bài giảng Công nghệ CAD- CAM trong đóng tàu Bùi Văn Nghiệp, Hoàng Văn Thọ

Bài giảng: CÔNG NGHỆ
CAD/CAM TRONG ĐÓNG TÀU
1 Naval Architecture dep't - NTU 26/05/2015
(CAD/CAM technical in Ship building)
Tín chỉ (credits): 2
NỘI DUNG MÔN HỌC
 Chuyên đề 1: Tổng quan về công nghệ
CAD/CAM.
 Chuyên đề 2: Nesting trong ngành đóng
tàu thuỷ.
 Chuyên đề 3: Chế tạo kết cấu tàu thuỷ trên
máy CNC.
2 Naval Architecture dep't - NTU 26/05/2015
CHUYÊN ĐỀ 1: TỔNG QUAN
1, Các thuật ngữ:
CAD: Computer Aided Draft (Design) hoặc CAO:
Conception Assistée par Ordinateur: nghĩa là thiết kế (vẽ)
có sự hỗ trợ của máy tính.
CAM: Computer Aided Manufacturing hoặc FAO:
Fabrication Assistée par Ordinateur: nghĩa là chế tạo có sự
hỗ trợ của máy tính.
CIM: Computer Intergrated Manufacturing hoặc FIO:
Fabrication Intégrée par Ordinateur: Là hệ thống tích hợp
cả thiết kế, chế tạo và kiểm tra chất lượng sản phẩm với sự
hỗ trợ của máy tính.
3 Naval Architecture dep't - NTU 26/05/2015
Kết quả của CAD là một bản vẽ xác
định, một sự biểu diễn nhiều hình
chiếu khác nhau của một chi tiết cơ
khí với các đặc trưng hình học và
chức năng. Các phần mềm CAD là

các dụng cụ tin học đặc thù cho việc
nghiên cứu và được chia thành hai
loại: Các phần mềm thiết kế và các
phần mềm vẽ.
4 Naval Architecture dep't - NTU 26/05/2015
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 suất của trang thiết bị,
các điều kiện sản xuất khác nhau có giá
thành nhỏ nhất, với việc tối ưu hoá đồ gá
và dụng cụ cắt nhằm đảm bảo các yêu cầu
kỹ thuật của chi tiết cơ khí.
5 Naval Architecture dep't - NTU 26/05/2015
2, Khái niệm về CAD/CAM
CAD/CAM nghĩa là thiết kế và chế tạo nhờ
máy tính. Cấu trúc của nó thể hiện như sau:
6 Naval Architecture dep't - NTU 26/05/2015
Nhu cầu
thực tế
Thiết kế Chế tạo
Sản
phẩm
CAM CAD
CAD/CAM
3. Vai trò của CAD/CAM trong chu kỳ sản xuất
7 Naval Architecture dep't - NTU 26/05/2015
Sơ đồ chu kỳ sản xuất truyền thống

1
2 3
4
5
6
6’
7
8
8 Naval Architecture dep't - NTU 26/05/2015
Sơ đồ chu kỳ sản xuất khi dùng CAD/CAM
CAD/CAM chi phối toàn bộ quy trình sản xuất
Ứng dụng của CAD
- Thiết kế mô phỏng hình học 3 chiều (3D) những
hình dạng phức tạp.
- Liên kết với các chương trình tính toán thực hiện các
chức năng phân tích kỹ thuật: tính biến dạng khuôn,
mô phỏng dòng chảy vật liệu, trường áp suất,
trường nhiệt độ, độ co rút vật liệu,
- Nội suy hình học, biên dịch các kiểu đường chạy dao
(mỏ cắt) chính xác cho công nghệ gia công điều
khiển số.
Việc làm này được thực hiện nhanh chóng, tự động và
điều chỉnh khá dễ dàng khi gặp những sai sót trong
quá trình thiết kế. Giảm đáng kể chi phí sản xuất.
9 Naval Architecture dep't - NTU 26/05/2015
10 Naval Architecture dep't - NTU 26/05/2015
Ứng dụng của CAM
- Điều khiển và theo dõi sản xuất.
- Các ứng dụng hỗ trợ sản xuất:
1. Lập trình gia công NC nhờ máy tính: Chương trình điều khiển được

chuẩn bò cho máy công cụ tự động.
2. Lập quy trình công nghệ tự động nhờ máy tính: Máy tính chuẩn bò
cho danh sách trình tự các nguyên công cần thiết để sản xuất một
sản phẩm cụ thể.
3. Đònh mức thời gian nhờ máy tính: Máy tính sẽ xác đònh đònh mức
thời gian cho từng nguyên công sản xuất cụ thể.
4. Lập kế hoạch sản xuất: Máy tính xác đònh biểu đồ (lòch trình) thích
hợp cho sản xuất sắp tới.
5. Lập kế hoạch yêu cầu vật liệu: Máy tính xác đònh bao giờ thì đặt
mua vật liệu thô và các linh kiện và mua bao nhiêu để đảm bảo lòch
trình sản xuất.
6. Nắm tình hình sản xuất: Trong ứng dụng CAM này dữ liệu được tập
hợp từ nhà máy để xác đònh việc thực hiệc đơn đặt hàng tiến triển ra
sao.
4. Thiết kế và gia công tạo hình
Theo lịch sử hình thành và phát triển ta có
thể phân biệt công nghệ thiết kế và gia công
tạo hình như sau:
- Thiết kế và gia công tạo hình theo công
nghệ truyền thống.
- Thiết kế và gia công tạo hình theo công
nghệ CAD/CAM
- Thiết kế và gia công tạo hình theo công
nghệ tích hợp CIM
11 Naval Architecture dep't - NTU 26/05/2015
4.1. Thiết kế và gia công tạo hình
theo công nghệ truyền thống.

Trong công nghệ truyền thống, các mặt cong 3D
phức tạp được gia công trên máy vạn năng theo

phương pháp chép hình sử dụng mẫu hoặc dưỡng.
Do vậy qui trình thiết kế và gia công bao gồm có
4 giai đoan phân biệt:
1. Tạo mẫu sản phẩm,
2. Lập bản vẽ kỹ thuật,
3. Tạo mẫu chép hình,
4. Gia công chép hình.
12 Naval Architecture dep't - NTU 26/05/2015
13 Naval Architecture dep't - NTU 26/05/2015
Qui trình này có những hạn chế:
- Khó đạt được độ chính xác gia công, chủ yếu do quá trình chép hình,
- Dễ dàng làm sai do nhầm lẫn hay hiểu sai vì phải xử lý một số lớn dữ liệu,
- Năng suất thấp do mẫu được thiết kế theo phương pháp thủ công và qui trình
được thực hiện tuần tự: tạo mẫu sản phẩm – lập bản vẽ chi tiết – tạo mẫu chép
hình – gia công chép hình.
Phương pháp truyền thống
14 Naval Architecture dep't - NTU 26/05/2015
4.2. Thiết kế và gia công tạo hình theo
công nghệ CAD/CAM.
(CAD)
SẢN PHẨM
MẪU
Phương pháp sử dụng CAD/CAM
Sự phát triển của phương pháp mô hình hoá hình học
cùng với thanh tựu của công nghệ thông tin, công nghệ
điện tử, kỹ thuật điều khiển số đã có những ảnh hưởng
trực tiếp đến công nghệ thiết kế và gia công tạo hình:
- Bản vẽ kỹ thuật được tạo từ hệ thống vẽ và tạo bản vẽ
với sự trợ giúp của máy vi tính.
- Tạo mẫu thủ công được thay thế bằng mô hình hoá

hình học trực tiếp từ giá trị lấy mẫu 3D.
- Mẫu chép hình được thay thế bằng mô hình toán học -
mô hình hình học lưu trữ trong bộ nhớ máy vi tính và
ánh xạ trên màn hình dưới dạng mô hình khung lưới.
- Gia công chép hình được thay thế bằng gia công điều
khiển số (CAM).
15 Naval Architecture dep't - NTU 26/05/2015
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 hoá hình học.
Kết quả là mẫu chép hình và công nghệ gia công chép
hình được thay thế bằng mô hình hình học số và gia công
điều khiển số. Mặt khác 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). Theo công nghệ CAD/CAM
phần lớn các khó khăn của quá trình thiết kế và gia công tạo
hình theo công nghệ truyền thống được khắc phục vì rằng:
• Bề mặt gia công đạt được chính xác và tinh xảo hơn.
• Khả năng nhầm lẫn do chủ quan bị hạn chế đáng kể.
• Giảm được nhiều tổng thời gian thực hiện qui trình thiết
kế và gia công tạo hình.
16 Naval Architecture dep't - NTU 26/05/2015
17 Naval Architecture dep't - NTU 26/05/2015
4.3. Thiết kế và gia công tạo hình theo
công nghệ tích hợp (CIM).
Phương pháp công nghệ tích hợp CIM
18 Naval Architecture dep't - NTU 26/05/2015
Từ công nghệ CAD/CAM ta dễ dàng thực hiện ý tưởng liên
kết mọi thành phần trong một hệ thống tích hợp. Theo công
nghệ tích hợp, công việc mô hình hoá hình học - vẽ - tạo bản

vẽ được tích hợp trong CAD; kết quả mọi thông tin về hình
dáng được lưu lại dưới dạng CGM, lưu trữ trong cơ sở dữ liệu
trung tâm. Công nghệ tiên tiến nhất có khả năng hỗ trợ thực
hiện toàn bộ qui trình thiết kế và chế tạo theo công nghệ tích
hợp:
• Cho phép thiết lập mô hình hình học số CGM trực tiếp từ ý
tưởng về hình dáng.
• Được trợ giúp bởi thiết bị đồ hoạ mạnh và công nghệ tô
màu, tạo bóng hiện đại.
• Có khả năng thực hiện các chức năng phân tích kỹ thuật; liên
kết với các thiết bị tạo mẫu nhanh theo công nghệ tạo hình lập
thể; lập trình chế tạo; điều khiển quá trình gia công điều khiển
số; lập qui trình lắp ráp; tạo phôi,
5. Một số phần mềm CAD/CAM thông dụng
Ngày nay, mỗi lĩnh vực đều có những phần mềm
chuyên biệt. Đối với ngành Đóng tàu, người ta sử
dụng các phần mềm chuyên cho thiết kế đó là:
AutoCAD, AutoSHIP, Rhinoceros,
ShipConstructor, Nupas - CADmatic, Tribon,
Unigraphics (NX) Các phần mềm mô phỏng
(simulation): Ansys, Abaqus…
Bộ phần mềm tích hợp tạm coi là CIM mà chúng
ta được sử dụng tại khoa KTGT là TorchCAD và
Torchmate kết nối với máy cắt CNC
19 Naval Architecture dep't - NTU 26/05/2015
20 Naval Architecture dep't - NTU 26/05/2015
6. Giới thiệu các máy cắt CNC thông dụng
trong công nghiệp đóng tàu thủy.
Máy cắt CNC – Oxy -gas
Máy cắt CNC – Plasma

21 Naval Architecture dep't - NTU 26/05/2015
Máy cắt Laser
22 Naval Architecture dep't - NTU 26/05/2015
Nói chung, 3 dạng máy cắt có cùng chung đặc điểm là cắt
các chi tiết kết cấu, chỉ khác nhau ở chỗ nguyên lý cắt
khác nhau. Tìm hiểu thêm về nguyên lý cắt!
5. Sơ lược về điều khiển số (NC)
5.1 Khái niệm: Điều khiển số là một dạng tự
động có thể lập trình được, trong đó qúa trình
được điều khiển bằng số, chữ và các ký hiệu.
Trong NC, các số tạo nên chương trình lệnh
được thiết kế cho một việc gia công cụ thể. Khi
sản phẩm thay đổi, chương trình cũng thay đổi.
Khả năng dễ dàng thay đổi chương trình đối
với mỗi sản phẩm làm cho NC có tính mềm
dẻo. Viết một chương trình mới dễ hơn nhiều
so với thay đổi căn bản về thiết bò.
Công nghệ NC được ứng dụng cho nhiều
lónh vực, kể cả vẽ, lắp ráp, kiểm tra, dập kim
loại tấm và hàn điểm.

23 Naval Architecture dep't - NTU 26/05/2015
5.2 Các thành phần cơ bản của hệ thống NC:

24 Naval Architecture dep't - NTU 26/05/2015
1. Chương trình điều khiển
2. Hệ thống điều khiển Machine control
Units (MCU)
3. Máy công cụ hoặc quá trình được
điều khiển khác

5.2.1 Chương trình điều khiển:

Là những tập hợp những câu lệnh điều khiển
máy phải làm gì. Các lệnh này được mã hóa
ở dạng số và ký hiệu mà thiết bò điều khiển
có thể nhận dạng được. Chương trình được ghi
trên Băng từ, Đóa từ.

Chương trình được chuẩn bò bởi lập trình viên,
trong đó người lập trình chỉ ra từng bước theo
trình tự công nghệ. Đối với máy cắt nhiệt,
Plasma các bước công nghệ là các chuyển
động tương đối giữa mỏ cắt và phôi (tôn tấm).
25 Naval Architecture dep't - NTU 26/05/2015