GIÁO TRÌNH CAD CAM CHƯƠNG 1

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM
Lê Trung Thực

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM
1.1. KHÁI NIỆM VỀ CAD/CAM
CAD/CAM có nghiã là thiết kế và chế tạo nhờ máy tính
CAD : Computer Aided Design
CAM: Computer Aided Manufacturing
CAD nghóa là dùng hệ thố
thống máy tính để tạo ra, biến đổi, phân tích hoặc tối

ưu hóa bản thiết kế

Hệ thống máy tính gồm phần cứng và phần mềm để thực hiện nhiệm vụ thiết

kế cụ thể.

Phần cứng của hệ thống máy tính gồm:

- Máy Tính
- Màn hình đồ họa
- Chuột và bàn Phím
Phần mềm của hệ thống máy tính gồm những chương trình máy tính để đưa màn
hình đồ họa vào sử dụng trong công việc thiết kế.
Thí dụ: chương trình phân tích ứng suất - biếân dạng, động lực học cơ hệ, tính
toán truyền nhiệt, v.v…
CAM: Sử dụng máy tính để điều khiển và theo dõi các hoạt động trong nhà
máy trực tiếp hoặc gián tiếp qua giao diện máy tính với nguồn nhân lực của nhà máy.
Việc ứng dụng CAM có hai mảng lớn.
1/ Điều khiển và theo dõi sản xuất: Trực tiếp dùng máy tính nối với quá trình

sản xuất
2/ Các ứng dụng hỗ trợ sản xuất: Sử dụng máy tính một cách gián tiếp để hỗ trợ
sản xuất mà không có giao diện trực tiếp giữa máy tính với quá trình sản xuất.
Theo dõi: giao diện trực tiếp với máy tính để quan sát qúa trình và thiết bò liên
quan và thu nhận dữ liệu về qúa trình.
Điều khiển sản xuất nhờ máy tính: người vận hành không chỉ quan sát qúa trình
mà còn điều khiển nó thông qua các quan sát của mình. Hình 1.1 cho thấy sự khác biệt
giữa theo dõi và điều khiển.
Máy
tính

Dữ liệu về
qúa trình

a)

CAD/CAM

Quá
trình

Dữ liệu về
qúa trình

Máy
tính

b)

Quá

trình

Tín hiệu
điều khiển

8


Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM
Lê Trung Thực
Hình 1.1. Sự khác nhau giữa theo dõi (a) và điều khiển (b) qúa trình nhờ máy
tính
Ta thấy rằng ở trường hợp điều khiển, máy tính ra lệnh trực tiếp đến qúa trình sản
xuất. Lệnh này dựa trên cơ sở thuật toán điều khiển chứa trong phần mềm của nó.
Các ứng dụng hỗ trợ sản xuất: không dùng máy tính trực tuyến mà dùng ngoại
tuyến để đảm bảo:
- lập quy trình công nghệ,
- lập kế hoạch sản suất,
- dự báo,
- chỉ dẫn,
- thông báo
nhằm làm cho nguồn tài nguyên được sử dụng tốt hơn. Qúa trình này được thể hiện
trên hình 1.2. Mũi tên đứt đoạn ký hiệu sự liên hệ gián tiếp giữa máy tính và qúa trình
sản suất.
Máy
tính

Dữ liệu về
qúa trình

Qúa
trinh
sản xuất

Tín hiệu
điều khiển

Hình 1.2. CAM để hỗ trợ sản xuất.
Thí dụ hỗ trợ sản xuất của CAM được thực hiện qua các ứng dụng sau.

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.
Trong các thí dụ trên, con người cần có mặt để đảm bảo hoặc là nhập chương
trình cho máy tính hoặc biên dòch dữ liệu ra từ máy tính và thực hiện những hoạt
động cần thiết.

1.2. CHU KỲ SẢN XUẤT VÀ CAD/CAM

CAD/CAM

9


Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM
Lê Trung Thực

Chu kỳ sản xuất cổ điển.

Chu kỳ sản xuất cổ điển được vẽ trên hình 1.3.
Khái niệm
sản phẩm

Khách hàng
và thò trường

Kiểm tra

Tính toán
thiết kế

Vẽ

Đặt mua
thiết bò mới

Thiết kế
QTCN

Sản xuất

Lập kế hoạch
sản xuất

Hình 1.3 Chy kỳ sản xuất cổ điển

Chu kỳ sản xuất được điều khiển bởi khách hàng và thò trường vì họ là những
người yêu cầu sản phẩm. Chính họ tạo ra khái niêm về sản phẩm cho người sản xuất
để từ đó tính tóan, thiết kế, lên bản vẽ rồi lập qui trình công nghệ gia công. Để sản
xuất phải lên kế hoạch sản xuất và đặt hàng mua thiết bò mới nếu cần. Sản xuất
xong phải kiểm tra trước khi đưa ra thò trường. Trong qúa trình kiểm tra, nếu phát hiện
thấy có sai sót, thông tin được báo cho khâu sản xuất để kòp thời sửa chữa.

Chu kỳ sản xxuấ
uất có ứng dụng CAD/CAM

Việc ứng dụng CAD/CAM được thể hiện ở nhiều khâu của chu kỳ sản xuất (hình
1.4). Thiết kế nhờ máy tính, lập bản vẽ và lên hồ sơ nhờ máy tính được ứng dụng ở
khâu khái niệm sản phẩm, thiết kế và lập bản vẽ. Máy tính được dùng để lập qui trình
công nghệ, lên kế hoạch sản xuất, giúp thực hiện các chức năng này có hiệu qủa hơn.
Máy tính được dùng trong sản xuất để theo dõi và điều khiển các nguyên công
công nghệ. Ở khâu kiểm tra chất lượng sản phẩm, máy tính được dùng để kiểm tra và
thử sản phẩm và các thành phần của nó.
Như được minh họa trên hình 1.4, CAD/CAM bao trùm lên tất cả các hoạt động
và chức năng của chu kỳ sản xuất. Trong thiết kế và hoạt động sản xuất của một nhà
máy hiện đại, máy tính trở nên một công cụ cần thiết và hưũ ích. Để các nhà máy, xí
nghiệp và nhữõng con người làm việc trong đó hiểu thế nào là CAD/CAM là một công
việc rất quan trọng và hữu ích.

CAD/CAM

10


Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM
Lê Trung Thực

Lập bản vẽ và hồ
sơ nhờ máy tính

CAD
Khái niệm
sản phẩm

Khách hàng
và thò trường

Kiểm tra

Điều khiển
chất lượng
nhờ máy tính

Tính toán
thiết kế

Vẽ

Đặt mua

thiết bò mới

Thiết kế
QTCN

Sản xuất

Lập kế hoạch
sản xuất

Robot, máy công
cụ… điều khiển
bằng máy tính

Lập
QTCN
nhờ
máy
tính

Lập kế hoạch sản
xuất nhờ máy tính,
kế hoạch nhu cầu
vật tư , nắm tình
hình sản xuất

Hình 1.4 Chu kỳ sản xuất có ứng dụng máy tính

1.3. TỰ ĐỘNG HÓA và CAD/CAM
Các dạng sản xuất:

Hoạt động sản xuất có thể chia ra làm 4 dạng:
1. Các quá trình kiểu dòng chảy liên tục
2. Sản xuất hàng khối các sản phẩm cụ thể
3. Sản xuất hàng loạt
4. Sản xuất đơn chiếc
Mối liên hệ của 4 dạng sản xuất được cho trên hình 1.5

CAD/CAM

11


Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM
Lê Trung Thực

Sản
lượng

Qúa trình
kiểu dòng
chảy liên tục

Sản xuất
hàng khối

Sản xuất
hàng loạt
Sản xuất loạt
nhỏ và đơn chiếc

Tính đa dạng
Hình 1.5. Quan hệ của bốn dạng sản xuất
Đặc điểm của 4 dạng sản xuất được cho trong bảng 1.1.

Bảng 1.1 Đặc điểm của bốn dạng sản xuất
Dạng sản xuất
Qúa trình kiểu
dòng chảy liên tục
Sản xuất hàng
khối các sản phẩm
cụ thể
Sản xuất hàng loạt
Sản xuất hàng
loạt nhỏ và đơn
chiếc

Nội dung
Sản xuất sản phẩm theo kiểu dòng chảy liên tục. Thí
dụ: Các dây chuyền sản xuất hóa chất, ép dầu, bia…
Sản xuất với số lượng lớn một sản phẩm (có thể với
những model khác nhau. Thí dụ ô tô, trang thiết bò, động cơ
nổ,…
Sản suất cùng một loạt sản phẩm với số lượng trung
bình. Loạt có thể được sản xuất một lần hoặc lặp lại. Thí dụ
sách, quần áo và một số máy móc công nghiệp.
Sản xuất sản phẩm đặc biệt với số lượng ít, thường mỗi
loại một cái. Sản phẩm thường do khách hàng đặt đơn chiếc
và phức tạp về công nghệ. Thí dụ mẫu, máy bay, máy công
cụ và nhữõng thiết bò khác.

Nhữõng thành tựu tự động hóa đạt được trong các dạng sản xuất trên được cho
trong bảng 1.2

CAD/CAM

12


Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM
Lê Trung Thực

Bảng 1.2 Những thành tưu đạt được trong tự động hóa đối với 4 dạng sản xuất
1. Qúa trình liên tục

- Qúa trình sản xuất liên tục từ đầu đến cuối
- Dùng cảm biến đo các biến số quan trọng của qúa
trình
- Sử dụng hệ thống điều khiển thông minh và chiến
lược tối ưu hóa
- Nhà máy hoàn toàn tự động điều khiển bằng máy
tính

2. Sản xuất hàng khối

- Dây chuyền tự động
- Dây chuyền Roto
- Dây truyền lắp ráp được tự động hóa một phần và
toàn bộ
- Người máy công nghiệp để hàn điểm, nạp phôi cho

máy, phun sơn, v.v…
- Hệ thống vận chuyển phôi tự động
- Theo dõi qúa trình sản xuất nhờ máy tính
- Điều khiển số (NC)
- Điều khiển số trực tiếp (DNC)
- Điều khiển số bằng máy tính (CNC)
- Điều khiển thích nghi qúa trình gia công
-Robot hàn hồ quang, cấp phôi, v.v…
Hệ thống sản xuất tích hợp nhờ máy tính
Điều khiển số (NC)
Điều khiển số nhờ máy tính (CNC)

3. Sản xuất hàng loạt

4. Sản xuất đơn chiếc

Từ bảng 1.2 chúng ta thấy sự quan trọng của công nghệ máy tính trong việc tự
động hóa. Phần lớn các hệ thống sản xuất tự động hiện đại đều dùng máy tính. Trong
các dạng sản xuất 1 và 2 việc tự động hóa thường có xu hướng thiên về các nguyên
công công nghệ. Việc ứng dụng CAD/CAM, ngược lại, không chỉ tự động hóa các
nguyên công công nghệ mà còn tự động hóa cả việc thiết kế và lập qui trình công
nghệ trước khi chế tạo.

So sánh giữa tự động hóa và CAD/CAM

Để so sánh giữa tự động hóa và CAD/CAM chúng ta hãy xét model tóan học về
chu kỳ sản xuất.
Chu kỳ sản xuất được tính bằng công thức:
TTlc = BQT1 + BT2 + T3
Trong đó TTlc - Thời gian một chu kỳ sản xuất của sản phẩm.

BQ - Tổng số lượng sản phẩm
Q - Số lượng sản phẩm trong một loạt.
CAD/CAM

13


Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM
Lê Trung Thực
B- Số loạt
T1 - Thời gian chế tạo một sản phẩm. Thời gian này gồm chế tạo, lắp ráp, kiểm
tra, và bao gói một sản phẩm.
T2 - Thời gian chuẩn bò sản xuất cho mỗi loạt
T2 cũng bao gồm thời gian mua vật tư, lên kế hoạch sản xuất, điều chỉnh lại máy,
đồ gá và dụng cụ để gia công một loạt.
T3 - Thời gian thiết kế sản phẩm và tất cả những hoạt động khác được thực hiện
một lần cho mỗi sản phẩm khác nhau như lập QTCN, tính toán giá thành, thiết kế đồ
gá và dụng cụ chuyên dùng và những công việc khác để chuẩn bò cho sản xuất.
T = BQ - Tổng số lượng sản phẩm
Tlc - Thời gian chu kỳ sống (life cycle) trung bình cho một sản phẩm.
Ta có:
T
T
Tlc = T1 + 2 + 3
Q BQ
Trong sản xuất hàng khối, loạt lớn, khi Q lớn, phần T2 và T3 trên mỗi sản phẩm
rất nhỏ do đó T1 có ảnh hưởng rất lớn.
Trong sản xuất loạt nhỏ và đơn chiếc, khi Q rất nhỏ thì T2 và T3 có ảnh hưởng rất
lớn
Từ đây ta thấy giữa tự động hóa và CAD/ CAM có quan hệ như sau

Giống
ng nhau: Cả tự động hóa và CAD/CAM đều có mục tiêu giảm các thành phần
thời gian trong chu kỳ sản xuất.

Khác nhau:

Tự
ự động hóa: giảm T1 và T2 , chủ yếu là T1
CAD/ CAM:
giảm cả ba thành phần thời gian nhưng chủ yếu là giảm T2 và T3
CAM
Những thành tựu đạt được trong CAD/CAM được cho trong bảng 1.3.

Bảng 1.3 Thành tựu đạt được trong CAD/CAM

Các hệ thống đồ họa máy tính tương tác
Đồ họa máy tính màu
Đồ họa máy tính động (hoạt hình)
Phần mềm phân tích thiết kế (ứng suất – biến dạng...)
Phân loại và mã hóa sản phẩm (công nghệ nhóm)
Hệ thống thiết kế truy tìm nhờ máy tính
Vẽ tự động
Cơ sở dữ liệu thiết kế và chế tạo
Lập qui trình công nghệ nhờ máy tính
Hệ thống dữ liệu về tính công nghệ được vi tính hóa
Đònh mức thời gian nhờ máy tính
Lập trình gia công NC.
Lập trình gia công NC bằng đồ họa tương tác
Lên lòch trình sản xuất kỹ lưỡng
Lập kế hoạch yêu cầu vật tư

Nắm tình hình sản xuất.

CAD/CAM

14


Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM
Lê Trung Thực
Điều khiển số nhờ máy tính (CNC)
Điều khiển số trực tiếp (DNC)
Người máy công nghiệp điều khiển nhờ máy tính (Computer Controlled Robots)
Các ứng dụng điều khiển vi xử lý.
Kiểm tra nhờ máy tính (Computer Aided Inspection – CAI)
Thử chất lượng nhờ máy tính (Computer Aided Quality Testing - CAT)
Bảng 1.3 chính là những nội dung mà chúng ta sẽ nghiên cứu trong các chương
sau.

1.4 NỘI DUNG CỦA CUỐN SÁCH
Bảng 1.3 Gần như liệt kê toàn bộ nội dung của cuốn sách. Nó gồm có 9 phần lớn cộng
với chương mở đầu.
Phần 1.
1 Giới thiệu về máy tính và gồm 2 chương 2 và 3 liên quan đến công nghệ máy
tính nói chung, máy tính làm việc như thế nào và nó nối với thế giới bên ngoài như
thế nào.
Chương 3: Tập trung về minicomputer, microcomputer và bộ điều khiển lập trình
được, những cái làm cho CAD/CAM hữu ích về mặt kinh tế.
Để hiểu CAD/CAM, hiểu căn bản về máy tính là rất có ích.
Phần 2:
2 Liên quan đến CAD (chương 4, 5 và 6)

Chương 4:
4 Nói về cơ sở của CAD, mục đích và khả năng.
Chương 5: Mô tả phần cứng của CAD và chúng làm việc như thế nào.
Chương 6: Giải thích về phần mềm đồ họa trong máy tính CAD.
Phương pháp xử lý hình ảnh trên màn hình đồ họa và các chương trình ứng dụng quan
trọng trong thiết kế và lập quy trình công nghệ được mô tả trong chương này.
Phần 3: (chương 7, 8, 9) Liên quan đến chủ đề điều khiển số (NC) với nhấn mạnh về
việc ứng dụng máy tính trong NC
Chương 7: Giới thiệu ngắn gọn về công nghệ điều khiển số và các ứng dụng.
Chương 8: Giải thích việc lập trình gia công NC như thế nào. Trong chương này chúng
ta mô tả ngôn ngữ mạnh là APT ( APT là viết tắc của chữ Automatically
Programmned Tool). Sự phát triển của APT vào những năm 1950 được coi là một
trong những cố gắng đầu tiên trong sự phát triển của CAD/CAM. Chúng ta cũng xem
xét việc lập trình NC được thực hiện như thế nào nhờ đồ họa tương tác trên máy tính.
Chương 9. Mô tả việc dùng các hệ thống điều khiển khác nhau trong việc điều khiển
máy công cụ NC.
Phần 4: Dành giới thiệu về Robot (chương 10 và 11)
Chương 10:
10 Đònh nghóa công nghệ Robot và chúng được lập trình như thế nào.
Chương 11: Mô tả một số ứng dụng hay của người máy trong sản xuất.
Phần 5: Liên quan đến công nghệ nhóm và lập quy trình công nghệ ( chương 12 và 13)
Chúng tôi cố gắng đònh nghóa vai trò của công nghệ nhóm trong cả thiết kế và chế tạo.
Việc lập quy trình công nghệ liên quan đến công nghệ nhóm vì rất nhiều sơ đồ lập
quy trình công nghệ nhờ máy tính là dựa trên nguyên tắc của công nghệ nhóm.

CAD/CAM

15

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM
Lê Trung Thực
Phần 6: ( chương 14, 15, 16) mô tả hoạt động quản lý sản xuất tích hợp nhờ máy tính.
Về căn bản đây là những hệ thống gắn máy tính vào việc lập kế hoạch và điều khiển
sản xuất.
Chương 14: Là tổng quan về các hệ thống này.
Chương 15. Mô tả MRP (Material Requirement Planning). Theo truyền thống MRP có
nghóa là lập kế hoạch yêu cầu vật tư. Gần đây nó được dùng với ý nghóa rộng hơn, đó
là kế hoạch tài nguyên sản xuất (Manufacturing Resource Planning - được biết như là
MRPII). Ý nghóa của cả 2 được giải thích trong chương 15.
Chương 16: Bàn về việc điều khiển số theo dõi qúa trình sản xuất nhờ máy tính.
Phần 7: Liên quan đến việc điều khiển qúa trình nhờ máy tính ( từ chương 17 – 20)
Chương 17: Mô tả máy tính giao diện với quá trình sản xuất như thế nào.
Chương 18:
18 Mô tả tổng quát về điều khiển qúa trình với việc nhấn mạnh dùng hệ
thống máy tính.
Chương 19: Mô tả việc dùng máy tính để kiểm tra chất lượng sản phẩm như thế nào.
Chương 20: Cho một ví dụ tốt về điều khiển quá trình nhờ máy tính trong 1 nhà máy
sản xuất cụ thể.
Cuối cùng phần 8 là phần gồm có 2 chương.
Chương 21. Chọn mua hệ thống CAD/CAM như thế nào?
Chương 22. Tương lai phát triển CAD/CAM như thế nào?

CÂU HỎI ÔN TẬP
1. CAD/CAM nghóa là gì? Hãy giải thích rõ chức năng của CAD và của CAM.
2. Công cụ của CAD là gì? Công cụ của CAM là gì? Việc tích hợp CAD/CAM cần những công
cụ gì?
3. Chu kỳ sản xuất bao gồm những giai đoạn nào? Những giai đoạn nào máy tính có thể giúp
nhà sản xuất tăng năng suất, chất lượng và hạ giá thành sản? Giải thích lý do tại sao.
4. Hãy phân tích các thành phần thời gian trong chu kỳ sản xuất và sự giống nhau và khác

nhau giữa CAD/CAM và tự động hóa.

HẾT CHƯƠNG 1

CAD/CAM

16