Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ CADCAM CNC vào việc thiết kế và gia công các bề mặt phức tạp

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Nguyễn Thị Phương Ngoan.
Sinh ngày 08 tháng 04 năm 1986
Học viên cao học chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy. Khóa 2011. Trƣờng Đại
học Bách Khoa Hà Nội.
Tôi xin cam đoan:
Đề tài: “Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CNC vào việc thiết kế
và gia công các bề mặt phức tạp” do TS Trương Hoành Sơn hƣớng dẫn là công
trình của riêng tôi. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng.
Nếu sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm
Hà Nội, ngày 20 tháng 09 năm 2012
Tác giả
Nguyễn Thị Phƣơng Ngoan.

1


MỤC LỤC
Lời cam đoan ................................................................................................................... 1
Mục lục .................................................................................................................. .2
Danh mục các hình vẽ ............................................................................................ .4
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 7
Chƣơng 1 - TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI TRONG VÀ
NGOÀI NƢỚC VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU ............................................................... 9

1.1

Tổng quan về các nghiên cứu...............................................................9
1.1.1

Tổng quan về CNC....................................................................9

1.1.2

Tổng quan về CAD/CAM........................................................12

1.2

Giới hạn nghiên cứu của đề tài...........................................................19

1.3

Kết luận chƣơng I...............................................................................20

Chƣơng 2 - CÔNG NGHỆ CAD TRONG VIỆC THIẾT KẾ CÁC BỀ MẶT PHỨC
TẠP...........................................................................................................................21
2.1

Thế nào là bề mặt phức tạp......................................................................21

2.2

Quá trình thiết kế và gia công các bề mặt phức tạp theo công nghệ truyền

thống..........................................................................................................................22
2.3

Quá trình thiết kế và gia công các bề mặt phức tạp có sử dụng các phần

mềm CAD/CAM/CNC..............................................................................................23
2.4

Phần mềm Pro/Engineer........................................................................24
2.4.1 Giới thiệu chung...........................................................................24
2.4.2 Các khái niệm trong Pro/Engineer................................................33
2.4.3 Liên kết tham số và mục đích thiết kế..........................................34
2.2.4 Chƣc năng trợ giúp sản xuất CAM cua Pro/Engineer..................38

2.5

Kết luận chƣơng II.................................................................................39

Chƣơng 3 - ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PRO/ENGINEER ĐỂ THIẾT KẾ VÀ GIA
CÔNG BỀ MẶT PHỨC TẠP...................................................................................41
3.1

Các bƣớc thiết kế....................................................................................41

3.2

Tách khuôn sản phẩm.............................................................................48

2


3.3

3.4

3.5

Ứng dụng EMX để thiết kế khuôn mẫu.................................................54
3.3.1

Giới thiệu về phần mềm EMX........................................................54

3.3.2

Trình tự thiết kế một bộ khuôn sử dụng EMX................................54

Ứng dụng phần mềm Pro/Engineer lập chƣơng trình gia công..............58
3.4.1

Tạo mô hình chi tiết gia công từ môi trƣờng part............................58

3.4.2

Tạo môi trƣờng làm việc của quá trình gia công.............................58

3.4.3

Chọn gốc tọa độ gia công cho máy, mặt phẳng an toàn..................59

3.4.4

Thực hiện chƣơng trình gia công.....................................................60

Tổng kết chƣơng III...............................................................................68

Chƣơng 4 - KẾT QUẢ GIA CÔNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHUNG VỀ SẢN PHẨM...69
4.1

4.2

Gia công sản phẩm trên máy CNC........................................................69
4.1.1

Máy gia công...................................................................................69

4.1.2

Một số thông số chính về công nghệ và dao cụ..............................70

4.1.3

Cạo sửa, đánh bóng lõi khuôn.........................................................72

4.1.4

Sản phẩm.........................................................................................72

Kiểm tra sản phẩm sau khi gia công để đánh giá độ chính xác cũng nhƣ
chất lƣợng bề mặt của chi tiết sau khi gia công.......................................74

4.3

Kết luận chƣơng IV...............................................................................74

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................75
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................76

3


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Quá trình hình thành và phát triển của CNC và CAD/CAM/CAE...........14
Hình 1.2. Liên kết giữ liệu giữa CAD và CAM........................................................15
Hình 1.3.Mối quan hệ CAD/CAM............................................................................16
Hình 2.1. Qui trình thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống ......22
Hình 2.2. Qui trình thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ
CAD/CAM/CNC.... ..................................................................................................24
Hình 2.3. Giao diện chính của phần mềm Pro/Engineer...........................................25
Hình 2.4. Môđun Pro/Detail của phần mềm Pro/Engineer.......................................26
Hình 2.5. Môđun Pro/Sheetmetal của phần mềm Pro/Engineer...............................27
Hình 2.6. Môđun Pro/Assembly của phần mềm Pro/Engineer.................................27
Hình 2.7. Môđun Pro/Surface của phần mềm Pro/Engineer.....................................28
Hình 2.8. Môđun Pro/Manufacturing của phần mềm Pro/Engineer.........................28
Hình 2.9. Môđun Pro/Mesh của phần mềm Pro/Engineer........................................29
Hình 2.10. Môđun Pro/Mechanica của phần mềm Pro/Engineer..............................30
Hình 2.11. Môđun Pro/Draft của phần mềm Pro/Engineer.......................................31
Hình 2.12. Môđun Pro/Mold của phần mềm Pro/Engineer......................................31
Hình 2.13. Thiết kế hƣớng đối tƣợng trong Pro/Engineer........................................33
Hình 3.1. Muôi nhựa.................................................................................................41
Hình 3.2. Tạo file mới và đặt tên bản vẽ...................................................................41
Hình 3.3. Kích thƣớc đƣờng sinh muôi nhựa...........................................................42
Hình 3.4. Tạo điểm trên đƣờng sinh muôi nhựa.......................................................42
Hình 3.5. Đƣờng sinh muôi nhựa..............................................................................42
Hình 3.6. Tạo bề mặt cho muôi nhựa........................................................................43
Hình 3.7. Vẽ biên dạng cong của muôi nhựa............................................................43

Hình 3.8. bề mặt của muôi nhựa......................................................................44

Hình 3.9. Biên dạng của muôi nhựa................................................................44
Hình 3.10. Bề mặt cần chiếu biên dạng....................................................................45
Hình 3.11. Trim phần thừa của muôi........................................................................45

4


Hình 3.12. Tạo bề dày cho muôi...............................................................................46
Hình 3.13. Bo tròn 2 mép trong và mép ngoài..........................................................46
Hình 3.14. Tạo biên dạng mới phần đuôi của muôi..................................................47
Hình 3.15. Bán kính cong phần đuôi của muôi.........................................................47
Hình 3.16. Vê tròn các cạnh phần đuôi của muôi.....................................................48
Hình 3.17. Tạo file mới để tách khuôn muôi nhựa...................................................48
Hình 3.18. Lấy chi tiết cần tách khuôn.....................................................................49
Hình 3.19. Chọn gốc của chi tiết...............................................................................49
Hình 3.20. Tạo phôi tự động.....................................................................................49
Hình 3.21. Thiết lập đƣờng phân khuôn cho chi tiết.................................................50
Hình 3.22. Quét lại mặt phân khuôn.........................................................................50
Hinh 3.23. Mặt phân khuôn của chi tiết....................................................................51
Hình 3.24. Thiết lập tạo 2 nửa khuôn........................................................................51
Hình 3.25. Thiết lập các khối đặc.............................................................................51
Hình 3.26. Khuôn muôi nhựa...................................................................................52
Hình 3.27. Tách khuôn hoàn ch nh muôi nhựa........................................................53
Hình 3.28. Xuất bản vẽ 2D để kiểm tra lại................................................................53
Hình 3.29. Trình tự các bƣớc tạo các tấm khuôn......................................................54
Hình 3.30. Giao diện làm việc của EMX..................................................................55
Hình 3.31. Thiết lập tạo tấm kẹp sau........................................................................55
Hình 3.32. Thiết lập môi trƣờng làm việc của quá trình gia công............................58
Hình 3.33. Chi tiết gia công trong môi trƣờng làm việc...........................................58
Hình 3.34. Chọn phôi cho chi tiết gia công..............................................................59

Hình 3.35. Chọn máy gia công.................................................................................59
Hình 3.36. Thiết lập chế độ phay thô lòng khuôn trên..............................................60
Hình 3.37. Nhập thông số dụng cụ cắt......................................................................60
Hình 3.38. Nhập thông số chế độ cắt........................................................................61
Hình 3.39. Vùng biên dạng cần gia công..................................................................61
Hình 3.40. Phay thô lòng khuôn trên........................................................................62

5


Hình 3.41. Thiết lập chế độ phay bán tinh bề mặt khuôn.........................................62
Hình 3.42. Nhập thông số dao...................................................................................62
Hình 3.43. Nhập chế độ cắt.......................................................................................63
Hình 3.44. Phay bán tinh bề mặt khuôn....................................................................63
Hình 3.45. Nhập thông số dao...................................................................................63
Hình 3.46. Nhập chế độ cắt.......................................................................................64
Hình 3.47. Phay tinh lòng khuôn trên.......................................................................64
Hình 3.48. Thiết lập chế độ khoan lỗ........................................................................64
Hình 3.49. Khoan lỗ..................................................................................................65
Hình 3.50. Thiết lập liên kết các nguyên công..........................................................65
Hình 3.51. Mô phỏng đƣờng chạy dao......................................................................66
Hình 4.1. Máy phay DMU50....................................................................................69
Hình 4.2. Dao phay chỏm cầu hợp kim 2VGR với R7.............................................70
Hình 4.3. Dao phay chỏm cầu hợp kim 2VGR với R2.............................................70
Hình 4.4. Mũi doa P18, Ø9.......................................................................................71
Hình 4.5. Mũi khoan thép gió P18, Ø8.....................................................................71
Hình 4.6. Mũi khoét P18, Ø8.7.................................................................................71
Hình 4.7. Dao phay ngón hợp kim 4VG, Ø16.........................................................72
Hình 4.8. Các loại đá mài..........................................................................................72
Hình 4.9. Sản phẩm Lòng khuôn trên muôi xới cơm sau khi gia công.....................73

6


MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ
thuật đã thúc đẩy các ngành công nghiệp sản xuất tự động phát triển theo. Trong
lĩnh vực cơ khí chế tạo, sự ra đời của máy công cụ điều khiển bằng chƣơng trình
số với sự trợ giúp của máy tính, gọi tắt là máy CNC, đã đƣa ngành cơ khí chế
tạo sang một thời kỳ mới, thời kỳ sản xuất hiện đại.
Hầu hết các nhà máy, xí nghiệp, các khu công nghiệp ở nƣớc ta hiện nay ít
nhiều đều đƣợc bố trí các máy công cụ CNC để phục vụ sản xuất, bao gồm các
loại máy Phay, Tiện, Bào, Mài, Khoan... có số trục điều khiển 2, 3, 4, 5. Nhƣng
các cơ sở sản xuất hầu nhƣ chƣa biết cách khai thác hết khả năng gia công trên
máy. Lý do chủ yếu là trình độ lập trình của cán bộ kỹ thuật Việt Nam còn yếu,
các chƣơng trình điều khiển máy CNC đƣợc ngƣời lập trình viết bằng tay, chƣa
biết sử dụng các phần mềm hỗ trợ để lập trình. Trong khi đó nhu cầu chế tạo các
sản phẩm có hình dáng hình học phức tạp ngày càng gia tăng, đặc biệt trong một
số lĩnh vực nhƣ ngành da giầy, ngành dệt, sản xuất hàng tiêu dùng, chế tạo
khuôn mẫu...
Vì vậy, ứng dụng công nghệ CAD/CAM phục vụ cho máy công cụ CNC là
vấn đề đƣợc nhiều ngƣời quan tâm, bởi công nghệ này không ch phục vụ trong
sản xuất hiện đại, mà còn góp phần nâng cao năng suất chế tạo sản phẩm gia
công cơ khí. Chất lƣợng của một sản phẩm gia công cơ khí không ch là vấn đề
về độ bền, độ bóng bề mặt, mà còn bao hàm cả độ chính xác về vị trí tƣơng
quan, độ chính xác hình dáng hình học của chi tiết gia công, thời gian, giá thành
gia công chi tiết... Để chế tạo đƣợc những sản phẩm cơ khí có đủ những tính
năng nhƣ vậy thì các trung tâm gia công CNC nhiều trục luôn là lựa chọn hiệu
quả, nhằm cải thiện chất lƣợng sản phẩm, giảm thời gian gia công.
Qua những phân tích trên ta thấy đƣợc việc nghiên cứu và ứng dụng các phần

mềm CAD/CAM vào việc xây dựng và lập chƣơng trình gia công cho các bề mặt
phức tạp trên máy công cụ CNC là điều rất cần thiết.

7


Với định hƣớng nhƣ vậy tôi đã chọn thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp với
nội dung “Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CNC vào việc thiết kế
và gia công các bề mặt phức tạp”. Nội dung của luận văn gồm:
-

Chƣơng 1: Tổng quan về nghiên cứu liên quan đến đề tài trong và ngoài
nƣớc và giới hạn nghiên cứu.

-

Chƣơng 2: Công nghệ CAD trong việc thiết kế các bề mặt phức tạp.

-

Chƣơng 3: Ứng dụng phần mềm Pro/Engineer để thiết kế và gia công bề
mặt phức tạp.

-

Chƣơng 4: Kết quả gia công và đánh giá chung về sản phẩm.

8

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI TRONG VÀ
NGOÀI NƯỚC VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU
1.1.

Tổng quan về các nghiên cứu

1.1.1.

Tổng quan về CNC

Mặc dù máy tiện chế biến gỗ đã đƣợc sử dụng từ rất lâu nhƣng chiếc máy
tiện gia công kim loại thực tế đầu tiên mới đƣợc Henry Maudslay phát minh vào
năm 1800. Nó ch đơn giản là một công cụ máy giữ mẩu kim loại đang đƣợc gia
công (hay phôi) trong một bàn kẹp hay trục quay và quay mẩu kim loại đó, và một
công cụ cắt có thể gia công bề mặt theo đƣờng mức mong muốn. Công cụ cắt này
đƣợc nhân viên vận hành thông qua việc sử dụng một cái tay quay hay vô lăng. Độ
chính xác về kích cỡ đƣợc nhân viên vận hành điều khiển bằng cách quan sát đĩa
chia độ trên vô lăng và di chuyển công cụ cắt theo số lƣợng hợp lý. Mỗi chi tiết
đƣợc sản xuất ra đòi hỏi vận hành viên phải lặp lại những cử động trong cùng trình
tự và với cùng kích thƣớc.
Chiếc máy phay đầu tiên đƣợc vận hành theo cách thức tƣơng tự nhƣ vậy,
ngoại trừ công cụ cắt đƣợc đặt ở trục chính đang quay. Phôi đƣợc lắp trên bệ máy
hay bàn làm việc và di chuyển theo công cụ cắt, qua việc sử dụng vô lăng để gia
công đƣờng mức của phôi. Chiếc máy phay này do Eli Whitney phát minh năm
1818. Những chuyển động đƣợc sử dụng trong các công cụ máy đƣợc gọi là trục và
đề cập đến 3 trục: ―X‖ (thƣờng từ trái qua phải), ―Y‖ (trƣớc ra sau) và ―Z‖ (trên và
dƣới). Bàn làm việc cũng có thể đƣợc quay theo mặt ngang hay dọc, tạo ra trục
chuyển động thứ tƣ. Một số máy còn có trục thứ năm, cho phép trục quay theo một
góc.

Một trong những vấn đề của dòng máy ban đầu này là chúng đòi hỏi nhân
viên vận hành phải sử dụng vô lăng để tạo ra mỗi chi tiết. Ngoài tính nhàm chán và
gây mệt mỏi về thể chất, khả năng chế tạo các chi tiết của vận hành viên cũng bị
hạn chế. Ch một khác biệt nhỏ trong vận hành sẽ dẫn đến những thay đổi trong
kích thƣớc và khi đó, tạo ra những chi tiết không phù hợp. T lệ phế phẩm đƣợc tạo

9


ra từ những hoạt động nhƣ vậy là khá cao, gây lãng phí nguyên liệu và thời gian lao
động. Khi số lƣợng sản xuất tăng lên thì t lệ phế phẩm cũng tăng cao, do đó điều
cần thiết ở đây là một phƣơng tiện vận hành các chuyển động của máy một cách tự
động. Những nỗ lực ban đầu để ―tự động hóa‖ các hoạt động này là sử dụng một
loạt Cam để di chuyển dao cụ hay bàn làm việc qua những liên kết (linkage). Khi
Cam quay, một liên kết lần theo bề mặt của mặt Cam (cam face), di chuyển công cụ
cắt hay phôi qua một dãy các chuyển động. Mặt Cam đƣợc định hình để điều khiển
khối lƣợng chuyển động liên kết và tốc độ, còn Cam quay điều khiển tốc độ cấp
dao. Một số máy vẫn còn tồn tại cho tới ngày nay và đƣợc gọi là máy ―Swiss‖ (máy
kiểu Thụy Sĩ), một cái tên đồng nghĩa với gia công chính xác.
Thiết kế máy CNC hiện đại bắt nguồn từ tác phẩm của John T. Parsons cuối
những năm 1940 và đầu những năm 1950, John Parsons quản lý một hãng sản xuất
hàng không ở thành phố Traverse, Michigan. Sau Thế chiến II, Parsons tham gia
sản xuất cánh máy bay trực thăng, một công việc đòi hỏi phải gia công chính xác
các hình dạng phức tạp. Đối mặt với tính phức tạp ngày càng cao của hình dạng chi
tiết và những vấn đề về toán học và kỹ thuật nhƣ vậy, Parsons đã tìm ra những biện
pháp để giảm chi phí kỹ thuật cho công ty. Ông đã xin phép International Business
Machine sử dụng một trong những chiếc máy tính văn phòng trung ƣơng của họ để
thực hiện một loạt các phép toán cho một cánh máy bay trực thăng mới. Cuối cùng,
ông đã dàn xếp với Thomas J. Watson, chủ tịch huyền thoại của IBM, nhờ đó IBM
sẽ làm việc với tập đoàn Parsons để tạo ra một chiếc máy đƣợc điều khiển bởi các

thẻ đục lỗ. Nhƣ vậy, thông qua việc sử dụng máy tính IBM thời kì đầu, ông đã có
thể tạo ra những thanh dẫn đƣờng mức chính xác hơn nhiều khi sử dụng các phép
tính bằng tay và sơ đồ. Dựa trên kinh nghiệm này, ông đã giành đƣợc hợp đồng phát
triển một ―máy cắt đƣờng mức tự động‖ cho không quân để tạo mặt cong cho cánh
máy bay. Đó là hợp đồng với Air Force để sản xuất một chiếc máy đƣợc điều khiển
bằng thẻ hay băng từ có khả năng cắt các hình dạng đƣờng mức giống nhƣ những
hình trong cánh quạt và cánh máy bay. Sử dụng một đầu đọc thẻ máy tính và các bộ
điều khiển động cơ trợ động (servomotor) chính xác, chiếc máy đƣợc chế tạo cực kì

10


lớn, phức tạp và đắt đỏ. Mặc dù vậy, nó làm việc một cách tự động và sản xuất các
mặt cong với độ chính xác cao đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp máy bay.
Sau đó, Parsons đã đến gặp các kĩ sƣ ở phòng thí nghiệm thuộc Viện Công nghệ
Massachusetts (MIT) nhờ hỗ trợ dự án. Các nhà nghiên cứu MIT đã thí nghiệm
nhiều kiểu quá trình khác nhau và cũng đã làm việc với các dự án Air Force từ thời
Thế chiến II. Phòng thí nghiệm MIT đã nhận thấy đây là một cơ hội tốt để mở rộng
nghiên cứu sang lĩnh vực điều khiển và cơ cấu phản hồi. Việc phát triển thành công
các công cụ máy CNC đã đƣợc các nhà nghiên cứu của trƣờng đại học đảm trách
với mục tiêu đáp ứng nhu cầu của các nhà bảo trợ quân đội.
Nhƣ vậy ý tƣởng dùng nguyên lý điều khiển số vào máy công cụ xuất hiện do
nhu cầu của quân đội đã đƣợc hiện thực hóa. Đến những năm 1960, giá thành và
tính phức tạp của những chiếc máy tự động giảm đến một mức độ nhất định để có
thể ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác. Những chiếc máy này sử dụng các
động cơ truyền động điện một chiều để vận hành vô lăng và vận hành dao cụ. Các
động cơ này nhận ch dẫn điện từ một đầu đọc băng từ — đọc một băng giấy có
chiều rộng khoảng 2,5cm có đục một hàng lỗ. Vị trí và thứ tự lỗ cho phép đầu đọc
sản xuất ra những xung điện cần thiết để quay động cơ với thời gian và tốc độ chính
xác, trong thực tế nó điều khiển máy giống nhƣ nhân viên vận hành. Các xung điện

đƣợc quản lý bởi một máy tính đơn giản không có bộ nhớ. Chúng thƣờng đƣợc gọi
là NC hay máy điều khiển số. Một nhà lập trình sản xuất băng từ trên một máy
giống nhƣ máy đánh chữ, hay chính xác hơn là những ―băng giấy‖ đƣợc sử dụng ở
những máy tính thời kì đầu, sử dụng nhƣ một ―chƣơng trình‖. Kích cỡ của chƣơng
trình đƣợc xác định bởi độ dài của băng cần phải đọc để sản xuất ra một chi tiết cụ
thể. Các bộ điều khiển số đầu tiên dùng đèn điện tử nên tốc độ xử lý chậm, cồng
kềnh và tiêu tốn nhiều năng lƣợng. Việc sử dụng chúng cũng rất khó khăn, nhƣ
chƣơng trình đƣợc chứa trong các băng và bìa đục lỗ, khó hiểu và không sửa chữa
đƣợc. Giao tiếp giữa ngƣời và máy rất khó khăn vì không có màn hình, bàn phím.
Sau khi các linh kiện bán dẫn đƣợc sử dụng phổ biến trong công nghiệp thì máy nhỏ
gọn hơn, tốc độ xử lý cao hơn, tiêu tốn ít năng lƣợng hơn, nhƣng tính năng sử dụng

11


của máy NC vẫn chƣa đƣợc cải thiện đáng kể cho đến khi có sự ứng dụng của máy
tính.
Sự xuất hiện IC (1959), LSI (1965), vi xử lý (1974) và các tiến bộ kỹ thuật về
lƣu trữ và xử lý số liệu đã làm nên cuộc cách mạng trong kỹ thuật điều khiển số
máy công cụ. Các bộ phận điều khiển số trên máy công cụ đƣợc tích hợp máy tính
và thuật ngữ CNC (Computer Numerical Control) đƣợc sử dụng từ đầu thập kỷ 70.
Máy CNC ƣu việt hơn máy NC thông thƣờng về nhiều mặt nhƣ tốc độ xử lý
cao, kết cấu gọn…nhƣng ƣu điểm quan trọng nhất của chúng là ở tính năng sử
dụng, giao diện với ngƣời dùng và các thiết bị ngoại vi khác. Các máy CNC ngày
nay có màn hình, bàn phím và nhiều thiết bị khác để trao đổi thông tin với ngƣời
dùng. Nhờ màn hình ngƣời dùng đƣợc thông báo thƣờng xuyên về tình trạng của
máy, cảnh báo các lỗi, có mô phỏng để kiểm tra trƣớc quá trình gia công…Máy
CNC có thể làm việc đồng bộ với các thiết bị sản xuất khác nhƣ robot, băng tải,
thiết bị đo…trong hệ thống sản xuất. Áp dụng điều khiển số và công nghệ thông tin
vào điều khiển máy công cụ đã tạo ra cuộc cách mạng trong công nghệ chế tạo cơ

khí, nhờ đó các sản phẩm đƣợc chế tạo ra ngày càng chính xác hơn, đẹp hơn, giá
thành thấp hơn.
1.1.2.

Tổng quan về CAD/CAM

Lịch sử phát triển của CAD/CAM liên quan trực tiếp tới sự phát triển của đồ
hoạ máy tính. Đƣơng nhiên CAD/CAM bao hàm một nội dung rộng lớn hơn đồ hoạ
máy tính, song hệ đồ hoạ máy tính viết tắt là ICG (Interative Computer Graphics) là
bộ phận cơ bản của CAD. Lịch sử phát triển của đồ hoạ máy tính diễn biến qua
nhiều thời kỳ:
- Một trong những dự án quan trọng đầu tiên trong lĩnh vực đồ hoạ máy tính
là dự án triển khai ngôn ngữ APT tại Học viện Công nghệ Massachusetts vào giữa
thập kỷ 50. APT là chữ viết tắt của thuật ngữ Automatically Programed Tools, có
nghĩa là "máy công cụ đƣợc lập trình tự động". Dự án này có quan hệ mật thiết với
ý tƣởng triển khai một phƣơng pháp thuận tiện để thông qua máy tính xác định các
yếu tố hình học phục vụ việc lập trình cho máy công cụ điều khiển số. Mặc dù sự

12


phát triển của APT là một cột mốc quan trọng trong lĩnh vực đồ hoạ máy tính,
nhƣng việc sử dụng ngôn ngữ APT trƣớc đây lại ít liên quan với đồ hoạ máy tính.
- Một ý tƣởng khác, ra đời vào khoảng cuối thập kỷ 50 có tên là "bút quang".
Ý tƣởng về bút quang xuất hiện khi nghiên cứu cách xử lý dữ liệu ra đa của một dự
án quốc phòng gọi là SAGE (Semi-Automatic Ground Environment system). Mục
đích của dự án này là triển khai một hệ thống phân tích dữ liệu rađa và làm rõ mục
đích đƣợc coi là máy bay địch trên màn hình CRT (Catode Ray Tube - ống phóng
chùm tia âm cực). Để tiết kiệm thời gian vào việc hiển thị máy bay đánh chặn của
chủ nhà chống lại máy bay địch, ngƣời ta nghĩ ra bút quang, dụng cụ dùng để vẽ

hình ảnh trực tiếp lên màn hình và giúp cho CPU nhận biết vị trí cụ thể của màn
hình vừa đƣợc bút quang tiếp xúc.
- Năm 1963 Ivan Sutherland công bố một số kết quả đầu tiên về đồ hoạ máy
tính, cho phép tạo ra và làm chủ các hình ảnh trong thời gian thực trên màn hành
CRT.
- Nhiều tập đoàn công nghiệp nhƣ General Motors, IBM, Lockheed-Georgia,
Itek Corp, Mc. Ponell, v.v... đã bắt đầu thực hiện những dự án về đồ hoạ máy tính
từ những năm 60. Đến cuối thập kỷ 60 một số nhà cung cấp hệ thống CAD/CAM đã
đƣợc thành lập, trong đó phải kể đến hãng Calma vào năm 1969. Các hãng này bán
trọn gói theo kiểu chìa khoá trao tay, trong đó gồm có hầu hết hoặc toàn bộ phần
cứng và phần mềm theo yêu cầu của khách hàng. Một số hãng khác phát triển theo
hƣớng cung cấp phần mềm đồ hoạ nhƣ hãng Pat Hanratti mà công ty thành viên của
nó là MCS đã cho ra đời AD 2000 (với phiên bản sau đó là ANVIL 4000), đƣợc coi
là gói phần mềm CAD phổ dụng.
Nhƣ vậy, khái niệm CAD (Computer Aided Design) có nghĩa là: Thiết kế với
sự trợ giúp của máy tính. Mục tiêu của lĩnh vực CAD là: Tự động hoá từng bƣớc,
tiến tới tự động hoá cao trong quá trình thiết kế sản phẩm. 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 trƣng hình học và chức năng.

13


Khái niệm CAM (Computer Aided Manufacturing) có nghĩa là: Sản xuất với
sự trợ giúp của máy tính. Mục tiêu của lĩnh vực CAM là: Mô phỏng quá trình chế
tạo, lập trình chế tạo sản phẩm trên các máy CNC. 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 ƣu hoá đồ gá và dụng cụ cắt nhằm đảm bảo

các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết cơ khí.
CAE
CAD/CAE
CAD
CAD/CAM/CAE
CAD/CAM
CAM
CIM
FMS
CNC
NC

1950

1960

1970

1980

1990

2000

Hình 1.1. Quá trình hình thành và phát triển của CAD/CAM/CAE
Nhƣ vậy, khái niệm CAD/CAM dù đã có từ rất lâu nhƣng vẫn đang tiếp tục
đƣợc phát triển và mở rộng. Ban đầu CAD và CAM đƣợc sử dụng độc lập để mô tả
việc lập trình bộ phận với sự trợ giúp của máy tính và các bản vẽ, đồ họa. Trong
những năm gần đây, hai khái niệm này đƣợc nối kết với nhau để tạo ra khái niệm
thống nhất CAD/CAM, biểu diễn một phƣơng pháp tích hợp máy tính trong toàn bộ

quá trình sản xuất bao trùm cả hai khâu thiết kế và sản xuất. Cụ thể trong khâu thiết
kế bao gồm toàn bộ các hoạt động liên quan đến các dữ liệu kỹ thuật nhƣ bản vẽ,

14


các mô hình học, phân tích các phần tử hữu hạn, bản ghi các chi tiết và kế hoạch,
thông tin chƣơng trình NC. Trong khâu sản xuất, các ứng dụng của máy tính bao
trùm trong lập kế hoạch quá trình, điều độ sản xuất, NC, CNC, quản lý chất lƣợng
và lắp ráp.
Mục đích của tích hợp CAD/CAM là hệ thống hóa dòng thông tin từ khi bắt
đầu thiết kế sản phẩm tới khi hoàn thành quá trình sản xuất. Chuỗi các bƣớc đƣợc
tiến hành với việc tạo dữ liệu hình học, tiếp tục với việc lƣu trữ và xử lý bổ sung, và
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 đƣợc gọi là kỹ thuật trợ
giúp bởi máy tính CAE (Computer – Aided Engineering) và đƣợc coi nhƣ kết quả
của việc kết nối CAD và CAM. Mục đích của công nghệ CAE không ch thay thế
con ngƣời bằng các thiết bị máy tính hóa mà còn nâng cao năng lực của con ngƣời
để phát minh các ý tƣởng và những sản phẩm mới.
Việc sử dụng các hệ thống CAD/CAM đã làm thay đổi một cách căn bản quy
trình thiết kế, gia công. Hệ thống CAD/CAM với mô đun CAD sẽ cung cấp một
công cụ để thiết kế mô hình hình học, phân tích và tối ƣu hóa nó. Việc kết nối của
thiết kế và gia công thông qua một cơ sở dữ liệu dùng chung.

CAD

Cơ sở dữ
liệu

CAM

Hình 1.2. Liên kết dữ liệu giữa CAD và CAM
Nhờ có sự kết nối này mà những thay đổi của bản thiết kế nhanh chóng đƣợc
cập nhật vào trong cơ sở dữ liệu và truyền tới quá trình gia công và ngƣợc lại ngƣời
thiết kế cũng dễ dàng nhận đƣợc các thông tin phản hồi từ quá trình gia công.
Do có mối liên hệ chặt chẽ giữa việc tạo lập bản vẽ thiết kế và lập chƣơng
trình gia công CNC, CAD và CAM thƣờng đi kèm với nhau trong các gói phần
mềm (sorfware), đƣợc gọi là các hệ thống CAD/CAM. Một số hệ thống CAD/CAM

15


điển hình hiện nay nhƣ: Mastercam, Solid Work, Cimatron, Catia, Pro/Engineer,
Unigrafic…
Phƣơng pháp sử dụng hệ thống CAD/CAM để xuất chƣơng trình gia công
một cách tự động đã và đang đƣợc coi là phƣơng pháp hiệu quả nhất. Đặc biệt là
trong trƣờng hợp gia công trên máy CNC nhiều trục (từ 3 trục trở lên). Hầu hết các
đơn vị sản xuất có trang bị máy CNC thì đều có hệ thống CAD/CAM đi kèm.

Dự báo
Nhu cầu

Phản hồi
khách hàng

Thiết kế
sơ bộ

Mô hình
hình học

Phân tích
tính toán

Thiết kế
sản phâm

Mô
phỏng

Thiết bị

Qui trình
gia công

Dữ liệu

Vật liệu

Chƣơng
trình CNC

Kế hoạch
tiến độ sx

Máy
CNC

Robot &
thiết bị vc

Thị
trƣờng

Kiểm định
chất lƣợng

Sản
phẩm

CAD
Tài liệu
thiết kế

Các tiêu
chuẩn sx

CAM

Hình 1.3. Mối quan hệ CAD/CAM
Nhƣ vậy, lợi ích của CAD/CAM có nhiều, song ch có một số trong đó là có
thể định lƣợng đƣợc. Một số lợi ích khác khó có thể lƣợng hoá đƣợc mà ch thể hiện
ở chỗ chất lƣợng công việc đƣợc nâng cao, thông tin tiện dụng, điều khiển tốt hơn
v.v...Một số ƣu điểm chính của hệ tích hợp CAD/CAM:
a, Nâng cao năng suất thiết kế

16


Năng suất cao giúp cho vị thế cạnh tranh của một hãng đƣợc nâng lên vì giảm đƣợc

yêu cầu nhân lực của một đồ án, dẫn tới hạ giá thành và thời gian xuất xƣởng của
một sản phẩm. Tổng kết một số đơn vị có sử dụng hệ CAD cho thấy năng suất có
thể tăng từ 3 – 10 lần so với công nghệ thiết kế cũ, thậm chí còn cao hơn, tuỳ theo
các yếu tố sau đây :
- Độ phức tạp của bản vẽ kỹ thuật
- Mức độ t m của bản vẽ
- Mức độ lặp đi lặp lại của chi tiết hay bộ phận đƣợc thiết kế
- Mức độ đối xứng của bộ phận đƣợc thiết kế
- Tính dùng chung của các chi tiết để lập thƣ viện.
b, Giảm thời gian ch dẫn
Thiết kế với hệ CAD nhanh hơn thiết kế theo cách truyền thống, đồng thời nó cũng
đẩy nhanh các tác vụ lập biểu bảng và báo cáo (lập các bảng liệt kê cụm lắp ghép
chẳng hạn) mà trƣớc đây phải làm bằng tay. Do vậy, một hệ CAD có thể tạo ra một
tập bản vẽ cuối cùng về các chi tiết máy và các báo cáo, biểu bảng kèm theo một
cách nhanh chóng. Thời gian ch dẫn trong thiết kế đƣợc rút ngắn dẫn đến kết quả là
làm giảm thời gian kể từ khi nhận đơn đặt hàng đến khi giao sản phẩm.
c, Phân tích thiết kế
Các chƣơng trình phân tích thiết kế có sẵn trong một hệ CAD giúp quá trình thiết kế
diễn ra theo những khuôn mẫu tác nghiệp có logic hơn, không cần phải trao đi đổi
lại giữa nhóm thiết kế và nhóm phân tích mà cũng những con ngƣời ấy, họ vẫn có
thể tiến hành công việc phân tích khi bản thiết kế hãy còn nằm trên máy tính của
trạm thiết kế. Điều đó giúp cho ngƣời kỹ sƣ tập trung tƣ tƣởng hơn vì họ đang đối
thoại trực tiếp với bản thiết kế của mình. Nhờ khả năng phân tích này mà bản thiết
sẽ tối ƣu hơn. Mặt khác, thời gian thiết kế nói chung cũng sẽ đƣợc tiết kiệm hơn do
sự phân tích thiết kế giờ đây ứng xử nhanh hơn và không còn mất thời gian trao đi
đổi lại từ bàn vẽ của ngƣời thiết kế tới bàn làm việc của ngƣời phân tích nhƣ trƣớc
đây nữa.
d, Giảm sai sót thiết kế

17

Các hệ CAD vốn có khả năng tránh các sai sót về thiết kế, vẽ và lập hồ sơ tƣ liệu,
thuyết minh kỹ thuật. Do vậy các lỗi vào (input) và di chuyển dữ liệu ... thƣờng xảy
ra khi lập liệt kê chi tiết và làm dự trù vật liệu bằng cách thủ công thì ở đây đều bị
loại bỏ. Sở dĩ có thể chính xác nhƣ vậy chủ yếu là do khi đã có bản vẽ ban đầu rồi
thì các thông tin về nó không còn phải quản lý bằng cách thủ công nữa. Mặt khác,
các công việc lặp đi lặp lại, tốn nhiều thời gian sau khi có bản vẽ nói trên nhƣ di
chuyển nhiều ký hiệu hay hình vẽ, sắp xếp theo khu vực hay theo chi tiết cùng loại
v.v... đều đƣợc thực hiện nhanh chóng với kết quả chính xác và nhất quán. Nhờ khả
năng tƣơng tác ngƣời - máy, các hệ CAD còn có khả năng đặt câu hỏi xem dữ liệu
đƣa vào có mắc lỗi không. Đƣơng nhiên các khả năng kiểm tra việc vào dữ liệu loại
này tuỳ thuộc vào ý định của các nhà thiết kế hệ CAD muốn đặt câu hỏi cho dữ liệu
đầu vào nào và hỏi cái gì để ngƣời thiết kế tự kiểm tra lại xem mình vào đã đúng
chƣa.
e, Các phép tính thiết kế có độ chính xác cao hơn
Độ chính xác toán học trong hệ CAD là 14 con số có nghĩa sau dấu chấm thập phân.
Đặc biệt độ chính xác khi thiết kế các đƣờng và mặt ba chiều thì cho đến nay chƣa
có phƣơng pháp tính tay nào so sánh đƣợc. Độ chính xác do sử dụng các hệ CAD
còn thể hiện ở rất nhiều phƣơng diện. Chẳng hạn các chi tiết đƣợc đặt tên và đánh
số nhƣ thế nào thì chúng vẫn đƣợc bảo toàn trong trong toàn bộ các bản vẽ. Hoặc
nếu có môt sự thay đổi nào của một chi tiết thì sự thay đổi ấy vẫn đƣợc bảo toàn
trong toàn bộ gói hồ sơ và tác động tới tất cả các bản vẽ có sử dụng chi tiết ấy. Độ
chính xác do hệ CAD mang lại còn làm cho việc lập tiên lƣợng và dự toán công
trình đƣợc chính xác hơn, tiến độ mua sắm vật tƣ đƣợc sít sao hơn.
f, Các lợi ích trong giai đoạn chế tạo
Cơ sở dữ liệu của hệ CAD/CAM đƣợc dùng cho cả giai đoạn thiết kế và việc lập kế
hoạch và điều khiển sản xuất. Các lợi ích trong giai đoạn chế tạo bao gồm:
- Thiết kế đồ gá và dụng cụ cắt để chế tạo sản phẩm
- Lập trình NC

- Lập quy trình công nghệ bằng máy tính.

18


- Liệt kê bản vẽ lắp (do hệ CAD lập) để sản xuất.
- Dò khuyết tật bằng máy tính
- Lập kế hoạch tay máy ngƣời máy.
- Lập công nghệ nhóm
Giới hạn nghiên cứu của đề tài

1.2.

Ngày nay, do nhu cầu đòi hỏi của thị trƣờng và sự phát triển mạnh mẽ của
công nghệ, các hệ thống công nghệ CAD/CAM đã đƣợc phát triển rộng rãi. Các hệ
thống này đã đƣợc ứng dụng trong rất nhiều trong lĩnh vực sản xuất, nghiên cứu
khoa học phục vụ đời sống ngày càng cao của con ngƣời.
Các phần mềm tích hợp đƣợc hình thành bởi việc liên kết nhiều modul khác
nhau trong một hệ thống nhất. Mỗi modul thực hiện một công đoạn của quá trình
thiết kế, chế tạo. Các hệ thống này có ƣu điểm là các hệ thống tích hợp dùng chung
một cơ sở dữ liệu, tạo điều kiện cho việc nhanh chóng cập nhật các thay đổi. Ngoài
ra một ƣu điểm nổi bật là khả năng kiểm tra độ tƣơng thích của các chi tiết thiết kế
trong một khối lắp ráp tổng thể và thực hiện các hiệu ch nh cần thiết. Khi điều ch nh
thì các chi tiết liên quan sẽ tự động cập nhật điều ch nh theo.
Hiện nay, trên thị trƣờng xuất hiện rất nhiều các phần mềm về CAD/CAM,
mỗi một loại đều có những ƣu, nhƣợc điểm riêng nên việc lựa chọn và sử dụng thế
nào để có thể phát huy tối đa những tiện ích của chúng cũng là một vấn đề đáng
đƣợc quan tâm.
Trong giới hạn của đề tài này tôi sẽ trình bày việc nghiên cứu ứng dụng phần
mềm CAD/CAM nhằm phục vụ một số tiêu chí sau:

- Xây dựng bản vẽ các chi tiết từ những yêu cầu của khách hàng
-

Lắp ghép, kiểm tra tƣơng quan hình học, tính hợp lý trong quá trình lắp
của các chi tiết.

- Tiến hành lập chƣơng trình CNC để gia công các chi tiết có bề mặt phức
tạp. Mô phỏng, kiểm tra và tối ƣu chƣơng trình gia công trƣớc khi gia
công.

19


- Kiểm tra sản phẩm sau khi gia công để đánh giá độ chính xác cũng nhƣ
chất lƣợng bề mặt của chi tiết sau khi gia công
- Đánh giá chung
1.3.

Kết luận chương I
- Ngày nay CAD/CAM thực sự đã trở thành một công nghệ có tốc độ phát

triển cực kỳ nhanh chóng, rất nhiều hãng sản xuất và cung cấp sản phẩm trong lĩnh
vực này. Việc sử dụng các sản phẩm CAD/CAM đem lại rất nhiều lợi ích. Nó giúp
đẩy nhanh quá trình sản xuất, giảm tối đa sai xót trong thiết kế, tiết kiệm đƣợc
nguyên vật liệu và giảm giá thành của sản phẩm....Chính vì đạt đƣợc nhiều ƣu điểm
nhƣ vậy nên việc ứng dụng các sản phẩm CAD/CAM vào trong sản xuất sẽ là xu
hƣớng tất yếu của quá trình phát triển sản xuất.
Các sản phẩm CAD/CAM rất đa dạng, chúng có khá nhiều các môđun giúp
cho ta có thể tiến hành từ xây dựng bản vẽ, kiểm tra chúng đến việc làm các chƣơng
trình gia công cũng nhƣ tối ƣu hoá quá trình gia công đó trƣớc khi gia công thực tế.

Nhƣ vậy, việc lựa chọn sử dụng phần mềm nào để phù hợp với điều kiện sản xuất,
phát huy đƣợc hết tính năng, những ƣu điểm của những phần mềm đó cũng là một
vấn đề hết sức quan trọng.

20


Chương 2
CÔNG NGHỆ CAD TRONG VIỆC THIẾT KẾ CÁC BỀ MẶT PHỨC TẠP
2.1.

Thế nào là bề mặt phức tạp
Mô hình hình học của một đối tƣợng vẽ và thiết kế là khái niệm đƣợc đặc

trƣng bởi:
-

Hình dáng hình học các thành phần cấu thành nên đối tƣợng vẽ.

-

Hình thái cấu trúc hợp thành của đối tƣợng vẽ.

-

Mô tả bằng toán học các điểm, đƣờng, bề mặt, khối của đối tƣợng vẽ.

Nhƣ vậy, mục đích bao trùm của mô hình hình học là thiết lập cơ sở dữ liệu
hình học của đối tƣợng vẽ và thiết kế. Nhờ đó có thể thực hiện đƣợc quá trình vẽ và
thiết kế đối tƣợng trên máy tính. Trong CAD, mô hình hoá hình học tƣơng ứng với

giai đoạn tổng hợp, đòi hỏi mô tả hình dáng hình học của một đối tƣợng dƣới dạng
toán học theo cách máy tính có thể xử lý đƣợc. Các phƣơng pháp khác để biểu diễn
đối tƣợng thành mô hình hình học:
- Mô hình khung dây: Thông qua một hệ toạ độ xác định và dựa vào các yếu
tố hình học cơ bản là: điểm, đƣờng thẳng, cung tròn, đƣờng tròn, đƣờng
cong...ngƣời ta có thể xây dựng đƣợc một ―mô hình khung dây‖của một đối tƣợng
nào đó. Cơ sở dữ liệu xác định mô hình khung dây đó chính là danh sách toạ độ các
đ nh và danh sách từng mặt với các đ nh của nó.
- Mô hình mặt: đó chính là sự kết hợp giữa mô hình khung dây với một lớp
vỏ mỏng. Thông thƣờng đối với mô hình mặt tạo bởi các dạng bề mặt cơ bản nhƣ:
mặt phẳng, mặt nón, mặt trụ, mặt cầu...thì có thể miêu tả dễ dàng bằng các phƣơng
trình toán học. Tuy nhiên, đối với các bề mặt không tuân theo một phƣơng trình
toán học cơ bản thì việc mô tả nó gặp rất nhiều khó khăn.
Nhƣ vậy, các bề mặt cong phức tạp có thể hiểu đó là các bề mặt không tuân
theo một phƣơng trình toán học nào. Để có thể miêu tả đƣợc chúng thì ngƣời ta
thƣờng tách chúng ra thành vô số các mảnh nhỏ và mô phỏng các mảnh nhỏ theo
dạng các bề mặt cơ bản ở trên. Các mảnh nhỏ dễ mô tả bằng toán học hơn, thông

21


qua đó chúng hợp thành lƣới các mảnh mặt. Nhƣ vậy, lƣới mảnh đa giác càng nhiều
thì độ chính xác của mặt biểu diễn càng cao và ngƣợc lại.
- Mô hình đặc: là cách thể hiện tốt nhất vật thể 3 chiều. Phƣơng pháp này sử
dụng những hình dáng hình học đặc gọi là các nguyên thể để dựng nên đối tƣợng.
2.2.

Quá trình thiết kế và gia công các bề mặt phức tạp theo công nghệ
truyền thống
Thông thƣờng trong công nghệ gia công truyền thống, các mặt cong phức tạp

sẽ đƣợc gia công trên máy vạn năng theo phƣơng pháp chép hình sử dụng mẫu hoặc
dƣỡng. Do vậy qui trình thiết kế và gia công bao gồm có 4 giai đoạn phân biệt:
-

Tạo mẫu sản phẩm

-

Lập bản vẽ kỹ thuật

-

Tạo mẫu chép hình

-

Gia công chép hình

Ý TƢỞNG

Hiệu ch nh

VẼ VÀ THIẾT KẾ

MẪU SẢN PHẨM
Lấy mẫu

BẢN VẼ KỸ THUẬT

TẠO MẪU CHÉP HÌNH

MẪU CHÉP HÌNH

GIA CÔNG CHÉP HÌNH

Hình 2.1. Qui trình thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống

22


Ta thấy qui trình này sẽ có rất nhiều hạn chế, đó là:
-

Khó đạt đƣợc độ chính xác gia công, chủ yếu do quá trình chép hình

-

Dễ bị sai do nhầm lẫn hay hiểu sai vì phải xử lý rất nhiều dữ liệu

-

Năng suất thấp do mẫu đƣợc thiết kế theo phƣơng pháp thủ công và qui
trình đƣợc thực hiện tuần tự: tạo mẫu sản phẩm – lập bản vẽ chi tiết – tạo
mẫu chép hình – gia công chép hình.

2.3.

Quá trình thiết kế và gia công các bề mặt phức tạp có sử dụng các phần
mềm CAD/CAM/CNC

Sự phát triển của phƣơng pháp mô hình hoá hình học cùng với thành tựu của

công nghệ thông tin, công nghệ điện tử, kỹ thuật điều khiển số đã có những ảnh
hƣởng trực tiếp đến công nghệ thiết kế và gia công tạo hình:
-

Bản vẽ kỹ thuật đƣợc tạo từ hệ thống vẽ và tạo bản vẽ với sự trợ giúp của
máy tính.

-

Tạo mẫu thủ công đƣợc thay thế bằng mô hình hoá hình học trực tiếp từ
giá trị lấy mẫu 3D.

-

Mẫu chép hình đƣợc thay thế bằng mô hình toán học - mô hình hình học
lƣu trữ trong bộ nhớ máy vi tính và ánh xạ trên màn hình dƣới dạng mô
hình khung lƣới.

-

Gia công chép hình đƣợc thay thế bằng gia công điều khiển số (CAM).

Về công nghệ, khác biệt cơ bản giữa gia công tạo hình theo công nghệ truyền
thống và công nghệ CAD/CAM là thay thế tạo hình theo mẫu bằng mô hình hoá
hình học. Kết quả là mẫu chép hình và công nghệ gia công chép hình đƣợc thay thế
bằng mô hình hình học số (Computational Geometric Model - CGM) và gia công
điều khiển số. Mặt khác khả năng kiểm tra kích thƣớc trực tiếp và khả năng lựa
chọn chế độ gia công thích hợp (gia công thô, bán tinh và tinh).

Theo công nghệ CAD/CAM phần lớn các khó khăn của quá trình thiết kế và
gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống đƣợc khắc phục vì rằng:
-

Bề mặt gia công đạt đƣợc chính xác và tinh xảo hơn.

-

Khả năng nhầm lẫn do chủ quan bị hạn chế đáng kể.

23


Giảm đƣợc nhiều tổng thời gian thực hiện qui trình thiết kế và gia công

-

tạo hình.

Ý TƢỞNG

Hiệu ch nh

VẼ VÀ TẠO BẢN VẼ

MẪU SẢN PHẨM
Lấy mẫu, số hoá

BẢN VẼ KỸ THUẬT

MÔ HÌNH HÌNH HỌC SỐ
(CGM)

MÔ HÌNH HOÁ HÌNH HỌC

TẠO CHƢƠNG TRÌNH GIA
CÔNG (CAM)

GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC
Hình 2.2. Qui trình thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ CAD/CAM/CNC.
Nhƣợc điểm của công nghệ này đó chính là giá thành đắt và cần phải có
ngƣời có trình độ cao để phục vụ trong quá trình sản xuất.
2.4.

Phần mềm Pro/Engineer

2.4.1.

Giới thiệu chung

Hiện tại, thị trƣờng phần mềm đồ họa trên thế giới rất đa dạng, việc lựa chọn
phần mềm nào để phục vụ tốt cho công việc thực sự là một điều khó khăn. Tuy
hiên, có năm ch tiêu cần biết khi chọn phần mềm là:
- Tính linh hoạt
- Tính khả thi
- Tính đơn giản
- Tính biểu diễn đƣợc & tính kinh tế

24

Một trong những phần mềm có đƣợc những tính năng trên nhƣ Catia,
Unigraphics NX, I-deas, Pro/Engineer Wildfire….Đây là bốn phần mềm đƣợc đánh
giá là rất mạnh và rất nổi tiếng trong lĩnh vực CAD/CAM/CNC. Tùy vào thế mạnh
của mỗi phần mềm mà chúng có những ứng dụng chuyên biệt: Catia, Unigraphics
NX phục vụ triệt để cho ngành công nghiệp hàng không, ô tô, tàu thủy.
Pro/Engineer phục vụ rất tốt cho ngành cơ khí khuôn mẫu ( thiết kế và gia công)
nhƣ khuôn dập, khuôn rèn, khuôn nhựa…. Pro/E có một lợi thế là giá rẻ nên đã
chiếm lĩnh các thị trƣờng hạng trung và cao.
Hiện nay, số ngƣời sử dụng Pro/E trên thế giới rất nhiều, kể cả Việt Nam
(chiếm trên 75%) nên chúng ta sẽ có cơ hội học hỏi, trao đổi lẫn nhau những vấn đề
liên quan đến CAD/CAM với thế giới bên ngoài. Do vậy, việc chọn học Pro/E là
một hƣớng đi tốt cho chúng ta trƣớc khi vào nghề và cũng là cách duy nhất để
chúng ta nắm bắt, đuổi kịp trình độ công nghệ của thế giới.

Hình 2.3. Giao diện chính của phần mềm Pro/Engineer.

25