Bài Giảng CAD/CAM-CNC

TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA HÀ NỘI
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

BÀI GiẢNG

CAD/CAM-CNC
TS. Nguyễn Huy Ninh
Email:

02/23/16

VIỆN CƠ KHÍ-ĐHBK HÀ NỘI

1


MỞ ĐẦU
 1- Vị trí vai trò của CAD/CAM-CNC
Nằm trong lĩnh vực công nghệ chế tạo máy, nó thực hiện nhiệm vụ
thiết kế mô hình hình học của sản phẩm, lập chương trình gia công,
quy trình công nghệ nhờ sự trợ giúp của điều khiển số, kỹ thuật máy
tính.

 2- Đối tượng nghiên cứu của môn học:
Liên quan đến các dữ liệu hình học của quá trình thiết kế và các đặc
trưng hình học của bề mặt gia công. Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật số
và máy tính vào việc thực hiện quá trình công nghệ gia công cơ.

 3- Nội dung nghiên cứu của môn học:






PHẦN I: Thiết kế sản phẩm với sự trợ giúp của máy tính-CAD_.
Giới thiệu phần mềm MasterCam X14.
Giới thiệu phần mềm SolidWorks 2011
Giới thiệu phần mềm Catia R21.
02/23/16

VIỆN CƠ KHÍ-ĐHBK HÀ NỘI

2


MỞ ĐẦU
 Phần II : Công nghệ CNC
 Chương 1: Khái niệm




1.1. Các hệ thống điều khiển số:
1.2. Các hệ thống DNC
1.3. Các hệ thống gia công linh hoạt

 Chương 2: Một số đặc trưng của máy CNC




2.1. Các trục toạ độ và chiều các chuyển động
2.2. Qui định các trục toạ độ trên máy
2.3. Độ chính xác gia công trên máy CNC (đảm bảo thông qua các hệ thống
đo dịch chuyển và đo góc)

 Chương 3. Các dạng điều khiển số

 3.1. Điều khiển theo điểm
 3.2. Điều khiển theo đường thẳng
 3.3. Điều khiển theo công tua (2D, D, 3D, 4D, 5D)

 Chương 4. Những khái niệm cơ bản về lập trìmh gia công trên máy
CNC
02/23/16

VIỆN CƠ KHÍ-ĐHBK HÀ NỘI

3


MỞ ĐẦU





41. Các khái niệm cơ bản
4.2. Quỹ đạo gia công
4.3. Cách ghi kích thước tuyệt đối và tương đối
4.4 Các câu lệnh G _code

 Chương 5: Kỹ thuật lập trình CNC






5.1. Cấu trúc chương trình.
5.2. Lập chương trình NC trên hệ điều hành FANUC series 21:
- EMCO win NC GE series Fanuc TB 21
- EMCO win NC GE series Fanuc MB 21
5.3. Ngôn ngữ lập trình tự động APT

 Chương 6: Ứng dụng các phần mềm thiết kế và gia công tiên
tiến
 6.1 Giới thiệu phần mềm MasterCam và MCU.
 6.2 Giới thiệu phần mềm SolidWorks để thiết kế và gia công khuôn.
02/23/16

VIỆN CƠ KHÍ-ĐHBK HÀ NỘI

4


MỞ ĐẦU
 PHẦN III. THỰC HÀNH:
 Cho bản vẽ thiết kế chi tiết, yêu cầu:
+Lập quy trình công nghệ để gia công chi tiết trên máy CNC
+ Ứng dụng một phần mềm điều khiển trên máy CNC để lập

trình và mô phỏng quá trình gia công chi tiết.
 Bài tập lớn: Thiết kế sản phẩm nhựa, lòng, lõi khuôn và
lập chương trình gia công chúng.
 TÀI LIỆU THAM KHẢO:
 1. Các tài liệu về CAD/CAM-CNC
 2. Các tài liệu được cung cấp từ chương trình đào tạo trong
dự án EMCO:
 + EMCO win NC GE series Fanuc TB 21
 + EMCO win NC GE series Fanuc MB 21
02/23/16

VIỆN CƠ KHÍ-ĐHBK HÀ NỘI

5


PHẦN I: Thiết kế sản phẩm với sự trợ giúp của
máy tính-CAD

I.

Giới thiệu phần mềm SolidWorks 2011

I.

Giới thiệu phần mềm MasterCam X14.

02/23/16

VIỆN CƠ KHÍ-ĐHBK HÀ NỘI

6


Phần II : Công nghệ CNC
Chương 1
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CÔNG NGHỆ CNC
1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY CÔNG CỤ CNC.

 1938 Claude Shannon bảo vệ luận án tiến sỹ ở viện công nghệ MIT
nội dung tính toán chuyển giao dữ liệu dạng nhị phân - nền tảng cơ sở
của máy tính ngày nay.
 1946 tiến sỹ John W Mauchly đã cung cấp máy tính số điện tử đầu
tiên có tên ENIAC cho quân đội Mỹ
1952 Viện MIT cho ra đời máy công cụ điều khiển số đầu tiên
(CINCINNATI HYDROTEL) gồm nhiều đèn điện tử với chức năng
nội suy đường thẳng
đồng thời theo 3 trục và nhận dữ liệu thông qua băng đục lỗ mã nhị
phân.
02/23/16

VIỆN CƠ KHÍ-ĐHBK HÀ NỘI

7


- 1957 Không quân Mỹ đã trang bị những máy NC đầu tiên ở
xưởng.
- 1958 Ngôn ngữ lập trình tự động hoá đầu tiên (APT) được
giới thiệu trong quan hệliên kết với máy tính IBM 704.

- 1960 Kỹ thuật bán dẫn thay thế cho hệ thống điều khiển xung
rơle, đèn điện tử.
- 1965 Giải pháp thay dụng cụ tự động ATC ( Automatic Tool
Changer).
- 1968 Kỹ thuật mạch tích hợp IC ra đời có độ tin cậy cao hơn.
- 1972 Hệ điều khiển NC đầu tiên có lắp đặt máy tính nhỏ…
- 1976 Hệ vi xử lý tạo ra một cuộc cách mạng trong kỹ thuật
CNC
02/23/16

VIỆN CƠ KHÍ-ĐHBK HÀ NỘI

8


 - 1978 Các hệ thống gia công linh hoạt (FMS) được tạo lập
 - 1979 Những giải pháp kết nối liên hoàn CAD/CAM đầu
tiên xuất hiện
 - 1985 Trung tâm gia công (MC) cơ khí đầu tiên là Máy có
tên"Milwaukee Magic" Công ty Carney & Treker (Mỹ) sản
xuất.
 - 1986/1987 Giải pháp tích hợp và tự động hoá sản xuất
(CIM)
 - 1994 Khép kín chuỗi quá trình CAD/CAM-CNC
 Ngày nay các máy công cụ CNC đã hoàn thiện hơn với tính
năng vượt trội có thể gia công hoàn chỉnh chi tiết trên một
máy gia công, với số lần gá đặt ít nhất. Đặc biệt chúng có thể
gia công các chi tiết có bề mặt phức tạp .
02/23/16

VIỆN CƠ KHÍ-ĐHBK HÀ NỘI

9


2. KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ.
2.1 Điều khiển theo phương pháp truyền thống:
+ Điều khiển bằng cam
+ Điều khiển theo cữ hành trình
+ Điều khiển theo thời gian (tang trống quay theo t).
+ Điều khiển theo chu kỳ, kêt hợp cả theo quãng
đường và thời gian (Máy giặt ĐK cơ)
02/23/16

VIỆN CƠ KHÍ-ĐHBK HÀ NỘI

10


2.1 Các hệ điều khiển số.
 Trên máy điều khiển số thì quá trình gia công thực hiện một
cách tự động. Trước khi gia công người ta phải đưa vào hệ
thống điều khiển một chương trình gia công dưới dạng một
chuỗi các câu lệnh điều khiển. Hệ thống điều khiển số có khả
năng thực hiện các lệnh điều khiển này và kiểm tra chúng nhờ
một hệ thống đo lượng dịch chuyển bàn máy.

02/23/16

VIỆN CƠ KHÍ-ĐHBK HÀ NỘI

11


 Hệ điều khiển số NC (Numerical Control)
 Hệ thống NC đầu tiên ra đời do sự cần thiết chế tạo các chi tiết
phức tạp của máy bay với số lượng ít. Ngày nay các máy trang
bị hệ điều khiển NC vẫn còn sử dụng. Đây là hệ điều khiển đơn
giản với số lượng hạn chế các kênh thông tin. Trong hệ điều
khiển NC các thông số hình học của chi tiết gia công và các
lệnh điều khiển được cho dưới dạng dãy các con số.

02/23/16

VIỆN CƠ KHÍ-ĐHBK HÀ NỘI

12


 * Nguyên tắc làm việc của hệ điều khiển NC.
 Sau khi mở máy các lệnh thứ nhất và thứ hai được đọc. Chỉ
sau khi quá trình đọc kết thúc máy mới thực hiện lệnh thứ
nhất. Trong thời gian này thông tin của lệnh thứ hai nằm trong
bộ nhớ của hệ thống điều khiển. Sau khi hoàn thành việc thực
hiện lệnh thứ nhất máy bắt đầu thực hiện lệnh thứ hai lấy từ bộ
nhớ ra. Trong khi thực hiện lệnh thứ hai, hệ điều khiển đọc
lệnh thứ ba và đưa vào chỗ của bộ nhớ mà lệnh thứ hai vừa
được giải phóng ra.

02/23/16

VIỆN CƠ KHÍ-ĐHBK HÀ NỘI

13


 Nhược điểm chính của hệ điều khiển NC là khi gia công chi tiết
tiếp theo trong loạt hệ điều khiển lại phải đọc tất cả các lệnh từ
đầu và như vậy không tránh khỏi những sai sót của bộ tính
toán trong hệ điều khiển. Do đó chi tiết gia công có thể bị phế
phẩm. Một nhược điểm nữa là do cần rất nhiều lệnh chứa
trong băng đục lỗ hoặc băng từ nên khả năng mà chương trình
bị dừng lại có thể xảy ra. Ngoài ra với chế độ làm như vậy băng
dục lỗ hoặc băng từ sẽ nhanh chóng bị bẩn và mòn gây lỗi cho
chương trình.

02/23/16

VIỆN CƠ KHÍ-ĐHBK HÀ NỘI

14


 Cấu trúc của hệ NC:

02/23/16

VIỆN CƠ KHÍ-ĐHBK HÀ NỘI

15

 1- Dữ liệu vào: Còn gọi là chương trình lệnh, được ghi lại và
lưu trữ bằng nhiều cách nhờ phần tử mang chương trình.
(băng, thẻ, đĩa, bộ nhớ…)

02/23/16

VIỆN CƠ KHÍ-ĐHBK HÀ NỘI

16




2- Bộ điều khiển (MCU): ….



3- Máy công cụ( thiết bị được điều khiển)…

02/23/16

VIỆN CƠ KHÍ-ĐHBK HÀ NỘI

17


 MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CHÍNH MÁY CÔNG CỤ NC.

Sơ đồ cơ cấu servo.
02/23/16

VIỆN CƠ KHÍ-ĐHBK HÀ NỘI

18


 Hệ điều khiển Direct Numerical Control (DNC)
Vào cuối những năm 60, sự phát triển của kỹ thuật time-sharing trên các
máy tính lớn đã mở ra hướng điều khiển một loạt máy NC bằng một
máy tính lớn.

02/23/16

VIỆN CƠ KHÍ-ĐHBK HÀ NỘI

19


 Hệ điều khiển số CNC (Computer Numerical Control)
Đến 1970 máy PC trở thành phổ biến và rẻ, không cần phải sử
dụng chung máy tính nữa. Mỗi máy NC được trang bị một máy
PC.
 Hệ điều khiển CNC cho phép thay đổi và hiệu chỉnh các
chương trình gia công chi tiết và cả chương trình hoạt động của
bản thân nó. Trong hệ CNC các chương trình gia công có thể
được ghi nhớ lại. Trong hệ điều khiển CNC chương trình có thể
được nạp vào bộ nhớ toàn bộ một lúc hoặc từng lệnh. Các lệnh
điều khiển được viết không chỉ cho từng chuyển động riêng lẻ

mà còn cho nhiều chuyển động cùng một lúc. Điều này cho phép
giảm số câu lệnh của chương trình và như vậy có thể nâng cao
độ tin cậy làm việc của máy.
02/23/16

VIỆN CƠ KHÍ-ĐHBK HÀ NỘI

20


 Hệ điều khiển Distributed Numerical control (DNC).
Ngày nay khái niệm ban đầu của DNC đã được thay đổi bởi
sự phát triển của hệ điều khiển CNC.
Việc bổ xung các máy tính thứ cấp giữa máy công cụ và máy
chủ nhằm:
- Tăng tốc độ toàn hệ thống
- ….
* Ưu điểm của các hệ thống DNC:

02/23/16

VIỆN CƠ KHÍ-ĐHBK HÀ NỘI

21


 - Hệ điều khiển thích nghi(Adaptive control):

02/23/16

VIỆN CƠ KHÍ-ĐHBK HÀ NỘI

22


 Tế bào gia công.

02/23/16

VIỆN CƠ KHÍ-ĐHBK HÀ NỘI

23


 - Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS

02/23/16

VIỆN CƠ KHÍ-ĐHBK HÀ NỘI

24


 Hệ thống tích hợp CIM (Computer Integrated Manufacturing)

02/23/16

VIỆN CƠ KHÍ-ĐHBK HÀ NỘI

25