CADCAM và CNC bài giảng dành cho sinh viên Đại học và cao đẳng

TR NG
I H C PH M V N
NG
KHOA K THU T CÔNG NGH
-----  -----

BÀI GI NG

B c: Cao

CAD/CAM/CNC

ng – Ngành: Công ngh k thu t c khí

GV: ThS. Ph m Tr

ng Tùng (Ch biên)

GV: KS. Bùi Trung Kiên
Qu ng Ngãi , 12/2014


M CL C
L i nói đ u ..........................................................................................................
CH

NG 1: T NG QUAN V CAD/CAM

1.1. L ch s phát tri n c a CAD/CAM .................................................... Trang 01
1.2.

nh ngh a CAD/CAM .............................................................................. 02

1.3. N i dung và công c c a CAD/CAM ......................................................... 03
1.4. Qui trình s n xu t và CAD/CAM ............................................................... 07
1.5. Ph n c ng c a CAD/CAM ......................................................................... 09
1.6. Ph n m m c a CAD/CAM ......................................................................... 11
1.7. L i ích c a CAD/CAM .............................................................................. 14
CH

NG 2: H TH NG S N XU T LINH HO T (FMS)

2.1 C s hình thành FMS03 ...................................................................Trang 16
2.2 Phân tích đ i t

ng s n xu t linh ho t ......................................................... 21

2.3 C u trúc và các ph n t c b n c a FMS ..................................................... 21
2.4 Quá trình phát tri n các FMS ....................................................................... 22
2.5 Tính kinh t c a FMS .................................................................................. 23
2.6 Các ng d ng c a FMS................................................................................ 23
CH

NG 3: H TH NG S N XU T TÍCH H P NH

MÁY TÍNH (CIM)

3.1 Gi i thi u...........................................................................................Trang 24
3.2 Các lo i h th ng s n xu t ........................................................................... 24
3.3 Qu n lý và đi u hành s n xu t nh máy tính ................................................ 25
3.4 H th ng đi u khi n nh máy tính ............................................................... 28

3.5 Nh ng l i ích c a CIM ................................................................................ 30
3.6 Th c hi n m t h th ng CAD/CAM/CIM .................................................... 31
3.7 T

ng lai c a CAD/CAM/CIM ................................................................... 32

CH

NG 4: T NG QUAN V CNC

4.1. L ch s phát tri n c a máy CNC....................................................... Trang 34
4.2.

c tr ng c b n c a máy CNC ................................................................ 36

4.3. Mô hình khái quát c a m t máy CNC ........................................................ 38
4.4. Các ph

ng pháp đi u khi n ...................................................................... 39

4.5. H tr c t a đ trên máy CNC ..................................................................... 43
i


4.6. Các b

c th c hi n gia công trên máy CNC ............................................... 50

4.7. Hình th c t ch c gia công trên máy CNC ................................................. 55
CH

NG 5: CÔNG NGH L P TRÌNH PHAY CNC

5.1. Công ngh phay CNC ...................................................................... Trang 58
5.2. C s l p trình phay CNC .......................................................................... 60
5.3. L nh bù và d ch ch nh dao.......................................................................... 66
5.4. Chu trình phay............................................................................................ 69
5.5. Phép l p ..................................................................................................... 75
5.6. Các ví d .................................................................................................... 76
CH

NG 6: CÔNG NGH L P TRÌNH TI N CNC

6.1. C s l p trình ti n CNC .................................................................. Trang 80
6.2. Các l nh di chuy n dao .............................................................................. 88
6.3. Bù tr và cài đ t thông s dao ti n.............................................................. 91
6.4. Các l nh v chu trình .................................................................................. 93
6.5. Các ví d ...................................................................................................199
Tài li u tham kh o .........................................................................................103

ii


L I NÓI

U

Nh ng n m cu i th k 20, công ngh CAD/CAM/CNC đã tr thành m t l nh
v c đ t phá trong thi t k , ch t o và s n xu t s n ph m công nghi p. Cùng v i s
phát tri n c a C khí – Tin h c – i n t – T đ ng hóa, công ngh CAD/CAM/CNC

đã đ

c ng d ng r ng rãi trong công nghi p nói chung và ngành công nghi p c khí

ch t o nói riêng đ t ng n ng xu t lao đ ng, gi m c

ng đ lao đ ng và t đ ng hóa

quá trình s n xu t, nâng cao đ chính xác chi ti t và đ t hi u qu kinh t cao.
H c ph n CAD/CAM/CNC là h c ph n kh i ki n th c ngành, h c ph n s trang
b cho sinh viên ki n th c đ

ng d ng nh ng thành t u c a công ngh

CAD/CAM/CNC trong thi t k , ch t o, gia công c khí.
C th , h c ph n s gi i thi u v v trí, vai trò, t m quan tr ng c a công ngh
CAD/CAM/CNC trong ngành c khí. H c ph n s cung c p cho sinh viên nh ng ki n
th c c b n v k thu t l p trình CNC đ sinh viên có th vi t ch

ng trình đi u khi n

máy CNC trong gia công chi ti t.

Qu ng Ngãi, tháng 12/2014
Nhóm Biên So n


Ch

ng 1

T NG QUAN V CAD/CAM
1.1. L ch s phát tri n c a CAD/CAM
Nh s phát tri n c a công ngh máy tính, các nhà s n xu t mu n t đ ng quá
trình thi t k và mu n s d ng c s d li u này cho quá trình t đ ng s n xu t.
là ý t

ng cho ngành khoa h c CAD/CAM ra đ i. CAD/CAM đ

ây

c hi u là s d ng

máy tính trong quá trình thi t k và s n xu t hay theo thu t ng ti ng Anh là máy tính
tr giúp thi t k và s n xu t. T s ra đ i c a CAD/CAM các l nh v c khác c a vi c
ng d ng máy tính c ng đã phát tri n theo nh : CG, CAE, CAPP,.. T t c nh ng l nh
v c sinh ra đó đ u liên quan t i nh ng nét đ c tr ng c a quan ni m v CAD/CAM.
CAD/CAM là m t l nh v c r ng l n nó là trái tim c a n n s n xu t tích h p và t
đ ng .
L ch s phát tri n c a CAD/CAM g n li n v i s phát tri n c a công ngh máy
tính và k thu t đ ho
b

t

ng tác (ICG). Cu i 1950 đ u 1960 CAD/CAM có nh ng

c phát tri n đáng k , kh i đ u có th

Technology (MIT) - M

v i ngôn ng

nói là t i Massachusetts Institute of

l p trình cho máy tính APT (Automatically

Programmed Tools). M c đích c a APT là đ l p trình cho máy đi u khi n s , nó
đ

c coi nh là m t b

c đ t phá cho t đ ng hoá quá trình s n xu t.

Nh ng n m 1960 đ n 1970 CAD ti p t c phát tri n m nh, h th ng turnkey CAD
đ

c th

ng m i hoá, đây là m t h th ng hoàn ch nh bao g m ph n c ng, ph n m m,

b o trì và đào t o, h th ng này đ

c thi t k ch y trên mainframe và minicomputer.

Tuy nhiên kh n ng x l thông tin, b nh và ICG c a mainframe và minicomputer
h n ch nên các h CAD/CAM th i k này kém hi u qu , giá thành cao và ch đ

cs

d ng trong m t s r t ít l nh v c.
N m 1983 máy tính IBM-PC ra đ i, đây là th h máy tính lý t
x lý thông tin, b nh , đ ho cho CAD/CAM.
CAD/CAM phát tri n r t nhanh chóng.

1

ng v kh n ng

i u này t o đi u ki n cho các h


Cu i nh ng n m 1990 là th i k CAD/CAM đ t đ n nh ng thành t u đáng k ,
r t nhi u ph n m m đ s đ

c tung ra th tr

ng và ng d ng r ng rãi trong thi t k

và s n xu t c a nhi u ngành công nghi p.
Hi n nay các ph n m m CAD/CAM n i ti ng đang có m t trên th tr

ng nh :

CIMATRON, DELCAM, Pro-Engineer, Uni-Graphics, SURFCAM, MasterCAM,...
Ph n m m CAE xu t hi n sau CAD/CAM, khi mà nh ng đòi h i v ch t l
c a s n ph m r t cao. Vi c phân tích mô hình sau thi t k đ

ng

c th c hi n nh CAE.

CAE đã làm cho công vi c phân tích tr nên đ n gi n h n nhi u so v i toán h c thông
th

ng và cho k t qu đáng tin c y trong m t th i gian nhanh chóng, nh vào k t qu

đó mà ng
1.2.

i thi t k s hi u ch nh l i thi t k cho phù h p.

nh ngh a CAD/CAM
Nh ng n m cu i th k 20, công ngh CAD/CAM đã tr thành m t l nh v c đ t

phá trong thi t k , ch t o và s n xu t s n ph m công nghi p. CAD (Computer Aided
Design) là thi t k tr giúp b ng máy tính. CAM (Computer Aided Manufacture) là
s n xu t v i s tr giúp c a máy tính. Hai lãnh v c này ghép n i v i nhau đã tr thành
m t lo i hình công ngh cao, m t lãnh v c khoa h c t ng h p c a s liên ngành C
khí – Tin h c – i n t – T đ ng hóa. Cùng v i s phát tri n c a khoa h c máy tính,
CAD/CAM đã đ

c nh n th c và ch p nh n nhanh chóng trong công nghi p (công

nghi p d t – may, công nghi p nh a, công nghi p c khí ch t o ...) vì nó là h t nhân
chính đ sáng t o và s n xu t s n ph m, đ t ng n ng xu t lao đ ng, gi m c

ng đ

lao đ ng và t đ ng hóa quá trình s n xu t, nâng cao đ chính xác chi ti t và đ t hi u

qu kinh t cao.
Công vi c chu n b s n xu t có vai trò vô cùng quan tr ng trong vi c hình thành
b t k m t s n ph m c khí nào. Công vi c này bao g m các khâu chu n b thi t k
(thi t k k t c u s n ph m, các b n v l p chung c a s n ph m, các c m máy...), chu n
b công ngh (đ m b o tính n ng công ngh c a k t c u, thi t l p quy trình công
ngh ), thi t k và ch t o các trang b công ngh

và d ng c ph ... k ho ch hóa quá

trình s n xu t và ch t o s n ph m trong th i gian n đ nh.
Trong s n xu t hàng lo t nh , do đ c đi m là s l
ch ng lo i l i nhi u cho nên kh i l

ng chi ti t trong lo t ít , s

ng th i gian chu n b cho s n xu t r t l n, mà

2


d ng s n xu t này hi n đang chi m u th trong n n kinh t th tr
đi u đó ph i đòi h i t o ra ph

ng hi n nay. T t c

ng pháp thi t k m i nh máy tính đi n t .

CAD/CAM là m t l nh v c nghiên c u nh m t o ra các h th ng t đ ng thi t k
và ch t o. Nó dùng máy tính đi n t đ th c hi n m t ch c n ng nh t đ nh đ thi t k
và ch t o s n ph m. T đ ng hóa ch t o là dùng máy tính đi n t đ k ho ch hóa,

đi u khi n quá trình s n xu t, đi u khi n quá trình c t g t kim lo i và ki m tra nguyên
công gia công.
CAD/CAM k t n i v i nhau t o ra m i quan h m t thi t gi a hai d ng ho t
đ ng là thi t k và ch t o mà lâu nay ng

i ta coi là khác nhau và không ph c thu c

vào nhau. T đ ng hóa thi t k là dùng các h th ng và ph
ng

ng ti n tính toán giúp

i k s đ thi t k mô ph ng, phân tích và t i u hóa gi i pháp thi t k . Ph

ti n bao g m máy tính đi n t , các máy v , máy in, thi t b đ c l b ng ...Ph
l p trình bao g m ch
ch

ng

ng ti n

ng trình máy, cho phép đ m b o giao ti p v i máy v và các

ng trình ng d ng đ th c hi n ch c n ng thi t k .
H

th ng CAD/CAM là m t s n ph m c a CIM (Computer Integrated

Manufacturing). H th ng này đ

tâm, h th ng còn đ

c qu n lý và đi u hành d a trên c s d li u trung

c dùng đ l p k ho ch , bi u đ , đ a ra các ch d n và thông

tin đ m b o m c đích k ho ch s n xu t c a nhà máy.
1.3. N i dung và công c c a CAD/CAM
1.3.1. N i dung và công c c a CAD
a. N i dung c a CAD
Thi t k v i s h tr c a máy tính đi n t - CAD là s
các ph

ng d ng có hi u qu

ng ti n công ngh c a k thu t tin h c, đi n t ... đ gi i quy t các công vi c

liên quan t i công vi c thi t k . Quá trình thi t k có th phân chia làm 6 giai đo n
chính nh hình 1.1
Vi c s d ng công c tin h c và đi n t trong công vi c thi t k -thi t k v i s
tr giúp c a máy tính đi n t (CAD) có th chia thành 4 công đo n chính bao g m:
Mô hình hóa hình h c, tính toán k thu t, thi t k t i u, l p tài li u k thu t t đ ng
t mô hình đã đ

c thi t k .

3


Xây d ng nhi m v

Thi t k t ng th
Thi t k chi ti t

GEOMETRIC
MODELING

Tính toán phân tích

ANALYSIS

Thi t k t i u

OPTIMZATION
DRAFTING)
(VIEWS AND
DRAWINGS

L p tài li u thi t k

Hình 1.1: Quy trình c a CAD



AutoCAD
PRO engineer
Unigraphics
Unigraphics
Nastran
Modex
3D...

Sap 86
Nastran
AutoCAD
PRO
engineer
Unigraphics..

Mô hình hình h c: ng d ng h th ng CAD đ phát tri n vi c mô t toán h c

c a các v t th hình h c. Các mô hình hình h c này đ
(trong b nh máy tính) cho phép ng

c l u tr trong h c s d li u

i s d ng bi u di n hình nh c a mô hình trên

các thi t b đ h a và th c hi n các thao tác d ng hình.


Tính toán phân tích k thu t: sau giai đo n thi t k mô ph ng hình h c. Mô

hình thi t k c n ph i đ

c tính toán phân tích (đ đ m b o các thông s k thu t), ví

d : ki m tra đ b n, bi n d ng, quá trình trao đ i nhi t. Quá trình tính toán phân tích
k thu t đ


c th c hi n thông qua các ph n m m CAE.

L p tài li u thi t k t đ ng: đây là công vi c th hi n k t qu thi t k - t đ ng

t o các hình chi u, t o b n v k thu t bao g m c ghi kích th
đ

c t mô hình 3D đã

c thi t k .
Tóm l i: vai trò c b n nh t c a CAD là đ xác đ nh hình h c c a thi t k nh

hình dáng hình h c c a các chi ti t c khí, các k t c u ki n trúc, m ch đi n t , m t
b ng nhà c a trong xây d ng… Các ng d ng đi n hình c a CAD là t o b n v k
thu t v i đ y đ các thông tin k thu t c a s n ph m và mô hình hình h c 3D c a s n
ph m. H n n a, mô hình CAD này s đ

c dùng cho các ng d ng CAE và CAM sau

này. ây là l i ích l n nh t c a CAD vì có th ti t ki m th i gian m t cách đáng k và

4


gi m đ

c các sai s gây ra do ph i xây d ng l i hình h c c a thi t k m i khi c n đ n

nó.
b. Công c c a CAD
 Thi t k mô ph ng hình h c 3 chi u ph c t p, t o b n v , in n

 K t xu t d li u cho CAM: n i suy hình h c, biên d ch các ki u đ

ng ch y

dao cho công ngh gia công đi u khi n s . Giao ti p v i các thi t b đo, quét to đ 3D
th c hi n nhanh chóng các ch c n ng mô ph ng hình h c t d li u s
 Liên k t v i các ch

ng trình tính toán th c hi n các ch c n ng phân tích k

thu t: tính bi n d ng khuôn, mô ph ng dòng ch y v t li u, tr

ng áp su t, tr

ng nhi t

đ , đ co rút v t li u,...
1.3.2. N i dung và công c c a CAM
Là th c hi n quy trình s n xu t v i s tr giúp c a máy tính đi n t là s d ng
máy tính đ l p k ho ch s n xu t và đi u khi n s n xu t. S đ ch c n ng c a CAM
có th đ

c bi u di n theo hình 1.2

CAM
L P K HO CH

I U KHI N

S N XU T

QUÁ TRÌNH S N

C s d li u công ngh

i u khi n ch t l
ph m
i u khi n x

L p trình gia công
Cân b ng dây chuy n

ng

Giám sát các quá trình s n xu t
i u khi n quá trình s n xu t

Xây d ng đ nh m c lao đ ng
cl

ng s n

i u khi n các máy NC và

ng giá thành s n ph m

i u khi n kho v t t và công

L p k ho ch s n xu t

i u khi n các tay máy ng
máy

i

i u khi n thi t b v n chuy n
Hình 1.2: Quy trình c a CAM

5


a. L p k ho ch s n xu t

 C s d li u công ngh : các ch

ng trình máy tính c n đ

c so n th o đ đ a

ra các đi u ki n c t t i u cho các lo i nguyên v t li u khác nhau. Các tính toán d a
trên các d li u nh n đ

c t th c nghi m ho c tính toán lý thuy t v tu i th c a dao

c t theo đi u ki n c t.

 L p trình gia công v i s tr giúp c a máy tính: l p trình cho máy công c ho c
l p trình CNC là công vi c khó kh n cho ng

i v n hành và gây ra nhi u l i khi các

chi ti t tr nên ph c t p. Các b h u x lý máy tính đ
trình b ng tay.
th đ a ra ch

c s d ng đ thay th vi c l p

i v i các chi ti t có hình d ng hình h c ph c t p, h th ng CAM có
ng trình gia công chi ti t nh ph

ng pháp t o ra t p l nh đi u khi n

cho máy công c hi u qu h n h n l p trình b ng tay.

 Cân b ng dây chuy n v i s tr giúp b ng máy tính: vi c đ nh v các ph n t
trong các tr m lên dây chuy n là v n đ l n và khó kh n. Các ch
nh COMSOAL và CALB đ

ng trình máy tính

c phát tri n đ tr giúp cân b ng t i u cho các dây

chuy n.

 Xây d ng các đ nh m c lao đ ng: m t b ph n chuyên trách s có trách nhi m
xác l p chu n th i gian cho các công vi c lao đ ng tr c ti p t i nhà máy. Vi c tính
toán này khá công phu và ph c t p. Hi n đã có m t s ch
phát tri n cho công vi c này. Các ch

ng trình ph n m m đ

c

ng trình máy tính s d ng d li u v th i gian

chu n cho các ph n t c b n, sau đó c ng t ng th i gian th c hi n c a các ph n t
đ n đó và ch


cl

ng trình s đ a ra th i gian chu n cho công vi c hoàn ch nh
ng giá thành s n ph m:

cl

ng giá c a m t lo i s n ph m m i là

khá đ n gi n trong nhi u ngành công nghi p và đ
máy tính. Chi phí c a t ng chi ti t b ph n đ

c hoàn thành b i ch

ng trình

c c ng l i và giá c a s n ph m s đ

c

xác đ nh.

 L p k ho ch s n xu t: các trình t th c hi n và các trung tâm gia công c n
thi t cho s n xu t m t s n ph m đ

c chu n b b i máy tính. Các h th ng này cung

c p các l trình, tìm ra l trình t i u và ti n hành mô ph ng ki m nghi m k ho ch
đ a ra. Máy tính đ

c s d ng trong ch c n ng ghi nh các b n ghi t n kho, đ t hàng

t đ ng các m t hàng khi kho r ng, đi u đ s n xu t ch , duy trì các đ c tính hi n t i

6


cho các đ n đ t hàng s n xu t khác nhau, l p k ho ch nhu c u nguyên v t li u và l p
k ho ch n ng l c.
b.

i u khi n quá trình s n xu t

-

i u khi n s n xu t liên quan t i vi c qu n lý và đi u khi n các ho t đ ng s n

xu t trong nhà máy.
phân x
xu t.

i u khi n quá trình, đi u khi n ch t l

ng, đi u khi n s n xu t

ng và giám sát quá trình đ u n m trong vùng ch c n ng c a đi u khi n s n
đây máy tính tham gia tr c ti p (on-line) vào các ho t đ ng s n xu t trong nhà

máy. Các ng d ng c a đi u khi n quá trình s d ng máy tính là khá ph bi n trong
các h th ng s n xu t t đ ng hi n nay. Chúng bao g m các dây chuy n v n chuy n,
các h th ng l p ráp, đi u khi n s , k thu t rôb t, v n chuy n nguyên v t li u và h
th ng s n xu t linh ho t.
-

i u khi n ho t đ ng s n xu t phân x

ng liên quan t i vi c thu nh p d li u

đó đ tr giúp đi u khi n s n xu t và l u tr trong nhà máy. Các công ngh thu nh p
d li u máy tính hóa và giám sát quá trình b ng máy tính đang là ph
đánh giá cao trong ho t đ ng s n xu t phân x

ng ti n đ

c

ng hi n t i.

 Trong t t c nh ng công vi c áp d ng c a máy tính đi n t trên đây đòi h i có
s tham gia c a con ng

i ho c đ nh p d li u đ m b o cho ch

ng trình làm vi c

ho c đ giám sát các k t qu th c hi n.
1.4.

Qui trình s n xu t và CAD/CAM
Chu trình s n ph m truy n th ng đ
Ý ni m
s n

ph m

Khách hàng
và th

tr

ng

Ki m tra
ch t l ng

c th hi n qua s đ hình 1.3
Tính toán

thi t k

V

t mua thi t
b và d ng c

Quy trình
công

S n xu t

L p k ho ch
s n xu t

Hình 1.3: Chu trình s n ph m truy n th ng

7


đánh giá đ

c t m quan tr ng c a CAD/CAM trong chu trình s n ph m

chúng ta phân tích các ph m vi ho t đ ng khác nhau và ch c n ng t

ng ng đ th c

hi n vi c nghiên c u và ch t o s n ph m. Các th lo i công vi c và ch c n ng c a
CAD/CAM trong chu trình s n ph m đ

c th hi n trên hình 1.4

Hình 1.4: Chu trình s n ph m theo Công ngh CAD/CAM.

Chu k này ho t đ ng theo nhu c u c a khách hàng và th tr

ng tiêu th . Chu

trình s n ph m có th thay đ i tu theo yêu c u c a khách hàng
Có tr

ng h p công vi c thi t k là do khách hàng th c hi n cho nên nhà máy

ch có nhi m v ch t o s n ph m đã đ

c thi t k đó. Tr

ng h p th hai là nhà máy

đ m nh n luôn c công vi c thi t k và ch t o m i. D a vào ý đ t o ra s n ph m đó
m i thi t k s n ph m, hoàn t t b n v
Trên b n v s n ph m ph i nêu rõ các yêu c u k thu t c n ph i đ m b o trong
quá trình ch t o. Trên c s các b n v chi ti t ph i l p quy trình công ngh ch t o
s n ph m và l p k ho ch s n xu t.

ch t o s n ph m ph i l p nhu c u v trang

thi t b công ngh và các d ng c c n thi t. K ho ch s n xu t ph i ch rõ th i gian và
s nl

ng xu t x

ng trong th i gian đã đ nh. Ti p theo là công đo n đ a vào s n

8


xu t, ch t o xong ph i ti n hành ki m tra và th nghi m s n ph m, cu i cùng là bàn
giao cho khách hàng.
Trong giai đo n thi t k s n ph m m i, áp d ng máy tính đi n t cho phép t
đ ng hóa thi t k , in các b n v và tài li u k thu t.
Giai đo n chu n b công ngh , ngh a là thi t k quy trình công ngh và l p bi u
đ s n xu t v i s tr giúp c a máy tính đi n t . Ngoài ra máy tính đi n t còn có th
áp d ng đi u khi n quá trình ch t o chi ti t dùng tay máy, các máy đi u khi n theo
ch

ng trình s (CNC). Công đo n cu i cùng là ki m tra và th nghi m c ng có th t

đ ng hóa nh máy tính đi n t .
 Qua đó ta th y h th ng tích h p CAD/CAM đóng vai trò quan tr ng trong n n
s n xu t hi n đ i, trong các l nh v c chuyên môn hóa cao. T

hình 1-4 rõ ràng

CAD/CAM bao quát xuyên su t trong chu trình s n ph m.
1.5. Ph n c ng c a CAD/CAM
1.5.1. Gi i thi u chung
Các b ph n ph n c ng dùng cho m t h CAD r t đa d ng v kích th

c, c u

hình và v m c đ hi n đ i, tu theo nhi m v c a t ng đ n v mà ch n h CAD cho
phù h p.
Ta bi t r ng n n t ng c a m t h CAD hi n đ i là đ ho máy tính t

(ICG) cho phép ng
đ có đ

ng tác

i thi t k có ngay nh ng ng x c a h th ng v d li u đ u vào

c nh ng tác đ ng thích h p vì gi a ng

liên l c tr c ti p theo cách ng

i thi t k và h th ng có m t m i

i s d ng vào l nh cho h th ng và đáp ng l i nh ng

câu h i mà h th ng đ a ra.
Ngày nay các ph n c ng trong công ngh thông tin r t phong phú và đa d ng
đ

c s d ng trong h CAD.

1.5.2. C u hình ph n c ng c a m t h CAD đi n hình
M t h CAD nói chung th
ng

ng có các thi t b ph n c ng sau đây:

M t ho c m t s tr m thi t k v i m t đ u cu i đ ho và các thi t b vào c a
i thi t k .

9


-

M t ho c m t s máy v và các thi t b ra khác.

-

M t máy tính.

-

Các b l u tr ngoài (b nh ngoài).

Hình 1.5: C u hình c a m t h CAD
H CAD có lo i đ c l p trong đó ch có m t máy tính cá nhân đi u khi n, có lo i
n i m ng cuc b v i nhi u tr m thi t k do m t máy trung tâm đi u khi n.
1.5. 3. Tr m thi t k
Tr m thi t k hay còn g i là tr m công tác c a h CAD là m t h th ng giao
di n v i th gi i bên ngoài.
thu n ti n đ i v i ng

ây là m t y u t quan tr ng t o nên tính hi u qu và s

i thi t k khi làm vi c v i m t h CAD. Bao g m m t tr m

thi t k có PC, thi t b đ u cu i đ h a (màn hình CRT), thi t b vào(bàn phím, chu t).
* Ch c n ng c a m t tr m thi t k đ ho :
M t tr m thi t k ph i đ m trách đ

c n m ch c n ng sau đây :

-

Giao di n v i máy tính.

-

T o ra các b n v

-

Cung c p các b n mô t d

-

Chuy n các l nh máy tính thành các ch c n ng v n hành.

-

T o thu n l i cho vi c truy n thông gi a ng

n đ nh cho ng

i thi t k .

i d ng s c a các b n v trên.

i thi t k và h th ng

Cách t t nh t đ th c hi n các ch c n ng trên là s d ng h đ ho t
M t tr m thi t k dùng cho h đ ho t

ng tác.

ng tác t ph i có hai b ph n h p thành sau :

10


-

M t thi t b đ u cu i đ ho

-

Các thi t b vào c a ng

i thi t k .

1.6. Ph n m m c a CAD/CAM
1.6.1. Gi i thi u
Ph n c ng c a CAD ch có tác d ng và ho t đ ng v i ph n m m kèm theo. Ph n
m m đó

đây g m hai lo i:

• Ph n m m đ ho
ây là m t b ch

ng trình đ

c vi t ra nh m t o đi u ki n cho ng

v n hành h th ng đ ho máy tính (h ICG). B ch

ng trình này th

i s d ng

ng đ

xu t tr n gói nên còn có tên g i gói ph n m m đ ho , bao g m nh ng ch

cs n

ng trình

đ t o ra hình nh trên màn hình CRT, đ đi u khi n các hình nh đó và đ th c hi n
các ki u t
ch

ng tác khác nhau gi a ICG. AutoCAD là ví d đi n hình v m t b

ng trình nh v y. Còn h ICG là m t h th ng đ ho t

ng tác, ngoài ph n m m

còn có ph n c ng.

• Ph n m m ng d ng (k c nh ng ch

ng trình b tr đ th c hi n nh ng

ch c n ng đ c bi t có liên quan đ n CAD/CAM):
Bao g m nh ng ph n m m phân tích thi t k (ch ng h n nh phân tích ph n t
h u h n, mô ph ng đ ng h c c c u...) và nh ng ph n m m l p k ho ch s n xu t ch t o (ch ng h n nh l p k ho ch gia công t đ ng, l p trình v t làm đi u khi n
s ...). Nh ng ph n m m loa th hai này s đ

cđ c pt i

các ch

ng sau, khi

nghiên c v CAM.
Ph n m m đ ho dùng cho m t h th ng đ ho máy tính c th có tính đ c thù
r t m nh đ i v i ph n c ng c a h th ng đó - có ngh a là nó đ

c vi t ra ch y u là đ

ch y trên ph n c ng đó c a h th ng. Vì th , ph n m m ph i đ
h p v i ki u màn hình CRT và ki u thi t b vào đ

c vi t sao cho phù

c dùng trong h th ng. Nh ng chi

ti t c a ph n m m đ ch y trên CRT quét vect s ph i có nh ng đi m khác so v i
khi vi t cho CRT quét dòng vì c u t o và nguyên t c ho t đ ng c a hai lo i màn hình

này không hoàn toàn gi ng nhau.

11


D u r ng nh ng s khác nhau nh th trong ph n m m nhi u khi ng
không nh n ra, nh ng chúng l i r t quan tr ng đ i v i ng
đ ho máy tính t

i s d ng

i xây d ng m t h th ng

ng tác.

Các nguyên t c c b n cho vi c thi t k ph n m m đ ho nh sau :
- Tính đ n gi n: Ph n m m đ ho ph i d s d ng.
- Tính nh t quán: Goí ph n m m ph i đem đ n cho ng
pháp v n hành nh t quán và có th d đoán đ

i s d ng m t ph

ng

c các thao tác ti p theo.

- Tính đ ng b : Không b sót m t ch c n ng nào đáng k trong b ch c n ng đ
ho c a ph n m m.
- Tính b n v ng: Ch u đ ng đ

c nh ng sai ph m nh trong v n hành c a ng

i

s d ng.
- Tính hi u qu : V i nh ng h n ch c a ph n c ng, ph n m m c n khai thác
đ

c đ n m c t i đa kh n ng c a nó.
- Tính kinh t : Ph n m m không quá l n ho c quá đ t ti n đ n m c khách hàng

không ch p nh n đ

c.

1.6.2. C u hình ph n m m c a m t h th ng đ ho t
Khi ng

ng tác (ICG)

i s d ng v n hành m t h ICG, có r t nhi u ho t đ ng khác nhau x y

ra. Có th chia nh ng ho t đ ng đó thành 3 lo i:
-T

ng tác v i thi t b đ u cu i đ ho đ t o ra và thay đ i nh ng hình nh trên

màn hình.
- Ki n t o nên m t mô hình mà v m t v t lý có th v
trên màn hình. ôi khi mô hình này còn đ

t ra ngoài hình nh ch a

c g i là mô hình ng d ng.

- Nh p mô hình vào b nh trong (và c b nh ngoài khi c n).
Khi làm vi c v i h th ng đ ho , ng

i s d ng th c hi n nh ng công vi c theo

cách ph i h p ch không ph i theo cách h t lo i công vi c n đ n công vi c khia.
Ng

i s d ng ki n t o nên m t mô hình v t lý và nh p vào b nh b ng s mô t

hình nh c a mô hình đó cho h th ng bi t theo cách t

ng tác mà không c n suy ngh

đ ng tác nào thu c vào lo i nào trong ba lo i k trên. S d phân ra nh th là đ t

12

ng


ng v i c u hình t ng quát c a m t h ph n m m đ ho dùng trong h ICG s nói
d

i đây.

Theo truy n th ng, ng

i ta xác đ nh c u hình t ng quát c a m t h ph n m m

đ ho g m có ba môdun sau:
- Gói ph n m m đ ho
- Ch

ng trình ng d ng (mô hình ng d ng)

- C s d li u đ ho

Hình 1.6: C u trúc m t ph n m m đ h a
a. Ch

ng trình ng d ng

ây là môdun trung tâm c a h đ ho . Nó là cái mô t mô hình v t lý mà ng

i

s d ng mu n thi t k ra nên còn có tên là mô hình ng d ng. Nó đi u khi n s l u
tr d li u vào c s d li u ng d ng và g i d li u ra t c s d li u ng d ng. Nó
đ

c ng
Ch

i s d ng xây d n nên thông qua gói ph n m m đ ho .
ng trình ng d ng đ

c ng i s d ng t o ra đ xây d ng mô hình c a th c

th v t lý mà hình nh c a nó s th y đ
đ

c mô t b i m t ch

c trên màn hình đ ho . M i th c th v t lý

ng trình ng d ng và bao gi c ng thu c v nh ng mi n bài

toán c th .
Nh ng mi n bài toán trong thi t k k thu t bao g m ki n trúc, xây d ng, c khí,
đi n, công nghi p hoá ch t... Nh ng mi n bài toán không thu c v thi t k thì có th là
các b trình mô ph ng bay, là hi n th d li u d
và th m chí là m ngh . Trong m i tr
nên đ x lý hình nh và các quy

ct

ng h p, ch

i d ng đ ho , là phân tích toán h c
ng trình ng d ng đ

ng ng v i l nh v c đó.

13

c xây d ng


b. Gói ph n m m đ ho
ây là công c tr giúp gi a ng
nhi m v qu n lý s t

i s d ng và thi t b đ u cu i đ h a. Nó có

ng tác đ ho gi a ng

i s d ng và h th ng.

c ng ho t đông v i t cách là giao di n gi a ng

i s d ng v i ch

ng th i nó
ng trình ng

d ng. Gói ph n m m đ h a bao g m:
• Các ch

ng trình con (th

• Các ch

ng trình con (th

ng trình) Output.

ng trình) Input nh n l nh và d li u do ng

d ng đ a vào r i ti p t c đ a chúng t i ch

ng trình

ng d ng. Các ch

is

ng trình

Output đi u khi n màn hình (ho c thi t b ra khác) và chuy n đ i các mô hình ng
d ng thành nh ng hình nh hai chi u ho c ba chi u.
c. C s d li u ng d ng
ây là môdun th ba trong c u hình c a h ph n m m đ ho , trong đó ch a
nh ng đ nh ngh a v toán h c, v s và v logic c a các mô hình ng d ng nh các
m ch đi n, các chi ti t máy, các b ph n ôtô v.v.. Nó còn ch a nh ng thông tin d
d ng ký t nh b ng li t kê v t li u, thu c tính hình h c, kh i l

i

ng... N i dung c a

c s d li u có th s n sàng hi n th lên màn hình CRT ho c v ra trên gi y.
1.7. L i ích c a CAD/CAM
Công ngh CAD/CAM đã đóng vai trò quan trong và mang l i m t s l i ích
nh :


Các h

đ

h a máy tính công d ng chung ( Auto CAD, MasterCam,

Inventor,…)


Các ph n m m phân tích k thu t trong thi t k ( nh

ph ng đ ng l c h c c c u,…)


Phân lo i và mã hóa đ i t

ng ( công ngh nhóm )



Các h th vi n thi t k



V t đ ng



C s d li u thi t k và ch t o

14

ng su t,bi n d ng, mô




L p quy trình công ngh trên máy tính



Các d li u gia công c đ



Xây d ng đ nh m c lao đ ng qua máy tính



L p trình cho h NC trên máy tính



Ti n đ s n xu t t m và chính xác



L p k ho ch cung ng v t t

c máy tính hóa



i u khi n s tr c ti p



i u khi n robot do máy tính



Các ng d ng đi u khi n b ng vi x lý



Ki m tra ch t l



Dò khuy t t t qua máy tính.

ng b ng máy tính

N I DUNG ÔN T P CH

NG 1

1. Hãy trình bày ch c n ng c a CAD, CAM
2. Hãy nêu nh ng a đi m c a qui trình thi t k và gia công t o hình theo công
ngh CAD/CAM so v i qui trình thi t k và gia công t o hình theo công ngh truy n

th ng
3. Hãy trình bày l i ích c a CAD, CAM.

15


Ch

ng 2

H TH NG S N XU T LINH HO T (FMS)
2.1.

Các c s hình thành FMS

2.1.1. Khái ni m v h th ng FMS
H th ng s n xu t là m t chu i các quá trình s n xu t gia t ng giá tr làm nhi m
v chuy n đ i nguyên v t li u thành d ng có ích h n và cu i cùng là t o ra s n ph m
hàng hoá.
FMS vi t t t t Flexible manufacturing Systems. (h th ng s n xu t linh ho t.)
FMS bao g m có m t s máy CNC, b trí theo m t trình t công ngh và liên k t v i
nhau b ng các thi t b v n chuy n. Ngoài các máy tính và các ph n m m t

ng ng đ

đi u khi n các thi t b gi ng nh MC ,trong FMS còn có máy tính trung tâm đ đi u
ph i toàn b ho t đ ng c a h th ng. Các FMS th
s n ph m đã đ nh tr

c nên n ng su t, ch t l

ng đ

c thi t k cho m t nhóm

ng c a chúng cao. H th ng FMS có

th t đ ng đ t l i c u hình đ s n xu t các ch ng lo i s n ph m khác nhau.
do t i sao nó đ

c g i là h th ng s n xu t linh ho t.

Hình 2.1: Mô hình h th ng s n xu t linh ho t FMS

16

ó là lý


Khái ni m s n xu t linh ho t đ

c bi t đ n l n đ u tiên vào n m 1965 khi công

ty British firm Molins, Ltd đ-a ra s n ph m v i tên g i là System 24. System 24 là m t
h th ng FMS th t s . Tuy nhiên h th ng này không th phát tri n thêm đ- c n a b i
vì khi đó công ngh t đ ng hoá và công ngh thông tin còn ch-a phát tri n nên không
th h tr cho s phát tri n c a h th ng này đ- c. Khái ni m s n xu t linh ho t vì v y
b quên lãng. Tuy nhiên vào nh ng n m cu i th p k 70 và đ u th p k 80, cùng v i
s phát tri n nh y v t c a công ngh thông tin và ng d ng c a công ngh thông tin
trong s n xu t mà s n xu t linh ho t đã phát tri n tr l i v i t c đ đáng kinh ng c. H

th ng s n xu t linh ho t đ- c s d ng l n đ u tiên

M đ s n xu t ra ôtô và máy kéo.

Nh v y, m t h th ng s n xu t linh ho t nói chung g m có các ph n sau:
- Thi t b x lý nh- các trung tâm gia công, các tr m l p ráp, và robot.
- Thi t b v n chuy n nguyên v t li u ví d nh- robot, b ng truy n,...
- M t h th ng truy n thông
- M t h th ng đi u khi n b ng máy tính
Trong s n xu t linh ho t, các máy gia công t đ ng nh- ti n, phay, khoan,... và h
th ng v n chuy n nguyên li u t đ ng giao ti p v i nhau thông qua m ng máy tính.
2.1.2. Các c s hình thành FMS
a. T đ ng hóa s n xu t
T đ ng hóa s n xu t là m t h
đó con ng

iđ

ng phát tri n c a s n xu t ch t o máy mà trong

c gi i phóng không ch t lao đ ng c b p mà còn đ

t quá trình đi u khi n s n xu t.
trình s n xu t. Con ng

đâu trách nhi m c a con ng

c gi i phpngs

i làm theo dõi quá

i th c hi n vi c chu n b công ngh và c p – tháo phôi ( chi

ti t) theo chu k chi máy ( tùy thu c vào m c đ t đ ng hóa).
b. T đ ng hóa t ph n
T đ ng hóa t ng ph n có ngh a là t đ ng hóa t ng nguyên công riêng bi t. Bó
k t h p lao đ ng c khí hóa v i t đ ng hóa và nó đ
tham gia tr c ti p c a con ng
ng

c ng d ng

i không th th c hi n đ

c ( nguy hi m đ i v i con

i ) ho c đ i v i nh ng công vi c quá n ng nh c, đ n đi u.

17

nh ng n i mà s


c. T đ ng hóa toàn ph n
Trong t đ ng hóa toàn ph n thì công đo n s n xu t, phân x

ng s n xu t và nhà

máy s n xu t ho t đ ng nh m t kh i th ng nh t. T đ ng hóa toàn ph n có tính u
vi t trong đi u ki n s n xu t phát tri n

công ngh tiên ti n và các ph

trình đ cao trên c s c a các ph

ng pháp

ng pháp đi u khi n có s tr giúp c a máy tính.

d. Máy t đ ng công ngh
Máy t đ ng công ngh là máy mà chu trình ho t đ ng c a nó đ
không có s tham gia c a cong ng
t ng th tr l

ng cho ng

c th c hi n

i, ví d nh n máy t đ ng dùng đ thi t l p s đ

i lao đ ng.

e. Tính linh ho t c a h th ng s n xu t
Tính linh ho t c a h th ng s n xu t là m c đ và kh n ng thích ng v i ch t o
nhi u lo i s n ph m khác nhau m t cách n i ti p ho c song song
M c đ linh ho t ML c a h th ng đ
ML 

V i:

c xác đ nh theo công th c sau:

Ld
Ly

- Ld tính linh ho t đ t đ

[2.1]
c.

- Ly tính linh ho t yêu c u
N u ML = 1 thì yêu c u v tính ho t ho t hoàn toàn th a mãn. Khi ML > 1 thì h
th ng s n xu t có th a tính linh ho t, có ngh a là đ i v i các nhi m v c th , tính linh
ho t đ

c s d ng không h t. N u ML < 1 thì không ph i t t c các s n ph m đ

t o trong nh ng đi u ki n t i u mà ch có m t s s n ph m đ

c ch

c ch t o.

Giá thành đ t o ra tính linh ho t c a h th ng s n xu t ph thu c vào hai y u t :
y u t k thu t và y u t t ch c.
M t s nhà nghiên c u còn chia tính linh ho t ra: tính linh ho t c a máy, tính
linh ho t c a quy trình, tính linh ho t đ i v i s n ph m, tính linh ho t theo ti n trình,
tính linh ho t theo kh i l

ng s n ph m đ

c ch t o, tính linh ho t theo quy mô m

r ng s n xu t và tính linh ho t theo ch ng lo i s n ph m.

18


Tính linh ho t c a máy là kh n ng hi u ch nh nhanh các ph n t công ngh c a
FMS đ ch t o nhi u lo i s n ph m khác nhau.
Tính linh ho t c a quá trình là kh n ng ch t o nhi u lo i s n ph m t nhi u lo i
v t li u khác nhau b ng nh ng ph

ng pháp khác nhau.

Tính linh ho t đ i v i s n ph m là chuy n đ i nhanh và kinh t FMS đ ch t o
s n ph m m i.
Tính linh ho t theo ti n trình: là kh n ng ti p t c ch t o nhi u s n ph m đã
đ nh khi m t s thi t b công ngh ng ng ho t đ ng.
Tính linh ho t theo kh i l
cách kinh t nhi u kh i l

ng s n ph m đ

c ch t o là kh n ng s n xu t m t

ng s n xu t khác nhau.

Tính linh ho t theo quy mô m r ng s n xu t là kh n ng m r ng s n xu t nh
trang b nh ng thi t b công ngh m i.
Tính linh ho t theo ch ng lo i s n ph m là kh n ng ch t o nhi u ch ng lo i s n

ph m c a FMS.
f. T đ ng hóa s n xu t linh ho t
T đ ng hóa s n xu t linh ho t đ

c dùng trong s n xu t hàng lo t v a và hàng

lo t nh ( nhi u ch ng lo i chi ti t), nó d a trên công ngh nhóm và công ngh đi n
hình v i s d ng các máy CNC, các modul s n xu t linh ho t, các h th ng kho ch a
và v n chuy n t đ ng và các t h p thi t b v i đi u khi n b ng máy vi tính (
đ th p dùng các b vi x lý, còn
đ ng hóa s n xu t linh ho t đ

m c

m c đ cao dùng các thi t b máy tính l n). T

c th hi n

vi c đi u ch nh nhanh quá trình s n xu t

đ ch t o s n ph m m i trong ph m vi thi t b k thu t c ng nh trong ph m vi đi u
khi n ( trong gi i h n kh n ng c a thi t b công ngh )
g. H th ng s n xu t linh ho t
H th ng s n xu t linh ho t là t h p bao g m các máy CNC, các thi t b t
đ ng, các modul s n xu t linh ho t, các thi t b công ngh riêng l và các h th ng
đ m b o ch c ng ho t đ ng v i ch đ t đ ng trong kho ng th i gian đã đ nh, cho
phép t đ ng đi u ch nh đ ch t o các s n ph m b t k trong m t gi i h n nào đó.
h. Modul s n xu t linh ho t

19

Modul s n xu t linh ho t là m t đ n v thi t b có đi u khi n theo ch

ng trình

đ ch t o các s n ph m b t k trong m t gi i h n nào đó. Thi t b này th c hi n m t
các t đ ng t t c các ch c n ng có liên quan đ n ch t o s n ph m và nó có kh n ng
ho t đ ng trong FMS.
i. Robot công nghi p
Robot công nghi p là m t máy t đ ng đ ng yên ho c di đ ng, nó g m m t c
c u ch p hành d

i d ng tay máy, có m t s b c t do và m t c c u đi u khi n đ

th c hi n các ch c n ng di chuy n trong quá trình s n xu t.
j. T h p robot công ngh
T h p robot công ngh là toàn b m t thi t b công ngh , m t robot công nghi p
và các thi t b khác đ th c hi n các chu k l p l i m t cách t đ ng.
Các t h p robot công ngh trong FMS ph i có kh n ng đi u ch nh t đ ng và
kh n ng thích ng trong h th ng (FMS).

đây robot công nghi p có th là robot c p

phôi ( chi ti t), robot v n chuy n ho c robot đ

c dùng nh m t thi t b công ngh (ví

d nh khoan l , t y bavia trên chi ti t gia công…) Các thi t b khác nhau đ
b cho t h p robot công ngh th

h

c trang

ng là các c c u tích tr phôi (chi ti t), c c u đ nh

ng phôi (chi ti t), các c c u v n chuy n và l p ráp nh …
k. Dây chuy n t đ ng linh ho t
Dây chuy n t đ ng linh ho t là FMS mà trong đó các thi t b công ngh đ

l p đ t theo các trình t các nguyên công đã đ

c

c xác đ nh.

l. Công đo n t đ ng hóa linh ho t
Công đo n t đ ng hóa linh ho t là FMS ho t đ ng theo ti n trình công ngh mà
trong đó có kh n ng thay đ i trình t s d ng thi t b công ngh .
m. Phân x
Phân x

ng t đ ng hóa linh ho t

ng t đ ng hóa linh ho t là FMS bao g m dây chuy n t đ ng hóa linh

ho t, công đo n t đ ng hóa linh ho t và t h p robot công ngh đ
nhau theo ph

ck tn iv i

ng án đ ch t o các s n ph m c a m t ch ng lo i xác đ nh.

n. Nhà máy t đ ng hóa linh ho t

20


Nhà máy t đ ng hóa linh ho t là FMS bao g m dây chuy n t đ ng hóa linh
ho t, t h p robot công ngh và phân x
nhau theo nhi u ph

ng t đ ng hóa linh ho t đ

cn ik tv i

ng án đ ch t o s n ph m c a nhi u ch ng lo i s n ph m khác

nhau.
2.2.

Phân tích đ i t
it

ng s n xu t linh ho t

ng s n xu t linh ho t đ

c phân làm ba lo i

Lo i không ph thu c vào dòng v t li u c a t bào gia công t đ ng. Lo i này
đ

c c u t o t máy v n n ng đi u khi n theo ch

máy tính b c cao đ đi u khi n. Lo i này đ

ng trình s , cho phép liên k t v i

c s d ng n u chi ti t có th i gian gia

công l n, m t máy có th th c hi n nhi u nguyên công (quá trình gia công đ

ct p

trung trên m t máy)
Lo i dòng v t li u tích tr phôi h th ng máy gia công t đ ng v n n ng c a t
bào gia công đ
th đ

c đi u khi n theo ch

ng trình s . Lo i này các chi ti t cùng lo i có

c gia công theo nhi u ti n trình công ngh khác nhau trên m t t bào gia công

t đ ng. Lo i này đ

c s d ng v i chi ti t có th i gian gia công không l n

Lo i ph thu c vào dòng v t li u c a t bào gia công t đ ng. Trong FMS lo i
này m i nguyên công ch th c hi n trên m t máy. H th ng v n chuy n – tích tr phôi
c n đ m b o ti n trình cung ng.
2.3.

C u trúc và các ph n t c b n c a FMS
Thành ph n c a FMS bao g m:
- Các thi t b công ngh và các thi t b ki m tra đ

c trang b các tay máy t

đ ng và các máy tính đ tính toán và đi u khi n.
- Các b ch

ng trình đ đi u khi n FMS.

- Các t bào gia công t đ ng ( các modul s n xu t linh ho t), thông th

ng là

các máy CNC có m i liên k t v i các máy tính và h th ng v n chuy n – tích tr phôi
(chi ti t t đ ng)
Theo c u trúc thì FMS là m t t h p c a t bào gia công t đ ng và t bào ki m
tra t đ ng đ

c liên k t v i nhay thành m t h th ng nh t theo dòng v t li u v i s

21