Nghiên cứu gia công chi tiết có vùng khuất dao trên máy CNC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI










HOÀNG XUÂN LÃM



NGHIÊN CỨU GIA CÔNG CHI TIẾT CÓ VÙNG
KHUẤT DAO TRÊN MÁY CNC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT


Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá
Nông - lâm nghiệp
Mã số : 60 52 14

Người hướng dẫn khoa học: 1.PGS TS. PHAN CHÍ CHÍNH
2.TS. LÊ THƯỢNG HIỀN

HÀ NỘI – 10/2012
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………



i

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là
trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã
ñược cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này ñã ñược chỉ rõ nguồn
gốc.
Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.



Hoàng Xuân Lãm

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………



ii

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin trân trọng cảm ơn Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, xin trân
trọng cảm ơn Viện ñào tạo Sau ñại học, Khoa Cơ ñiện Trường ðại học Nông
nghiệp Hà Nội.
Tôi xin ñược tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến TS Phan Chí Chính trường ðại
học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, TS Lê Thượng Hiền Trường ðại học
ðiện lực Hà Nội, thầy là người ñã trực tiếp hướng dẫn tận tình, chỉ bảo tôi hoàn
thành bản luận văn này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy giáo, cô giáo của Khoa Cơ ñiện
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, các thầy giáo, cô giáo Trường ðại Học
Bách khoa Hà Nội, Trường ðại học ðiện lực Hà Nội.
Tôi xin chân thành cảm Trường Cao ñẳng nghề Việt Nam-Hàn Quốc ñã
giúp ñỡ tôi trong quá trình làm thí nghiệm và lấy số liệu cho luận văn của mình.
Tôi chân thành cảm ơn Trường ðại học Sư phạm Kỹ thuật Vinh, nơi tôi
ñang công tác, ñã tạo mọi ñiều kiện tốt nhất có thể ñể tôi hoàn thành khóa học
này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn ñến gia ñình tôi, người thân, bạn bè, ñồng
nghiệp…họ là nguồn ñộng lực và là nguồn ñộng viên giúp tôi hoàn thành khóa
học và luận văn này.
Trong quá trình thực hiện ñề tài chắc chắn không tránh khỏi những thiếu

sót, rất mong nhận ñược ý kiến ñóng góp của các thầy, cô giáo và các bạn ñồng
nghiệp.
Tôi xin trân trọng cảm ơn!
Tác giả
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………



iii


Hoàng Xuân Lãm
MỤC LỤC
Lời cam ñoan i
Lời cảm ơn ii
Mục lục iii
Danh mục hình vi
Danh mục viết tắt ix
PHẦN MỞ ðẦU 1
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ðỀ TÀI 1
2. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1
2.1. Mục tiêu ñề tài 1
2.2. Nội dung nghiên cứu 1
3. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ðỀ TÀI. 2
3.1. Cơ sở khoa học: 2
3.2. Tính thực tiễn: 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM/CNC 3
1.1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM 3
1.1.1. Lịch sử phát triển của CAD/CAM. 5
1.1.2. ðịnh nghĩa các công cụ CAD/CAM 6

1.2. TỔNG QUAN VỀ MÁY CÔNG CỤ ðIỀU KHIỂN THEO CHƯƠNG
TRÌNH SỐ (CNC) 14
1.2.1. Lịch sự phát triển của máy CNC: 15
1.2.2. ðặc trưng cơ bản của máy CNC: 16
1.2.3. Mô hình khái quát của một máy CNC 18
1.2.4. Các phương pháp ñiều khiển 21
1.2.5. Hệ trục tọa ñộ trên máy CNC 23
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………



iv

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 26
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ðẶC TRƯNG CỦA CÁC CHI TIẾT CÓ
VÙNG KHUẤT DAO 27
2.1. KHÁI NIỆM VÙNG KHUẤT DAO 27
2.2. CÁC CHI TIẾT CÓ VÙNG KHUẤT DAO ðIỂN HÌNH 27
2.2.1. Giới thiệu chung về khớp ñẳng tốc Rzeppa 29
2.2.2. Nguyên lý hoạt ñộng 33
2.3. XÂY DỰNGMÔ HÌNH 3D BẰNG PHẦN MỀM CÔNG NGHIỆP 36
2.3.1. Vỏ cầu 40
2.3.2. Lõi cầu 41
2.3.3. Vòng cách 42
2.3.4. Bi lăn 43
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2. 44
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG ÁN CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT CÓ
VÙNG KHUẤT DAO 45
3.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ 45
3.1.1. Nghiên cứu của Jesse Song về sự biến thiên ứng suất Hertz do sai số

chế tạo 45
3.1.2. Thiết kế và lập bản vẽ chi tiết 54
3.2. Các phương án công nghệ khi gia công 59
3.2.1. Trung tâm gia công 60
3.2.2. Phương án gá ñặt phôi 62
3.2.3. Dụng cụ cắt 66
3.2.4. Phương pháp gia công 67
3.3. Gia công cho khớp cầu Reppza 73
3.3.1. Gia công lõi cầu 73
3.3.2. Gia công vòng cách 76
3.3.3. Gia công vỏ cầu 77
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 80
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………



v

CHƯƠNG 4: THIẾT LẬP CHƯƠNG TRÌNH CNC 81
4.1. Chọn chế ñộ cắt 81
4.1.1. Chiều sâu cắt t 81
4.1.2. Lượng chạy dao 81
4.1.3. Tốc ñộ cắt V 82
4.2. Lựa chọn và thiết lập chương trình gia công trên máy CNC 83
4.2.1. Phương pháp lập trình 83
4.2.2. Lựa chọn phần mềm CAD/CAM 84
4.2.3. Lập chương trình gia công chi tiết trên máy CNC 86
4.3. Gia công chi tiết khớp Reppza 92
4.3.1. Máy gia công 93
4.3.2. Gia công vỏ cầu trên máy 5 trục. 110

4.3.3. kết nối với máy CNC 118
KẾT LUẬN CHƯƠNG 4. 119
KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 121
1.KẾT LUẬN 121
2.KIẾN NGHỊ 121
TÀI LIỆU THAM KHẢO 123

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………



vi

MỤC LỤC HÌNH

Hình 1.1. Hệ thống CAD/CAM 4
Hình 1.2. Sơ ñồ phát triển của hệ thống CAD/CAM 6
Hình 1.3. Sơ ñồ ứng dụng trong hệ CAD 7
Hình 1.4.Sơ ñồ ứng dụng trong hệ CAM 9
Hình 1.5. Mô hình công cụ CAD/CAM 11
Hình 1.6. Mối quan hệ CAD/CAM 11
Hình 1.7.Chức năng CAD/CAM trong chu kỳ sản xuất 13
Hình 1.8. Mô hình khái quát của một máy CNC 19
Hình 1.9. Các phương pháp ñiều khiển 21
Hình 1.10. ðiều khiển 2D và 2.5D 22
Hình 1.11. ðiều khiển 3D 23
Hình 1.12. ðiều khiển 4D 23
Hình 1.14. Hệ trục tọa ñộ 24
Hình 2.1. Một số khớp ñẳng tốc thông dụng 28
Hình2.2. Khớp ñẳng tốc Rzeppa 30

Hình 2.3. Sơ ñồ lắp ráp của khớp ñẳng tốc 31
Hình 2.4. Sơ ñồ vị trí của khớp ñẳng tốc 32
Hình 2.5. Một số khớp ñặng tốc thông dụng 32
Hình 2.6. Lược ñồ nguyên lý ñối xứng gương 33
Hình 2.7. Lược ñồ nguyên lý khớp Rzeppa 35
Hình 2.8. Nguyên lý ñối xứng gương của khớp Rzeppa 36
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………



vii

Hình 2.9. Mô hình khớp ñẳng tốc Rzeppa 40
Hình 2.10 : Vỏ cầu ngoài của khớp ñẳng tốc Rzeppa 41
Hình 2.11. Lõi cầu khớp ñẳng tốc Rzeppa 42
Hình 2.12. Vòng cách 43
Hình 2.13. Bi lăn 43
Hình 3.1. Khe hở lắp ghép trên khớp ñẳng tốc 46
Hình 3.2. Nguyên lý cấu tạo của khớp RZEPPA 47
Hình 3.3. Lõi cầu lý tưởng 48
Hình 3.4. Lõi cầu có sai số 48
Hình 3.5. Biểu ñồ mô tả ứng suất Hertz trên rãnh số 1 và 2 50
Hình 3.6 Biểu ñồ mô tả ứng suất Hertz trên rãnh số 3 và 4 50
Hình 3.7. Biểu ñồ mô tả ứng suất Hertz trên rãnh số 5 và 6 51
Hình 3.8. ñồ thị biểu diễn sai số về lỗi khoảng cách 53
Hình 3.9. Bản vẽ chi tiết vỏ cầu. 55
Hình 3.10. Bản vẽ chi tiết vòng cách 56
Hình 3.11. Bản vẽ chi tiết lỏi cầu 58
Hình 3.12. Gá nghiêng chi tiết 64
Hình 3.13. Gá thẳng chi tiết. 65

Hình 3.14. Kiểu chạy dao contour 73
Hình 3.15. Sơ ñồ bố trí các bề mặt chính lõi cầu 74
Hình 3.16. Sơ ñồ nguyên công I lõi cầu 75
Hình 3.17. Sơ ñồ nguyên công II lõi cầu 76
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………



viii

Hình 3.18. Sơ ñồ bố trí các bề mặt chính vòng cách 76
Hình 3.19. Sơ ñồ nguyên công gia công vòng cách 77
Hình 3.20. Sơ ñồ bố trí các bề mặt chính vỏ cầu 78
Hình 3.21. Sơ ñồ nguyên công III gia công vỏ cầu 79
Hình 4.1. Sơ ñồ nhập chương trình vào máy 88
Hình 4.2. Các dạng mã lệnh 89
Hình 4.3. Mẫu chương trình 91
Hình 4.4. Cú pháp của chương trình 92
Hình 4.5. Dao phay cầu 94
Hình 4.6. Bảng thông số dao phay 94
Hình 4.7. Chi tiết vỏ khớp cầu 95
Hình 4.8. Chọn máy gia công 96
Hình 4.9. Thiết lập phôi 96
Hình 4.10. Chọn kiểu phay và dao phay 97
Hình 4.11. Thiết lập ñường chạy dao 99
Hình 4.12. Chọn kiểu chạy dao surface finish contour 100
Hình 4.13. Chọn giới hạn bề mặt phay 100
Hình 4.14. Chọn dao phay 100
Hình 4.15. Thiết lập chế ñộ cắt 101
Hình 4.16. Mô phỏng ñường chạy dao 101

Hình 4.17. Chọn kiểu chạy dao 102
Hình 4.18. Chọn bề mặt gia công 103
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………



ix

Hình 4.19. Giới hạn vùng gia công 103
Hình 4.20. Chọn dao gia phay 103
Hình 4.21. Thiết lập thông số cắt 104
Hình 4.23. Mô phỏng gia công hốc cầu 105
Hình 4.24. Mô phỏng gia công rãnh trượt 105
Hình 4.25. Mô phỏng máy gia công 106
Hình 4.26 Xuất chương trình NC 107
Hình 4.27. Mô phỏng gia công cầu bằng phần mềm cimcoedit 109
Hình 4.28. Mô phỏng gia công 6 rãnh bằng phần mềm cimcoedit 110
Hình 4.29. Biện dạng ñường chạy dao 110
Hình 4.30. Chọn dao cắt 111
Hình 4.31. Chọn bề mặt gia công 112
Hình 4.32. Thiết lập kiểm soát dao 112
Hình 4.33.Kết quả mô phỏng ñường chạy dao 113
Hình 4.34.Chọn kiểu phay 113
Hình 4.35.Thiêt lập ñường chạy dao 114
Hình 4.36.Mô phỏng ñường chạy dao 115
Hình 4.37.Mô phỏng ñường chạy dao 115
Hình 4.38. Mẫu gia công thí nghiệm 119

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………



x









DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CAD: Computer Aided Design
CAE: Computer Aided Engineering
CAPP: Computer Aided Process Planning
CAM: Computer Aided Manufacturing
CNC: Computer Numerical Control
NC: Numerical Control
CAQ: Computer Aided Quality Control
CIM: Computer Integrated Manufacturing
APT: Automatically Programed Tool
MRP: Manufacturing Resources Planning
PP: Production Planning
DNC: Direct Numerical Control

FMS: Flexible Manufacturing System
M: Machine Point
R: Reference Point
T: Tool Offset
W: Work Point
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………



xi

P: Program Point


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………



1

PHẦN MỞ ðẦU

1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ðỀ TÀI
Ngày nay ngành công nghiệp ñang ngày càng phát triển, việc ứng dụng của
ngành công nghiệp vào ñời sống xã hội là rất lớn. Cùng với sự phát triển của
công nghiệp thì những ứng dụng của khoa học kĩ thuật vào trong sản xuất ñặc
biệt ứng dụng của công nghệ CNC là rất cao. Việt nam trong những năm gần ñây
nền công nghiệp ñang từng bước hiện ñại hoá, ứng dụng những thành tựu của
khoa học thế giới, ñặc biệt là công nghệ gia công trên máy CNC. Trong thực tế
sản xuất và ứng dụng các chi tiết máy hàng ngày ta thường gặp những chi tiết rất

ñơn gian chỉ cần gia công trên máy vạn năng thông thường, nhưng cũng có
những chi tiết khi ñưa công nghệ gia công trên máy CNC cũng gặp nhiều khó
khăn, ñặc biết là những chi tiết có vùng khuất dao. Chính vì lẽ ñó:
ðề tài “Nghiên cứu gia công chi tiết có vùng khuất dao trên máy CNC”
nhằm giúp nhà sản xuất lựa chọn các phương án công nghê gia công các chi tiết
có vùng khuất dao có hiểu quả.
2. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu ñề tài
ðề tài nhằm nghiên cứu khai thác các phương án công nghệ ñể gia công
các chi tiết có vùng khuất dao trên máy CNC khác nhau mà người sản xuất có
thể tự lựa chọn cho mình phương án hợp lý và giảm giá thành sản phẩm.
2.2. Nội dung nghiên cứu
- Về lý thuyết:
Xây dựng mô hình ñường chạy dao và dụng cụ cắt hợp lý khi thực hiện gia công
khớp cầu có vùng khuất dao.
- Về thực nghiệm:
Trong ñề tài này ñã ñược ứng dụng các phần mềm AutoCad, MasterCam,
Creo/elements/Pro5.0 vào việc thiết kế, tính toán, lập quy trình công nghệ và
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………



2

chế tạo khớp nối ñẳng tốc RZEPPA. Ngoài ra trong ñề tài còn ñược ứng dụng
phần mềm CimcoEdit ñể chỉnh sửa chương trình NC giúp giảm thời gian gia
công trên máy CNC.
3. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ðỀ TÀI.
3.1. Cơ sở khoa học:
Áp dụng chương trình chạy dao khi gia công chi tiết có vùng khuất dao như

mặt cong hình cầu hay bán cầu trên máy CNC 3 trục và 5 trục.
3.2. Tính thực tiễn:
Áp dụng gia công chi tiết khớp cầu Rzeppa trên máy CNC










Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………



3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM/CNC

1.1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM.
Những năm cuối thế kỷ tới, công nghệ CAD/CAM ñã trở thành một lĩnh
vực ñột phá trong thiết kế, chế tạo và sản xuất công nghiệp. CAD ( Computer
Aided Design) là thiết kế có sự trợ giúp bằng máy tính. CAM (Computer Aided
manufacture ) là sản xuất với sự trợ giúp của máy tính. Hai loại hình này ghép
nối với nhau ñã trở thành một loại hình công nghệ cao, một lĩnh vực khoa học
tổng hợp có sự liên ngành Cơ khí - Tin học - ðiện tử - Tự ñộng hóa. Cùng với sự
phát triển của khoa học máy tính, CAD/CAM ñã ñược chấp nhận nhanh chóng
trong công nghiệp (công nghiệp nhựa, công nghiệp cơ khí chế tạo… ) vì nó là

hạt nhân chính ñể sáng tạo và sản xuất sản phẩm, ñể tăng năng xuất lao ñộng,
giảm cường ñộ lao ñộng và tự ñộng hóa quá trình sản suất, nâng cao ñộ chính
xác chi tiết và ñạt hiệu quả kinh tế cao.
Ngày nay khoa học kỹ thuật phát triển như vũ bão ñòi hỏi người kỹ sư
phải không ngừng nâng cao chất lượng thông tin trong tất cả các khâu của quá
trình chuẩn bị sản xuất. Theo các nhà khoa học ñã phân tích thì tình hình thiết kế
hiện nay cho thấy 90% khối lượng thời gian thiết kế là ñể tra cứu số liệu cần
thiết cho việc tính toán, chỉ còn 10% thời gian giành cho lao ñộng sáng tạo và
quyết ñịnh. Cho nên khoảng 90% khối lượng công việc trên có thể thực hiện
bằng máy tính ñiện tử hoặc máy vẽ tự ñộng. Việc làm này vừa chính xác hơn,
vừa chất lượng hơn.
CAD/CAM là một lĩnh vực nghiên cứu nhằm tạo ra các hệ thống tự ñộng
thiết kế và chế tạo. Nó dùng máy tính ñiện tử ñể thực hiện một chức năng nhất
ñịnh ñể thiết kế và chế tạo sản phẩm. Tự ñộng hóa chế tạo là dùng máy tính ñiện
tử ñể hoạch hóa ñiều khiển quá trình sản xuất, ñiều khiển quá trình cắt gọt kim
loại và kiểm tra nguyên công gia công. CAD/CAM kết nối với nhau tạo ra mối
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………



4

quan hệ mật thiết giữa hai dạng hoạt ñộng là thiết kế và chế tạo mà lâu nay người
ta coi là khác nhau và không phụ thuộc vào nhau. Tự ñộng hóa thiết kế là dùng
các hệ thống và phương tiện tính toán giúp người kỹ sư ñể thiết kế, mô phỏng,
phân tích và tối ưu hóa giải pháp thiết kế. Phương tiện gồm máy tính ñiện tử, các
máy vẽ, máy in, thiết bị ñục lỗ băng…phương tiện lập trình bao gồm chương
trình máy, cho phép ñảm bảo giao tiếp với máy vẽ và các chương trình ứng dụng
ñể thực hiện chức năng thiết kế.
Hệ thống CAD/CAM là một sản phẩm của CIM (Computer Integrated

Manufacturing). Hệ thống này ñược quản lý và ñiều hành dựa trên cơ sở dữ liệu
trung tâm, hệ thống còn ñược dùng ñể lập kế hoạch, biểu ñồ, ñưa ra các chỉ dẫn và
thông tin ñảm bảo mục ñích kế hoạch của nhà máy…Mô hình hệ thống như sau:
CIM (COMPUTER INTEGRATED MANUFACTURING)










Hình 1.1. Hệ thống CAD/CAM
CAD Computer Aided Design: Thiết kế với sự trở giúp của MTðT
Nhu cầu
CAPP

CAD

Ý tưởng
Dự báo
MRP II

PP

CAQ
CAE

ðóng gói
CNC, Robots
CAM
Cơ sở dữ liệu

Khách hàng
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………



5

CAE Computer Aided Engineering: Phân tích kỹ thuật với sự trợ giúp của
MTðT
CAPP Computer Aided Process Planning: Lập phương án chế tạo với sự trợ
giúp của MTðT
CAM Computer Aided Manufacturing: Chế tạo với sự trợ giúp của MTðT
CNC Computer Numerical Control: Máy công cụ ñiều khiển bằng chương
trình số
CAQ Computer Aided Quality Control: Kiểm tra chất lượng với sự trở giúp
của MTðT
MRPII Manufacturing Resources Planning: Hoạch ñịnh nguồn lực sản suất
PP Production Planning: Lập kế hoạch sản suất
1.1.1. Lịch sử phát triển của CAD/CAM.
Lúc ñầu CAD/CAM là hai ngành phát triển tách biệt nhau, ñộc lập với
nhau trong khoảng 30 năm. Hiện nay chúng ñược tích hợp thành một hệ, trong
ñó thiết kế có thể lựa chọn phương án tối ưu và quá trình sản xuất có thể ñược
giám sát và ñiều khiển từ khâu ñầu ñến khấu cuối.
Phần mềm CAD ñầu tiên là SKETCHPAP xuất hiện vào năm 1962 ñược
viết bởi Ivansutherland thuộc trường kỹ thuật Massachusetts (MIT -

Massachusetts Institute of Technology). Hiện nay trên thế giới ñã có hàng ngàn
phần mềm CAD và một trong những phần mềm thiết kế nổi tiếng nhất là
AUTOCAD. AutoCAD là phiên bản ñầu tiên ñược công bố tháng 12-1982. Cho
ñến năm 1997 thì ñã có phiên bản thứ 14. Từ năm 2000 ñến nay, gần như mỗi
năm ñều có ra ñời phiên bản mới. cũng như hệ CAD, hệ CAM ñược phát triển
ứng dụng ñầu tiên tại MIT cho máy gia công ñiều khiển số CNC (Computer
Numerical Control) bằng máy vi tính vào ñàu những năm 70. Hệ tích hợp
CAD/CAM ra ñời giữa những năm 70 và 80.
Dưới ñây là sơ ñồ phát triển của hệ thống CAD/CAM
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………



6


Hình 1.2. Sơ ñồ phát triển của hệ thống CAD/CAM
1.1.2. ðịnh nghĩa các công cụ CAD/CAM
1.1.2.1. ðịnh nghĩa công cụ CAD
ðể thành một sản phẩm hoàn chỉnh cần thực hiện hai công ñoạn chính là:
thiết kế và chế tạo.
Ở công ñoạn thiết kế trên cơ sở thu nhập thông tin, xử lý dữ liệu và kết
hợp với khả năng sáng tạo người thiết kế phân tích toàn bộ tập hợp các phương
án và chọn ra một phương án thiết kế tối ưu.
ðối với sản phẩm có cấu trúc phức tạp, ñòi hởi những chỉ tiêu cao về
thông số kỹ thuật cũng như kinh tế, ñể ñạt ñược những giải pháp tối ưu, trong
nhiều trường hợp công việc thiết kế và chế tạo không thể thực hiện một cách
hoàn chỉnh bởi những phương pháp và công cụ thông thường.
Thiết kế với sự hổ trở của máy tính ñiện tử - CAD là sự ứng dụng có hiệu
quả các phương tiện công nghệ của kỹ thuật tin học, ñiện tử… ñể giải quyết các

công việc liên quan tới các công việc thiết kế.
Quá trình thiết kế nói chung bao gồm việc xác ñịnh và mô tả các giải pháp
kỹ thuật cụ thể thỏa mãn tất cả các yêu cầu kỹ thuật. Chỉ tiêu kinh tế và có thể
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………



7

phân chia làm 6 giai ñoạn chính (hình 1-3).











Hình 1.3. Sơ ñồ ứng dụng trong hệ CAD
Việc sự dụng công cụ tin học và ñiện tử trong công việc thiết kế - thiết kế
với sự trở giúp của máy tính ñiện tử ( CAD ) có thể chia thành bốn công ñoạn
chính bao gồm
- Mô hình hóa hình học
- Tính toán kỹ thuật
- Thiết kế tối ưu
- Lập tài liệu kỹ thuật tự ñộng mô hình ñã ñược thiết kế
* Mô hình hình học: Ứng dụng hệ thống CAD ñể phát triển việc mô tả toán học

của các vật thể hình học. Các mô hình hình học này ñược lưu trữ trong hệ cơ sở
dữ liệu (trong bộ nhớ máy tính) cho phép người sự dụng hình ảnh của mô hình
trên các thiết bị ñồ họa và thực hiện các thao tác dựng hình.
Xây dụng nhiệm vụ thết kế
Thiết kế tổng thể
Thiết kế chi tiết
Phân tích tính toán
Thiết kế tối ưu
Lập tài liệu thiết kế
GEOMETRI
C

OPTIMZATIO
N

ANALYSIS

DRAFTING)
(VIEWS AND
DRAWINGS

AutoCAD
Cimatron
PROengine
r

Sap 86

Nastran

AutoCAD

Cimatron
PRO

Sap 86
N
astran

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………



8

* Tính toán phân tích kỹ thuật: Sau giai ñoạn thiết kế mô phỏng hình học, các
vật thể hình học và mô hình hình học của ñối tượng thiết kế cần phải ñược tính
toán và phân tích ( ñể ñảm bảo các thông số kỹ thuật ), ví dụ: Kiểm tra ñộ bền,
biến dạng, quá trình trao ñổi nhiệt. Quá trình tính toán phân tích kỹ thuật ñược
thực hiện thông qua các phần mềm, ví dụ: Phần mềm tính toán phân tích theo
phương pháp phần tử hửu hạn; phần mềm thiết kế ñộng học; phần mềm khảo sát
các quá trình truyền nhiệt…
* Lập tài liệu thiết kế tự ñộng: ðây là công việc thể hiện kết quả thiết kế tự
ñộng tạo các hình chiếu, tạo các bản vẽ kỹ thuật bao gồm cả kích thước từ mô
hình 3D ñã ñược thiết kế.
1.1.2.2. ðịnh nghĩa công cụ CAM
Thực hiện quy trình sản xuất với sự trở giúp cảu máy tính ñiện tử là sự
dụng máy tính ñể lập kế hoạch sản xuất và ñiều khiển sản xuất. Sơ ñồ các lĩnh
vực ứng dụng trong hệ CAM có thể ñược biểu diễn theo sơ ñồ trên (hình 1-3)
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

9





















Hình 1.4.Sơ ñồ ứng dụng trong hệ CAM
Lập kế hoạch sản xuất ñược thể hiện trong văn phòng cho các công việc
cụ thể sau:
Lập kế hoạch sản xuất
Dự tính giá thành sản phẩm

Xắp xếp dây chuyền sản xuất
Cơ sở dữ liệu công nghệ

Lập trình gia công
Tiêu chuẩn hóa các nguyên công
CAM

LẬP KẾ HOẠCH
SẢN XUẤT

ðIỀU KHIỂN
QUÁ TRÌNH
S
Ả
N XU
Ấ
T

ðiều khiển chất lượng sản phẩm

ðiều khiển các thiết bị vận chuyển

ðiều khiển xưởng

Giám sát quá trình sản xuất

ðiều khiển quá trình sản xuất

ðiều khiển các máy NC và CNC

ðiều khiển kho vật tư và dụng cụ

ðiều khiển tay máy người máy

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………



10
- Tự ñộng hóa thiết kế quy trình công nghệ, có nghĩa là hình thành các
trình tự nguyên công ñể gia công chi tiết cụ thể. Muốn thực hiện ñược các công
việc này, ngoài các dự liệu về hình học ( bên CAD cung cấp), còn có các dự liệu
về công nghệ như: Thông số kỹ thuật của máy, thông số về dao cắt, thông số về
gá lắp, thông số về chế ñộ cắt và tiêu chuẩn hóa các nguyên công.
- Tự ñộng lập chương trình gia công cho máy ñiều khiển theo chương
trình số. Ngôn ngữ lập trình của CAM là APT (Automatically Programed Tool).
Với APT người lập trình có thể xác ñịnh hình dạng dụng cụ, dung sai, các yếu tố
hình học chuyển ñộng dụng cụ. Nhược ñiểm của APT là thời gian tính toán lớn
cho những chi tiết ñơn giản. Ưu ñiểm lớn nhất của APT là nó trở thành chuẩn
cho thế giới rộng lớn cho máy NC.
Hệ CAM ñược sự dụng rỗng rãi ở Việt nam là Mill-CAM, Lathe- CAM
- Tự ñộng hóa lập các ñịnh mức kỹ thuật ñể thực hiện từng nguyên công
công nghệ
- Tự ñộng lên kế hoạch nhu cầu về cơ sở vật chất, mua bán thành phẩm và
nguyên vật liệu.
- Tự ñộng lập kế hoạch sản xuất có xét tới yêu cầu và ñiều kiện cụ thể.
Việc ñiều khiển quá trình sản xuất ñược thực hiện dưới mặt bằng phân xưởng
của xí nghiệp hay nhà máy. Bao gồm các công việc ñiều khiển tự ñộng, rô bốt
cấp phôi, lấy chi tiết… ñiều khiển, giám sát hoạt ñộng của xưởng như: Chất
lượng sản phẩm, cung cấp vật tư, lưu kho…

Trong tất cả những công việc áp dụng của máy tính trên ñây ñòi hỏi có sự
tham gia của con người hoặc ñể nhập dữ liệu ñể ñảm bảo cho chương trình làm
việc hoặc ñể giám sát các kết quả thực hiện.
1.1.2.3. ðịnh nghĩa công cụ CAD/CAM
Tổ hợp CAD/CAM là một hệ thống mà ở ñó mối liên kết giữa thiết kế và
chế tạo ñược hoàn thiện dựa trên cơ sở sự dụng thông tin và dữ liệu của quá trình
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………



11
CAD trực tiếp trong thủ tục CAM. Như vậy tránh ñược sự hình thành một cách
ñộc lập các dữ liệu cho chương trình của máy tính trong lĩnh vực sản xuất. Mô
hình công cụ CAD/CAM

Hình 1.5. Mô hình công cụ CAD/CAM
Mối quan hệ CAD/CAM và tự ñộng hóa sản xuất thể hiện hình 1-5 là phần
giao nhau giữa 5 phần:

Hình 1.6. Mối quan hệ CAD/CAM
Trong ñó
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………



12
- Mạng làm việc là các tổ chức xản xuất, hệ thống cung cấp vật liệu và
những công việc thực hiện trên sàn máy, xí nghiệp.
- Công cụ sản xuất như máy CNC, rô bốt công nghiệp
- Công cụ thiết kế như máy tính, máy vẽ và các phần mềm ứng dụng khác.

- Mô hình hình học là những thực thể hình học cơ sở, ñược sự dụng trên
bản vẽ kỹ thuật hay trên màn hình máy tính như:
ðiểm (Point) ñược mô tả bởi giá trị tọa ñộ
ðường cong (Curve), bao gồm các ñoạn thẳng ( line) ñược mô tả bằng chuỗi
ñiểm hoặc phương trình.
Mặt cong ( Surface) bao gồm cả mặt (face) ñược mô tả bởi tập hợp ñiểm
(hoặc lưới ñường cong), hoặc phương trình.
Khối (Solid) ñược ñịnh nghĩa bởi các mặt cong bao quanh.
Hệ CAD/CAM kỹ thuật ñã ñược ứng dụng cho cơ khí từ một vài năm
trước trong một số lĩnh vực công nghiệp hàng không. Hệ tích hợp CAD/CAM ñã
có ở Việt nam là CIMATRON, MASTERCAM, PROENGINEER, DELCAM
ðể ñánh giá ñược tầm quan trọng của CAD/CAM trong kỹ thuật sản xuất chúng
ta nên phân tích các phạm vi hoạt ñộng khác nhau và chức năng tương ứng ñể
thực hiện việc nghiên cứu và chế tạo sản phẩm. Các thể loại công việc và chức
năng của chúng trong chu kỳ sản xuất ñược thể hiện trên (h1-6).
Chu kỳ này hoạt ñộng theo nhu cầu của khách hàng và thị trường tiêu thụ.
Chu kỳ sản xuất có thể thay ñổi tùy theo yêu cầu của khách hàng.
Có trường hợp việc thiết kế là do khách hàng thực hiện cho nên nhà máy
chỉ có nhiệm vụ chế tạo sản phẩm ñã ñược thiết kế ñó.
Trường hợp thứ hai nhà máy ñảm nhận luôn cả công việc thiết kế và chế
tạo sản phẩm. Tuy nhiên nếu tổng quát mà nói thì ñều xuất phát từ ý ñồ tạo ra
sản phẩm mới. Dựa vào ý ñồ tạo ra sản phẩm ñó mới thiết kế sản phẩm, hoàn tất
bản vẽ.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………



13
Trên bản vẽ sản phẩm phải nói rõ các yêu cầu kỹ thuật cần phải ñảm bảo
trong quá trình chế tạo.Trên cơ sở các bản vẽ chi tiết phải thiết lập quy trình

công nghệ chế tạo sản phẩm và lập kế hoạch sản xuất. Kế hoạch sản xuất phải
chỉ rõ thời gian và sản lượng xuất xưởng trong thời gian ñã ñịnh. Tiếp theo là
công ñoạn ñưa vào sản xuất, chế tạo xong phải tiến hành kiểm tra và thử nghiệm
sản phẩm. cuối cùng là bàn giao cho khách hàng.













Hình 1.7.Chức năng CAD/CAM trong chu kỳ sản xuất
Trong giai ñoạn thiết kế sản phẩm mới, áp dụng máy tính ñiện tử cho
phép tự ñộng hóa thiết kế, in các bản vẽ và tài liệu kỹ thuât.
Giai ñoạn chuẩn bị công nghệ, nghĩa là thiết kế quy trình công nghệ và
lập biểu ñồ sản xuất với sự trở giúp của máy tính ñiện tử. Ngoài ra máy tính ñiện
tử còn có thể áp dụng ñiều khiển quá trình chế tạo chi tiết dùng tay máy, các
T
ự
ñ
ộ
ng hóa thi
ế
t k

ế

V
ẽ
b
ằ
ng máy tính ñi
ệ
n t
ử

Khái niệm sản phẩm mới

Thiết kế sản phẩm

Vẽ chi tiết

Nhu cầu thị
trường

Nhu cầu
trang thiết bị
mới

Kế hoạch
hóa quá
trình sản
xuất

Kiểm tra chất

lượng

Sản xuất sản
phẩm

Lập biểu ñồ
sản xuất

Tự ñộng hóa
kiểm tra chất
lượng

Trang thiết
bị ñiều khiển

Vẽ biểu ñồ, lập
nhu cầu nguyên
vật liệu

Tự ñộng hóa
Kế hoạch hóa quá
trình sản xuất