Nghiên cứu ứng dụng phần mềm catia trong lập trình thiết kế và gia công chi tiết cơ khí trên máy CNC

Bùi Thị Dưỡng

Luận văn cao học CTM - CH2011B

MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa; Lời cam đoan .............................................................................. 01
Mục lục .............................................................................................................. 02
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ............................................................... 07
Danh mục các hình ............................................................................................. 07
Danh mục các bảng ............................................................................................ 11
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................. 12

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM ........................... 15

1.1. Tổng quan về công nghệ CAD/CAM .................................................... 15
1.1.1. Giới thiệu về CAD/CAM ............................................................... 15
1.1.2. Đối tượng phục vụ của CAD/CAM................................................ 17
1.1.3. Vai trò của CAD/CAM trong chu kỳ sản xuất................................ 18
1.1.4. Chức năng của CAD ...................................................................... 19
1.2. Tình hình ứng dụng và phát triển công nghệ
CAD/CAM tại Việt Nam ...................................................................... 20
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN

SỐ VÀ CÔNG NGHỆ CNC................................................... 24
2.1. Giới thiệu điều khiển số thế hệ cũ ......................................................... 24
2.1.1. Khái niệm điều khiển số ................................................................ 24
2.1.2. Lịch sử phát triển điều khiển số ..................................................... 24
2.2. Các thành phần cơ bản của một hệ NC ................................................ 25
2.2.1. Chương trình.................................................................................. 26
2.2.2. Bộ điều khiển CU .......................................................................... 26

2.2.3. Máy công cụ hoặc quá trình khác được điều khiển......................... 27
2.3. Trình tự NC ........................................................................................... 28
2.3.1. Lập trình công nghệ ....................................................................... 28
2.3.2. Lập trình gia công.......................................................................... 29

-2-


Bùi Thị Dưỡng

Luận văn cao học CTM - CH2011B

a. Lập trình theo lối thủ công ............................................................ 29
b. Lập trình dưới dự trợ giúp của máy tính........................................ 29
2.3.3. Chuẩn bị băng................................................................................ 29
2.3.4. Thẩm tra băng................................................................................ 30
2.3.5. Sản xuất......................................................................................... 30
2.4. Lập trình gia công cho máy NC ............................................................ 30
2.4.1. Băng đục lỗ cho máy NC ............................................................... 30
2.4.2. Khuôn dạng băng và mã hóa chương trình trên
băng máy NC................................................................................. 31
2.4.2.1. Khuôn dạng băng và mã hóa chương trình trên băng................... 31
2.4.2.2. Cách mà các lệnh được tạo ra...................................................... 31
2.4.2.3. Các từ của NC............................................................................. 32
2.5. Các phương pháp lập trình gia công chi tiết ........................................ 33
2.5.1. Lập trình vật làm theo lối thủ công ................................................ 33
2.5.2. Lập trình chi tiết gia công dưới sự trợ giúp của máy tính ............... 34
2.5.2.1. Nhiệm vụ của người lập trình ............................................... 34
2.5.2.2. Nhiệm vụ của máy tính ........................................................ 34
2.5.2.3. Các ngôn ngữ lập trình gia công điều khiển số ..................... 36

2.6. Điều khiển số hiện đại bằng máy tính................................................... 38
2.6.1. Giới thiệu về công nghệ CNC ........................................................ 42
2.6.2.Các chức năng của CNC ................................................................. 43
a. Điều khiển máy công cụ................................................................ 44
b. Bù sai số khi đang gia công........................................................... 44
c. Các tính năng lập trình và vận hành tiên tiến................................. 44
d. Chức năng chẩn sai ....................................................................... 45
2.6.3. Các ưu điểm của CNC ................................................................... 45
2.6.4. Hệ thống tọa độ, các điểm gốc và điểm chuẩn................................ 46
a. Hệ thống tọa độ máy CNC ............................................................ 46
b. Hệ tọa độ đối với một số máy ....................................................... 47

-3-


Bùi Thị Dưỡng

Luận văn cao học CTM - CH2011B

2.6.5. Các điểm gốc, điểm chuẩn ............................................................. 49
a. Điểm gốc của máy M .................................................................... 49
b. Điểm chuẩn của máy R ................................................................. 49
c. Điểm zero của phôi và điểm gốc của chương trình P ..................... 50
d. Điểm gốc của dụng cụ................................................................... 51
2.7. Các phương pháp nhập dữ liệu............................................................. 53
2.7.1. Nhập dữ liệu theo lối thủ công (MDI) ............................................ 53
2.7.2. DNC - Điều khiển số trực tiếp........................................................ 54
2.7.2.1. Định nghĩa .................................................................................. 54
2.7.2.2. Phân loại DNC............................................................................ 55
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM CATIA....................................... 57

3.1. Giới thiệu phần mềm tích hợp CAD/CAM/CAE CATIA .................... 57
3.1.1. Lịch sử ra đời và phát triển phần mềm CATIA .............................. 57
3.1.2 Tình hình sử dụng CATIA trên thế giới .......................................... 59
3.2. Tình hình sử dụng CATIA tại Việt Nam .............................................. 60
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CATIA TRONG

THIẾT KẾ BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG THẲNG.................. 63
4.1. Tổng quan về bánh răng ....................................................................... 63
4.1.1. Tổng quan:..................................................................................... 63
a. Định nghĩa: ................................................................................... 63
b. Phân loại và công dụng của truyền động bánh răng:...................... 63
4.1.2. Các dạng ăn khớp chính trong bộ truyền bánh răng........................ 66
4.1.2.1. Ăn khớp thân khai ....................................................................... 66
a. Đường thân khai và tính chất của nó ............................................. 66
b. Tính chất của đường thân khai ...................................................... 68
c. Phương trình đường thân khai ....................................................... 69
d. Ưu điểm của đường thân khai ....................................................... 70
4.1.2.2. Ăn khớp của bánh răng trụ thân khai........................................... 71
4.2. Ứng dụng phần mềm CATIA phiên bản V5R20

-4-


Bùi Thị Dưỡng

Luận văn cao học CTM - CH2011B

thiết kế bánh răng thân khai................................................................ 71
4.2.1. Cơ sở thiết kế bánh răng thân khai trên phần

mềm CATIA V5R20..................................................................... 71
4.2.2. Thiết kế bánh răng thân khai .......................................................... 74
CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CATIA TRONG

LẬP TRÌNH GIA CÔNG BÁNH RĂNG TRỤ
RĂNG THẲNG TRÊN MÁY PHAY CNC............................ 103
5.1. Tổng quan về máy gia công bánh răng - Máy phay
DMU60 mono BLOCK và về một số chức năng gia công
phay trong CATIA ............................................................................... 103
5.1.1. Tổng quan về máy phay DMU60 monoBLOCK  .......................... 103
5.1.2. Tổng quan về một số chức năng gia công phay trong CATIA ........ 104
5.2. Ứng dụng phần mềm CATIA lập trình gia công
bánh răng trụ răng thẳng...................................................................... 104
5.2.1. Tạo phôi cho chi tiết gia công ........................................................ 104
5.2.2. Tạo một phần chu trình gia công trong tiến trình sản xuất.............. 106
5.2.3. Ứng dụng phần mềm CATIA lập trình
gia công bánh răng trụ răng thẳng .................................................. 109
5.2.3.1. Chọn đồ gá cho chi tiết trên bàn máy ...................................... 109
5.2.3.2. Thứ tự các nguyên công gia công bánh răng............................ 110
5.2.3.3. Dụng cụ sử dụng gia công ....................................................... 111
5.2.3.4. Lập trình gia công bánh răng................................................... 112
a. Phay mặt đầu sử dụng dao phay T1 ............................................... 112
b. Phay tạo phôi D=150 mm, chiều dày 25mm.................................. 114
c. Phá thô và phay tinh mặt cone trên cùng ....................................... 117
d. Phay thô và tinh phần răng............................................................ 121
e. Phay lỗ lắp trục và phay 4 lỗ công nghệ ........................................ 127
f. Vát mép chân răng......................................................................... 132
g. Phay một pocket đường kính D120 nằm đúng ở

-5-

Bùi Thị Dưỡng

Luận văn cao học CTM - CH2011B

mặt đầu của bánh răng .................................................................. 134
h. Phay mặt cone............................................................................... 136
i. Phay mặt đầu còn lại của bánh răng ............................................... 140
k. Phay rãnh then hoa........................................................................ 142
m. Vát mép đỉnh răng ....................................................................... 145
5.3. Xuất chương trình NC........................................................................... 147
5.4. Chương trình gia công một số nguyên công điển hình ........................ 151
5.4.1. Bước 2: Tạo phôi tròn D=150, chiều dày 25mm ............................ 151
5.4.2. Bước 4: Phay thô và tinh phần răng ............................................... 151
5.4.3. Bước 10: Phay rãnh then hoa ......................................................... 152
5.4.3. Bước 11: Vát mép đỉnh răng .......................................................... 153

KẾT LUẬN ....................................................................................................... 155
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 158
PHỤ LỤC.......................................................................................................... 159

-6-


Bùi Thị Dưỡng

Luận văn cao học CTM - CH2011B

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CAD

Computer Aided Design

CLU

Control Loop Unit

CAM

Computer Aided Manufacturing

DPU

Data Processing Unit

CAE

Computer Aided Engineering

MDI

Manual Data Input

DNC

Direct Numerical Control

CIM

Computer Integrated
Manufacturing

NC

Numerical Control

DXF

Data eXtrange Format

CNC

Computer Numerical Control

IGES

Initial Graphics Exchange

CU

Control Unit

PDES

MCU

Machine Control Unit

PPR

Process Product Resources

PTP

Point to Point

PO

Part Operation

Product Data Exchange
Specification

DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Sơ đồ chu kỳ sản xuất ......................................................................... 18
Hình 1.2. Sơ đồ chu kỳ sản xuất khi dùng CAD/CAM........................................ 19
Hình 2.1. Hệ tọa độ trên các máy CNC và chuyển động các trục ........................ 47
Hình 2.2. Hệ tọa độ trên máy tiện với bàn dao sau và có bố trí trục C (3D)......... 48
Hình 2.3. Hệ tọa độ trên máy phay đứng ............................................................ 48
Hình 2.4. Hệ tọa độ trên máy phay nằm ngang ................................................... 49
Hình 2.5. Các điểm gốc và điểm chuẩn trên máy thẳng đứng.............................. 49
Hình 2.6. Chọn điểm gốc của chi tiết và điểm gốc của
chương trình khi khoan các lỗ phân bố trên đường tròn....................... 51
Hình 2.7. Các điểm chuẩn P của dao................................................................... 51
Hình 4.2.1. Vòng tròn cơ sở................................................................................ 66
Hình 4.2.2. Hình dáng đường thân khai .............................................................. 67
Hình 4.2.3. Nhiều đường thân khai ..................................................................... 68

-7-


Bùi Thị Dưỡng

Luận văn cao học CTM - CH2011B

Hình 4.2.4. Tính chất đường thân khai................................................................ 68
Hình 4.2.5. Phương trình đường thân khai .......................................................... 69
Hình 4.3.1. Dạng ăn khớp của bánh răng trụ ....................................................... 71
Hình 4.6. Mô hình bánh răng trong HGT của máy thu hoạch lạc ........................ 72
Hình 4.7. Thể hiện ra, rp, rb, rf, a của bánh răng................................................. 72
Hình 4.8. Khởi động CATIA .............................................................................. 75
Hình 4.9. Giao diện CATIA................................................................................ 75
Hình 4.10. Truy cập vào Workbench .................................................................. 76
Hình 4.11(1-2). Thao tác quản lý các tham số trong CATIA............................... 76
Hình 4.12. Tạo file mới có tên GEAR................................................................. 78
Hình 4.13(1-6). Tạo các tham số cần thiết cho bánh răng.................................... 78
Hình 4.14. Các tham số thể hiện trên thanh quản lý ............................................ 81
Hình 4.15. Tạo trục hệ thống .............................................................................. 82
Hình 4.16. Tạo nhóm đối tượng hình học ........................................................... 82
Hình 4.17. Thanh công cụ Knowledge................................................................ 83
Hình 4.18. Hộp thoại Law Editor........................................................................ 83
Hình 4.19. Tạo tham số yd với biến số t.............................................................. 83
Hình 4.20. Tạo tham số zd với biến số t.............................................................. 84
Hình 4.21(1). Tạo các điểm nằm trên đường thân khai ....................................... 84
Hình 4.21(2-3). Tạo các điểm nằm trên đường thân khai (point 1, t = 0)............. 85
Hình 4.22. Tọa độ của 5 điểm nằm trên đường thân khai .................................... 86
Hình 4.23. Tạo biên dạng thân khai .................................................................... 87
Hình 4.24. Kéo dài biên dạng thân khai .............................................................. 88

Hình 4.25. Tạo hai tham số phi (deg) và c (deg) ................................................. 88
Hình 4.26. Quay đường biên dạng thân khai quanh trục X một góc phi .............. 89
Hình 4.27. Tạo đường tròn với bán kính ra (C1) ................................................. 89
Hình 4.28. Tạo đường tròn với bán kính rf (C2) ................................................. 90
Hình 4.29. C1, C2 hoàn chỉnh............................................................................. 90
Hình 4.30(1). Tạo góc bo giữa C2 và biên dạng thân khai .................................. 91

-8-


Bùi Thị Dưỡng

Luận văn cao học CTM - CH2011B

Hình 4.30(2). Tạo góc bo giữa C2 và biên dạng thân khai .................................. 91
Hình 4.31. Tạo plane (P1) quay quanh trục X ..................................................... 92
Hình 4.32. Tạo góc bo đối xứng ......................................................................... 92
Hình 4.33(1). Cắt bỏ phần thừa để tạo biên dạng răng ........................................ 93
Hình 4.33(2). Lấy đối xứng qua ZX plane tạo biên dạng răng............................. 93
Hình 4.33(3-4). Tạo biên dạng răng.................................................................... 94
Hình 4.34(1-2). Tạo biên dạng bánh răng hoàn chỉnh ......................................... 95
Hình 4.35. Đùn chiều dày của bánh răng ............................................................ 96
Hình 4.36(1-2). Vát mép mặt bằng chân răng ..................................................... 96
Hình 4.37(1-3). Tạo các lỗ công nghệ trên đĩa .................................................... 97
Hình 4.38(1-3). Tạo hốc công nghệ trên đĩa........................................................ 99
Hình 4.39. Tạo thân moayơ ................................................................................ 100
Hình 4.40. Tạo rãnh then hoa.............................................................................. 101
Hình 4.41. Mô hình bánh răng trụ răng thẳng hoàn chỉnh ................................... 102
Hình 5.1. Mô hình máy phay DMU 60 monoBLOCK  ...................................... 103
Hình 5.2(1-4). Tạo chu trình gia công phay trong CATIA .................................. PL

Hình 5.3(1-2). Tạo chu trình gia công phẳng trong CATIA ................................ PL
Hình 5.4(1-7). Gia công thô chi tiết theo mặt phẳng nằm ngang trong CATIA ... PL
Hình 5.5(1-3). Gia công tinh hoặc bán tinh trên MP nằm ngang trong CATIA ... PL
Hình 5.6(1-12). Chu trình phay Pocket ............................................................... PL
Hình 5.7(1-3). Tạo phôi cho chi tiết gia công...................................................... 104
Hình 5.8. Môi trường gia công phay chi tiết ....................................................... 106
Hình 5.9. Hộp thoại Machine Editor ................................................................... 106
Hình 5.10(1-2). Hộp thoại cài đặt gốc phôi ......................................................... 107
Hình 5.11. Hộp thoại cài đặt chi tiết gia công ..................................................... 108
Hình 5.12. Hộp thoại cài đặt phôi gia công chi tiết ............................................. 108
Hình 5.13. Hộp thoại cài đặt mặt phẳng an toàn.................................................. 109
Hình 5.13(1). Đồ gá Eron MBV150 và phụ kiện................................................. 109
Hình 5.13(2). Đồ gá Eron MBV150.................................................................... 110

-9-


Bùi Thị Dưỡng

Luận văn cao học CTM - CH2011B

Hình 5.14. Chọn dạng hình học của chi tiết phay mặt đầu................................... 112
Hình 5.15. Lựa chọn các thông số công nghệ khi gia công phay mặt đầu............ 112
Hình 5.16. Thiết lập thông số của dụng cụ cắt khi phay mặt đầu......................... 113
Hình 5.17. Thiết lập TS tốc độ cắt, tốc độ ăn sâu của chu trình phay mặt đầu ..... 113
Hình 5.18. Hoàn thành quá trình thiết lập gia công phay mặt đầu ....................... 114
Hình 5.19. Xác định các thông số hình học cho chu trình tạo phôi tròn............... 114
Hình 5.20(1-3). Lựa chọn các thông số về công nghệ khi phay tạo phôi tròn ...... 115
Hình 5.21. Thiết lập các thông số HH của dụng cụ cắt khi phay tạo phôi tròn..... 116
Hình 5.22. Thiết lập tốc độ cắt và tốc độ ăn sâu khi phay tạo phôi tròn............... 116

Hình 5.23. Hoàn thành quá trình thiết lập gia công phay tạo phôi tròn................ 117
Hình 5.24(1-3). Kết quả quá trình thiết lập chu trình phay thô mặt cone ............. 114
Hình 5.25(1-2). Kết quả quá trình thiết lập chu trình phay tinh mặt cone ............ 120
Hình 5.26(1-3). Kết quả quá trình thiết lập chu trình phay thô phần răng............ 121
Hình 5.27(1-4). Kết quả quá trình thiết lập chu trình phay thô phần răng............ 123
Hình 5.28(1-4). Kết quả quá trình thiết lập chu trình phay tinh phần răng........... 125
Hình 5.29(1-4). Kết quả quá trình thiết lập chu trình phay lỗ lắp trục ................. 127
Hình 5.29(5-9). Kết quả quá trình thiết lập chu trình phay 04 lỗ công nghệ ........ 127
Hình 5.30(1-4). Kết quả quá trình thiết lập chu trình phay vát mép chân răng..... 132
Hình 5.31(1-4). Kết quả quá trình thiết lập chu trình phay pocket D120mm ....... 134
Hình 5.32(1-4). Kết quả quá trình thiết lập chu trình phay thô mặt cone ............. 136
Hình 5.32(5-8). Kết quả quá trình thiết lập chu trình phay tinh mặt cone ............ 138
Hình 5.33(1-4). Kết quả quá trình thiết lập chu trình phay mặt đầu còn lại ......... 140
Hình 5.34(1-4). Kết quả quá trình thiết lập chu trình phay rãnh then hoa ............ 143
Hình 5.35(1-4). Kết quả quá trình thiết lập chu trình phay rãnh then hoa ............ 145
Hình 5.36. Lựa chọn biểu tượng Generate NC Code Interactively ...................... 147
Hình 5.37. Hộp thoại Generative NC Output Interactively.................................. 147
Hình 5.38(1-2). Xuất CT NC .............................................................................. 148
Hình 5.39. Thư mục chứa dữ liệu CAD mô hình bánh răng ................................ 149
Hình 5.40. Thông tin quá trình xử lý................................................................... 149

- 10 -


Bùi Thị Dưỡng

Luận văn cao học CTM - CH2011B

Hình 5.41. Thông tin File đầu vào dưới dạng APT Code .................................... 149
Hình 5.42. Thông tin dữ liệu đầu ra dưới dạng Gcode và Mcode ........................ 150

Hình 5.43. Thông tin về tiến trình, dụng cụ, thời gian thực hiện gia công ........... 150

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 4. Bảng thông số và công thức thiết kế cho bánh răng tiêu chuẩn .............. 74
Bảng 5.1. Thành phần vật liệu nhôm mác AK5M7 ............................................. 104
Bảng 5.2. Thông tin về dụng cụ sử dụng gia công............................................... 111

- 11 -


Bùi Thị Dưỡng

Luận văn cao học CTM - CH2011B

LỜI NÓI ĐẦU

Những năm gần đây việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM trong thiết kế, chế
tạo các sản phẩm công nghiệp ngày càng phổ biến ở Việt Nam cũng như trên trường
Quốc tế. CAD (Computer aided design) là máy tính trợ giúp thiết kế, CAM
(Computer aided Manufacturing) là máy tính trợ giúp chế tạo. Cùng với sự phát
triển của công nghệ thông tin, CAD/CAM đã được ứng dụng nhanh chóng trong
công nghiệp, vì nó là công cụ giúp các nhà thiết kế và chế tạo sản phẩm có hiệu quả
để tăng năng suất lao động, giảm cường độ lao động, tự động hóa quá trình sản
xuất, nâng cao chất lượng và hạ giá thành sản phẩm.
Hiện nay dưới sự hỗ trợ của công nghệ thông tin, hệ thống CAD/CAM tích
hợp được phát triển rất nhanh chóng. Nó đã tạo nên sự liên thông từ quá trình thiết
kế cho đến chế tạo trong lĩnh vực cơ khí. Xu thế hiện nay các nhà kỹ thuật phát triển
chủ yếu là hệ thống CAD/CAM tích hợp. Những phần mềm CAD/CAM tích hợp
được sử dụng phổ biến hiện nay như: CATIA/AutoNC, Matercam, Edgecam,
Solidcam,

Delcam, Surfcam,

Vercut,

Topmold,

Cimatron, Pro/Engenieer,

Hypercam, NXcam….
CATIA là phần mềm thương mại đa ứng dụng, tích hợp CAD/CAM/CAE
rất nổi tiếng, nó được xây dựng và phát triển bởi Dassault Systemes - một công ty
của Pháp và được độc quyền phân phối, khai thác thị truờng bởi tập đoàn máy tính
lớn nhất thế giới IBM. Trải qua gần 30 năm xây dựng, nâng cấp và phát triển, nhờ
sự tiện dụng và những ưu thế vượt trội, CATIA dần dần trở thành phần mềm
CAD/CAM được ưa chuộng nhất trên toàn thế giới và được sử dụng trong rất nhiều
tập đoàn hàng đầu như: Các hãng máy bay Boeing, Airbus… Các hãng sản xuất ô tô
Toyota, Honda, Ford….
Là một học viên cao học ngành Công nghệ chế tạo máy niên khoá 2011-2012
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội. Học viên hiểu rằng để gia công bánh răng
theo phương pháp truyền thống (Xọc răng, lăn răng, phay định hình) là phương
pháp cắt gọt kim loại phức tạp nhất, nó đòi hỏi ở người thực hiện không chỉ hiểu

- 12 -


Bùi Thị Dưỡng

Luận văn cao học CTM - CH2011B

biết về các thiết bị máy móc và các phương pháp gia công mà nó còn đòi hỏi phải
có kiến thức sâu rộng, khả năng sáng tạo. Người thợ gia công bánh răng cần có hiểu
biết về sự hình thành biên dạng, lý thuyết ăn khớp bánh răng, tính toán các thông số
của bánh răng. Trong Luận văn tốt nghiệp của mình Học viên mạnh dạn lựa chọn đề
tài luận với nội dung “Nghiên cứu ứng dụng phần mềm CATIA trong thiết kế và
lập trình gia công chi tiết cơ khí trên máy CNC” không nằm ngoài mục đích tiếp
cận, tìm hiểu cũng như ứng dụng công nghệ CAD/CAM trong gia công chế tạo các
chi tiết cơ khí có bề mặt phức tạp thông qua việc ứng dụng phần mềm CATIA. Từ
đây cung cấp một cái nhìn khái quát nhưng cũng chi tiết và cụ thể về công nghệ
CAD/CAM. Có thể nói trong hàng chục năm qua, công nghệ CAD/CAM đã thay
đổi nhanh chóng và phát triển vượt bậc mà với kiến thức và khả năng hạn hẹp của
một cá nhân không thể nắm bắt được hết. Ở đây Học viên lựa chọn chi tiết cơ khí để
lập trình gia công đó là bánh răng trụ răng thẳng. Vì vậy song song với đề tài
“Nghiên cứu ứng dụng phần mềm CATIA trong thiết kế và lập trình gia công chi
tiết cơ khí trên máy CNC” là đề tài “Nghiên cứu ứng dụng phần mềm CATIA
trong thiết kế và lập trình gia công bánh răng trụ răng thẳng trên máy CNC”
Luận văn được chia thành 5 chương, với nội dung các chương như sau:
- Chương 1: Tổng quan về công nghệ CAD/CAM
- Chương 2: Tổng quan về điều khiển số và công nghệ CNC
- Chương 3: Giới thiệu phần mềm CATIA
- Chương 4: Ứng dụng phần mềm CATIA trong thiết kế bánh răng trụ
răng thẳng
- Chương 5: Ứng dụng phần mềm CATIA trong lập trình gia công bánh
răng trụ răng thẳng trên máy CNC.
Để có thể thực hiện được đề tài và hoàn thành trong thời gian cho phép, học
viên xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, chỉ bảo và đóng góp nhiệt tình từ người
thầy hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Viết Tiếp cũng như đội ngũ cán bộ, công nhân
viên Trung Tâm Khoa Học Công Nghệ Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải đã
hết sức tạo điều kiện để học viên có thể thực tập, thiết lập chương trình cũng như sử

- 13 -


Bùi Thị Dưỡng

Luận văn cao học CTM - CH2011B

dụng các trang thiết bị để thực hiện việc chạy thử chương trình tại Trung Tâm Khoa
Học Công Nghệ của trường.
Mặc dù đã hết sức cố gắng song luận văn đã có phần nào toát nên một điều
rằng kiến thức thể hiện nội dung chi tiết chưa được sâu rộng, lý luận cơ sở khoa học
chưa được sắc bén và cũng không thể tránh khỏi những thiếu xót trong ngôn từ thể
hiện. Do vậy học viên mong nhận được sự đóng góp chân thành và quý báu từ quý
thầy cô, các nhà chuyên môn cùng các đồng nghiệp.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày 21 tháng 9 năm 2012
Học viên

Bùi Thị Dưỡng

- 14 -


Bùi Thị Dưỡng

Luận văn cao học CTM - CH2011B

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM

1.1. Tổng quan về công nghệ CAD/CAM
1.1.1. Giới thiệu về CAD/CAM
Thiết kế và chế tạo có sự tham gia của máy vi tính (CAD/CAM hay
CAO/FAO) thường được trình bày gắn liền với nhau. Thật vậy, hai lĩnh vực ứng
dụng tin học trong ngành cơ khí chế tạo này có nhiều điểm giống nhau bởi chúng
đều dựa trên cùng các chi tiết cơ khí và sử dụng dữ liệu tin học chung: Đó là các
nguồn đồ thị hiển thị và dữ liệu quản lý.
Thực tế, CAD và CAM tương ứng với các hoạt động của hai quá trình hỗ trợ
cho phép biến một ý tưởng trừu tượng thành một vật thể thật. Hai quá trình này thể
hiện rõ trong công việc nghiên cứu và triển khai chế tạo.
Xuất phát từ nhu cầu cho trước, việc nghiên cứu đảm nhận thiết kế một mô
hình mẫu cho đến khi thể hiện trên bản vẽ biễu diễn chi tiết. Từ bản vẽ chi tiết, việc
triển khai chế tạo đảm nhận lập ra quá trình chế tạo các chi tiết cùng các vấn đề liên
quan đến dụng cụ và phương pháp thực hiện.
Hai lĩnh vực hoạt động lớn này trong ngành chế tạo máy được thực hiện liên
tiếp nhau và được phân biệt bởi kết quả của nó.
Kết quả của CAD là một bản vẽ xác định, một sự biểu diễn nhiều hình chiếu
khác nhau của một chi tiết cơ khí với các đặc trưng hình học và chức năng. Các
phần mềm CAD là các dụng cụ tin học đặc thù cho việc nghiên cứu và được chia
thành hai loại: Các phần mềm thiết kế và các phần mềm vẽ.
Kết quả của CAM là cụ thể, đó là chi tiết cơ khí. Trong CAM không truyền
đạt một sự biểu diễn của thực thể mà thực hiện một cách cụ thể công việc. Việc chế
tạo bao gồm các vấn đề liên quan đến vật thể, cắt gọt vật liệu, công suất của trang
thiết bị, các điều kiện sản xuất khác nhau có giá thành nhỏ nhất, với việc tối ưu hoá
đồ gá và dụng cụ cắt nhằm đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết cơ khí.

- 15 -


Bùi Thị Dưỡng

Luận văn cao học CTM - CH2011B

Nhằm khai thác các công cụ hữu ích, những ứng dụng tin học trong chế tạo
không chỉ hạn chế trong các phần mềm đồ họa hiển thị và quản lý mà còn sử dụng
việc lập trình và điều khiển các máy công cụ điều khiển số, do vậy đòi hỏi khi thực
hiện phải nắm vững các kiến thức về kỹ thuật gia công.
Trong chế tạo, việc sử dụng các dữ liệu tin học phải lưu ý đến nhiều mối quan
hệ ràng buộc. Các ràng buộc này nhiều hơn trong thiết kế. Việc cắt gọt vật liệu trên
một máy công cụ điều khiển số hay một máy công cụ vạn năng thông thường là như
nhau, trong hai trường hợp vật liệu không thay đổi về tính chất.
Trong khi đó các dữ liệu tin học có trong môi trường công nghiệp cũng có
trong các xưởng gia công. Các nguồn dữ liệu này cải thiện kỹ thuật chế tạo, chuyển
đổi phương pháp và dẫn đến thay đổi quan trọng trong các công việc hoàn thành khi
lập quy trình công nghệ cũng như trên vị trí làm việc. Ngoài công việc cho phép
điều khiển số các nguyên công gia công, việc thiết lập các dữ liệu tin học mang lại
nhiều sự cải thiện về kết cấu liên quan đến cấu trúc máy và đồ gá, các phương pháp
chế tạo và kiểm tra sản phẩm, thiết kế dụng cụ cắt và các cơ cấu tự động khác. Mặt
khác, các ứng dụng tin học này cũng cho phép khai thác tốt hơn các khả năng mới
của máy và dụng cụ.
Ta phân biệt hai loại dụng cụ tin học trong nghiên cứu thiết kế:
- Các phần mềm vẽ có sự tham gia của máy tính điện tử (Dessin Assisté par
Ordinateur - DAO hay Computer Aided Drawing - CAD).
- Các phần mềm thiết kế có sự tham gia của máy tính điện tử (Conception
Assistée par Ordinateur - CAO hay Computer Aided Design - CAD).
Trong tiếng Anh ta sử dụng từ CAD chung cho cả hai phần mềm này.
Trong triển khai chế tạo ra sản phẩm từ bản vẽ thiết kế, ngày nay có các phần
mềm ứng dụng đó là các phần mềm chế tạo có sự tham gia của máy tính điện tử
(Fabrication Assistée par Ordinateur - FAO hay Computer Aided Manufacturing CAM)
Khi sự tích hợp trên máy tính điện tử cho các hoạt động thiết kế và chế tạo

được thực hiện, tức là khi việc thực hiện có thể trực tiếp dựa vào các dữ liệu số

- 16 -


Bùi Thị Dưỡng

Luận văn cao học CTM - CH2011B

được tạo ra bởi việc thiết kế, tập hợp các hoạt động đặc trưng của CAD/CAM được
mô tả dưới khái niệm chế tạo được tích hợp bởi máy tính điện tử (Fabrication
Integrée par Ordinateur - FIO hay Computer integrated Manufacturing - CIM).
Do vậy CIM biểu diễn các hoạt động tương ứng với thiết kế, vẽ, chế tạo và
kiểm tra chất lượng của một sản phẩm cơ khí.
1.1.2. Đối tượng phục vụ của CAD/CAM
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 một hệ thống tích
hợp điều khiển bởi máy tính điện tử (Computer Integrated Manufacturing - CIM).
Cơ sở dữ liệu của CIM phải toàn diện và đồng bộ, nghĩa là phải có toàn bộ dữ
liệu liên quan đến quá trình sản xuất, từ khi chuẩn bị, bắt đầu, đến khi kết thúc sản
xuất.
Các thành phần của hệ thống 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. Kết
quả của quá trình CAD không chỉ là cơ sở dữ liệu để thực hiện phân tích kỹ thuật,
lập quy 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, người máy, tay máy công nghiệp
và các thiết bị phụ trợ khác.
Công việc chuẩn bị sản xuất có vai trò quan trọng trong việc hình thành bất kỳ
một sản phẩm cơ khí nào.
Công việc này bao gồm:

- Chuẩn bị thiết kế (Thiết kế kết cấu sản phẩm, các bản vẽ lắp chung của sản
phẩm, các cụm máy...);
- Chuẩn bị công nghệ (Đảm bảo tính năng công nghệ của kết cấu, thiết lập quy
trình công nghệ);
- Thiết kế và chế tạo các trang bị công nghệ và dụng cụ phụ...;
- Kế hoạch hoá quá trình sản xuất và chế tạo sản phẩm trong thời gian yêu cầu.
Hiện nay, qua phân tích tình hình thiết kế ta thấy rằng 90% thời lượng thiết kế
là để tra cứu số liệu cần thiết mà chỉ có 10% thời gian dành cho lao động sáng tạo

- 17 -


Bùi Thị Dưỡng

Luận văn cao học CTM - CH2011B

và quyết định phương án, do vậy các công việc trên có thể thực hiện bằng máy tính
điện tử để vừa tiết kiệm thời gian vừa đảm bảo độ chính xác và chất lượng.
CAD/CAM 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
nhất định.
CAD/CAM tạo ra mối quan hệ mật thiết giữa hai dạng hoạt động: Thiết kế và
Chế tạo.
Tự động hoá thiết kế là dùng các hệ thống và phương tiện tính toán giúp người
kỹ sư thiết kế, mô phỏng, phân tích và tối ưu hoá các giải pháp thiết kế.
Tự động hoá chế tạo là dùng máy tính điện tử để kế hoạch hoá, điều khiển và
kiểm tra các nguyên công gia công.
1.1.3. Vai trò của CAD/CAM trong chu kỳ sản xuất
Sơ đồ chu kỳ sản xuất thông thường và chu kỳ sản xuất với công nghệ
CAD/CAM được minh hoạ theo hình 1.1 và 1.2:

Hình 1.1. Sơ đồ chu kỳ sản xuất
Rõ ràng rằng CAD/CAM chi phối hầu hết các dạng hoạt động và chức năng
của chu kỳ sản xuất. Ở các nhà máy hiện đại, trong công đoạn thiết kế và chế tạo,
kỹ thuật tính toán ngày càng phát huy tác dụng và là nhu cầu không thể thiếu được.

- 18 -


Bùi Thị Dưỡng

Luận văn cao học CTM - CH2011B

Hình 1.2. Sơ đồ chu kỳ sản xuất khi dùng CAD/CAM
1.1.4. Chức năng của CAD
Khác biệt cơ bản với quy trình thiết kế theo công nghệ truyền thống, CAD cho
phép quản lý đối tượng thiết kế dưới dạng mô hình hình học số trong cơ sở dữ liệu
trung tâm, do vậy CAD có khả năng hỗ trợ các chức năng kỹ thuật ngay từ giai đoạn
phát triển sản phẩm cho đến giai đoạn cuối của quá trình sản xuất, tức là hỗ trợ điều
khiển các thiết bị sản xuất bằng điều khiển số.
Hệ thống CAD được đánh giá có đủ khả năng để thực hiện chức năng yêu cầu
hay không, phụ thuộc chủ yếu vào chức năng xử lý của các phần mềm thiết kế.
Ngày nay những bộ phần mềm CAD/CAM chuyên nghiệp phục vụ thiết kế và gia
công khuôn mẫu có khả năng thực hiện được các chức năng cơ bản sau:
- Thiết kế mô phỏng hình học 3 chiều (3D) những hình dạng phức tạp.
- Giao tiếp với các thiết bị đo, quét toạ độ 3D thực hiện nhanh chóng các chức
năng mô phỏng hình học từ dữ liệu số.
- Phân tích và liên kết dữ liệu: Tạo mặt phân khuôn, tách khuôn, quản lý kết
cấu lắp ghép...

- 19 -


Bùi Thị Dưỡng

Luận văn cao học CTM - CH2011B

- Tạo bản vẽ và ghi kích thước tự động: Có khả năng liên kết các bản vẽ 2D
với mô hình 3D và ngược lại.
- Liên kết với các chương trình tính toán thực hiện các chức năng phân tích kỹ
thuật: Tính biến dạng khuôn, mô phỏng dòng chảy vật liệu, trường áp suất, trường
nhiệt độ, độ co rút vật liệu...
- Nội suy hình học, biên dịch các kiểu đường chạy dao chính xác cho công
nghệ gia công điều khiển số.
- Giao tiếp dữ liệu theo các định dạng đồ hoạ chuẩn
- Xuất dữ liệu đồ hoạ 3D dưới dạng tập tin STL để giao tiếp với các thiết bị
tạo mẫu nhanh theo công nghệ tạo hình lập thể.
Những ứng dụng của CAD trong ngành chế tạo máy:
- Tạo mẫu nhanh thông qua giao tiếp dữ liệu với thiết bị tạo mẫu nhanh theo
công nghệ tạo hình lập thể (Đo quét toạ độ)
- Giảm đáng kể thời gian mô phỏng hình học bằng cách tạo mô hình hình học
theo cấu trúc mặt cong từ dữ liệu số.
- Chức năng mô phỏng hình học mạnh, có khả năng mô tả những hình dáng
phức tạp nhất.
- Khả năng mô hình hoá cao cho các phương pháp phân tích, cho phép lựa
chọn giải pháp kỹ thuật tối ưu.
1.2. Tình hình ứng dụng và phát triển công nghệ CAD/CAM tại Việt Nam
Công nghệ CAD/CAM/CNC đã trở thành xu hướng phát triển tất yếu của nền
sản xuất hiện đại. Điều đó không những giúp cho con người có thể sản xuất ra các
sản phẩm đạt được năng xuất cao, chất lượng tốt kéo theo giá thành hạ, đồng thời nó

còn thỏa mãn được những yêu cầu khắt khe của con người về những sản phẩm
chuyên dụng, phức tạp mà với công nghệ gia công cổ điển trên các máy công cụ cắt
gọt trước đây không thể thực hiện được.
Một đất nước phát triển phải được dựa trên nền tảng của một nền công nghiệp
phát triển, với vai trò tiên phong, chủ chốt và mũi nhọn của ngành cơ khí. Nhận
thức được xu hướng phát triển và tầm quan trọng của công nghệ hiện đại, mà cụ thể

- 20 -


Bùi Thị Dưỡng

Luận văn cao học CTM - CH2011B

là ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CNC trong sản xuất, Đảng và nhà nước ta từ
những năm 90 của thế kỷ trước đã có những hành động cụ thể nhằm tiếp cận và dần
đưa công nghệ CAD/CAM/CNC vào trong sản xuất. Trải qua hơn một thập niên
xây dựng và phát triển, có thể nói công nghệ CAD/CAM/CNC đã dần phát triển, đi
vào thực tế sản xuất mang lại hiệu quả và những lợi ích vốn có của nó. Góp phần
nâng cao năng xuất, tạo ra những sản phẩm chất lượng, đạt độ chính xác cao, thỏa
mãn yêu cầu người sử dụng. Có tác động tích cực trong công cuộc công nghiệp hóa,
hiện đại hóa đất nước, thúc đẩy cho nền công nghiệp nói chung và sản xuất cơ khí
nói riêng phát triển sau một thời gian dài khó khăn bởi các nguyên nhân chủ quan
và khách quan.
Các doanh nghiệp nhà nước và tư nhân cũng đã mạnh dạn đầu tư các trang
thiết bị máy móc đắt tiền phục vụ sản xuất. Cách đây chục năm, sở hữu một chiếc
máy CNC là một điều hiếm có và khá xa xỉ đối với bất kỳ doanh nghiệp nào, bởi
ngoài những khó khăn về vấn đề chi phí nhập khẩu, chi phí bảo dưỡng thiết bị, các
doanh nghiệp còn gặp phải những vấn đề về trình độ vận hành, khai thác quản lý, sử
dụng máy móc. Và cũng đã có những thời điểm doanh nghiệp làm dự án, nhập một

loạt các trang thiết bị, máy móc hiện đại nhưng lại không hợp lý trong quá trình
khai thác sản xuất dẫn đến tình trạng lãng phí lớn. Nhưng ngày nay, có thể thấy
được các nhà máy, xí nghiệp đã có thể trang bị được những trung tâm CAD/CAM
hiện đại với số lượng máy móc và thiết bị lên tới con số hàng chục. Việc đầu tư hợp
lý có hệ thống với mục đích và chiến lược rõ ràng đã mang lại nhiều hiệu quả cho
doanh nghiệp. Giúp cho họ ngày càng tự tin hơn trong sản xuất, tiếp thị phân phối
sản phẩm và cạnh tranh với hàng ngoại nhập vốn có ưu thế cao về chất lượng, giá cả
cũng như tâm lý sử dụng của khách hàng.
Không tách rời với xu hướng phát triển đó, lĩnh vực CAD/CAM cũng đi vào
công tác đào tào như là một nhu cầu tất yếu. Các trung tâm đào tạo
CAD/CAM/CNC được mở ra ngày càng nhiều nhằm đạo tạo ra đội ngũ nhân lực kỹ
thuật chất lượng đáp ứng nhu cầu nghiên cứu, thiết kế và sản xuất các sản phẩm cơ
khí. Sự quan tâm của lớp trẻ đối với lĩnh vực mới, công nghệ cao ngày càng gia

- 21 -


Bùi Thị Dưỡng

Luận văn cao học CTM - CH2011B

tăng. Hình thành nên các nhóm diễn đàn, trao đổi, tranh luận sôi nổi về lĩnh vực
CAD/CAM/CNC trong các trường đại học, cao đẳng... qua các diễn đàn trên mạng
internet đã giúp cho những người chưa có kinh nghiệm như đối tượng học sinh, sinh
viên có được cơ hội tìm hiểu và nắm bắt những kiến thức cơ bản, nền tảng... giúp
cho những nhà chuyên môn có cơ hội được tiếp xúc, trao đổi kinh nghiệm từ đó
cùng nhau hợp tác và đưa ra những hướng đi chiến lược cho việc phát triển công
nghệ CAD/CAM.
Các thành tựu đạt được sau hơn một thập niên xây dựng và phát triển là không
thể phủ nhận. Tuy nhiên cũng phải thừa nhận một điều là công nghệ CAD/CAM

trong nước mới đang ở những bước đầu tiên, tiếp cận dần với trình độ phát triển
mạnh mẽ của công nghệ CAD/CAM trên thế giới. Trên thực tế thì lĩnh vực
CAD/CAM/CNC cũng đang gặp phải những khó khăn đến từ cả những nguyên
nhân chủ quan và khách quan.
Nguyên nhân khách quan thể hiện trước hết ở vấn đề chi phí. Công nghệ càng
hiện đại bao nhiêu thì cũng đồng nghĩa với việc phải bỏ ra một chi phí lớn để có thể
sở hữu được nó. Đi kèm với nó là những chi phí về vận hành, bảo dưỡng thiết bị.
Và các cơ sỏ vật chất khác như phòng máy, nhà xưởng… cũng phải đạt tiêu chuẩn
đẻ có thể phục vụ tốt nhất cho quá trình khai thác trang thiết bị. Đây là vấn đề mà
đại đa số các doanh nghiệp nhà nước và tư nhân đang gặp phải.
Thực tế cho thấy, khi vấn đề vốn đã được giải quyết tức là các doanh nghiệp
đã được đầu tư kinh phí từ nhà nước hay các doanh nghiệp tư nhân chủ động bỏ vốn
để trang bị cơ sở vật chất và trang thiết bị máy móc. Thì một câu hỏi lớn được đặt ra
lại là vấn đề: Nên sản xuất cái gì? Đây là vấn đề mà rất nhiều doanh nghiệp đang
gặp phải. Việc tìm hướng đi cho một sản phẩm mới có khả năng cạnh tranh trên thị
trường với hàng ngoại nhập trên phương diện chất lượng và giá cả không phải là
vấn đề đơn giản. Bởi lợi thế về vốn, chất xám, công nghệ cũng như kinh nghiệm
trong sản xuất hay khai thác thị trường đang nằm trong tầm tay của các doanh
nghiệp nước ngoài. Sản xuất chính là quá trình tạo ra những sản phẩm tốt nhằm thỏa
mãn yêu cầu của người sử dụng, của thị trường tiêu dùng. Nhưng ở một mức độ nào

- 22 -


Bùi Thị Dưỡng

Luận văn cao học CTM - CH2011B

đó, có thể nói thị trường tiêu dùng trong nước nói chung, thị trường tiêu dùng các
sản phẩm cơ khí nói riêng vẫn đang chỉ dừng lại ở mức sử dụng các sản phẩm, các

chi tiết đơn giản với chất lượng và độ chính xác chưa cao, mẫu mã sản phẩm chưa
đa dạng. Và những sản phẩm đó thì lại hoàn toàn có thể được sản xuất ra trên các
máy móc thiết bị cổ điển, chứ không nhất thiết phải sử dụng trên một hệ
CAD/CAM/CNC hiện đại nhưng lại tốn kém. Khi điều kiện và tâm lý tiêu dùng chỉ
dừng lại để thỏa mãn ở mức độ đó, điều này sẽ gây ra những hạn chế và khó khăn
trong việc ứng dụng, phát triển công nghệ cao trong sản xuất. Vậy bản chất vấn đề ở
đây nằm ở tính đồng bộ trong nền sản xuất cơ khí. Bởi để tạo ra một sản phẩm có
chất lượng thì sản phẩm đó phải được tạo ra từ các chi tiết chất lượng. Một công ty
sản xuất sản phẩm hoàn chỉnh thì xung quanh nó là một tổ hợp các công ty vệ tinh
để sản xuất các chi tiết đơn lẻ. Sự liên lạc gắn bó giữa các công ty giựa trên cơ sở
trao đổi thông tin liên lạc, thống nhất và hợp lý hóa quá trình sản xuất theo thời gian
và theo tiến độ dựa trên chiến lược quản lý vòng đời của sản phẩm. Quá trình
chuyên môn hóa đảm bảo rằng mỗi một công ty sẽ chỉ sản xuất một chi tiết đảm bảo
năng xuất và chất lượng. Để thực hiện được điều đó thì các công ty phải không
ngừng nâng cao năng lưc và kế hoạch tổ chức sản xuất cùng chất lượng của đội ngũ
kỹ thuật và trang thiết bị sản xuất. Trên thực tế chúng ta vẫn chưa tạo ra được
những điều kiện cần và đủ, đầu vào và đầu ra cho quá trình sản xuất. Do vậy việc
tập trung sáng tạo, nghiên cứu, đa dạng hóa sản phẩm theo hướng phát triển các sản
phẩm mang tính công nghệ cao, có tính đồng bộ sẽ là một môi trường tốt để công
nghệ CAD/CAM đi sâu vào lĩnh vực sản xuất.

- 23 -


Bùi Thị Dưỡng

Luận văn cao học CTM - CH2011B

CHƯƠNG 2:

TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ CÔNG NGHỆ CNC
2.1. Giới thiệu điều khiển số thế hệ cũ
2.1.1. Khái niệm điều khiển số
Nhiều thành tựu trong lĩnh vực thiết kế và chế tạo có sự trợ giúp của máy tính
đều có nguồn gốc chung từ kỹ thuật điều khiển số (Numerical Control, viết tắt là
NC).
Có thể định nghĩa điều khiển số (NC) là một dạng tự động có thể lập trình
được, trong đó quá trình được điều khiển bằng số, ký tự và ký hiệu. Trong NC, các
số tạo thành một chương trình gồm các lệnh dùng cho một vật làm hay một công
việc gia công vật làm. Khi việc đó thay đổi thì chương trình gồm các lệnh cũng sẽ
thay đổi theo. Tính mềm dẻo của NC là nhờ ở khả năng thay đổi của chương trình
này. Rõ ràng việc viết lại một chương trình thì dễ dàng hơn nhiều so với việc thay
đổi trang thiết bị sản xuất.
Công nghệ NC đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều nguyên công, kể cả vẽ,
lắp ráp, kiểm tra chất lượng, đột dập, hàn điểm. Tuy nhiên ứng dụng chủ yếu của
NC là trong gia công cắt gọt kim loại. Chi tiết cần được gia công có nhiều kích cỡ
và hình thù khác nhau, đồng thời đa số các chi tiết gia công trong công nghiệp hiện
nay thường được sản xuất hàng loạt nhỏ và vừa. Những chi tiết đó thường phải trải
qua các nguyên công điển hình như tiện, phay và khoan… Việc NC thích hợp với
các công việc cắt gọt này là lý do điêu fkhiển số phát triển cực kỳ nhanh chóng
trong công nghiệp gia công kim loại nửa sau thế kỷ XX đến nay.
2.1.2. Lịch sử phát triển điều khiển số
NC thế hệ cũ gắn liền với một công trình có tính chất mở đường của John
T.Parson. Vào cuối những năm 40 của thế kỷ XX, Parson đã nghĩ đến phương pháp
sử dụng bìa có đục lỗ chứa thông tin về tọa độ để điều khiển một máy công cụ. Cỗ
máy này được điều khiển chuyển động tịnh tiến từng bước nhỏ, nhờ vậy tạo nên bề
mặt mong muốn của chi tiết cần gia công. Năm 1948, Parsons đã trình diễn ý tưởng

- 24 -

Bùi Thị Dưỡng

Luận văn cao học CTM - CH2011B

của mình trước cơ quan không lực Hoa Kỳ rồi sau đó ông đã được một loạt dự án
tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đỡ đầu.
Công trình mở đầu tại MIT liên quan tới việc triển khai một máy phay NC ở
giai đoạn chế thử, và năm 1952 mẫu thử này đã đuợc thực hiện thành công. Điều
này đã chứng tỏ tính hiệu quả cao của khái niệm điều khiển số NC.
Ngay sau đó, các nhà thiết kế chế tạo máy công cụ bắt đầu triển khai các dự án
riêng của mình tập chung cho ra đời những cỗ máy NC trên thị trường. Một số
ngành công nghiệp khác cũng không bỏ lỡ cơ hội nghiên cứu các máy điều khiển số
nhằm đáp ứng nhu cầu riêng của ngành mình. Không lực Hoa Kỳ tiếp tục hưởng
ứng cho việc phát triển NC bằng cách tài trợ cho việc nghiên cứu bổ xung tại MIT
để phát triển một dạng ngôn ngữ lập trình chi tiết gia công có thể dùng để điều
khiển máy NC. Kết quả chính là sự ra đời của ngôn ngữ lập trình APT
(Automatically Programmed Tools) vào năm 1956. Mục tiêu nghiên cứu ban đầu
của APT là cung cấp một phương tiện để người lập trình vật làm có thể thông báo
các lệnh cắt gọt cho máy công cụ bằng những lệnh đơn giản gần giống như ngôn
ngữ tiếng Anh. Được đánh giá là công kềnh đối với nhiều loại máy tính, tuy nhiên
APT cũng đã mang lại những khả năng và hiệu quả to lớn. Cho đến bây giờ, APT
vẫn được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, và hầu hết các ngôn ngữ lập trình vật
làm được dựa trên các khái niệm của APT, đồng thời các nhược điểm của nó cũng
được khắc phục với sự phát triển của ngành công nghiệp máy tính hiện đại.
2.2. Các thành phần cơ bản của một hệ NC
Một hệ NC bao gồm có ba thành phần cơ bản sau đây:
- Chương trình gồm các lệnh
- Bộ phận điều khiển (CU) hay còn được gọi là bộ điều khiển máy (MCI Machine Control Unit)
- Máy công cụ (Hoặc quá trình được điều khiển khác)

Chương trình làm nhiệm vụ đầu vào cho các bộ phận điều khiển để bộ phận
này ra các mệnh lệnh cho máy công cụ hoặc một quá trình cần được điều khiển nào
đó.

- 25 -


Bùi Thị Dưỡng

Luận văn cao học CTM - CH2011B

2.2.1. Chương trình
Chương trình là một tập hợp lệnh được chi tiết hóa bước nọ sang bước kía, ra
lệnh cho máy biết các công việc cần thực hiện. Chương trình được viết dưới dạng
các mã số (Hoặc mã ký hiệu) trên vật mang tin để khi nhập vào bộ phận điều khiển
thì bộ phận này có thể diễn dịch ra được. Trước đây vật mang tin thông dụng nhất là
băng đục lỗ có chiều rộng 1 inch. Qua thời gian, còn ra đời một số loại vật mang tin
khác, kể cả bìa có đục lỗ, thậm chí đó là phim ảnh 35 mm…
Có hai phương pháp nhập thông tin (Input) cho hệ NC. Phương pháp nhập thứ
nhất là vào dữ liệu cho CU bằng thủ công và được gọi là nhập dữ liệu thủ công
(MDI - Manual Data Input). Phương pháp này chỉ thích hợp với những việc làm khá
đơn giản, trong đó trình tự các thao tác không được lặp lại.
Phương pháp thứ hai là thông qua đường truyền trực tiếp với máy tính, gọi là
điều khiển số trực tiếp, hay DNC (Direct Numerical).
Chương trình trong đó chứa tất cả các lệnh do người lập trình vật làm soạn
thảo. Công việc của người lập trình là đưa ra một bộ lệnh tỉ mỉ để dựa vào đó mà
các bước gia công được thực hiện. Đối với một nguyên công cắt gọt, các bước gia
công này có liên quan tới chuyển động tương đối giữa dao và vật làm.
2.2.2. Bộ điều khiển CU
CU gồm các bộ phận điện tử và phi điện tử, có nhiệm vụ đọc và diễn giải các

lệnh trong chương trình rồi chuyển đổi chúng thành các hoạt động cơ học của máy
công cụ. Các thành phần điển hình của một bộ phận điều khiên trong NC thế hệ cũ
gồm có đầu đọc băng, bộ đệm dữ liệu (Buffer), các kênh xuất tín hiệu cho máy công
cụ, các kênh phản hồi từ máy công cụ và các cơ cấu (Mạch) điều khiển tuần tự để
điều phối toàn bộ hoạt động của cá thành phần nói trên. Cũng cần lưu ý rằng ngày
nay hầu hết các hệ NC hiện đại đều dùng máy vi tính để làm bộ phận đièu khiển
CU. Loại NC này được gọi là điều khiển số bằng máy tính (CNC).
Đầu đọc băng là một thiết bị cơ điện dùng để cuộn băng có đục lỗ và đọc
thông tin (Chương trình) chứa trên đó. Thông tin được đọc từ băng vào bộ đệm dữ
liệu (Buffer). Mục đích của thiết bị này là lưu trữ các lệnh đầu vào dưới dạng các

- 26 -