Xây dựng cơ sở dữ liệu chế độ cắt phục vụ quá trình chuẩn bị sản xuất trong công nghệ CAD CAM

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Đồng Xuân Sơn CHK13 - CTM
- 1 -


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN




ĐỒNG XUÂN SƠN





XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU CHẾ ĐỘ CẮT PHỤC VỤ QUÁ TRÌNH
CHUẨN BỊ SẢN XUẤT TRONG CÔNG NGHỆ CAD/CAM

Chuyên ngành : Chế tạo máy




LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHẾ TẠO MÁY


NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS. TS TĂNG HUY



Thái Nguyên - Năm 2012

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Đồng Xuân Sơn CHK13 - CTM
- 2 -

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và
chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Trừ các phần
tham khảo đã đƣợc nêu rõ trong Luận văn.



Tác giả



Đồng Xuân Sơn

LỜI CẢM ƠN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Đồng Xuân Sơn CHK13 - CTM
- 3 -
Tác giả xin chân thành cảm ơn TS.Tăng Huy người đã hướng dẫn và giúp đỡ
tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến quá trình viết và hoàn
chỉnh Luận văn.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo và khoa đào tạo Sau đại
học, Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên đã tạo điều kiện
thuận lợi để hoàn thành bản Luận văn này.
Tác giả cũng chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo, khoa Cơ khí chế tạo máy

Trường Cao đẳng Công Nghiệp Việt Đức- Sông Công -Thái Nguyên đã giúp đỡ
tác giả thực hiện luận văn của mình.
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.


Tác giả


Đồng Xuân Sơn










PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay , để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người các mặt hàng công
nghiệp cần phải liên tục được cải tiến và thay đổi không ngừng về mỹ thuật và kỹ
thuật. Không những thế các công ty, xí nghiệp, doanh nghiệp luôn bị sức ép của
thị trường, phải liên tục thay đổi mẫu mã, chủng loại sản phẩm để có thể tồn tại
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Đồng Xuân Sơn CHK13 - CTM

- 4 -
trong môi trường cạnh tranh của cơ chế thị trường. Để làm được điều đó đòi hỏi quá
trình sản xuất phải linh hoạt, do vậy các hệ thống máy CNC đã ra đời và thay thế
từng phần cho các thế hệ máy chuyên dụng, máy tự động cho các dây chuyền sản
xuất. Giải pháp công nghệ tiên tiến CAD/CAM/CNC đáp ứng được quá trình sản
xuất linh hoạt, đây đang được coi là giải pháp hữu hiệu nhất ở các nước có nền cơ
khí hiện đại.
Khi dây chuyền, tổ hợp đã linh hoạt hóa nhờ việc đầu tư sử dụng các loại máy
CNC. Vấn đề đặt ra là xây dựng cơ sở dữ liệu cho công nghệ CAD/CAM để thiết
kế và chế tạo sản phẩm là một vấn đề rất cần thiết cho chúng ta.
Ngày nay với hệ tích hợp CAD/CAM, một mối liên kết trực tiếp giữa hai lĩ nh
vực thiết kế và chế tạo đã được thiết lập. Mục tiêu của công nghệ CAD/CAM
không dừng lại ở chỗ tự động hoá một số khâu nào đó trong lĩ nh vực chế tạo mà
còn nhằm tự động hoá việc chuyển đổi từ lĩ nh vực thiết kế vào lĩ nh vực chế tạo.
Hiện nay người ta đã 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 qua giai đoạn thiết kế (số liệu về hình học, liệt kê chi tiết, dự trù vật liệu,
thuyết minh kỹ thuật, v.v ) cùng những dữ liệu công nghệ phục vụ cho quá trình
chế tạo. Vì vậy việc nghiên cứu đề tài: “Xây dựng cơ sở dữ liệu chế độ cắt phục
vụ chuẩn bị sản xuất trong công nghệ CAD/CAM” là rất cần thiết.
2. Ý nghĩ a khoa học và thực tiễn của đề tài
a.Ý nghĩ a khoa học.
Mục đích của tích hợp CAD/CAM là hệ thống hóa 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, và
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 và CAM.
Mục đích của công nghệ CAE không chỉ thay thế con người bằng các thiết bị
máy tính hóa mà còn nâng cao năng lực của con người để phát minh các ý tưởng.
Về mặt khoa học đề tài phù hợp với xu thế phát triển trong và ngoài nước về
CSDL cho công nghệ CAD/CAM.
b.Ý nghĩ a thực tiễn.
Máy tính điện tử được áp dụng cả trong lĩ nh vực kỹ thuật lẫn việc điều hành,
quản lý và quản trị . Về mặt kỹ thuật đã có hệ thống CAD (hệ thống máy tính hỗ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Đồng Xuân Sơn CHK13 - CTM
- 5 -
trợ thiết kế) và CAM (hệ thống máy tính hỗ trợ việc chế tạo). Hai hệ thống này đã
được ứng dụng trong nhiều lĩ nh vực, như các phép toán ổn đị nh và sức bền thân
tàu, cho việc lập bảng tọa độ và làm trơn nhẵn đường hình dáng vỏ tàu, cho việc
khai triển tôn, bố trí để tiết kiệm nguyên vật liệu, cho tính tải và dao động của
động cơ diesel, cho việc khống chế tai nạn trên biển, cho hệ thống đường ống mà ta
phải khai triển cắt góc. Các kỹ sư máy tàu và vỏ tàu của Tập đoàn Công nghiệp tàu
thủy Việt Nam (VINASHIN) đã thiết kế và chế tạo các bản vẽ trên máy tính dựa
vào các phần mềm chuyên dụng như Autoship, Ship Constructor, Nupas-
cadmatic…, sau đó các bản vẽ được trực tiếp gửi tới máy CNC. Trong việc điều
hành, quản lý và quản trị , hệ thống máy tính cũng đóng vai trò ngày càng quan
trọng trong những xưởng của các nhà máy đóng tàu. Ngày này công nghệ máy tính
đang phát triển rất nhanh, khuynh hướng mới là CIM, nghĩ a là hệ thống máy tính
tích hợp với chế tạo.
Việc sử dụng công nghệ CAD/CAM đại trà đã cho phép, chế tạo sản phẩm cơ
khí nhanh hơn, chế tạo các loại máy công cụ có tốc độ cao, chính xác, thông minh
và hiệu quả hơn.
Vì vậy, việc xây dựng CSDL cho công nghệ CAD/CAM có ý nghĩ a trong thực
tiễn rất to lớn trong lĩ nh vực kỹ thuật lẫn việc điều hành, quản lý và quản trị …

3. Mục tiêu của đề tài
- Về mặt lý thuyết: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và phương pháp xây dựng CSDL đồ
họa - thuộc tính trên cơ sở áp dụng những thành tựu khoa học của ngành công nghệ
thông tin.
- Về mặt thực tiễn: Đề xuất phương án sử dụng cơ sở dữ liệu tính toán chế độ cắt
đưa vào hệ số gia công như là một cơ sở dữ liệu hướng đối tượng phục vụ quá trình
chuẩn bị công nghệ.
4. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu bằng thực nghiệm.
5. Phạm vi nghiên cứu
- Phân tích đánh giá tình hình xây dựng CSDL cho công nghệ CAD/CAM và
qua đó giới hạn phạm vi cần nghiên cứu.
- Phân tích khả năng của công nghệ CAD/CAM, qua đó xác đị nh hướng ứng
dụng trên cơ sở phân tích đối sánh với công nghệ truyền thống, khả năng liên
thông của trục CAD/CAM/CNC trên phương hướng mở rộng nó từ cơ sở nền tảng là
mô hình hình học số của đối tượng cũng như CSDL CAD/CAM và vai trò của nó
trong toàn bộ tiến trình.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Đồng Xuân Sơn CHK13 - CTM
- 6 -
- Tạo lập được cơ sở dữ liệu tính toán chế độ cắt khi thiết kế quá trình công
nghệ.
MỤC LỤC
Nội dung
Trang
LỜI CAM ĐOAN
1
LỜI CẢM ƠN
2

MỤC LỤC
3
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
6
DANH MỤC BẢNG
10
DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ
11
MỞ ĐẦU
13
CHƢƠNG I . TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT CAD/CAM/CNC VÀ CƠ
SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ QUÁ TRÌNH CHUẨN BỊ CÔNG NGHỆ.

16
`1.1. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT CAD/CAM/CNC
16
1.1.1. Giới thiệu về CAD/CAM
16
1.1.2. Đối tượng phục vụ của CAD/CAM
17
1.1.3. Vai trò của CAD/CAM trong chu kỳ sản xuất
18
1.1.4. Chức năng của CAD
19
1.2. THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG TẠO HÌNH
20
1.2.1. Thiết kế và gia công theo phương pháp truyền thống.
21
1.2.2. Thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ CAD/CAM.
22

1.2.3. Thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ tích hợp (CIM)
23
1.3. MÔ HÌNH HÓA HÌNH HỌC TRONG CAD
25
1.3.1 Phương pháp mô tả đường cong.
25
1.3.2. Phương pháp mô tả mặt cong.
26
1.3.3. Phương pháp mô tả khối hình học.
27
1.3.4. Phương pháp mô hình hóa hình học.
27
1.4. PHÂN TÍCH KỸ THUẬT TRONG CAD.
29
1.5. CAD VÀ TIẾN TRÌNH THIẾT KẾ SẢN PHẨM
30
1.6. LỢI ÍCH CỦA CAD
31
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

ng Xuõn Sn CHK13 - CTM
- 7 -
1.7. CSDL V QUY TRèNH X L TRONG H THNG CAD/CAM
32
1.7.1. C s d liu v quy trỡnh x lý.
32
1.7.2. Bi toỏn xõy dng CSDL phc v quỏ trỡnh CAD/CAM.
33
1.7.2.1. Phõn tớch bi toỏn.
33

1.7.2.2. Ni dung bi toỏn xõy dng CSDL ha thuc tớnh v gii
hn ni dung.
38
1.8. LA CHN Mễ HèNH CSDL HA THUC TNH
39
1.8.1. La chn mụ hỡnh CSDL.
39
1.8.1.1. Phõn tớch ỏnh giỏ cỏc mụ hỡnh CSDL.
39
1.8.1.2 Phng ỏn la chn mụ hỡnh CSDL.
42
1.8.2. La chn c s d liu xõy dng CSDL ha Thuc tớnh
43
1.8.2.1 Mt s CSDL hng i tng.
44
1.8.2.2. Ph-ơng án lựu chọn CSDL
47
1.8.2.3. Pro/ENGINEER (Bản vẽ Autocad) CSDL h-ớng đối t-ợng.
48
1.9. KT LUN CHNG 1
51
CHNG 2: CC PHNG PHP TNH TON V XC NH
CH CT.
52
2.1. Nguyờn tc chung khi xỏc nh ch ct.
52
2.2. C s lý thuyt v thc nghim xỏc nh ch ct.
53
2.3. Cỏc phng phỏp tớnh toỏn v xỏc nh ch ct.
54

2.3.1. Xỏc nh ch ct bng phng phỏp tớnh toỏn
54
2.3.1.1. Khi tin.
54
2.3.1.2. Khi phay.
56
2.3.1.3. Khi khoan, khoột, doa.
57
2.3.2. Xỏc nh ch ct bng phng phỏp tra bng.
60
2.3.3. Xỏc nh ch ct bng phng phỏp ti u húa quỏ trỡnh gia
cụng.
62
2.3.3.1. Ch tiờu k thut v thi gian.
63
2.3.3.2. Lp mụ hỡnh toỏn hc
64
2.3.4. Xỏc nh ch ct bng phng phỏp quy hoch thc nghim.
67
2.3.4.1. Cỏc phng phỏp quy hoch thc nghim:
67
2.3.4.2. Cỏc nguyờn tc c bn ca quy hoch thc nghim.
68
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Đồng Xuân Sơn CHK13 - CTM
- 8 -
2.3.4.3. Các bước quy hoạch thực nghiệm.
68
CHƢƠNG 3 - XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH CHẾ ĐỘ CẮT CHO

MÁY TIỆN CNC
72
3.1. Lựa chọn phương pháp xây dựng phần mềm.
72
3.1.1. Lựa chọn phương pháp xây dựng phần mềm
72
3.1.2. Lựa chọn ngôn ngữ lập trình
72
3.1.2.1 Giới thiệu về Visual Studio .NET
72
3.1.2.2. Giới thiệu về giao diện và thanh công cụ của Visual Studio
.NET
73
3.3. Nội dung của việc xây dựng phần mềm
79
3.3.1. Trình tự xây dựng phần mềm
79
3.3.1.1. Lựa chọn các thông số đầu vào
79
3.3.1.2. Xác định các thông số đầu ra
82
3.3.1.3. Tính toán xác định các thông số đầu ra
82
3.3.1.4. Lực cắt
83
3.4.3. Giao diện phần mềm xác định cắt cho máy tiện CNC
92
KẾT LUẬN
94
I. Kết luận

94
II. Kiến nghị
94
TÓM TẮT LUẬN VĂN
96
A BRIEF OF MASTER THESIS
97
CÁC TỪ KHÓA
98
TÀI LIỆU THAM KHẢO
99
PHỤ LỤC
102











Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Đồng Xuân Sơn CHK13 - CTM
- 9 -

CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
Nội dung
Thứ
nguyên
R
a

Sai lệch số học trung bình của prôfin
m
R
z

Chiều cao nhấp nhô theo 10 điểm của prôfin
m
R
max
Chiều cao lớn nhất của prôfin
m
h
Chiều cao nhấp nhô
m
p
Bước của nhấp nhô
m
S
i

Bước trung bình của nhấp nhô theo đỉnh
m

S
mi

Bước trung bình của nhấp nhô theo prôfin
m
l
Chiều dài chuẩn
m
y
pmi
Chiều cao đỉnh thứ i trong 5 đỉnh cao nhất
m
y
vmi
Chiều cao đỉnh thứ i trong 5 đỉnh thấp nhất
m
n
Số điểm chia, số thực nghiệm
-
V
Vận tốc cắt
m/phút
t
Chiều sâu cắt
mm
S
Lượng chạy dao
mm/vòng
n
Số vòng quay

Vòng/phút
D
Đường kính chi tiết
mm
N
dc
Công suất động cơ
kW

Hiệu suất
-
L
Chiều dài hành trình
mm
Z
Số răng
-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Đồng Xuân Sơn CHK13 - CTM
- 10 -
a
Chiều dày lớp cắt
mm
b
Chiều rộng lớp cắt
mm
q
Diện tích tiết diện lớp cắt
mm

2

P
z
Lực cắt theo phương tiếp tuyến
N
P
y

Lực cắt hướng kính
N
P
x

Lực cắt chiều trục
N
P
m

Lực cho phép về độ bền cơ cấu chạy dao
N
C
pz

Hằng số lực cắt
-
x
pz
, y
pz

, n
pz
Số mũ trong công thức tính lực cắt
-
K
pz

Hệ số điều chỉnh trong công thức tính lực cắt
-
k
φp
, k
γp
, k
p
,
k
rv

Hệ số xét đến ảnh hưởng của thông số hình học kết
cấu của dao
-
K
mp

Hệ số xét đến ảnh hưởng của vật liệu gia công
-
N
0
Công suất cắt

kW
B
Chiều rộng tiết diện dao cán chữ nhật
mm
H
Chiều cao tiết diện dao cán chữ nhật
mm
d
Tiết diện cán dao hình tròn
mm
l
Phần nhô ra của cán dao
mm
δ
Dung sai chi tiết
mm
[σ]
u
Ứng suất uốn của vật liệu làm dao
KG/mm
2
J
Mô men quán tính tiết diện ngang
mm
4
E
Mô đun đàn hồi
KG/mm
2

[f]
Độ võng cho phép theo độ chính xác của chi tiết
mm
C
v

Hằng số trong công thức tính vận tốc cắt
-
x
v
, y
v
, m

Số mũ trong công thức tính vận tốc cắt
-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Đồng Xuân Sơn CHK13 - CTM
- 11 -
T
Tuổi bền trung bình dụng cụ cắt
phút
K
v
Hệ số trong công thức tính vận tốc cắt
-
K
mv
Hệ số xét đến ảnh hưởng của vật liệu gia công

-
K
nv
Hệ số xét đến trạng thái phôi
-
K
uv
Hệ số xét đến ảnh hưởng của vật liệu làm dao
-
K
uv
Hệ số xét đến dạng gia công
-
k
φv
, k
φ1v
, k
rv
,
k
qv

Hệ số xét đến ảnh hưởng của thông số hình học kết
cấu của dao
-
u

Độ bền uốn
Kg/mm

2

r
Bán kính mũi dao
mm
h
min
Chiều dày phoi nhỏ nhất
mm

Góc nghiêng chính của dao
Độ (
0
)
1
Góc nghiêng phụ của dao
Độ (
0
)

Góc trước của dao
Độ (
0
)

Góc sau của dao
Độ (
0
)

Góc nâng của lưỡi cắt chính
Độ (
0
)

Góc mũi dao
Độ (
0
)

Góc sắc của dao
Độ (
0
)
HB
Độ cứng Brinell
-
K
Hàm giá thành gia công
-
0

Thời gian gia công cơ bản
phút
pm

Thời gian phụ của máy
phút
pd

Thời gian phụ của dao
phút
pv
Thời gian phục vụ
phút
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Đồng Xuân Sơn CHK13 - CTM
- 12 -
oMi

Thời gian cơ bản của máy ở lần thứ i.
phút
pMi

Thời gian phục vụ của máy ở lần cắt thứ i
phút
C
H
Hệ số phụ thuộc vào điều kiện gia công
-
x,y,z,u
Hệ số phụ thuộc vào vật liệu gia công
-
Kv
Chi phí vật liệu
Đồng
Kch
Chí phí chung
Đồng

Kcbkt
Chi phí chuẩn bị và kết thúc
Đồng
KM
Chi phí khấu hao máy
Đồng/giờ
KL
Chi phí lương công
Đồng/giờ
KD
Chi phí liên quan đến dao trong một đơn vị thời
gian
Đồng/giờ

CAD/CAM: Thiết kế/ Sản xuất với sự trợ giúp của máy tính.
CAPP: Tự động hóa quá trình thiết kế công nghệ.
CAQ: Kiểm tra chất lượng sản phẩm.
CSDL: Cơ sở dữ liệu
CSDL CAD/CAM: CSDL phục vụ quá trình CAD/CAM.
CSDL CBCN: CSDL phục vụ quá trình chuẩn bị công nghệ.
HQT CSDL: Hệ quản trị cơ sỏ dữ liệu.
HĐT: Hướng đối tượng.
NC (Number Control) – Điều khiển số
CNC (Computer Numerical Control) – Điều khiển số có sự trợ giúp của máy
tính
CAD (Computer Aided Design) – Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính
CAM (Computer Aided Manufacturing) – Sản xuất có sự trợ giúp của máy tính

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Đồng Xuân Sơn CHK13 - CTM
- 13 -

DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU
TT
Bảng số
Nội dung
Trang
1
Bảng 1.1
Lượng chạy dao tiện thô mặt ngoài và tiện cắt đứt bằng dao
thép gió và dao hợp kim cứng, mm/vòng
35
2
Bảng 1.2
Dữ liệu đối tượng CAD theo mô hình CSDL quan hệ
41
3
Bảng 2.1
Công thức tính lực cắt
55
4
Bảng 2.2
Trị số Pz cho phép theo chiều dày mảnh hợp kim cứng.
61
5
Bảng 3.1
Giá trị hệ số lực cắt.
88
6

Bảng 3.2
Vật liệu gia công thép cacbon thông thường.
88
7
Bảng 3.3
Giá trị hệ số tính vận tốc cắt.
89

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Đồng Xuân Sơn CHK13 - CTM
- 14 -

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ - ẢNH CHỤP
1
Hình 1.1
Vai trò của CAD trong hệ thống sản xuất tích hợp.
19
2
Hình 1.2
Quy trình thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ
truyền thống
21
3
Hình 1.3
Quy trình thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ
CAD/CAM
22
4
Hình 1.4
Quy trình thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ
thích hợp CIM.
24
5
Hình 1.5
Phương pháp mô hình hóa hình học theo kết cấu mặt
cong
27

6
Hình 1.6
Phương pháp mô hình hóa hình học theo cấu trúc khối.
28
7
Hình 1.7
CSDL và quy trình xử lý trong hệ thống CAD/CAM.
33
8
Hình 1.8
Sơ đồ tổ chức CSDL phục vụ quá trình chuẩn bi
CAD/CAM
34
9
Hình 1.9
Ví dụ dữ liệu đồ họa
36
10
Hình 1.10
Ví dụ dữ liệu đồ họa thuộc tính
37
11
Hình 1.11
Đối tượng CAD được mô tả bằng các dữ liệu khác nhau.
39
12
Hình 1.12
Cấu trúc của một phần mềm CAD
46
13

Hình 1.13
Vai trò của các API trong CSDL AutoCad
49
14
Hình 3.1
Cấu trúc Net Application
73
15
Hình 3.2
Cấu trúc Components of DOTNET framework
73
16
Hình 3.3
START PAGE với VISUAL STUDIO.NET
74
17
Hình 3.4
Menu Bar và Toolbar VISUAL STUDIO.NET
74
18
Hình 3.5.
Thanh Công cụ VISUAL STUDIO.NET
75
19
Hình 3.6
Thanh công cụ của solution explorer
76
20
Hình 3.7
Các biểu tượng trong thanh công cụ Toolbox

77
21
Hình 3.8
Thanh công cụ Toolbox
78
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Đồng Xuân Sơn CHK13 - CTM
- 15 -
22
Hình 3.9
Cửa sổ thuộc tính Properties
79
23
Hình 3.10
Sơ đồ khối quy trình xây dựng phần mềm chế độ cắt.
79
24
Hình 3.11
Giao diện phần mềm xác định chế độ cắt khi tiện thô.
92
26
Hình 3.12
Giao diện phần mềm xác định chế độ cắt khi tiện tinh.
93

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Đồng Xuân Sơn CHK13 - CTM
- 16 -

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM VÀ
CƠ SỞ DỰ LIỆU CHO CÔNG NGHỆ CAD/CAM
1.1. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT CAD/CAM/CNC.
1.1.1. Giới thiệu về CAD/CAM.
Thiết kế và chế tạo có sự tham gia của máy vi tính (CAD/CAM) thường được
trình bày gắn liền với nhau. Thật vậy, hai lĩnh vực ứng dụng tin học trong ngành cơ
khí chế tạo này có nhiều điểm giống nhau bởi chúng đều dựa trên cùng các chi tiết
cơ khí và sử dụng dữ liệu tin học chung: Đó là các nguồn đồ thị hiển thị và dữ liệu
quản lý.
Thực tế, CAD và CAM tương tự với các hoạt động của hai quá trình hỗ trợ
cho phép biến một tưởng trừu tượng thành một vật thể thật. Hai quá trình này thể
hiện rõ trong công việc nghiên cứu và triển khai chế tạo.
Xuất phát từ nhu cầu cho trước, việc nghiên cứu đảm nhận thiết kế một mô
hình mẫu cho đến khi thể hiện trên bản vẽ biểu diễn chi tiết. Từ bản vẽ chi tiết, việc
triển khai chế tạo đảm nhận lập ra quá trình chế tạo các chi tiết cùng các vấn đề liên
quan đến dụng cụ và phương pháp thực hiện.
Hai lĩnh vực hoạt động lớn này trong ngành chế tạo máy được thực hiện liên
tiếp nhau và được phân biệt bởi kết quả của nó.
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
chia thành hai loại: Các phần mềm thiết kế và các phần mềm vẽ.
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 vật thể, cắt gọt vật liệu, công
xuất của trang thiết bị đồ gá và dụng cụ cắt nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật
của chi tiết cơ khí.
Nhằm khai thác các công cụ hữu ích, những ứng dụng tin học trong chế tạo
không chỉ hạn chế trong các phần mềm đồ họa hiển thị và quản lý mà còn sử dụng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Đồng Xuân Sơn CHK13 - CTM
- 17 -
việc lập trình và điều khiển các máy công cụ điều khiển số, do vậy đòi hỏi khi thực
hiện phải nắm vững các kiến thức về kỹ thuật gia công.
Trong chế tạo , việc sử dụng các dữ liệu tin học phải lưu y đến nhiều mối quan
hệ rằng buộc. Các rằng buộc này nhiều hơn trong thiết kế. Việc cắt gọt vật liệu trên
một máy công cụ điều khiển số hay một máy công cụ vạn năng thông thường là như
nhau, trong hai trường hợp vật liệu không thay đổi về tính chất.
Trong khi đó các dữ liệu tin học có trong môi trường công nghiệp cũng có
trong các xưởng gia công. Các nguồn dữ liệu này cải thiện kỹ thuật chế tạo, chuyển
đổi phương pháp và dẫn đến thay đổi quan trong trong công việc cho phép điều
khiển số các nguyên công gia công, việc thiết kế các dữ liệu tin học mang lại nhiều
sự cải thiện về kết cấu liên quan đến cấu trúc máy và đồ gá, các phương pháp chế
tạo và kiểm tra sản phẩm, thiết kế dụng cụ cắt và các cơ cấu tự động khác. Mặt
khác, các ứng dụng tin học này cũng cho phép khai thác tốt hơn các khả năng mới
của máy và dụng cụ.
1.1.2. Đối tượng phục vụ của CAD/CAM.
Xu thế phát triển chung của các ngành công nghiệp chế tạo theo công nghệ tiên
tiến là liên kết các thành phần của quy trình sản xuất trong một hệ thống tích hợp
điều khiển bởi máy tính điện tử (Computer Integrated Manufacturing – 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.
Kết quả của quá trình CAD không chỉ là cơ sở dữ liệu dể 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 nghệ 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…
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Đồng Xuân Sơn CHK13 - CTM
- 18 -
- Kế hoạch hóa sản xuất và chế tạo sản phẩn trong thời gian yêu cầu.
Hiện nay, qua phân tích tình hình thiết kế ta thấy rằng 90% thời lượng thiết kế
là để tra cứu số liệu cần thiết mà chỉ có 10% thời gian 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 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 tạo ra mối quan hệ mật thiết giữa hai dạng hoạt động: Thiết kế và
Chế tạo.
Tự động hóa 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 hóa các giải pháp thiết kế.
Tự động hóa chế tạo là dùng máy tính điện tử để kế hoạch hóa, điều khiển và
kiểm tra các nguyên công gia công.
1.1.3- Vai trò của CAD/CAM trong chu kỳ sản xuất.
Xu thế phát triển chung của ngành công nghiệp chế tạo theo công nghệ tiên tiến
là liên kết các thành phần của quy trình sản xuất trong một hệ thống tích hợp điều
khiển bởi hệ thống máy tính ghép mạng - CIM.
Các thành phần của hệ thống tích hợp CIM được quản lý và điều hành dựa trên
cơ sở dữ liệu trung tâm. Mà các thành phần quan trọng là dữ liệu CAD. Kết quả của
quá trình CAD không chỉ là dữ liệu được thực hiện phân tích kỹ thuật CAE , lập

quy trình chế tạo - CAPP, lập chương trình gia công điều khiển số - CAM, mà chính
là dữ liệu điều khiển thiết bị CNC phục vụ sản xuất , như các loại máy công cụ,
trung tâm gia công, người máy/ tay máy công nghiệp và thiết bị phụ trợ khác. Rộng
hơn, dữ liệu từ quy trình CAD là cơ sở để hoạch định sản xuất ( Manufacturing
Resources Planning – MRP) và điều khiển quy trình kiểm soát chất lượng sản phẩm
- CAQ như ( hình 1.1).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Đồng Xuân Sơn CHK13 - CTM
- 19 -

CAD computers Aided Design Thiết kế có trợ giúp của máy tính
CAE computer Aided Engineering Phân tích kỹ thuật
CAPP computer Aided Process Planning Lập quy trình công nghệ có sự trợ
giúp của máy tính
CAM Computer Aided Mannufacturing Lập trình gia công điều khiển số
CNC Computer Numerical Controlled Thiết bị điều khiển số
CAQ Computer Aided Quality Conyrl Kiểm tra chất lượng sản phẩm có sự
trợ giúp của máy tính
MRP Manufacturing Resources Planning Hoạch định nguồn nhân lực sản xuất
PP Production Planning Lập kế hoạch sản xuất
Hình 1.1. Vai trò của CAD trong hệ thống sản xuất tích hợp.
1.1.4. Chức năng của CAD.
Khác biệt cơ bản với qui trình thiết kế theo công nghệ truyền thống, CAD
cho phép quản lý đối tượng thiết kế dưới dạng mô hình hình học số trong cơ sở
dữ liệu trung tâm, do vậy CAD có khả năng hỗ trợ các chức năng kỹ thuật ngay
từ giai đoạn phát triển sản phẩm cho đến giai đoạn cuối của quá trình sản xuất,
tức là hỗ trợ điều khiển các thiết bị sản xuất bằng điều khiển số.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Đồng Xuân Sơn CHK13 - CTM
- 20 -
Hệ thống CAD được đánh giá có đủ khả năng để thực hiện chức năng yêu
cầu hay không, phụ thuộc chủ yếu vào chức năng xử lý của các phần mềm thiết
kế. Ví dụ, tại thời điểm năm 2001, những bộ phần mềm CAD/CAM chuyên nghiệp
phục vụ thiết kế / gia công khuôn mẫu có khả năng thực hiện các chức năng cơ bản
sau:
* Thiết kế mô phỏng ba chiều (3D) những hình dạng phức tạp, có khả năng xử lý
hình học NURBS, Bezier, Gregory, Solids.
* Giao tiếp với các thiết bị đo , quét tọa độ 3D ( Coordinate Measuring Machine –
CMM, scaner) thực hiện nhanh chóng các chức năng mô phỏng hình học từ dữ liệu
số (digitized data).
* Phân tích và liên kết dữ liệu: Tạo mặt phân khuôn , tách khuôn, quản lý kết cấu
lắp ghép
* Tạo bản vẽ và ghi kích thước tự động: Có khả năng liên kết bản vẽ 2D với mô
hình 3D và ngược lại.
* Liên kết các chương trình tính toán thực hiện các chức năng phân tích kỹ thuật
(CAE) : Tính biến dạng khuôn, mô phỏng dòng chảy của vật liệu, trường áp xuất,
trường nhiệt độ, độ co rút vật liệu,
* Nội suy hình học, biên dịch các kiểu đường chạy dao, chính xác cho công nghệ
gia công điều khiển số.
* Giao tiếp dữ liệu theo các định dạng đồ hạo chuẩn: DXF,IGES,VDA,STEP,
PTC,DWG,Part,
* Xuất dữ liệu đồ họa 3D dưới dạng tập tin STL ( Stereolithograth) để giao tiếp
với các thiết bị tạo mẫu nhanh theo công nghệ tạo hình lập thể ( Stereolithograth
Apparatus- SLA).
1.2. THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG TẠO HÌNH
Theo lịch sử hình thành và phát triển có thể phân biệt các phương pháp công
nghệ thiết kế và gia công tạo hình như sau:
* Thiết kế gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống.

* Thiết kế gia công tạo hình theo công nghệ CAD/CAM.
* Thiết kế gia công tạo hình theo công nghệ tích hợp (CIM).
1.2.1. Thiết kế và gia công theo phƣơng pháp truyền thống.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Đồng Xuân Sơn CHK13 - CTM
- 21 -
Theo công nghệ truyền thống các mặt gia công 3D phức tạp được gia công trên
máy vạn năng theo phương pháp chép hình, sử dụng mẫu hoặc đường. Chính vì
điều này, quy trình thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống gồm 4
giai đoạn:
a) Tạo mẫu sản phẩm.
b) Tạo lập bản vẽ kỹ thuật.
c) Tạo mẫu chép hình.
d) Gia công chép hình.
Các giai đoạn này có thể được mô hình hóa theo sơ đồ :

Hình 1.2. Quy trình thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống
Hạn chế của quy trình:
Khó đạt được độ chính xác gia công ( Đặc biệt là gia công bề mặt phức tạp),
chủ yếu do quá trình chép hình.
Dễ làm sai do nhầm lẫn hay do hiểu sai, bởi vì phải sử lý một số lượng lớn
dữ liệu.
Năng xuất thấp, do mẫu được thiết kế theo phương pháp thủ công và quy
trình được thực hiện tuần tự.
1.2.2. Thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ CAD/CAM.
Sự phát triển của phương pháp mô hình hóa hình học cùng với thành tựu của
công nghệ thông tin, công nghiệp điện tử, kỹ thuật điều khiển số đã có ảnh hưởng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Đồng Xuân Sơn CHK13 - CTM
- 22 -
trực tiếp tới công nghệ thiết kế và gia công tạo hình , điều này có thể mô tả bởi sơ
đồ sau:

Hình 1.3. Quy trình thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ CAD/CAM

Ở đây các quy trình được hình thành như sau :
a) Bản vẽ kỹ thuật được tạo từ hệ thống vẽ và tạo bản dưới sự trợ giúp của máy
tính ( Computer Aided và Drawing – CADD).
b) Tạo mẫu thủ công được thay thế bằng mô hình hóa hình học hình học trực
tiếp từ giá trị 3D.
c) Các mẫu chép hình được thay thế bằng mô hình hóa hình học- mô hình hình
học số lưu trữ trong bộ nhớ của máy tính và ánh xạ lên màn hình dưới dạng
khung lưới, hoặc solid.
d) Gia công chép hình được thay thế bằng gia công điều khiển số.
Về công nghệ, khác biệt cơ bản giữa gia công tạo hình theo công nghệ truyền
thống và công nghệ CAD /CAM là thay thế tạo hình theo mẫu bằng mô hình hóa
hình học. Kết quả là chép hình và công nghệ gia công chép hình được thay thế bằng
mô hình hóa hình học số ( Computer Geometic Model – CGM) và gia công bằng
năng lượng . Ưu điểm tiếp theo là khả năng kiểm tra kích thước trực tiếp và khả
năng lựa chọn chế độ gia công thích hợp ( Gia công thô, bán tinh và tinh).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Đồng Xuân Sơn CHK13 - CTM
- 23 -
Theo công nghệ CAD/CAM ( vẽ và mô hình hóa- gia công điều khiển số), phần
lớn các khó khăn của quá trình thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ truyền
thống được hạn chế bởi vì :
- Bề mặt gia công trở nên chính xác, tinh xảo hơn.

- Khả năng hạn chế nhầm lẫn giảm đi đáng kể.
- Toàn bộ thời gian thực hiện quy trình thiết kế và gia công tạo hình giảm đi
một cách đáng kể.
1.2.3. Thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ tích hợp (CIM)
Từ quy trình thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ CAD /CAM, không
khó khăn để thực hiện ý tưởng kết nối mọi thành phần trong hệ thống tích hợp (hình
1.4). Theo công nghệ tích hợp mô hình hóa hình học (Geomatric Modeling), vẽ và
tạo bản vẽ (CADD) được tích hợp trong CAD. Kết quả là moi thông tin về hình
dáng được lưu lại dưới dạng CGM, lưu trữ trong dữ liệu trung tâm ( hình 1.1). Công
nghệ tiên tiến nhất có khả năng hỗ trợ thực hiện toàn bộ và chế tạo công nghệ tích
hợp (hình 1.4) :

Hình 1.4 :Quy trình thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ thích hợp CIM.
a) Cho phép thiết lập CGF trực tiếp về ý tưởng hình dáng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Đồng Xuân Sơn CHK13 - CTM
- 24 -
b) Được trợ giúp bởi thiết bị đồ họa mạnh và công nghệ tô màu,tạo bóng hiện
đại (rendering / shading).
c) Có khả năng thực hiện các chức năng phân tích kỹ thuật (CAE) ; Liên kết với
các thiết bị tạo mẫu nhanh theo công nghệ tạo hình lập thể (Stereolithograph
Apparatus – SLA) ; Lập quy trình lắp ráp ; Tạp phôi
1.3. MÔ HÌNH HÓA HÌNH HỌC TRONG CAD
Bản chất của mô hình hóa hình học là mô tả đối tượng hình học bởi mô hình
toán học – mô hình học số (CGM). Trong phần nội dung này sẽ giới thiệu tổng quát
về phương pháp mô tả mặt cong, đường cong, khối hình hình học trên bản vẽ kĩ
thuật, phương pháp mô hình hoá hình học theo câú trúc mặt cong
(SurfaceModeling) phương pháp mô hình hóa hình học theo câu trúc khối
(SolidModeling).

Vấn đề thiết lập CGM sẽ được giới hạn cho nhưng hình dạng có thể mô tả
được. Như vậy, đối tượng mô hình hóa hình học (Descriptiv Shape Model –DSM).
Khái niệm Mô hình học (Descriptiv Shape Model –DSM) đừf duược sử dụng cho
thực thể hình học trên bản vẽ kỹ thuật hay trên man hình.
a) Điểm (point)
b) Đường cong (curve) bao gồm cả đoạn thẳng (line)
c) Mặt cong (surface) bao gồm cả mặt (face)
d) Khối (solid – cấu trúc đặc)
DSM được diễn giải bởi con người nhưng hình thức mô tả chúng phải thích
hợp, rõ ràng sao cho có thể chuyến chuyển đổi được thành CGM duy nhất. Điểm
này yêu cầu DSM phải được mô tả bởi giá trị số chính xác nếu có thế.
Điểm được mô tả bởi giá trị tọa độ.
đường cong đươc mô tả bởi chuối điểm hoặc phuwownh trình.
Mặt cong được mô tả bởi tập hợp điểm (hoặc lưới đường cong) hoặc
phương trình.
Khối được định nghĩa bởi các mặt cong bao quanh.
1.3.1 Phƣơng pháp mô tả đƣờng cong.
Đường cong 2D đươc mô tả bởi 2 phương pháp:
a) Sứ dụng các đường cong 2D cơ sớ.
b) Mô tả như một chuối điểm trên mặt phẳng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Đồng Xuân Sơn CHK13 - CTM
- 25 -
Đường cong 3D được mô tả bởi một trong bốn cách:
a) Bởi một chuối điểm 3D.
b) Bởi giao tuyến giữa 2 mặt cong.
c) Bởi hình chiếu của đường cong 2D lên mặt cong 3D.
d) Bởi tập hơp đường cong 2D trên các mặt phẳng hình chiếu trục đo.
Phương pháp đơn giản để mô tả đường cong 2D là sự dụng họ đường cong

Conic, bao gồm đoạn thẳng, đường elip, đường parabol, hypecbol. Họ đường cong
bậc 2 được xác định rõ ràng bởi thông số của chúng.
Ví dụ: Tọa độ tâm, bán kính, tiêu điểm.
Có thể gọi họ đường cong Conic là đường cong cơ cở tạo nên đường cong đa
hợp (compound Curve) bằng cách kết nối liên tục theo chuối. Nếu có yêu cầu về độ
trơ láng, có thể sử dụng góc lượn vị trí yêu cầu. Phương pháp phổ biến nhất mô tả
đường cong 2D, 3D trong vẽ kỹ thuận là xác định hình chiếu 2D của chúng, sau đó
xác định hình chiếu trên mặt cong. Thực chất đây chính là phép chiếu ngược.
1.3.2. Phƣơng pháp mô tả mặt cong.
Không thể vẽ mặt cong hình học xong có thể mô tả chúng trên bản vẽ dưới
dạng mô hình:
a) Mặt hình học cơ sở (surface primitive).
b) Mặt nội suy lưới đường cong (mesh curve surface).
c) Mặt quét hình đường mặt cắt (sweeping surface).
d) Mặt nội suy điểm (surface interpolating over 3D point).
e) Mặt kết nối hình (blending/ rounding/ filleting surface).
Sử dụng mặt cong cơ sở - mặt cong bậc 2 là phương pháp đơn giản nhất để mô
tả mặt cong. Để mô tả hình dang mong muốn, trong nhiều trường hợp phải thực
hiện phép kết nối (compouding) và cắt xén (trimming) trên các mặt cong cơ sở.Nói
cách khác, có thể mô tả mặt cong đa hợp (compouding surface) như là kết quả của
phép cộng logic (boole) trên các mặt cơ sở.
Mô tả mặ cong bởi mô hình lưới đường cong yêu cầu xác đình các đường cong
đặc tính quan trọng nhauw là lưới đường cong trơn láng phủ trên mặt cong nội suy.
Mô tả mặt cong bởi phép quét hình là một phương thức của mô hình lưới
đường cong xác định bới lưới mặt cắt (section curve) và đường định hình (profin/