TRÌNH MƠ ĐUN
Tên mơ đun: Lập trình CAD/CAM
Mã số mô đun: MĐ29
Thời gian của môn học: 45 giờ.

(LT: 12giờ; TH: 30 giờ; KT: 3 giờ)

I. Vị trí, tính chất mơ đun
Vị trí:
Lập trình CAD/CAM là mơ đun chun nghề đầu tiên trong lĩnh vực thiết

kế, lập trình gia cơng CNC tự động. Mô đun được thực hiện sau khi đã học các
môn kỹ thuật cơ sở,các môn học chuyên ngành và các mơ đun nghề.
Tính chất:
Mơ đun Lập trình CAD/CAM giúp cho người học tiếp cận với công nghệ
lập trình tự động tiên tiến; nâng cao kỹ năng thực hành thiết kế và lập trình gia
cơng CNC tiện và phay. Mặt khác mở rộng năng lực sáng tạo trong khai thác
thiết bị, đặc biệt trong việc lập trình gia cơng các chi tiết có hình dạng bề mặt
gia cơng phức tạp.
II. Mục tiêu của mơ đun:
- Kiến thức
+Trình bày được quy trình căn bản của cơng nghệ CAD/CAM
- Kỹ năng:
+Thiết kế được các mơ hình 2D; 3D và mơ hình dạng mặt.
+Thực hiện quá trình lập trình tự động cho CAD/CAM tiện và CAD/CAM
phay.
+Mô phỏng CNC tiện và phay
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Vận dụng được những kiến thức của môn học, mô đun đã học để tiếp thu
các mơ-đun chun mơn nghề.
+ Có ý thức trách nhiệm, chủ động học tập

3


III. Nội dung mô đun:
Nội dung tổng quát và phân phối thời gian:
Số
TT

Phân phối thời lượng (giờ)

Tên các bài trong mô đun

Tổng
Lý
Thực
số
thuyết hành

Kiểm
tra

1.

Khái quát về công nghệ CAD/CAM

1

1

0

0

2.

Giao diện phần mềm CAD/CAM

2

2

0

0

3.

Thiết kế mơ hình CAD

10

3

6

1

4.

CAM tiện

15

3

11

1

5

CAM phay

17

3

13

1

45

12

30

3

Cộng

4


Bài 1
Khái qt về cơng nghệ CAD/CAM
Mục tiêu:
Trình bày được khái quát về lịch sử phát triển CAD/CAM và những ứng
dụng cơ bản.
Phân biệt được những khái niệm cơ bản.

Nhận biết được phần cứng, phần mềm và khả năng công nghệ CAD/CAM.
Có ý thức tự học, tự nghiên cứu để mở rộng kiến thức, kỹ năng nghề nghiệp.
Nội dung:
1.1 Lịch sử phát triển của công nghệ CAD/CAM
1.1.1 Tổng quan về CAD/CAM
Những năm cuối thế kỷ 20, công nghệ CAD/CAM đã trở thnh một lĩnh
vực đột phá trong thiết kế, chế tạo và sản xuất sản phẩm công nghiệp. CAD
(Computer Aided Design) là thiết kế trợ giúp bằng máy tính. CAM (Computer
Aided Manufacture) là sản xuất với sự trợ giúp của my tính. Hai lĩnh vực nay
ghép nối với nhau đã trở thnh một loại hình cơng nghệ cao, một lĩnh vực khoa
học tổng hợp của sự liên ngành Cơ khí – Tin học – Điện tử – Tự động hóa. Cùng
với sự phát triển của khoa học máy tính, CAD/CAM đã được nhận thức và chấp
nhận nhanh chóng trong cơng nghiệp (công nghiệp dệt – may, công nghiệp
nhựa, công nghiệp cơ khí chế tạo ...) và những hạt nhân chính để sáng tạo và sản
xuất sản phẩm, để tăng năng xuất lao động, giảm cường độ lao động và tự động
hóa q trình sản xuất, nâng cao độ chính xác chi tiết và đạt hiệu quả kinh tế
cao.
Công việc chuẩn bị sản xuất có vai trị vơ cùng quan trọng trong việc hình
thành bất kỳ một sản phẩm cơ khí nào. Công việc này bao gồm các khâu 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 cơng nghệ của kết cấu, thiết lập quy
trình cơng nghệ), thiết kế và chế tạo các trang bị công nghệ và dụng cụ phụ ... kế
hoạch hóa q trình sản xuất và chế tạo sản phẩm trong thời gian ấn định.
Ngày nay khoa học kỹ thuật phát triển như vũ bão đòi hỏi người kỹ sư phải
không ngừng nâng cao lượng thông tin trong tất cả các khâu của quá trình chuẩn bị
sản xuất. Theo các nhà khoa học đã phân tích thì tình hình thiết kế hiện nay cho thấy
90% khối lượng thời gian thiết kế là để tra cứu số liệu cần thiết cho việc tính tốn,
chỉ có 10% thời gian giành cho lao động sáng tạo và quyết định. Cho nên khoảng
90% khối lượng cơng việc trên có thể thực hiện bằng máy tính điện tử hoặc máy vẽ
tự động. Việc làm này vừa chính xác hơn, vừa chất lượng hơn.

5


Trong sản xuất hàng loạt nhỏ, do đặc điểm là số lượng chi tiết trong loạt ít,
số chủng loại lại nhiều cho nên khối lượng thời gian chuẩn bị cho sản xuất rất
lớn, mà dạng sản xuất này hiện đang chiếm ưu thế trong nền kinh tế thị trường
hiện nay. Tất cả điều đó phải địi hỏi tạo ra phương pháp thiết kế mới nhờ máy
tính điện tử.
CAD/CAM là một lĩnh vực nghiên cứu nhằm tạo ra các hệ thống tự động
thiết kế và chế tạo. Nó dùng máy tính điện tử để thực hiện một chức năng nhất
định để thiết kế và chế tạo sản phẩm. Tự động hóa chế tạo là dùng máy tính điện
tử để kế hoạch hóa, điều khiển q trình sản xuất, điều khiển q trình cắt gọt
kim loại và kiểm tra ngun cơng gia công.
CAD/CAM kết nối với nhau tạo ra mối quan hệ mật thiết giữa hai dạng
hoạt động là thiết kế và chế tạo mà lâu nay người ta coi là khác nhau và khơng
phục thuộc vào nhau. Tự động hóa thiết kế là dùng các hệ thống và phương tiện
tính tốn giúp người kỹ sư để thiết kế mô phỏng, phân tích và tối ưu hóa giải
pháp thiết kế. Phương tiện bao gồm máy tính điện tử, các máy vẽ, máy in, thiết
bị đục lỗ băng ... phương tiện lập trình bao gồm chương trình máy, cho phép
đảm bảo giao tiếp với máy vẽ và các chương trình ứng dụng để thực hiện chức
năng thiết kế.
Ví du: Chương trình ứng dụng có thể là chương trình phân tích lực và ứng suất
trong kết cấu, chương trình tính tốn đặc tính động lực học của máy hoặc chương
trình gia cơng chi tiết trên máy điều khiển theo chương trình số NC hay CNC
Mỗi một hãng, viện nghiên cứu hoặc cơ sở sản xuất có những tập hợp
chương trình ứng dụng khác nhau tuỳ thuộc vào điều kiện sản xuất ...
Hệ thống CAD/CAM là một sản phẩm của CIM (Computer Integrated
Manufacturing). Hệ thống này được quản lý và điều hành dựa trên cơ sở dữ liệu
trung tâm, hệ thống còn được dùng để lập kế hoạch, biểu đồ, đưa ra các chỉ dẫn
và thơng tin đảm bảo mục đích kế hoạch sản xuất của nhà máy…

1.1.2 Lịch sử phát triển của CAD/CAM
Lúc đầu CAD/CAM là hai ngành phát triển tách biệt nhau, độc lập với
nhau trong khoảng 30 năm. Hiện nay chúng được tích hợp thành một hệ, trong
đó thiết kế có thể lựa chọn phương án tối ưu và quá trình sản xuất có thể được
giám sát và điều khiển từ khâu đầu đến khâu cuối.
Phần mềm CAD đầu tiên là SKETCHPAD xuất hiện vào năm 1962 được
viết bởi Ivan Sutherland thuộc trường kỹ thuật Massachusetts (MIT –
Massachusetts Institute of Technology). Hiện nay trên thế giới đã có hàng ngàn
phần mềm CAD và một trong những phần mềm thiết kế nổi tiếng nhất là
6


AutoCAD. AutoCAD phiên bản đầu tiên (Release 1) được công bố tháng 12 –
1982. Cho đến năm 1997 thì đã có phiên bản thứ 14 (Release 14). Từ năm 2000
đến nay, gần như mỗi năm đều có ra đời phiên bản mới.
Cũng như hệ CAD, hệ CAM được phát triển ứng dụng đầu tiên tại MIT
cho các máy gia công điều khiển số CNC (Computer Numerical Control) bằng
máy vi tính vào đầu những năm 1970.Hệ tích hợp CAD/CAM ra đời vào giữa
những năm 1970 và 1980.

Hình 1.1: Sơ đồ phát triển của hệ thống CAD/CAM.

1.2 Một số khái niệm cơ bản
1.2.1 Khái niệm về công cụ CAD/CAM
CAD/CAM là từ viết tắt của thiết kế/ sản xuất có sự trợ giúp của máy tính
(Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing) và có nghĩa là sử
dụng máy tính để thiết kế và sản xuất.
Sản xuất hàng hóa có nghĩa là hàng hóa được sản xuất vì mục đích trao đổi
và đáp ứng các u cầu của con người trong xã hội.
Nhà thiết kế hoặc người lập kế hoạch vẽ hình dáng sản phẩm với những

tính năng và chức năng đặc trưng, các phác thảo ban đầu được thực hiện bằng
bút chì, giấy, thước và tẩy để quyết định hình dáng và chức năng cần thiết để
đưa chúng trong sản phẩm thật.
Đây được gọi là thiết kế sản phẩm.
Sản phẩm mẫu sẽ được sản xuất để đánh giá và kiểm tra sự thích hợp của
sản phẩm cũng như kiểm tra cấu hình sản phẩm trong lĩnh vực sản xuất và các
trình tự lặp lại trong sản xuất, kiểm tra và đo lường bởi chính các nhà thiết kế
hoặc công nhân.
7


Tuy nhiên, máy tính đã thay thế tất cả các thiết kế, gia công và công việc
được thực hiện bởi công cụ gia công như giấy, bút chỉ, thước và thiết bị cắt theo
bản nâng cấp trình tự cơng việc, thiết kế và gia cơng trong máy tính.
Q trình thực hiện thiết kế và sản xuất hàng hóa bởi CAD/ CAM được
hiện thực hóa bằng phát triển các phần mềm gia cơng có khả năng tương thích
với phần cứng máy tính và dữ liệu đồ họa.
Ý nghĩa cơ bản của CAD/ CAM là sử dụng máy tính trong thiết kế, sản
xuất, chế tạo và gia công trong xã hội công nghiệp hiện đại để đương đầu với sự
phát triển nhanh chóng của cơng nghệ, tự động hóa thiết kế, lĩnh vực chế biến và
chế tạo và cuối cùng đạt tới tự động hóa khơng người lái, tích hợp cơng nghệ tự
động hóa bất chấp sự khác biệt trong việc các mục tiêu cho con người trong
ngành công nghiệp.

Kết quả mô hình hóa từ hệ thống CAD/CAM (Autodesk Inventor)

Máy in 2D
(a)

Máy in 3D

Máy CNC

Thiết bị đầu ra cho hệ thống CAD/ CAM
Hình 1.2: Ví dụ về sử dụng hệ thống CAD/ CAM

8


Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính (CAD) có thể được định nghĩa như là
khái niệm phát triển thiết kế sản phẩm bằng việc áp dụng công nghệ máy tính
trong thiết kế và thiết kế bằng máy tính từ giai đoạn khái niệm cơ bản đến định
hình và mơ hình sản xuất, giai đoạn cuối của q trình sản xuất. Đặc biệt, nó là
khái niệm của tự động hóa thiết kế để biểu diễn các bản vẽ 2D, mơ hình 3D, giai
đoạn thiết kế và kiểm tra. Tuy nhiên, CAD đóng vai trị trong việc thiết kế sản
phẩm một cách hiệu quả cho người dùng hoặc nhà thiết kế bằng cách biểu thịdữ
liệu cho thiết kế bằngmơ hình 2D và 3D với khả năng xử lý các dữ liệu khác
nhau định dạng bởi máy tính.
Ứng dụng CAD với những khái niệm như vậy được phân loại như sau:
Phác thảo bằng máy tính
Trong quá khứ, người ta phác họa các bản vẽ bằng thước và bút chì nhưng
nay, các bản vẽ được thực hiện bởi các phẫn mềm vẽ và máy tính và nó là bản
mơ phỏng theo các bản vẽ hiện hành.

(a) Hình dáng 2D của xe bus

(b) Bề mặt 3D của xe bus

Hình 1.3: Hình 2D và mơ hình 3D (hệ thống VX)

Thiết kế bằng máy tính
Đây là giai đoạn áp dụng CAD với ứng dụng rộng nhất trong xã hội cơng
nghiệp và nó là giai đoạn gia cơngtính tốn thiết kế khác nhau và lựa chọn dữ
liệu từ giới thiệu sản phẩm cho đến quá trình sản xuất (phần cứng/ phần mềm)
Kỹ thuật/ phân tích
Nó dành cho nhóm nghiên cứu và thiết kế (R&D) trong thử nghiệm sản
phẩm hoặc trong phịng thí nghiệm và thay đổi từ đánh giá tính ổn định, hiệu
quả và sự phù hợp của sản phẩm với các sản phẩm thí điểm tới sử dụng máy tính
và phầm mềm, áp dụng cho các tình huống tương tự cho kiểm tra, hiểu tình
trạng sản phẩm và xử lý bằng hình ảnh.
9


Đây là công nghệ yêu cầu dữ liệu để xử lý và sản xuất sản phẩm với mơ
hình máy tính dựa trên khái niệm chế tạo sản xuất có sự trợ giúp của máy tính
(CAM) nghĩa là gia cơng với máy CNC, lập kế hoạch quy trình (quyết định
phương thức và quy trình sản xuất), quản lý sản xuất và lập kế hoạch vật liệu
yêu cầu (MRP: kế hoạch để tối ưu hóa q trình sản xuất bằng cách kiểm sốt
dịng ngun liệu từ đặt hàng các ngun liệu thơ đến sản xuất sản phẩm cuối
cùng), quá trình và ứng dụng cơng nghệ máy tính trong tồn bộ q trình như
kiểm tra, lắp ráp và sản xuất.
-Lập trình CNC bằng máy tính
Viết chương trình để điều khiển máy CNC
-Kế hoạch tự động hóa quy trình bằng máy tính
Tạo lệnh gia công để sản xuât sản phẩm hoặc bộ phận.
-Thiết lập tiêu chuẩn làm việc bằng máy tính
Thiết lập tiêu chuẩn thời gian cho từng trình tự bởi quy trình sản xuất dựa
trên tiêu chuẩn thời gian làm việc.
-Lập kế hoạch tiến độ sản xuất bằng máy tính
Thiết lập tiến độ dựa trên kế hoạch quá trình trong nhà máy bằng máy tính.

-Lập kế hoạch cung cấp nguyên liệu bằng máy tính
Thiết lập kế hoạch cung cấp và quản lý đối với các nguyên liệu cần thiết và
nguyên liệu dư thừa để đạt được kế hoạch quy trình và tiến độ sản xuất.
-Kiểm sốt luồng quy trình
Kiểm sốt dây chuyền sản xuất và vị trí thiết bị bằng máy tính để duy trì hệ
thống quy trình đúng giờ cho sản xuất linh hoạt.
Tuy nhiên cuốn sách này chỉ đề cập đến sản xuất có sự trợ giúp của máy
tính trong q trình gia cơng cơ khí với CNC bởi sự hạn chế về thời gian và khối
lượng công việc quá lớn để có thể bao qt được kỹ thuật sản xuất.
Ngồi ra, quy trình thiết kế sản phẩm và phân tích trước đó trực tiếp sản
xuất để kiểm tra, xem xét và đánh giá về độ bền và khả năng của sản phẩm, gây
ra một sự lãng phí lớn về tiền bạc và thủ tục cho công ty.
Tuy nhiên, nhờ sự phát triển trong việc áp dụng phương pháp phần tử hữu
hạn, một lĩnh vực của phân tích kỹ thuật với kỹ thuật lập trình máy tính từ
những năm 1950, các thử nghiệm mô phỏng và đánh giá đã được thực hiện bởi
máy tính giúp phân tích trước và tiết kiệm được thời gian, chi phí sản xuất sản
phẩm sau khi đánh giá rằng khơng có vấn đề từ các mơ phỏng máy tính. Đây
được gọi là phân tích kỹ thuật có sự trợ giúp của máy tính (Computer Aided
Engineering)
10


Hình 1.4: Ví dụ về CAM (máy móc sản xuất) (Hệ thống NX, tập đồn SIEMENS)

Hình 1.5: Ví dụ về hệ thống CAE (hệ thống NX, tập đồn SIEMENS)

Hình 1.6: Quy trình CAE

11

Tài liệu tồn bộ q trình
thiết kế

Hình 1.7: Biểu đồ giữa CAD/CAM và quy trình sản xuất sản phẩm

1.2.2 Các phương pháp điều khiển
Điều khiển điểm (hay điều khiển theo vị trí) được dùng để gia cơng các
lỗ bằng các phương pháp khoan, khoét, doa và cắt ren lỗ. Ở đây chi tiết gia
công được gá cố định trên bàn máy, dụng cụ cắt thực hiện chạy dao nhanh đến
các vị trí đã lập trình. Khi đạt tới các điểm đích dao bắt đầu cắt (hình 1-8a),
tuy nhiên cũng có trường hợp dao không dịch chuyển mà bàn máy dịch
chuyển mục đích chính cần đạt là các kích thước vị trí của các lỗ phải chính
xác, cịn quĩ đạo chuyển động là của dao hay của bàn máy điều không có ý
nghĩa lắm.
Vị trí của các lỗ có thể được điều khiển đồng thời theo hai trục hoặc điều
khiển kế tiếp nhau.
12


Hình 1.8a: Điều khiển điểm - điểm

Điều khiển theo đường (hình1-8b) là dạng điều khiển mà khi gia cơng
dụng cụ cắt thực hiện lượng chạy dao theo một đường thẳng nào đó song song
với một trục tọa độ. Dạng điều khiển này được dùng cho các máy phay và máy
tiện đơn giản.

Hình 1.8b: Điều khiển theo đường

Điều khiển theo đường viền (theo contour, hình 1-8c) cho phép thực hiện

chạy dao trên nhiều trục cùng lúc.

Hình 1.8c: Điều khiển theo contuor

Tùy theo số trục được điều khiển đồng thời khi gia công người ta phân
biệt: điều khiển đường viền 2D, điều khiển đường viền 2.5D và điều khiển
đường viền 3D, 4D, 5D.
Điều khiển đường viền 2D cho phép thực hiện chạy dao theo hai trục đồng
thời trong một mặt phẳng gia cơng, ví dụ, trong mặt phẳng XZ hoặc XY trên
hình 1-8a. Trục thứ ba được điều khiển hoàn toàn độc lập với hai trục kia.
13


a)

b)

a) Điều khiển 2D

b) Điều khiển 2.1/2D

Hình 1.10: Điều khiển theo đường viền

Điều khiển đường viền 2.5D (hình 1-10) cho phép ăn dao đồng thời theo
hai trục nào đó để gia công bề mặt trong một mặt phẳng nhất định. Trên máy
CNC có 3 trục X, Y, Z ta sẽ điều khiển được đồng thời X và Y; X và Z hoặc Y
và Z.
Điều khiển đường viền 3D cho phép đồng thời chạy dao theo cả 3 trục X, Y,
Z. Cả ba trục chuyển động hòa hợp với nhau hay có quan hệràng buộc hàm số,
(hình 1-11). Ta thấy đường viền được gia công do cả 3 lượng chạy dao theo trục

X, Y, Z tạo thành. Điều khiển đường viền 3D được ứng dụng đểgia công các
khuôn mẫu, gia công các chi tiếtcó bề mặt khơng phức tạp.

Hình 1.11: Điều khiển 3D

Điều khiển 4D (hình 1-12a) và điều khiển 5D (hình 1-12b): Ngồi các trục
tịnh tiến X, Y và Z ở đây còn các trục quay cũng được điều khiển số. Nhờ điều
khiển 4D và 5D người ta có thể gia công các chi tiết phức tạp như các khuôn rèn
dập, các khuôn đúc áp lực hoặc các cánh tuabin.
14


a)
Hình 1-12a Điều khiển đường viền 4D.

b)
Hình 1-12b Điều khiển đường viền 5D.

1.3 Mối quan hệ CAD/CAM trong quá trình sản xuất
Quá trình sản xuất sản phẩm là quá trình mà ở đó sản phẩm được lên kế
hoạch, thiết kế, sản xuất và chuyển đến tay khách hàng và chúng ta cần phải
hiểu rõ vị trí của CAD/CAM trong quá trình này. Hình 1.6 cho thấy mỗi quan hệ
giữa chu kỳ sản xuất và CAD/CAM.
Dù rằng có vẻ như quá trình sản xuất chỉ dựa trên một nguyên tắc đơn giản
là theo nhu cầu của khách hàng đối với sản phẩm (nhu cầu thị trường), nhưng
quá trình sản xuất thực sự được quyết định bởi các yếu tố phức tạp như trình độ
kỹ thuật và sự thay đổi của thị trường tiêu thụ.
Rất khó để phân biệt rõ CAD và CAM cho đến khi một sản phẩm được
tung ra nhưng trong hình 1.6 đã phần nào thể hiện được sự khác biệt. Như trong
hình 1.6, hình ảnh hoặc ý tưởng về sản phẩm sẽ được thực hiện bởi con người,

CAD bao gồm thiết kế, kiểm tra thiết kế và các thay đổi trong thiết kế bởi các
kết quả phân tích và CAM là làm thế nào để đẩy nhanh quá trình lắp ráp ngồi
thiết kế như thiết kế sản xuất và lập kế hoạch sản xuất.
Do đó, chúng ta phải suy nghĩ về việc phải chăng hệ thống sản xuất hiện
tại sử dụng hệ thống CAD/CAM trong thiết kế và sản xuất và hệ thống sử dụng
có hiệu quả máy tính và con người trong cơng ty sản xuất hay các bộ phận liên
quan sẽ hiểu được toàn bộ các vấn đề của hệ thống CAD/CAM như ứng dụng,
toàn cảnh và định nghĩa hay không.
1.3.1 Sự cần thiết của CAD/CAM
Sự đổi mới trong lĩnh vực thiết kế và sản xuất như tự động hóa văn phịng
(OA) là lý do khiến hệ thống CAD/CAM tỏa sáng trong xã hội cơng nghiệp.
Chính hệ thống CAD/CAM tạo nên cơ hội đột phá cho các nước cơng nghiệp
phát triển đạt được xóa bỏ lao động, hợp lý hóa và tiêu chuẩn hóa. Nó tập trung
vào sự cần thiết đối với các ứng dụng hệ thống CAD/CAM. Ở đây, nó bao gồm
nền tảng cho hệ thống CAD/ CAM trong xã hội công nghiệp.
15


1.3.1.1 Sự thay đổi của thị trường
- Yêu cầu tiêu dùng đa dạng
Khi nền kinh tế phát triển cuộc sống của con người trở nên tốt hơn yêu cầu
tiêu dùng cũng trở nên đa dạng. Điều này dẫn đến các công ty sản xuất cần phải
phát triển nhiều sản phẩm khác nhau để đáp ứng cho từng đối tượng khách hàng
khác nhau.
- Cạnh tranh khốc liệt về giá
Rất nhiều nhà máy và công ty đã được xây dựng bởi sự phát triển mạnh mẽ
của ngành công nghiệp. Nhiều công ty khác nhau lại bán những sản phẩm tương
tự nhau. Khi đó, sự cạnh tranh về giá xuất hiện và các sản phẩm với mức giá
thấp hơn nhưng với chất lượng tương đương sẽ được tiêu thụ.
- Cạnh tranh quốc tế

Mở rộng trường hợp nêu trên trong khu vực quốc tế, sản phẩm với mức giá
thấp và chất lượng như nhau tự nhiên làm tăng thêm tính cạnh tranh trong mức
giá và chất lượng sản phẩm quốc tế.
- Cụm sản phẩm
Một sản phẩm hướng đến khách hàng ở những tầng lớp khác nhau tự nhiên
mang đến nhiều loại sản phẩm hoặc mơ hình sản xuất. Cần phải đơn giản hóa và
gộp kiến thức về các sản phẩm khác nhau.
- Rút ngắn vịng đời sản phẩm
Bởi vì nhu cầu của khách hàng về kiểu cách thay đổi nhanh chóng từ màu
sắc, chức năng, hình dáng, kích thước và các cơng ty đáp ứng xu hướng.
1.3.1.2 Thay đổi trong thiết kế
- Cạnh tranh gay gắt trong phát triển sản phẩm mới
- Các công ty phải đa dạng hoá sản phẩm để đáp ứng nhu cầu khác nhau
của khách hàng, chắc chắn sẽ tạo ra những đối thủ để phát triển sản phẩm mới
hợp xu hướng.
- Nhiều yêu cầu hơn đối với sản phẩm chất lượng cao và mức giá thấp
- Trong môi trường cạnh tranh gay gắt, người tiêu dùng thường so sánh
chất lượng và giá cả sản phẩm dựa trên mong muốn khác nhau, nó làm tăng mức
độ tiêu dùng và tính cạnh tranh của sản phẩm, điều này khiến các công ty phát
triển sản phẩm với chất lượng cao và giá thấp.
- Rút ngắn chu trình thiết kế
- Các điều 1 và 2 phía trên rút làm ngắn vịng đời sản phẩm cũng như giai
đoạn phát triển sản phẩm mới
16


- Gia tăng công việc thiết kế bởi sự đa dạng đặc điểm kỹ thuật sản phẩm
Việc rút ngắn chu trình thiết kế và đa dạng hố mẫu tăng chất lượng sản
phẩm đã được phát triển và quản lý bởi các công ty và mở rộng mức phổ biến
của đặc điểm kỹ thuật của sản phẩm trong thiết kế và phát triển.

1.3.1.3 Thay đổi môi trường sản xuất
- Sản xuất hàng loạt số lượng nhỏ
Chu kỳ sản phẩm ngắn hơn dẫn điến việc thay đổi liên tục về mẫu và thiết
kế, nhanh chóng thay đổi dây chuyền sản xuất và phát triển các sản phẩm khác
nhau nhằm đáp ứng nhu cầu của khách hàng. Do đó, các nhà máy sản xuất sẽ
sản xuất đủ loại sản phẩm.
- Mở rộng tự động hóa sản xuất
Sự gia tăng áp dụng tự động hố nhà máy làm giảm đáng kể chi phí lao
động và nâng cao năng suất.
- Tăng tỷ lệ hoạt động của máy móc
Cơng ty tự động hố thiết bị nhằm sử dụng hết các thiết bị và ngăn ngừa
lỗi trong các trong thử nghiệm. Nó có nghĩa loại bỏ những hạn chế trong sản
xuất bởi các sự cố.
1.3.1.4 Thay đổi về nguồn nhân lực
- Trình độ cao
Khi mà chi phí cho những lao động có trình độ cao gia tăng thì việc áp
dụng tự động hố vào trong những cơng việc chỉ u cầu về số lượng nhân cơng
góp phần làm giảm sự gia tăng lao động.
- Giảm giờ làm thêm và công việc ban đêm
Cuộc sống thuận lợi của người lao động, sự phát triển của xã hội và sự gia
tăng trong chi phí nhân cơng có xu hướng khiến họ muốn có nhiều thời gian
rảnh rỗi càng nhiều càng tốt trong khi đó các cơng ty lại phải chịu gánh nặng về
việc chi trả chi phí làm thêm giờ cho những việc tăng thêm. Điều này khiến các
công ty phải giải quyết một khối lượng công việc lớn trong giờ làm.
- Hướng tới công việc sáng tạo
Con người cảm thấy buồn chán và mệt mỏi khi làm một công việc lặp đi
lặp lại mỗi ngày. Con người luôn muốn tìm kiếm những gì mới mẻ. Điều này tạo
nền tảng cho máy móc làm các cơng việc thủ cơng bởi con người luôn mong
muốn được sáng tạo với bộ não của mình thốt khỏi sự nhàm chán bởi sự lặp đi
lặp lại.

- Thiếu kỹ thuật viên kinh nghiệm
17


Như đã nói ở trên, khi mà con người tránh các công việc thủ công sẽ gây ra
sự thiếu hụt về số lượng kỹ thuật viên giàu kinh nghiệm. Đây là lý do thay thế
các công việc vốn được thực hiện những cơng nhân giàu kinh nghiệm bằng máy
móc và tự động hoá.
1.4 Phần cứng, phân mềm và cơ sở dư liệu CAD/CAM
1.4.1 Giới thiệu
CAD/CAM có thể được phân loại như các ngành cơng nghiệp thứ cấp với
sự hài hịa của các phần cứng và phần mềm máy tính. Đặc biệt, các máy tính đã
được sử dụng một cách hiệu quả trong việc quản lý trong lĩnh vực và đã được
mở rộng đến CAD / CAM.
Bởi thế, máy tính là yếu tố quan trọng nhất trong CAD/CAM và nội dung
chương này bao gồm phần cứng và phần mềm CAD/CAM sau khi đã hiểu rõ các
khái niệm, nguyên tắc hoạt động và cơng nghệ của máy tính
Đặc biệt, phần mềm CAD/CAM đã được sử dụng trong một hệ thống lớn
hơn là một chiếc máy tính nhỏ bé nhưng sự phát triển nhanh chóng của máy tính
cá nhân (PC) đã dẫn đến việc sử dụng phần mềm CAD/CAM bằng máy tính và
người bình bình thường có thể dễ dàng truy cập vào lĩnh vực này.
Trong những năm 1990, sự phát triển nhanh chóng của phần cứng máy
tính cho CAD/CAM, hệ thống 3D CAD/CAM hay các kỹ thuật mơ hình hóa 3D
được thực hiện tại các trạm làm việc kỹ thuật hay các tính năng kỹ thuật cao hơn
đã được thực hiện ở cấp độ máy tính.

Hình 1.13: Mối liên hệ giữa máy tính và người dùng

Hiện nay, có thể nói rằng máy tính là thiết bị điện tử được vận hành và sử
dụng dựa trên nền tảng toán học và logic. Các phần cứng của máy tính bao gồm:

- Đơn vị xử lý trung tâm (CPU)
18


- Bộ nhớ phụ hoặc bộ phận lưu trữ tập tin (file)

Hình 1.14: Sơ đồ khối và dịng dữ liệu

Ở đây, như trong hình 1.14, CPU bao gồm bộ điều khiển, bộ số học – logic
và đơn vị xử lý trung tâm, các tín hiệu qua lại trao đổi bên trong các thiết bị của
máy tính, tín hiệu và các lệnh giữa thiết bị đầu vào và đầu ra.
1.4.2 Đơn vị xử lý trung tâm (CPU)
CPU là phần cốt lõi của hệ thống máy tính. CPU nhận dữ liệu từ thiết bị
đầu vào và lưu trữ tập tin, xử lý số liệu, thực hiện quy trình tốn học và gửi
chúng đến hệ thống lưu trữ tập tin cho thiết bịđầu ra hoặc để lưu trữ. CPU được
xây dựng như dưới đây để thực hiện các công việc nêu trên.
- Bộ nhớ
- ALU : Bộ số học và logic
- Bộ điều khiển
- Bộ nhớ chính
1.4.2.1 Bộ nhớ
Bộ nhớ là hồn tồn khác với đơn vị lưu trữ tập tin hoặc bộ nhớ phụ. Hai
đơn vị bộ nhớ này lưu trữ dữ liệu được thể hiện như những con số được mã hóa
hoặc các ký tự và được xử lý dữ liệu bằng cách nhóm các số hoặc ký tự được mã
hóa như mong muốn. Ở đây, mỗi nhóm được lưu trữ vào một phần của bộ nhớ
với nhận dạng duy nhất và được gọi là địa chỉ.
Mục tiêu chính của bộ nhớ là để giữ và lưu trữ dữ liệu. Các con số hoặc
các ký tự từ thiết bị đầu vào được gửi đến đơn vị xử lý để phân tích và kết quả sẽ

19

được gửi trở lại bộ nhớ. Ở đây, dữ liệu tạm thời được lưu trữ vào bộ nhớ trước
khi nó được truyền đển thiết bị đầu ra.
Mục đích thứ hai của bộ nhớ là để giữ các hướng dẫn chương trình cần
thiết để máy tính hoạt động. Các hướng dẫn này thường được mã hóa bằng số,
đọc lệnh từ thiết bị đầu vào như bàn phím hoặc chuột vào bộ nhớ và thực hiện
công việc bởi bộ số học – logic và bộ điều khiển.
1.4.2.2 Bộ số học – logic
Bộ bao gồm các bộ số học thực hiện các phép tính (cộng, trừ, nhân, chia)
và bộ logic để phân biệt tăng hoặc giảm và lựa chọn đường dẫn phụ thuộc vào
chạy chương trình.
Bộ đơn vị số học – logic bao gồm hơn 1 thanh ghi. Ở đây, mỗi thanh ghi
bao gồm các mạch điện. Chức năng như sau.
Thanh ghi là việc lưu trữ dữ liệu đặc biệt trong CPU. Kích thước mỗi
thanh ghi phụ thuộc vào số bit nhị phân của dữ liệu với các thiết bị điện. Hầu hết
các bit được tạo thành từ 4 đến 64 mã nhị phân. Nó là hệ nhị phân 0 và 1 cho dữ
liệu 4 bit, nó thể hiện dữ liệu 16 và trở thành chuẩn mực cho việc xử lý dữ liệu
của máy tính.
1.4.2.3 Bộ điều khiển
Nó là một phần của CPU và khiến máy hoạt động dựa trên các chỉ dẫn trong
chương trình. Ở đây, chỉ dẫn liên tục được từ bộ nhớ đến bộ điều khiển, bộ điều
khiển chuyển các lệnh để kích hoạt các thiết bị và đưa ra các tín hiệu tương ứng.
1.4.2.4 Bộ nhớ chính (bộ nhớ trong)
Bộ nhớ thể hiện hoặc là 0 hoặc là 1 với các bit cơ bản (8 bits = 1 byte) và 1
byte là đơn vị cơ bản thể hiện một ký tự duy nhất.
Các từ trong máy tính bao gồm 4, 8, 12, 16, 32 hoặc 64 bits, có địa chỉ
trong bộ nhớ và CPU tìm dữ liệu với địa chỉ để xử lý. Các nội dung xử lý hay dữ
liệu được lưu trữ vào bộ nhớ và được dùng đến trong tương lai.
Phụ thuộc vào tính năng lưu trữ mà ta có bộ nhớ vĩnh viễn hay bộ nhớ tạm.

Bộ nhớ phụ bao gồm trong bộ nhớ vĩnh viễn và bộ nhớ chính bao gồm trong bộ
nhớ tạm bởi vì tất cả các dữ liệu trong bộ nhớ chính sẽ biến mất nếu như nguồn
điện cung cấp cho máy tính bị cắt trong khi hoạt động.
Xử lý dữ liệu bằng máy tính nghĩa là máy tính chuyển tất cả các dữ liệu
cần thiết đến bộ nhớ chính để xử lý. Điều này đánh giá khả năng xử lý dữ liệu
phụ thuộc vào sức chứa bộ nhớ của bộ nhớ chính. Tuy nhiên, bộ nhớ phụ có

20


thể được sử dụng trong quá trình xử lý dữ liệu mặc dù bộ nhớ chính có cơng
suất thấp.
Tuy nhiên, thời gian xử lý dữ liệu có thể được tiết kiệm bằng cách xử
lý tất cả dữ liệu trong bộ nhớ chính bởi vì bộ nhớ phụ cần có thời gian để
tìm kiếm dữ liệu.
Có 2 dạng bộ nhớ chính phụ thuộc vào cách sử dụng bộ nhớ.
① RAM (Random Access Memory: RWM, Read Write Memory): Bộ
nhớ truy cập ngẫu nhiên: bộ nhớ có thể ghi và đọc dữ liệu
Nó là bộ nhớ bán dẫn cho phép truy cập trực tiếp và tìm kiếm quá trình dữ
liệu từ CPU, cung cấp đọc và dữ liệu viết và lưu trữ dữ liệu tạm thời bởi tất cả
các dữ liệu sẽ bị xóa khi nguồn cung điện bị cắt. Nó tải các chương trình hoặc
dữ liệu từ HDD để xử lý từ CPU và lưu giữ các dữ liệu đã được xử lý.

Hình 1.15: RAM (tập đồn SAMSUNG)

② Bộ nhớ ROM: bộ nhớ chỉ đọc
ROM chỉ cho phép đọc dữ liệu, lưu giữ các nội dung cố định để ngăn chặn
người dùng thay đổi và được xử dụng trong mạch chính BIOS (ROM-BIOS)
hoặc đồ hoạ BIOS được các nhà cung cấp gắn vào trước.


BIOS (Basic Input/output System): hệ thống xuất nhập cơ bản

Hình 1.16: ROM – BIOS (tập đồn Phenix)

1.4.3 Thiết bị lưu trữ dữ liệu thứ cấp (bộ nhớ ngồi)
Nó bổ sung cho sự hạn chế sức chứa của bộ nhớ chính và lưu giữ các dữ
liệu đã được ghi lại ngay cả khi nguồn điện bị cắt. Các thiết bị lưu trữ dữ liệu
thứ cấp được chia thành 2 phương pháp truy cập như sau:
Phương pháp truy nhập tuần tự
21


Phương pháp truy nhập trực tiếp
① Phương pháp truy nhập tuần tự
Nó liên tục đọc và ghi dữ liệu, lưu giữ dung lượng tốt nhưng mất nhiều
thời gian để tìm kiếm dữ liệu và không cho phép chèn dữ liệu (ví dụ: băng từ).

Hình 1.17: Băng từ

② Phương pháp truy nhập trực tiếp
Đây là thiết bị mà dữ liệu được đọc và ghi trực tiếp lên vị trí mong muốn.
Nó được gọi là thiết bị lưu trữ truy nhập trực tiếp (DASD)
Ví dụ: HDD (ổ cứng), CD-ROM, ổ cứng ngồi, thẻ nhớ…

Đĩa cứng

(c) Thẻ SD

(d)Thẻ micro SD

(e) Memory stick

Hình 1.18: Bộ nhớ flash

22


Ngồi ra, cịn tồn tại khái niệm về bộ nhớ ảo nơi ổ cứng được sử dụng
như là một phần của bộ nhớ chính khi mà sức chứa của bộ nhớ chính là
khơng đủ trong khi vận hành các chương trình. Điều này có nghĩa là một
phần của HDD được đảm bảo như là một không gian cho bộ nhớ chính mở
rộng dung lượng bộ nhớ. Ở đây, khi dung lượng bộ nhớ chính khơng đủ phải
dùng đến ổ cứng như là bộ nhớ ảo các cảnh báo về việc nó sẽ làm giảm tốc
độ máy tính do sự gia tăng hốn đổi sẽ được đưa ra. Dó đó, người ta khuyến
khích việc mở rộng dung lượng bộ nhớ chính để giảm hoặc ngăn ngừa sự
hoán đổi.
Hoán đổi ổ cứng (hard disk swapping): có nghĩa là sự hốn đổi bộ nhớ
chính và nội dung ổ cứng cần thiết để dùng bộ nhớ ảo. Hơn nữa, dữ liệu sẽ được
lưu trữ ở ổ cứng để tránh dữ liệu bị mất do lỗi của bộ nhớ ảo khi chạy nhiều
chương trình ứng dụng.
1.4.4 Thiết bị đầu vào
Các thiết bị đầu vào của hệ thống CAD/CAM tạo điều kiện thuận lợi
cho việc trao đổi thông tin giữa người dùng và hệ thống máy tính và nó đóng
vai trị phối hợp ảnh cho cấu hình kiểm sốt các tín hiệu điều khiển. Đặc biệt,
các thiết bị này hoạt động như mắt, miệng hoặc tay của con người và chuyển
đổi các thông tin như số, ký tự, âm thanh hoặc video sử dụng bởi con người
thành dạng mà máy tính có thể hiểu được. Nó có nghĩa là thiết bị đọc chương
trình và dữ liệu được ghi trong phương tiện ghi đầu vào cho máy tính thơng
qua thiết bị đầu vào, các thiết bị tiêu biểu như bàn phím cho các ký tự đầu

vào, chuột cho vị trí đầu vào cũng như camera 3D, dụng cụ và máy qt để
sửa lại các mơ hình thực tế.
3 chức năng của thiết bị đầu vào
- Dữ liệu chữ - số đầu vào
- Điều khiển con trỏ
- Lựa chọn chức năng
1.4.4.1 Bàn phím
Nó được sử dụng rộng rãi để nhập số và ký tự, hầu hết các bạn phím Hàn
Quốc có 106 ký tự với một số ký tự được thêm vào nhiều hơn so với bàn phím
101 ký thực được thiết kế tại Mỹ.
Bàn phím đầu tiên phát triển bởi IBM – PC có 84 phím và có các dạng bàn
phím 2-set, 3-set và 4-set
23


Hình 1.19: Bàn phím và chuột (Cơng ty SAMSUNG)

1.4.4.2 Chuột
Chuột là thiết bị đầu vào để vẽ một con số, dịng hoặc chọn lệnh và nó đã
trở nên cần thiết sau khi giới thiệu GUI cho Windows. Nó có 2 hoặc 3 nút. Nó
bao gồm dạng cơ hay quang là phụ thuộc vào sự vận hành.

Hình 1.21: Cầu chuột (cơng ty Logitech)

1.4.4.3 Cần điều khiển
Nó được sử dụng cho các trị chơi máy tính trong giai đoạn đầu (arcade)
nhưng ngày nay nó được sử dụng rộng rãi để kết nối CAD/CAM với máy tính.
Nó là thiết bị điều khiển điểm để di chuyển con trỏ tự do và sử dụng hiệu quả
với bàn phím.

Hình 1.20: Cần điều khiển (cơng ty Trusmaster, T.16000M)

24