Nghiên cứu phần mềm mastercam x5 để thiết kế và gia công chi tiết máy và xây dựng bài giảng, giảng dạy phần mềm mastercam x5
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.46 MB, 112 trang )
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
MỞ ĐẦU
............................................................................................................. 4
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM – CNC ................... 6
1.1 . TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM - CNC. ..................................... 6
1.1.1. Khái niệm về CAD, CAM, CNC. .................................................................... 6
1.1.2. Tích hợp công nghệ CAD/CAM – CNC. ........................................................ 9
1.1.3. Vai trò của CAD/CAM – CNC trong chu kỳ sản xuất. ................................. 11
1.1.4. Các mức tiếp cận CAD/CAM. ...................................................................... 12
1.1.5. Giao diện CAD/CAM – CNC. ...................................................................... 15
1.1.6. Một số phần mềm CAD/CAM đang được sử dụng hiện nay, ưu nhược
điểm của từng phần mềm. ................................................................................... 20
1.1.7. Tình hình ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC ở nước ta hiện nay. ...... 26
1.2. PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO CÁC SẢN PHẨM CƠ KHÍ ỨNG DỤNG
CÔNG NGHỆ CAD/CAM – CNC....................................................................... 28
1.2.1. Quá trình thiết kế ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC. ........................ 28
1.2.2. Quá trình gia công ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC. ...................... 33
1.3. Kết luận ........................................................................................................... 43
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM MASTERCAM X5 ................... 44
2.1. Giới thiệu chung .............................................................................................. 44
2.2. Các chức năng và ý nghĩa của các mục chọn trên thanh menu chính. ........... 48
CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC ........................ 60
NGUYÊN CỨU THIẾT KẾ BGĐT VÀO GIẢNG DẠY ................................... 60
3.1. Tổng quan nghiên cứu bài giảng điển tử ........................................................ 60
3.2. Phương tiện dạy học và vai trò của phương tiện dạy học .............................. 61
1
3.3. Cơ sở lý luận và thực tiễn của việc nghiên cứu thiết kế bài giảng điện tử ..... 68
CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ GIẢNG DẠY MÔDUN
TIỆN - PHẦN MỀM MESTERCAMX5 ...................................... 81
4.1. Đối tượng giảng dạy........................................................................................ 81
4.2. Mục tiêu bài giảng........................................................................................... 81
4.3. Kiến thức và kỹ năng đạt được ........................................................................ 81
4.4.Thời lượng bài giảng ........................................................................................ 81
4.5. Nội dung của bài giảng ................................................................................... 81
4.5.1.Bài giảng lý thuyết......................................................................................... 81
4.5.2.Bài giảng thực hành trên máy tính ................................................................ 90
4.5.3. Bài tập thực hành đánh giá ........................................................................ 107
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 109
1. Kết luận ............................................................................................................ 109
2. Hướng nghiên cứ tiếp theo ............................................................................... 109
LỜI CÁM ƠN ....................................................................................................... 111
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 112
2
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những gì mà tôi viết trong luận văn này, hoàn toàn là do sự
tìm hiểu và nghiên cứu của bản thân. Mọi kết quả nghiên cứu cũng như ý tưởng của
các tác giả khác nếu có đều được trích dẫn nguồn gốc cụ thể.
Luận văn này cho đến nay chưa được bảo vệ tại bất kỳ Hội đồng bảo vệ luận
văn thạc sỹ nào và chưa được công bố trên bất kỳ một phương tiện thông tin nào.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những gì mà tôi đã cam đoan ở trên.
Hà nội, ngày 25tháng 02năm 2012
Người viết
Nguyễn Thị Thu Nga
3
MỞ ĐẦU
Trong những năm qua, nên kinh tế nước ta đã đạt được tốc độ tăng trưởng
cao, cơ cấu kinh tế có bước chuyển dịch mạnh mẽ theo hướng công nghiệp hóa.
Quá trình Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa và hội nhập kinh tế quốc tế ở nước ta yêu
cầu phải đáp ứng đủ số lượng lao động kỹ thuật chất lượng cao cho các ngành kinh
tế, nhất là các ngành công nghiệp mũi nhọn, công nghệ cao: tin học, tự động hóa,
điện, cơ điện tử, chế biến xuất khẩu …Và đòi hỏi lao động phải được qua đào tạo
các ngành trên có như vậy các doanh nghiệp mới đủ sức cạnh tranh trên thị trường
trong nước và quốc tế.
Để đáp ứng yêu cầu đó, hệ thống đào tạo kỹ thuật thực hành phải thường
xuyên được bổ sung, cập nhật hoàn thiện các chương trình dạy nghề hoặc xây dựng
các chương trình dạy nghề mới, đổi mới sâu sắc và tòan diện, nâng cao chất lượng
đội ngũ giáo viên, cán bộ kỹ thuật. Đầu tư, đổi mới trang thiết bị giảng dạy, đặc biệt
chú trọng đổi mới phương pháp đào tạo, khai thác các thiết bị kỹ thuật các phương
tiện kỹ thuật đào tạo.
Ngày nay với sự phát triển của công nghệ thông tin cùng với những tiện ích
mà các ứng dụng của nó mang lại đã làm thay đổi hẳn diện mạo xã hội nước ta.Đặc
biệt việc áp dụng công nghệ thông tin và truyền thông trong giáo dục và đào tạo đã
làm cho hệ thống giáo dục VIỆT NAM có những phát triển nhảy vọt so với các
nước trong khu vực. Tuy vậy, việc ứng dụng công nghệ thông tin của nước ta so với
các nước trên thế giới còn nhiều hạn chế.Vì vậy việc đổi mới phương pháp dạy học
và ứng dụng công nghệ thông tin vào việc đổi mới phương pháp dạy học là việc làm
cần thiết và quan trọng của ngành giáo dục trong giai đọan hiện nay.
Trong quá trình đổi mới phương pháp giảng dạy đòi hỏi người giáo viên lựa
chọn phương tiện, phương pháp giảng dạy sao chophù hợp với từng đối tượng học
sinh khác nhau. … Thì việc mô phỏng các hình không gian rất cần thiết trong giờ
học. Giúp học sinh dễ nhận biết các đối tượng, tạo hứng thú trong quá trình học,
nâng cao hiệu quả trong giờ học.
4
Được sự đồng ý của TS Trương Hoành Sơn tôi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu
phần mềm MasterCamX5 để thiết kế và gia công chi tiết máy và xây dựng bài
giảng, giảng dạy phần mềm MasterCamX5” với mong muốn góp phần nâng cao
chất lượng giảng dạy môn học tại các trường kỹ thuật.
Hà nội, ngày 20 tháng 2 năm 2012
Nguyễn Thị Thu Nga
5
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM – CNC
VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO CÁC SẢN PHẨM CƠ KHÍ
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CAD/CAM - CNC
1.1 . TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM - CNC.
1.1.1. Khái niệm về CAD, CAM, CNC.
1.1.1.1. CAD
CAD - Computer Aided Design – thiết kế có sự trợ giúp của máy tính. Được
sử dụng hầu hết trong các ngành kỹ thuật như cơ khí, xây dựng, kiến trúc... CAD
thực sự trở thành một công cụ đắc lực cho người kỹ sư trong việc thể hiện bản vẽ
một cách nhanh chóng và chính xác.
Ngày nay tất cả các ngành kỹ thuật và các cơ sở sản xuất đều sử dụng và
khai thác phần mềm này để hỗ trợ thiết kế và quản lý kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu
quả sản xuất và kinh doanh. Trải qua các phiên bản khác nhau, CAD đã trở thành
phần mềm trợ giúp thiết kế được sử dụng rộng rãi trên thế giới bởi các tính năng nổi
trội sau:
-
Đáp ứng nhu cầu đồ hoạ trong không gian 2 chiều và 3 chiều.
-
Dễ sử dụng, người sử dụng có thể làm việc từ bàn phím, chuột thông
qua cửa sổ lệnh hay hệ thống menu, các biểu tượng chức năng.
-
Dễ dàng trao đổi và kết xuất thông tin với các phần mềm khác.
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 gọi
chung là các phần mềm thiết kế.
1.1.1.2. CAM
6
CAM - Computer Aided Manufacturing – chế tạo có sự trợ giúp của máy
tính. Sau khi thực hiện xong quá trình thiết kế hình học, các dữ liệu CAD được xuất
ra dưới dạng các định dạng file dữ liệu trung gian như STEP, IGES... và được nhập
vào phần mềm CAD dưới các định dạng này. Chương trình CAM sẽ nhận dữ liệu
CAD thông qua các định dạng trung gian đó và người chạy chương trình cần phải
thiết lập các điều kiện tính toán cho quá trình gia công như các chiến lược gia công,
thông số công nghệ và thông số dụng cụ cắt, chương trình sẽ tự động chạy và xuất
các chương trình NC dưới dạng các mã lệnh G – M code hoặc dưới dạng ngôn ngữ
ATP. Các chương trình NC dưới dạng mã lệnh này sẽ được truyền trực tiếp từ máy
CNC bằng ổ đĩa hoặc qua các bộ điều khiển DNC (Direct Numerical Control).
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 dụng cụ cắt, vật liệu dao, vật liệu gia công,
chế độ cắt, máy... Các điều kiện sản xuất cụ thể sẽ quyết định đến năng suất, chất
lượng và hiệu quả kinh tế.
1.1.1.3. CNC.
CNC – Computerized Numerical Control - Điều khiển số bằng máy tính. Ý
tưởng phát triển điều khiển số cho máy công cụ ( Numerical Control – NC) xuất
hiện vào những năm 1949 – 1950 tại viện công nghệ Massachusetts (MIT),
Cambridge, Mỹ. Về mặt công nghệ, để thực hiện ý tưởng này cần có một hệ điều
khiển biến đổi được đại lượng đầu vào ở dạng số nhị phân cho hành trình và các
chức năng đóng – mở sao cho máy phay có thể hiểu và xử lý được chúng. Đó là ý
tưởng cơ bản về ứng dụng điều khiển số cho máy công cụ nói chung. Việc thực hiện
nó đã trở thành hiện thực, nhờ có sự phát triển mạnh mẽ của xử lý số liệu điện tử
lúc đó.
Trước tiên bộ điều khiển NC cho máy phay đứng được phát triển, các thông
tin về hành trình và các chức năng đóng - mở cần thiết được nhập qua card đục lỗ.
Nhờ đó các trục chạy dao của máy phay được điều khiển với các nguồn động lực
độc lập sao cho bàn gá chi tiết gia công có thể thực hiện được bước dịch chuyển
7
theo ý muốn. Các tệp dữ liệu thông tin về hành trình và chế độ đóng – ngắt viết ở
dạng chữ cái và con số thập phân được gọi là “chương trình NC”
Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ vi mạch tích hợp và công nghệ
chế tạo các linh kiện điện tử như các bộ vi xử lý và máy vi tính, vào những năm 70,
điều khiển NC đã bắt đầu phát triển thành điều khiển CNC (Computerized
Numerical Control).
Khi đã có chương trình NC, chương trình này được tải đến hệ điều khiển
CNC. Mặc dù người vận hành có thể nhập trực tiếp vào hệ điều khiển, nhưng với
chương trình dài thì rất khó khăn. Chương trình NC có được qua hệ thống CAM
đang ở dạng file văn bản trên máy tính, còn nếu lập bằng tay có thể nhập vào máy
tính bằng chương trình xử lý văn bản thông thường, với chương trình đang ở dạng
file văn bản muốn chuyển đến hệ điều khiển máy CNC cần phải có một hệ thống
DNC. DNC (Direct Numerical Control) là từ viết tắt tiếng Anh để biểu thị một máy
tính trung tâm được cài đặt phần mềm truyền dữ liệu đến các hệ thống điều khiển
của các máy CNC trong một xưởng gia công (hình 1.1)
Hình 1.1. Hệ thống DNC
Một hệ thống DNC cho phép máy tính có thể nối mạng với nhiều máy CNC
thông qua cổng RS232C, cổng mạng hoặc Data Server được dùng để truyền chương
trình.
8
1.1.2. Tích hợp công nghệ CAD/CAM – CNC.
Công nghệ CAD/CAM – CNC hiện nay đang phát triển hết sức mạnh mẽ với sự ra
đời của nhiều phần mềm CAD, CAM. Trên cơ sở đó các nhà sản xuất phần mềm
đưa ra 2 hướng: thứ nhất là đi theo hướng tích hợp các lĩnh vực CAD, CAM, CAE
thành một phần mềm đa chức năng. (CAE – Computer Aided Engineering- quá
trình kỹ thuật có sự trợ giúp của máy tính, như quá trình phân tích, mô phỏng, lập
kế hoạch sản xuất và sửa chữa bảo trì). Thứ hai là đi theo hướng chuyên môn hóa
từng lĩnh vực, tức là tách rời thiết kế, gia công và tính toán mô phỏng thành các
phần mềm riêng biệt. Một số phần mềm được định dạng để trung chuyển dữ liệu
CAD với nhau hay giữa dữ liệu CAD và CAM ở dạng STEP AP203, 203E, AP214
thay vì dưới dạng SAT, IGES, ... STEP được ứng dụng rộng rãi hơn IGES, bởi vì
khi xuất sang định dạng IGES thường hay gặp phải lỗi bề mặt.
Mục đích của tích hợp CAD/CAM là hệ thống hoá dòng thông tin từ khi bắt
đầu thiết kế sản phẩm tới khi hoàn thành quá trình sản xuất. Chuỗi các bước được
tiến hành với việc tạo dữ liệu hình học, tiếp tục với việc lưu trữ và xử lý bổ sung,
kết thúc với việc chuyển các dữ liệu này thành thông tin điều khiển cho quá trình
gia công, di chuyển nguyên vật liệu và kiểm tra tự động, được gọi là kỹ thuật trợ
giúp bởi máy tính CAE (Computer Aided Engineering) và được coi như kết quả của
việc kết nối CAD, CAM. CAE không chỉ thay thế con người bằng các thiết bị máy
tính hoá mà còn nâng cao năng lực của con người để phát minh các ý tưởng và sản
phẩm mới.
Sản xuất tích hợp máy tính hóa CIM (Computer Intergrated Manufacturing)
bao gồm tất cả các chức năng kỹ thuật của CAD/CAM cũng như các chức năng
kinh doanh. Các hệ thống CIM lý tưởng áp dụng công nghệ máy tính đối với tất cả
các chức năng vận hành và xử lý thông tin trong sản xuất, từ xử lý đơn đặt hàng,
thiết kế và sản xuất tới giao sản phẩm tới khách hàng. Phạm vi tác động của CIM
rộng hơn so với phạm vi của CAD/CAM. Khái niệm CIM có nghĩa là tất cả các hoạt
9
động sản xuất đều được kết hợp lại trong một hệ thống máy tính để được hỗ trợ,
được tự động hoá. Hệ thống máy tính toả rộng và tác động vào tất cả các hoạt động
của doanh nghiệp. Đây là hệ thống tích hợp, đầu ra của hoạt động này là đầu vào
của một hoạt động khác tạo thành dây chuyền các sự kiện, bắt đầu từ khâu đặt hàng
tới khâu chuyển giao sản phẩm.
Đơn đặt hàng sẽ được nhập vào phòng bán hàng của doanh nghiệp nhờ hệ
thống đặt hàng máy tính hoá. Các đơn đặt hàng này bao gồm các thông số đặc trưng
của sản phẩm, các thông số này sẽ là đầu vào của phòng thiết kế sản phẩm. Các sản
phẩm mới sẽ được thiết kế trong hệ thống CAD. Các phần tử tạo nên sản phẩm sẽ
được chuyển thành cấu trúc vật tư sản phẩm, sau đó sơ đồ lắp ráp được chuẩn bị.
Đầu ra của phòng thiết kế sẽ là đầu vào của phòng kỹ thuật sản xuất. Tại đây,
việc lập kế hoạch quá trình gia công, thiết kế công cụ và các hoạt động chuẩn bị cho
sản xuất được thực hiện. Đầu ra của phòng kỹ thuật sản xuất được đưa vào phòng
lập kế hoạch và điều khiển sản xuất. Tại đây, kế hoạch về nhu cầu nguyên vật liệu
được thực hiện bởi hệ thống máy tính.
Kết quả của CAD cho phép nâng cao năng suất và giảm thời gian thiết
kế sản phẩm; giảm thời gian thiết kế dụng cụ và đồ gá được 12 ÷ 25%; nâng cao
chất lượng thiết kế, do đó nâng cao được chất lượng sản phẩm; tạo ra được tài liệu
có chất lượng cao; loại trừ được các công việc lặp lại; tiết kiệm thời gian và giảm
giá thành khi chế tạo sản phẩm mới; tiêu chuẩn hoá tốt hơn; hoàn thiện giao diện
giữa thiết kế và sản xuất; giảm thời gian trả lời kết quả đấu thầu. Kết quả này không
chỉ là cơ sở dữ liệu để thực hiện phân tích kỹ thuật, lập trình chế tạo, gia công điều
khiển số mà chính là dữ liệu điều khiển thiết bị sản xuất điều khiển số như các loại
máy công cụ, rôbôt, tay máy công nghiệp...
Xuất phát từ thực tế, đa số thời lượng thiết kế là để tra cứu số liệu, do vậy
các công đoạn của quá trình chuẩn bị sản xuất được thực hiện bằng máy tính điện tử
vừa tiết kiệm vừa đảm bảo độ chính xác và chất lượng. Các công đoạn này bao
gồm: chuẩn bị thiết kế (thiết kế kết cấu sản phẩm, các bản vẽ lắp...); chuẩn bị công
nghệ (thiết lập quy trình công nghệ...); thiết kế và chế tạo các trang bị công nghệ và
10
dụng cụ phụ; kế hoạch hoá quá trình sản xuất và chế tạo sản phẩm. Quá trình chuẩn
bị sản xuất có vai trò rất quan trọng trong việc hình thành bất kỳ một sản phẩm cơ
khí nào.
CAD/CAM – CNC là lĩnh vực nghiên cứu nhằm tạo ra các hệ thống tự động
thiết kế và chế tạo trong đó máy tính điện tử được sử dụng để thực hiện một số chức
năng trợ giúp nhất định. CAD/CAM – CNC tạo ra mối quan hệ mật thiết giữa hai
dạng hoạt động là thiết kế và chế tạo. Chúng là 3 phần tử của hệ thống tích hợp
CIM (Computer Intergrated Manufacturing – hệ thống sản xuất tích hợp có máy
tính trợ giúp). Xu thế phát triển chung của các ngành công nghiệp chế tạo theo công
nghệ tiên tiến là liên kết các thành phần của quy trình sản xuất trong hệ thống tích
hợp CIM. Các thành phần của CIM được quản lý và điều hành dựa trên cơ sở dữ
liệu trung tâm với thành phần quan trọng là các dữ liệu từ quá trình CAD.
1.1.3. Vai trò của CAD/CAM – CNC trong chu kỳ sản xuất.
. Khi chưa được ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC, sơ đồ chu kỳ sản xuất
như sau:
Hình 1.2. Sơ đồ chu kỳ sản xuất khi chưa ứng dụng CAD/CAM – CNC
Khi đã ứng dụng CAD/CAM – CNC, sơ đồ chu kỳ sản xuất trở thành:
11
Hình 1.3. Sơ đồ chu kỳ sản xuất khi ứng dụng CAD/CAM – CNC
Qua hai sơ đồ trên ta thấy CAD/CAM – CNC chi phối hầu hết các dạng hoạt
động và chức năng của chu kỳ sản xuất. Với hệ thống CAD/CAM – CNC, ta có thể
xuất phát từ sản phẩm thực tế – chi tiết cụ thể, chuyển ngay vào bản vẽ với các hình
chiếu – kể cả hình chiếu trục đo để sửa chữa, cải tiến, hợp lý hoá và cũng ngay lập
tức đưa vào quá trình điều khiển máy để gia công và có ngay sản phẩm mới được
cải tiến. Đó cũng chính là công nghệ cao thiết kế – gia công – sản xuất có sự trợ
giúp của máy tính đã mang lại năng suất cao hơn, chất lượng sản phẩm tốt hơn, giá
thành hạ hơn với hiệu quả kinh tế rất cao.
1.1.4. Các mức tiếp cận CAD/CAM.
1.1.4.1. Mức tiếp cận 1
Cho các quá trình khoan, phay hoặc tiện. Mức này có khả năng thực hiện
giải pháp CAD/CAM – CNC như sau:
- Tạo lập bằng tay các lệnh G – M code.
- Tạo lập tự động các lệnh G –M code với hệ CAM rồi chạy mô phỏng
chương trình gia công CNC đã lập trên máy tính.
12
Hình 1.4. Mức tiếp cận 1
1.1.4.2. Mức tiếp cận 2
Là mức 1 có thêm hệ xử lý thích nghi (posprocessor) dùng cho bàn phím
CNC để lập trình gia công CNC, sau đó chạy mô phỏng trên màn hình máy tính mà
không dùng bàn phím máy tính.
Hình 1.5. Mức tiếp cận 2
1.1.4.3. Mức tiếp cận 3
Là mức 2 có thêm máy thực hành gia công có bổ sung thêm máy CNC theo
hai phương án như sau:
13
Hình 1.6. Mức tiếp cận 3
1.1.4.4. Mức tiếp cận 4
Là phương án phối hợp giữa mức 1 và mức 2, ở mức này bàn phím CNC có
thể lập trình và điều khiển gia công CNC với các hệ khác nhau (FANUC,
HEIDENHAIN, SIEMENS...) nhờ cách thay đổi phím ấn phù hợp với từng hệ. Với
mức này có thể tiến hành thiết kế chi tiết gia công, rồi lập trình gia công CNC với
bàn phím máy tính, hoặc lập trình bằng tay với bàn phím CNC, sau đó chạy mô
phỏng chương trình gia công CNC đã lập trên màn hình máy tính.
1.1.4.5. Mức tiếp cận 5
Gồm mức 4 bổ sung thêm một máy tính thực hành gia công CNC và có khả
năng thiết kế chi tiết gia công rồi lập trình gia công CNC trên máy tính, hoặc lập
trình thủ công với bàn phím CNC, sau đó chạy mô phỏng chương trình gia công
CNC đã lập trên màn hình máy tính, cuối cùng thực hiện chương trình gia công trên
máy thực hành CNC để cắt phôi tạo ra chi tiết đã thiết kế và lập trình.
14
Hình 1.7. Mức tiếp cận 5
1.1.4.6. Mức tiếp cận 6
Là mức dựa trên sự phát triển phần mềm công nghiệp tiêu chuẩn
CAD/CAM, có dùng các module phần mềm CAD để thiết kế chi tiết gia công trên
máy tính, và nạp dữ liệu CAD vào các module CAM để tạo lập chương trình gia
công CNC rồi truyền trực tiếp tới máy gia công CNC.
Hình 1.8. Mức tiếp cận 6
1.1.5. Giao diện CAD/CAM – CNC.
Trong phạm vi từng hệ CAD/CAM nói riêng và giữa các hệ CAD/CAM nói
chung, muốn đảm bảo tính tương thích, tính tích hợp liên thông, tính linh hoạt, phải
có giải pháp chuyển tiếp giữa các phân hệ với nhau thông qua các giao diện
15
CAD/CAM. Xét theo hai phần là phần cứng và phần mềm, giao diện gồm có: giao
diện nối tiếp với các thiết bị dữ liệu bên ngoài; giao diện với người vận hành; giao
diện hệ thống và giao diện quá trình. Xét về chức năng trao đổi dữ liệu, có giao diện
dữ liệu, để chuyển đổi dạng dữ liệu của hệ CAD/CAM này sang dạng dữ liệu của hệ
CAD/CAM khác khi tích hợp hai hệ CAD/CAM với nhau .
Chuyển đổi dữ liệu nghĩa là dịch dữ liệu theo 2 cách: dịch trực tiếp hoặc dịch
gián tiếp thông qua dữ liệu ở dạng trung gian tiêu chuẩn như DWG, DXF,
IRDATA, STEP... Các thành phần của CIM (trong đó có CAD/CAM) có mục đích
tạo lập mối quan hệ tích hợp giữa các hệ thống có máy tính trợ giúp khác nhau
trong nội bộ hãng. Tích hợp cho phép nối kết các chức năng sản xuất một cách dễ
dàng, đồng thời truyền dữ liệu giữa các máy hoặc giữa các thiết bị phụ trợ, qua đó
đáp ứng nhanh những thay đổi dữ liệu của sản xuất linh hoạt. Vì vậy mục đích tạo
lập mối quan hệ tích hợp giữa các hệ thống được quán triệt ngay từ khâu trao đổi dữ
liệu nhờ các chương trình chuyển đổi cho tới khâu tạo lập các ngân hàng dữ liệu
chung.
Với cách dịch dữ liệu trực tiếp cần có hai bộ dịch trực tiếp cho từng cặp hệ
thống có quan hệ giao tiếp dữ liệu với nhau theo hai chiều. Vậy khi có n hệ thống
thì phải có n(n-1) bộ dịch vì sẽ có n/2 cặp hệ thống. Ví dụ: có 5 cặp hệ thống (n =
10) cần có 5(5-1) = 20 bộ dịch trực tiếp để chuyển giao dữ liệu khi chúng tích hợp
với nhau.
Với cách dịch dữ liệu gián tiếp, người ta sử dụng hệ chuyển giao dữ liệu gián
tiếp thông qua tệp trung gian. Tệp trung gian có cấu trúc cơ sở dữ liệu trung gian,
không phụ thuộc vào một hệ thống nào riêng biệt. Còn được gọi là giao diện dữ liệu
tiêu chuẩn, hiện nay có một số tệp trung gian điển hình như DXF, STEP, IGES. Tuy
vậy, muốn chuyển giao được dữ liệu giữa các hệ cơ sở dữ liệu khác nhau, từng hệ
thống phải có một cặp bộ xử lý để chuyển đổi dữ liệu riêng của nó thành quy cách
tệp trung gian và ngược lại từ quy cách tệp trung gian thành quy cách tệp gốc của
nó. Khái niệm bộ tiền xử lý (pre – processor) dùng để mô tả bộ dịch có chức năng
chuyển giao dữ liệu từ quy cách cơ sở dữ liệu gốc của một hệ thống thành một quy
16
cách trung gian. Ngược lại, khái niệm bộ hậu xử lý (post – processor) dùng để mô tả
bộ dịch có chức năng chuyển giao dữ liệu từ quy cách trung gian thành quy cách cơ
sở dữ liệu của một hệ thống nào đó. Như vậy cần có 2n bộ xử lý cho n hệ thống
được ghép nối với nhau và nếu có thêm một hệ thống thì cần có thêm 2 bộ xử lý
nữa.
Giữa hai hệ thống CAD/CAM, việc trao đổi dữ liệu chỉ có thể thực hiện
thông qua dữ liệu trung gian. Đối với các dữ liệu kỹ thuật và các bản vẽ CAD, công
cụ để thực hiện trao đổi dữ liệu phải kể đến các giao diện IGES và VDAFS. Những
thông tin về dữ liệu sản phẩm được tập hợp thành nhiều giao diện khác nhau. Các
giao diện này được tiêu chuẩn hoá theo quốc gia, do các hãng tạo lập CAD/CAM
cung cấp thông qua các chương trình chuyển đổi dữ liệu. Ứng với hệ thống
CAD/CAM của từng hãng, các hãng sẽ cung cấp cho nơi sử dụng hai loại chương
trình chuyển đổi ở dạng hai hệ vi xử lý là tiền xử lý và hậu xử lý. Hệ tiền xử lý có
chức năng trợ giúp việc chuyển đổi các dạng dữ liệu chuyên dụng và đặc trưng của
hệ thống thành dạng trung gian, sau đó hệ hậu xử lý sẽ chuyển đổi tiếp dạng trung
gian thành dạng phù hợp, có giá trị phù hợp với hệ thống nhập vào. Mô hình truyền
dẫn dữ liệu giữa các hệ CAD/CAM được thể hiện như sau:
Hình 1.9. Các giao diện trong lĩnh vực cơ khí
Trong đó:
17
PHICS – Programers Hierarchica Graphic System
GKS – 3D – Graphic Kernel System
CGI – Computer Graphic Interface
CGM – Computer Graphic Metafile
IGES – Initial Graphic Exchange Specification
SET – Standard Exchange Transport
VDAFS – VAD - Flachenschnitt
PDES – Produce Data Exchange Specification
STEP – Standard for Exchange of Product Model Data
CAD – NT –CAD – Normteile
IRDATA – Industrial Robot Data
APT – Automatically Programmed Tools
CLDATA – Cutter Location Data
MAP – Manufacturing Automation Protocol
TOP – Technical and Office Protocol.
Nhằm đảm bảo tính ổn định của dữ liệu và đảm bảo dữ liệu tại mọi thời điểm
không phụ thuộc vào sự lựa chọn hệ thống và cấu trúc hệ thống, khi thực hiện giải
pháp này cần có sự thoả thuận giữa các đối tác về thể thức cung cấp dữ liệu
CAD/CAM. Hiện nay dạng trung gian của dữ liệu được tạo lập theo nhiều hướng
khác nhau và có hàm lượng thông tin khác nhau. Ngoài giao diện dữ liệu trung gian
còn có giao diện dữ liệu trực tiếp ở dạng các hệ chuyển đổi chuyên dụng – phụ
thuộc hệ thống để hỗ trợ quá trình trao đổi dữ liệu giữa hai hệ thống.
Có sơ đồ quá trình trao đổi dữ liệu giữa hai hệ CAD/CAM A và B như sau:
18
Hình 1.10. Quá trình truyền dẫn dữ liệu qua hai hệ CAD/CAM A và B
Giao diện là khái niệm bao hàm những quy tắc, những điều kiện, những thoả
thuận về sự nối ghép các phân hệ với nhau, chủ yếu là sự trao đổi thông tin. Khả
năng hoạt động của một hệ thống tự động hoá chỉ có thể đảm bảo nếu thông tin
chung giữa các đơn vị cấu trúc, các đơn vị dữ liệu và các tín hiệu được tạo lập và
đảm bảo. Những vị trí chuyển tiếp từ một đơn vị sang một đơn vị khác phải được
thiết lập phù hợp, nói cách khác là phải tương thích, tương đồng với nhau. Những vị
trí chuyển tiếp đảm bảo phù hợp được gọi là các giao diện. Có các loại giao diện
như giao diện quá trình, giao diện hệ thống, giao diện nối tiếp với các thiết bị dữ
liệu bên ngoài, giao diện với người vận hành...
Khi các hệ CAD/CAM tích hợp với nhau, cần phải chuyển đổi dữ liệu xác
định sản phẩm của hệ CAD/CAM này sang cấu trúc của hệ CAD/CAM khác nhằm
chuyển giao dữ liệu. Vậy phải cần một bộ dịch xuôi dùng cho việc chuyển đổi dữ
liệu. Theo chiều ngược lại phải dùng bộ dịch ngược, tức là phải có hai bộ dịch cho
19
từng cặp hệ CAD/CAM khác nhau khi mỗi cặp này tích hợp với nhau, gọi là bộ
dịch trực tiếp. Hệ chuyển giao dữ liệu như vậy gọi là hệ chuyển giao dữ liệu trực
tiếp.
Trong cách chuyển giao dữ liệu gián tiếp, từng hệ CAD/CAM phải có một
cặp bộ xử lý của riêng nó để chuyển đổi dữ liệu thành quy cách tệp trung gian và
ngược lại từ quy cách tệp trung gian thành quy cách tệp gốc của nó. Chức năng của
từng bộ xử lý được phân chia như sau:
-
Bộ tiền xử lý (preprocessor): là bộ dịch có chức năng chuyển giao dữ liệu
từ quy cách cơ sở dữ liệu gốc của một hệ thành quy cách trung gian.
-
Bộ hậu xử lý (postprocessor): là bộ dịch có chức năng chuyển giao dữ
liệu từ quy cách trung gian thành quy cách cơ sở dữ liệu riêng của một hệ
nào đó.
Một số quy cách điển hình về tệp trung gian hiện nay đang được sử dụng là
IGES, DXF, STEP. IGES được dùng phổ biến là tệp trung gian. DXF là tệp trung
gian dùng cho dữ liệu của bản vẽ kỹ thuật. STEP dùng lưu trữ các dữ liệu trong
phạm vi chu kỳ sản xuất, bao gồm: thiết kế, phân tích, chế tạo, đảm bảo chất lượng,
kiểm tra, bảo dưỡng và xác định sản phẩm. STEP khác với IGES và DXF ở chỗ
IGES và DXF chỉ để chuyển đổi dữ liệu xác định sản phẩm, còn STEP xử lý dữ liệu
toàn diện về chu kỳ sản phẩm.
1.1.6. Một số phần mềm CAD/CAM đang được sử dụng hiện nay, ưu
nhược điểm của từng phần mềm.
1.1.6.1. Các phần mềm CAD/CAM tích hợp.
Pro – Engineer: Một trong những phần mềm rất mạnh và rất nổi tiếng
trong lĩnh vực CAD/CAM – CNC, do hãng Prametric Technology sản xuất. Phục
vụ rất tốt cho ngành cơ khí khuôn mẫu (thiết kế và gia công) như khuôn dập,
khuôn rèn, khuôn nhựa..., phần mềm này có một lợi thế là giá rẻ nên đã chiếm lĩnh
các thị trường hạng trung và cao.
Pro – Engineer có các module sau:
20
-
Pro/ASSEMBLY: tạo điều kiện thiết lập dễ dàng chi tiết vào hệ thống và
dưới hệ thống. Nó hỗ trợ cho phần lắp ráp và lắp ráp nhóm, giải quyết
tình huống xung đột, thiết kế thay đổi...
-
Pro/MANUFACTURING: bao gồm dữ liệu NC, mô phỏng, format dữ
liệu CL, thư viện các phần tử.
-
Pro/MESH: hỗ trợ tái tạo mạng lưới cho việc phân tích phần tử hữu hạn
(FEA), xác định điều kiện biên gắn liền với ANSYS PATRAN,
NASTRAN, ARAQUS, SUPFRTAR và COSMOS/M.
-
Pro/MECHANICA: Mô phỏng động học, kiểm nghiệm ứng suất, chuyển
vị, biến dạng tuyến tính và phi tuyến, xác định và dự đoán khả năng phá
huỷ vật liệu.
-
Pro/INTERFACE: tạo điều kiện gắn với các hệ CAD khác như: iges, dxf,
vdafs, render, SLA...
-
Pro/PRJECT: xác định để điều khiển dự án thiết kế và tổ hợp một số đội
thiết kế và lập dự án.
-
Pro/FEATURE: mở rộng khả năng thiết lập những phần tử thiết kế bằng
thư viện của các bộ phận, nhóm, tái tạo các hình dạng chuẩn và dưới
nhóm.
-
Pro/DESIGN: hỗ trợ thành lập mô hình 3D, sơ đồ khối, xây dựng kế
hoạch thiết kế và mối quan hệ phụ thuộc, giúp cho sự phân tích nhanh,
hiệu quả và sắp xếp phương án.
-
Pro/LIBRARY: môđun chứa thư viện rộng lớn của các phần tử trên
chuẩn (chi tiết, phần tử thiết kế tiêu chuẩn, dụng cụ, khớp nối...), có thể
bổ sung hoặc hiệu chỉnh.
-
Pro/VIEW: môđun tạo điều kiện kiểm tra mô hình hoá chi tiết và hệ
thống từ một hướng quan sát bất kỳ, phóng độn, ảo ảnh. Sử dụng để có
cái nhìn nhanh, tổng thể để đạt được kết quả hoặc mục đích phòng ngừa.
21
-
Pro/DRAFT: môđun hỗ trợ biểu diễn 2D, tạo điều kiện đọc bản vẽ của
các hệ CAD khác và bổ sung môđun 3D về thiết kế thông số.
-
Pro/NLO: môđun hỗ trợ cho công việc trong mạng cục bộ, hoà hợp với
các môđun khác của hệ.
-
Pro/MOLD: môđun thiết kế khuôn.
-
Pro/DEVELOP (Pro/PROGRAM): môđun hỗ trợ việc lập trình ứng dụng
riêng. Chứa các thư viện của hàm số C, thư viện chương trình con của
ngôn ngữ lập trình FORTRAN và đặc biệt tiếp cận được với cấu trúc thiết
lập các hệ thống và cấu trúc dữ liệu của hệ thống. Ngoài ra ProEngineer
còn có Pro/CASTING, Pro/LEGACY, Pro/TOOLKIT, Pro/PIPE...
Với những tính năng đã giới thiệu ở trên cho thấy: Pro/Engineer là một
phần mềm CAD/CAM/CAE rất mạnh, có khả năng mô hình hoá các chi tiết phức
tạp như các loại máy xúc, máy đào đất, ôtô, các biến dạng vỏ tàu thuỷ..., khả năng
lắp ráp lớn và rất tối ưu trong thiết kế.
CATIA - Computer Aided Three Dimensional Interactive Aplication Xử lý tương tác trong không gian ba chiều có sự hỗ trợ của máy tính. Là một bộ
phần mềm thương mại phức hợp CAD/CAM/CAE được hãng Dassault Systemes
phát triển. Được viết bằng ngôn ngữ C++, Catia là nền tảng đầu tiên của bộ phần
mềm quản lý toàn bộ một chu trình sản phẩm của Dassault. Phần mềm này bao gồm
các gói thiết kế chi tiết và các cơ cấu tổ hợp các sản phẩm dập tấm, bề mặt và khung
dây, thiết kế khuôn, thiết kế tàu thuỷ, ô tô, máy bay..., gói phân tích các kết cấu
bằng phương pháp phần tử hữu hạn, gói gia công CNC, gói thiết kế nhà xưởng, gói
thiết kế hệ thống điện, điện tử, thuỷ lực và gói mô phỏng động học, động lực học.
- Mechanical Design: Môđun cho phép xây dựng các chi tiết, sản phẩm
lắp ghép trong cơ khí.
- Shape Design and Styling: Môđun cho phép thiết kế các bề mặt có biên
dạng, kiểu dáng phức tạp trong các lĩnh vực thiết kế vỏ ô tô, tàu biển, máy bay.
22
- Analys & Simulation: Môđun cho phép tính toán kiểm tra và mô phỏng
các chi tiết chịu tải trọng trong môi trường kết cấu liên tục hoặc trong môi trường
nhiệt độ, từ đó cho phép tối ưu kết cấu.
- Manufacturing & Machining: Môđun cho phép mô phỏng quá trình gia
công và chế tạo chi tiết thông qua việc lựa chọn dao, chế độ cắt, gá đặt. Nhờ đó nhà
thiết kế lựa chọn quá trình chế tạo hợp lý, nâng cao chất lượng gia công và tiết kiệm
vật liệu.
- Equipment & Systems: Cho phép xây dựng các trang thiết bị, các hệ
thống đường ống dẫn dầu khí của một nhà máy theo tiêu chuẩn.
- Plant Engineering: Cho phép thiết kế mặt bằng nhà xưởng, dây chuyền
sản xuất.
UNI – GRAPHIC – NX (UG – NX): Sản phẩm của tập đoàn Siemen,
Unigraphic là một tổng thể các giải pháp CAD/CAM/CAE linh hoạt, tối ưu, đồng
bộ, mạnh mẽ. Dùng phục vụ thiết kế, mô phỏng, lập trình gia công... cho các ngành
công nghiệp sản xuất hàng gia dụng và dân dụng, máy công cụ, máy công nghiệp,
ôtô, xe máy, đóng tàu cho tới các ngành công nghiệp hàng không thiết kế máy bay,
công nghiệp vũ trụ... Các môđun của phần mềm này rất hoàn chỉnh và dễ sử dụng:
- Modeling: Thiết kế Solid và Surface kết hợp. Người thiết kế có thể tự do
dùng cái đã có trong bản vẽ để dựng hình, không nhất thiết phải có sketh mới dựng
khối được và tự dộng tạo ra mối quan hệ thiết kế. Phối hợp với surface và solid để
tạo ra các chi tiết có độ phức tạp cao và thiết kế nhanh hơn.
-
Sheet Metal: bao gồm 3 môđun: NX Sheet Metal, Earo Sheet Metal và
Forming/Flatting. Cả ba môđun này đều là thiết kế tấm nhưng mỗi môđun
lại cho một ứng dụng trong từng lĩnh vực chuyên biệt.
-
Shape Studio: Môđun cho phép mô hình hoá và phân tích bề mặt, tạo nên
các kiểu dáng, bề mặt phức tạp trong công nghiệp.
-
Assembly: Môđun lắp ráp, kiểm tra.
23
-
Synchronous modeling: Môđun giúp hiệu chỉnh, thay đổi kích thước, kết
cấu body... từ các file định dạng step, igs... hoặc các file được biên dịch
từ các phần mềm khác.
-
Drafting và PMI: Tạo bản vẽ 2D.
-
Manuafacturing: Lập trình gia công CNC, mô phỏng gia công bằng mô
hình máy thực, giúp kiểm soát tốt hơn và hạn chế được nguy cơ va đập
xảy ra khi gia công. Đặc biệt lập trình rất tốt cho máy phay 4 trục và 5
trục.
-
Rougting Elecltrical: Thiết kế mạch điện, đường ống công nghiệp và hệ
thống mạch điện tử.
-
PCB.Xchange: Thiết kế khối mô hình bo mạch CPu.
-
Routing Mechanical: Thiết kế đường ống cơ khí.
-
Mold Wizard: Thiết kế khuôn ép nhựa, tích hợp bộ công cụ Mold Wizard
bao gồm các thư viện, công cụ nâng cao hỗ trợ thiết kế.
-
Progressive Die Wizard: Thiết kế khuôn dập, dập liên hợp.
-
NX Human: Tạo mô hình cơ thể người, hỗ trợ mô phỏng xe hơi...
-
Weld Assistant: công nghệ hàn, hỗ trợ tính toán thiết kế mối hàn.
-
Ship Design: Thiết kế tàu.
CADMESTER: Phần mềm CAD/CAM rất mạnh, sản phẩm của hãng
Nihon Unisys Excelutions, Nhật Bản. Gồm:
- Base: chứa các môđun cơ bản về thiết kế chi tiết dạng solid, thiết kế bề
mặt, lắp ráp và thiết kế bản vẽ 2D. Xuất ra dữ liệu dạng IGES, JâM, DXF để trao
đổi với các phần mềm khác.
- Mold Design: chứa gói Base và các môđun thiết kế khuôn ép nhựa, khuôn
đúc.
- CAM: chứa gói Base và các môđun về CAM (2D CAM, 2,5D CAM, 3D
CAM)
24
- Electrode CAD/CAM: chứa gói Base và các môđun về quá trình gia công
điện cực.
- Formability Shaper, Die Layout & Press Die Design: chứa gói Base và các
môđun về thiết kế các quá trình gia công áp lực và khuôn dập.
- Parasolid: là gói về xuất và nhập dữ liệu trao đổi giữa các phần mềm
CAD/CAM với nhau. Có 2 cách trao đổi dữ liệu là trao đổi trực tiếp (với các phần
mềm như ProEngineer, Catia...) và trao đổi gián tiếp (IGES, JAVA, DXF, STEP,
PARASOLID).
1.1.6.2. Các phần mềm CAD.
- AutoCAD: Sản phẩm của hãng AutoDesk, AutoCAD là phần mềm dành
riêng cho thiết kế 2D, được ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành kỹ thuật.
- AutoDESK Inventor: Cũng là sản phẩm của hãng AutoDESK, nhưng
AutoDESK Inventor là phần mềm về thiết kế 3D. Gồm nhiều môđun khá mạnh, kết
nối tốt với phần mềm thiết kế 2D AutoCAD nên người thiết kế có thể trao đổi dữ
liệu giữa 2D và 3D.
- Solid Work: Phần mềm thiết kế 3D khá tiện dụng, dễ sử dụng, các thanh
công cụ hỗ trợ thuận tiện. Tuy nhiên phần mềm này khá khiêm tốn về khả năng nội
suy bề mặt và lắp ghép các chi tiết. Là sản phẩm của hãng Dassault System.
Ngoài ra còn một số phần mềm khác như ZUKEN, I-DEAR,
HELIXCADAM...
1.1.6.3. Các phần mềm CAM.
- CAMTOOL: Phần mềm gia công rất mạnh cho quá trình phay, dữ liệu
tương thích với nhiều loại máy CNC từ 3 đến 5 trục.
- Ngoài ra còn có một số phần mềm khác như DelCAM của Anh và
WorkNC của Mỹ.
25
