Ứng dụng phần mềm proengineer vào việc thiết kế và lập trình gia công khuôn trên máy phay CNC

bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o
tr-êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi

VŨ MẠNH HÙNG

ỨNG DỤNG PHẦM MỀM PRO/ENGINEER
VÀO VIỆC THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH
GIA CÔNG KHUÔN TRÊN MÁY PHAY CNC

Chuyªn ngµnh: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

Hà Nội – Năm 2012


bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o
tr-êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi

VŨ MẠNH HÙNG

ỨNG DỤNG PHẦM MỀM PRO/ENGINEER
VÀO VIỆC THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH
GIA CÔNG KHUÔN TRÊN MÁY PHAY CNC

Chuyªn ngµnh: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS: NGUYỄN VIẾT TIẾP

Hà Nội – Năm 2012


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và
chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Trừ các phần
tham khảo đã được nêu rõ trong Luận văn.

Tác giả

Vũ Mạnh Hùng


ii

LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Viết Tiếp, người đã hướng dẫn
và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến quá trình viết và
hoàn chỉnh Luận văn.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo và khoa Sau đại học của
trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành bản
Luận văn này.
Tác giả cũng chân thành cảm ơn ban lãnh đạo nhà trường và các thầy cô khoa Cơ
khí, Trung tâm Đào tạo và Thực hành Công nghệ Cơ khí Trường Đại học sư phạm
Kỹ thuật Nam Định, ban lãnh đạo Công ty TNHH Đức Thông đã tạo điều kiện giúp

đỡ tôi trong thời gian thực hiện luận văn này.
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai sót,
tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy (cô) giáo, các nhà khoa
học và các bạn đồng nghiệp.

Tác giả

Vũ Mạnh Hùng


iii

CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
NC (Number Control) – Điều khiển số
CNC (Computer Numerical Control) – Điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính
MCU (Machine Control Unit) – Hệ điều khiển máy
CAD (Computer Aided Design) – Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính.
CAM (Computer Aided Manufacturing) - Chế tạo có sự trợ giúp của máy tính.
CAE (Computer Aided Enginering) - Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính.
CIM (Computer Intergrated Manufacturing) - Hệ thống sản xuất tích hợp.
CAPP - Computer Aided Process Planning
PHICS – Programers Hierarchica Graphic System
GKS-3D – Graphic Kernel System
CGI – Computer Graphic Interface
CGM – Computer Graphic Metafile
IGES – Initial Graphic Exchange Specification
SET – Standard Exchange transport
VDAFS-VAD – Flachenschnitt
PDES – Produce Data Exchange Specification
STEP – Standard for Exchange of Product Model Data

CAD-NT-CAD – Normteile
APT – Automatically Programmed Tools
MAP – Manufacturing Automation Protocol
TOP – Technical and Office Protocol
DNC – Direct Numerical Control
PPC – Production Planning Control
RP - Rapid Prototyping
IR – Industry Robot
PS – Power Shape
PE - Polyetylen
PP - Polypropylen


iv

PS - Polystyren
PVC - Polyvinilclorit
PVA – Polyvinylacetat
PVAL - Polyvinylalcol
PA - Polyamit
SX – Sản xuất


v

MỤC LỤC
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Các ký hiệu và chữ viết tắt
Mục lục

Danh mục các hình vẽ
PHẦN MỞ ĐẦU ................................................................................................... 1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM/CNC .......................... 3
1.1. Tình hình trong nước và quốc tế .................................................................... 3
1.2. Giới thiệu về CAD/CAM – CNC ................................................................... 5
1.2.1. Các thuật ngữ ......................................................................................... 6
1.2.2. Tích hợp CAD và CAM ......................................................................... 7
1.2.3. Các phương án triển khai kết nối liên thông CAD – NC ....................... 14
1.2.4 . CAD/CAM thông minh ....................................................................... 15
1.3. Kết luận ....................................................................................................... 16
Chƣơng 2. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM CAD/CAM – PRO/ENGINEER .......... 17
2.1. Khởi động Pro/Engineer .............................................................................. 18
2.2. Bắt đầu một thiết kế mới .............................................................................. 19
2.2.1. Đặt tên và thiết lập đơn vị đo: ............................................................... 19
2.2.2. Thiết lập đơn vị đo ............................................................................... 20
2.2.3. Các mặt phẳng chuẩn ........................................................................... 21
2.2.4. Model Tree ........................................................................................... 21
2.2.5. Các lệnh xử lý file, điều khiển màn hình và màu. ................................. 21
2.2.6. Thay đổi màu cho mẫu vẽ ..................................................................... 23
2.2.7. Các lệnh thể hiện đối tượng trên Pro/Engineer Wildfire........................ 23
2.2.8. Kiểm tra kích thước, diện tích và thể tích của mẫu vẽ. .......................... 24
2.2.9. Một số lệnh phụ trợ: ............................................................................. 25
2.2.10. Xuất file chuyển đổi dữ liệu để giao tiếp với các phần mềm khác: ...... 26
2.3. Hình ảnh một số sản phẩm được thiết kế trên Pro/Engineer. ........................ 26
2.4. PTC - Assembly .......................................................................................... 26


vi

2.5. PTC - Mold Design..................................................................................... 27

2.6. PTC- Electrode ............................................................................................ 28
2.7. PTC - Drawing ........................................................................................... 29
2.8. PTC - Manufacturing ................................................................................... 30
Chƣơng 3. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PRO/ENGINEER VÀO THIẾT KẾ
LÒNG, LÕI KHUÔN CHO SẢN PHẨM “ĐẾ” ................................................. 32
3.1. Tổng quan về ngành công nghiệp nhựa ........................................................ 32
3.1.1. Tổng quan về ngành nhựa thế giới trong những năm gần đây. .............. 32
3.1.2. Xu hướng phát triển của ngành nhựa tới năm 2012. .............................. 33
3.2. Máy đúc áp lực ............................................................................................ 34
3.2.1. Phân loại .............................................................................................. 34
3.2.2. Cấu tạo ................................................................................................. 35
3.2.3. Chu trình đúc phun ............................................................................... 37
3.3 Khuôn ép nhựa ............................................................................................. 39
3.3.1. Khái quát về khuôn .............................................................................. 39
3.3.2. Cấu tạo chung của khuôn...................................................................... 40
3.3.3. Các yêu cầu kỹ thuật đối với khuôn ép nhựa. ........................................ 41
3.3.4. Các cơ sở dữ liệu cần thiết khi thiết kế khuôn. ...................................... 42
3.3.5. Các loại khuôn phổ biến. ...................................................................... 42
3.3.6. Số lượng sản phẩm trên một khuôn. ..................................................... 44
3.3.7 Các hệ thống của khuôn. ....................................................................... 45
3.3.8. Trình tự thiết kế và bảo quản khuôn. .................................................... 54
3.3.9. Vật liệu làm khuôn. .............................................................................. 55
3.3.10. Các chi tiết tiêu chuẩn của khuôn ....................................................... 58
3.4. Thiết kế khuôn “đế” trên phần mềm Pro/Engineer ....................................... 58
3.4.1. Quy trình thiết kế khuôn ....................................................................... 58
3.4.2. Phân tích và thiết kế sản phẩm .............................................................. 59
3.4.3. Phân tích chi tiết trên phần mềm Moldflow .......................................... 69
3.4.4. Thiết kế khuôn trên phần mềm PTC – Mold Design ............................. 71

vii

Chƣơng 4. LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO LÒNG VÀ LÕI
KHUÔN ............................................................................................................... 77
4.1. Một số lưu ý trước khi lập quy trình công nghệ ............................................ 77
4.2. Một số trang thiết bị được sử dụng khi gia công........................................... 77
4.2.1. Máy công cụ. ........................................................................................ 77
4.2.2. Dụng cụ cầm tay các loại ..................................................................... 78
4.2.3. Dụng cụ đo ........................................................................................... 78
4.3. Lập quy trình công nghệ gia công ................................................................ 78
4.3.1. Quy trình công nghệ gia công lòng khuôn ............................................ 79
4.3.2. Quy trình công nghệ gia công lõi khuôn ............................................... 92
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................ 108
PHỤ LỤC........................................................................................................... 110


viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Chương 1:
Hình 1.1. Quá trình chế tạo sản phẩm ......................................................................... 4
Hình 1.2. Quy trình xử lý thông tin trong kỹ thuật CAD/CAM-CNC ........................ 6
Hình 1.3. Sơ đồ CIM ................................................................................................... 7
Hình 1.4. Mức tiếp cận CAD/CAM với hệ phần cứng và phần mềm ........................ 7
Hình 1.5. Nguyên lý kỹ thuật CAD/ CAM-CNC........................................................ 8
Hình 1.6. Hệ chuyển giao dữ liệu gián tiếp thông qua tệp trung gian ....................... 10
Hình 1.7. Các giao diện dùng trong lĩnh vực Cơ khí ................................................ 10
Hình 1.8. Quá trình truyền dữ liệu qua hai hệ CAD/CAM A và B........................... 12
Hình 1.9. Các phương án triển khai kết nối CAD - NC ............................................ 14
Hình 1.10. Sơ đồ chế tạo Socket ............................................................................... 15

Hình 1.11. Nguyên lý tạo mẫu nhanh ....................................................................... 15
Hình 1.12. Nguyên lý kỹ thuật ngược ....................................................................... 16
Chƣơng 2:
Hình 2.1. Khởi động phần mềm Pro/Engineer .......................................................... 19
Hình 2.2. Đặt tên cho sản phẩm thiết kế ................................................................... 19
Hình 2.3. Giao diện thiết kế của phần mềm Pro/Engineer ........................................ 20
Hình 2.4. Đổi đơn vị cho bản thiết kế ....................................................................... 20
Hình 2.5. Các mặt phẳng chuẩn của phần mềm Pro/Engineer .................................. 21
Hình 2.6. Model tree.................................................................................................. 21
Hình 2.7. Các nút biểu tượng của phần mềm Pro/Engineer ...................................... 22
Hình 2.8. Bảng màu cho sản phẩm thiết kế............................................................... 23
Hình 2.9. Thay đổi màu cho thiết kế và màu nền màn hình ..................................... 23
Hình 2.10. Đo kích thước của mẫu thiết kế............................................................... 24
Hình 2.11. Phân tích mẫu thiết kế ............................................................................. 25
Hình 2.13. Một số sản phẩm được lắp ghép trên PS – Assembly. ............................ 27
Hình 2.14. Bộ khuôn tiêu chuẩn được thiết kế trên PTC-Mold design..................... 27
Hình 2.15. Tạo xung điện cực cho mẫu .................................................................... 28


ix

Hình 2.16. Bản vẽ 2D được xuất ra từ 3D trên mô đun PTC Drawing. .................... 29
Hình 2.17. Màn hình làm việc của PTC- Manufacturing. ......................................... 30
Chƣơng 3:
Hình 3.1. Mô hình máy ép phun ............................................................................... 35
Hình 3.2. Hệ thống kẹp ............................................................................................. 35
Hình 3.3. Mô hình khuôn nhựa ................................................................................. 36
Hình 3.4. Mô hình trục vít ......................................................................................... 36
Hình 3.5. Quá trình nhựa hóa .................................................................................... 38
Hình 3.6. Giai đoạn bơm nhựa .................................................................................. 38

Hình 3.7. Giai đoạn làm nguội .................................................................................. 38
Hình 3.8. Giai đoạn lấy sản phẩm ............................................................................. 39
Hình 3.9. Cấu tạo chung của khuôn .......................................................................... 40
Hình 3.10. Khuôn 2 tấm ............................................................................................ 42
Hình 3.11. Khuôn 3 tấm. ........................................................................................... 43
Hình 3.12: Khuôn nhiều tầng .................................................................................... 43
Hình 3.13. Khuôn 2 tấm có kênh dẫn nóng.............................................................. 43
Hình 3.14. Khuôn có chốt tháo ngang....................................................................... 44
Hình 3.15: Môt số loại chốt đẩy. ............................................................................... 45
Hình 3.16: Hệ thống cấp nhựa .................................................................................. 46
Hình 3.17. Kênh dẫn nhựa cho bố trí lòng khuôn dạng hình chữ nhật. .................... 48
Hình 3.18. Kênh dẫn nhựa cho bố trí lòng khuôn dạng vòng tròn. ........................... 48
Hình 3.19. Một số dạng miệng phun thường dùng: .................................................. 49
Hình 3.20. Hệ thống làm nguội khuôn bằng nước. ................................................... 50
Hình 3.21: Tháo lõi mặt bên bằng cam chốt xiên. .................................................... 51
Hình 3.22. Tháo lõi mặt bên bằng cam chân chó ...................................................... 51
Hình 3.23. Tháo lõi mặt bên bằng hệ thống thủy lực. ............................................... 51
Hình 3.24: Tháo lõi mặt bên bằng hệ thống thanh đẩy xiên ..................................... 52
Hình 3.25: Tháo lõi mặt bên bằng hệ thống đường dẫn cam .................................... 52
Hình 3.26. Hình ảnh một số lòng và lõi khuôn thông dụng. ..................................... 52
Hình 3.27. Hệ thống dẫn hướng khuôn ..................................................................... 53


x

Hình 3.28. Một số thép dùng làm thân khuôn ........................................................... 55
Hình 3.29: Một số thép làm lòng khuôn và lõi khuôn .............................................. 57
Hình 3.30. Quy trình thiết kế khuôn .......................................................................... 59
Hình 3.31. Bản vẽ CAD 2D ...................................................................................... 59
Hình 3.32. Vẽ phác tiết diện bao bên ngoài .............................................................. 60

Hình 3.33. Extrude vật mẫu với chiều cao 16 mm ................................................... 60
Hình 3.34. Vát nghiêng mặt bên với góc 3o ............................................................. 61
Hình 3.36. Extrude phần bên trên của mẫu .............................................................. 62
Hình 3.37. Vẽ phác tiết diện đảo thứ nhất ................................................................. 62
Hình 3.38. Extrude đảo thứ nhất của mẫu ................................................................ 62
Hình 3.39. Bo tròn cung R3 các góc của đảo ............................................................ 63
Hình 3.40. Vẽ phác tiết diện đảo thứ hai ................................................................... 63
Hình 3.41. Extrude đảo thứ hai của mẫu .................................................................. 63
Hình 3.42. Vẽ phác tiết diện đảo thứ ba .................................................................... 64
Hình 3.43. Extrude đảo thứ ba của mẫu ................................................................... 64
Hình 3.44. Tạo thành mỏng cho vật mẫu .................................................................. 64
Hình 3.45. Vẽ phác tiết diện 2 l .............................................................................. 65
Hình 3.46. Hai l ở mặt trên sau khi hoàn thành ...................................................... 65
Hình 3.47. Vẽ phác tiết diện l 13........................................................................... 65
Hình 3.48. Extrude chiều cao của khối trụ 13 ......................................................... 66
Hình 3.49. Vẽ phác tiết diện 9 ................................................................................. 66
Hình 3.50. Extrude chiều cao của khối trụ 19 ......................................................... 66
Hình 3.51. Vẽ phác tiết diện 9 ................................................................................. 67
Hình 3.52. Extrude cắt tiết diện 9............................................................................ 67
Hình 3.53. Vẽ phác tiết diện 5 ................................................................................. 67
Hình 3.52. Extrude cắt tiết diện 5............................................................................ 68
Hình 3.54. Tạo hai vị trí để bắt sản phẩm vào tường ............................................... 68
Hình 3.55. Bo tròn bán kính R1 tại các góc .............................................................. 68
Hình 3.56. Sản phẩm hoàn thiện sau thiết kế ........................................................... 69


xi

Hình 3.57. Mô hình chi tiết đế trên Pro/Engineer . ................................................... 69
Hình 3.58. Đưa sản phẩm lên phần mềm Moldflow ................................................. 70

Hình 3.59. Phân tích vị trí đặt cổng rót ..................................................................... 70
Hình 3.60. Vị trí đặt cổng rót .................................................................................... 71
Hình 3.61. Thiết kế mặt phân khuôn cho mẫu .......................................................... 72
Hình 3.62. Tạo phôi cho mẫu thiết kế ....................................................................... 72
Hình 3.63. Khai độ co ngót của vật liệu .................................................................... 72
Hình 3.64. Tách khuôn .............................................................................................. 73
Hình 3.65. Mở khuôn ................................................................................................ 73
Hình 3.66. Khuôn trên và khuôn dưới của mẫu ........................................................ 74
Hình 3.67. Thiết kế hoàn chỉnh bộ khuôn ................................................................. 75
Hình 3.68. Bộ khuôn được thiết kế hoàn chỉnh......................................................... 75
Hình 3.69. Khuôn trên và khuôn dưới....................................................................... 76
Chƣơng 4:
Hình 4.2. Gá đặt phôi, tạo phôi và khai báo thông số máy, gốc Wo và mặt lùi dao . 82
Hình 4.3. Khai báo dụng cụ cắt ................................................................................. 83
Hình 4.4. Khai báo các tham số công nghệ ............................................................... 83
Hình 4.5. Khai báo vùng gia công............................................................................. 83
Hình 4.6. Mô phỏng quá trình phay lòng khuôn ....................................................... 84
Hình 4.7. Khai báo dụng cụ cắt ................................................................................. 84
Hình 4.9. Khai báo vùng gia công............................................................................. 85
Hình 4.10. Mô phỏng đường chạy dao...................................................................... 85
Hình 4.11. Khai báo dụng cụ cắt ............................................................................... 86
Hình 4.12. Khai báo tham số công nghệ ................................................................... 86
Hình 4.13. Mô phỏng đường chạy dao...................................................................... 87
Hình 4.14. Khai báo dụng cụ cắt ............................................................................... 87
Hình 4.15. Khai báo các tham số công nghệ ............................................................. 88
Hình 4.16. Chọn bề mặt gia công .............................................................................. 88
Hình 4.17. Mô phỏng đường chạy dao...................................................................... 89
Hình 4.18. Khai báo dụng cụ cắt ............................................................................... 89

xii

Hình 4.19. Khai báo tham số công nghệ ................................................................... 90
Hình 4.20. Mô phỏng đường chạy dao...................................................................... 90
Hình 4.21. Hình ảnh lõi khuôn sau khi thiết kế ......................................................... 92
Hình 4.22. Gá đặt phôi, tạo phôi và khai báo thông số máy, gốc Wo mặt lùi dao.... 93
Hình 4.23. Khai báo dụng cụ cắt ............................................................................... 93
Hình 4.24. Khai báo tham số công nghệ ................................................................... 94
Hình 4.25. Khai báo vùng gia công........................................................................... 94
Hình 4.26. Mô phỏng đường chạy dao...................................................................... 95
Hình 4.27. Khai báo dụng cụ cắt ............................................................................... 95
Hình 4.28. Khai báo tham số công nghệ ................................................................... 96
Hình 4. 29. Khai báo vùng gia công.......................................................................... 96
Hình 4.31. Khai báo dụng cụ cắt ............................................................................... 97
Hình 4.32. Khai báo các tham số công nghệ ............................................................. 98
Hình 4.33. Khai báo vùng gia công........................................................................... 98
Hình 4.34. Mô phỏng đường chạy dao...................................................................... 99
Hình 4.35. Khai báo dụng cụ cắt ............................................................................... 99
Hình 4.36. Khai báo tham số công nghệ ................................................................. 100
Hình 4.37. Khai báo biên dạng gia công ................................................................. 100
Hình 4.38. Mô phỏng đường chạy dao.................................................................... 101
Hình 4.39. Khai báo dụng cụ cắt ............................................................................. 101
Hình 4.40. Khai báo tham số công nghệ ................................................................. 102
Hình 4.41. Khai báo vùng gia công......................................................................... 102
Hình 4.42. Mô phỏng đường chạy dao.................................................................... 103
Hình 4.43. Khai báo dụng cụ cắt ............................................................................. 103
Hình 4.44. Khai báo tham số công nghệ ................................................................. 104
Hình 4.45. Khai báo vùng gia công......................................................................... 104
Hình 4.46. Mô phỏng đường chạy dao.................................................................... 105

1

PHẦN MỞ ĐẦU
Trong công cuộc đổi mới đi lên của đất nước, công nghiệp hoá, hiện đại hoá là
một yêu cầu tất yếu nói chung, trong đó cơ khí hoá trong các lĩnh vực sản xuất đang
là một yêu cầu cấp thiết nói riêng. Là một học viên của ngành cơ khí tôi luôn có xu
hướng nghiên cứu, học hỏi, tiếp cận với các thiết bị và qui trình sản xuất cơ khí mới
bằng thí nghiệm và thực tiễn từ các đơn vị trường học, các doanh nghiệp trong và
ngoài nước.
Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật ngày nay, các máy công
cụ điều khiển số (NC và CNC) tự động và bán tự động hiện đang được sử dụng phổ
biến tại hầu hết các nước. Trong những năm gần đây các máy CNC được nhập vào
Việt Nam với số lượng ngày càng nhiều. Việc tìm hiểu khai thác khả năng công
nghệ gia công trên máy CNC cũng như trên trung tâm gia công nhằm đạt hiệu quả
kinh tế cao đang là nhiệm vụ cấp bách.
Việc sử dụng các phần mềm CAD/CAM để khai thác tính ưu việt của các máy
CNC là hết sức cần thiết. Máy CNC giúp cho con người có thể gia công được
những sản phẩm theo mong muốn mặc dù là rất phức tạp mà trước đây con người
chưa thể gia công được. Một trong những ứng dụng gia công trên máy CNC đó là
gia công khuôn mẫu.
Thiết kế và chế tạo khuôn nhựa không phải là một đề tài mới, tuy nhiên cùng
với sự phát triển của các phần mềm CAD/CAM, công nghệ làm khuôn đã có những
thay đổi rõ rệt. Độ chính xác của khuôn ngày được nâng cao để đáp ứng yêu cầu của
thị trường. Hiện nay có rất nhiều phần mềm có modul thiết kế, gia công khuôn như
Catia, Solid Edge, Cadmeister, Delcam, Pro/Engineer, Mastercam, Camtool… m i
phần mềm đều có những thế mạnh riêng. Phần mềm CAD/CAM tích hợp
Pro/Engineer là phần mềm rất mạnh trên thế giới về thiết kế và lập trình gia công
nhưng ở Việt Nam thì còn khá mới lạ và chưa nhiều doanh nghiệp đưa vào sử dụng
để sản xuất. Do đó dẫn đến việc tác giả quyết định chọn đề tài: “Ứng dụng phần

mềm Pro/Egineer vào việc thiết kế và lập trình gia công khuôn trên máy phay
CNC”.


2
Trong đề tài luận văn tốt nghiệp này tác giả sẽ tiến hành thiết kế khuôn trên
phần mềm Pro/Engineer và lập trình gia công lòng, lõi khuôn trên phần mềm
Pro/Engineer .
Lịch sử nghiên cứu: Nghiên cứu về ứng dụng phần mềm tích hợp CAD/CAM
(Delcam) trong thiết kế, chế tạo và gia công khuôn mẫu còn khá mới ở Việt Nam.
Có rất ít doanh nghiệp doanh nghiệp đang sử dụng phần mềm này, chưa có tác giả
nào xuất bản tài liệu sử dụng phần mềm này bằng tiếng Việt.
Mục đích nghiên cứu: Đưa ra những được những kiến thức cơ bản về: Hệ
thống CAD/CAM, công nghệ chất dẻo, khuôn ép nhựa, sơ lược về công nghệ phun
ép và các loại máy phun ép nhựa, ứng dụng được phần mềm Pro/Engineer vào thiết
kế và gia công khuôn nhựa trên các máy CNC, mở rộng thị trường các doanh
nghiệp sử dụng phần mềm Pro/Engineer vào thiết kế và chế tạo khuôn ép nhựa.
Đối tƣợng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của đề tài là máy công cụ
CNC, lập trình gia công khuôn trên các máy CNC, phần mềm tích hợp CAD/CAM
(Pro/Engineer ) cho thiết kế và gia công khuôn mẫu trên máy tính.
Ý nghĩa đề tài:
- Đáp ứng nhu cầu hiểu biết công nghệ CAD/CAM mà một xã hội đang phát
triển cần có.
- Đưa phần mềm CAD/CAM tích hợp Pro/Engineer vào sử dụng ở nhiều doanh
nghiệp hơn nữa tại Việt Nam.
- Sơ lược về cách tiếp cận và sử dụng phần mềm tích hợp CAD/CAM –
Pro/Engineer .
Phƣơng pháp nghiên cứu:
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về công nghệ chất dẻo, công nghệ ép phun, máy ép
phun, các bộ phận cơ bản của khuôn nhựa, tiếp cận phần mềm Pro/Engineer .

- Thiết kế hoàn chỉnh bộ khuôn, lập trình gia công tấm lòng khuôn, lõi khuôn
trên phần mềm Pro/Engineer .
- Gia công hoàn thiện hai tấm lòng khuôn và lõi khuôn trên máy phay CNC.


3

Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM/CNC
1.1. Tình hình trong nƣớc và quốc tế
Vào giữa thế kỷ XX, nền kinh tế thế giới đã có những bước tiến lớn mang tính
toàn cầu. Các hệ thống máy móc, thiết bị cũ không thể đáp ứng được nhu cầu của
con người trong việc phát triển kinh tế cũng như chinh phục tự nhiên. Ý tưởng chế
tạo ra một máy gia công tự động thực hiện quá trình cắt gọt đã được manh nha từ
đầu thế kỷ trở nên cần thiết hơn bao giờ hết. Đặc biệt sau đại chiến thế giới lần thứ
hai (1945), để dành được ưu thế thì việc thiết kế, chế tạo ra các loại máy móc, thiết
bị, vũ khí mới đã trở nên cấp bách hơn bao giờ hết. Chính vì lẽ đó, việc nghiên cứu,
chế tạo máy gia công tự động đã có kết quả bước đầu ngay từ những năm 50.
Nhưng phải đến những năm 70, sự bùng nổ của công nghệ thông tin đã thúc đẩy và
đưa kỹ thuật CAD/CAM – CNC lên một tầm cao mới mà đỉnh cao là năm 1979,
khớp nối liên hoàn kỹ thuật CAD/CAM – CNC đã được khai thông. Quá trình từ
khi có ý tưởng về sản phẩm hay vật mẫu đến khi chế tạo ra sản phẩm được rút ngắn,
sản phẩm đa dạng và phong phú hơn bao giờ hết, đáp ứng nền kinh tế thị trường.
Quá trình chế tạo sản phẩm nói chung có thể khái quát qua hồ sơ (hình 1.1). Quá
trình thiết kế sản phẩm trước đây thường rất dài vì thiếu công cụ thiết kế. Quá trình
chế tạo sản phẩm gặp khó khăn vì thiết bị không đáp ứng được, có những công đoạn
phải làm thủ công nên mất thời gian. Quá trình marketing thường diễn ra chậm.
Như vậy quá trình chế tạo sản phẩm từ khi có ý tưởng đến khi đưa được sản phẩm
đến với tay người tiêu dùng là cả một chặng đường dài. Chính vì lẽ đó nó không thể
đáp ứng được với cơ chế thị trường.

Quá trình chế tạo sản phẩm hiện nay có bước đột phá. Ý tưởng về sản phẩm được
thiết kế ngay trên máy tính bằng phần mềm Autocad hay các phần mềm thiết kế khác
như SolidWork, Inventor... và phần mềm h trợ kiểm tra phù hợp. Việc thiết kế sản
phẩm còn được h trợ bởi thiết bị dò hình số hoá hay thiết bị tạo mẫu nhanh. Sau khi
có thiết kế, chu i liên hoàn CAD/CAM đã cho phép chuyển đổi bản vẽ sang chương
trình gia công tự động. Quá trình chế tạo sản phẩm (CAM) đã được tự động hoá cao,


4
gia công được các bề mặt phức tạp nhờ kỹ thuật CNC, hệ thống thông tin cập nhật
nhanh. Chính vì lẽ đó quá trình chế tạo sản phẩm trở nên ngắn hơn bao giờ hết.
Ý tưởng về sản phẩm
hoặc sản phẩm mẫu

Thu thập thông tin liên quan
để nghiên cứu thiết kế

Thiết kế
sản phẩm

QUÁ
TRÌNH

Kiểm tra đánh giá chất
lượng

Hiệu chỉnh thiết kế
hoặc đổi mới thiết kế

Hoạch định quy

trình công nghệ

Chuẩn bị máy móc
thiết bị, dụng cụ, vật tư

Chế tạo
thử

THIẾT
KẾ

Chế tạo chi
tiết
QUÁ

Đóng gói
dán nhãn

Kiểm tra chất
lượng sản phẩm

Tổ chức
mạng lưới
tiêu thụ

Tổ chức dịch vụ
sửa chữa bảo
hành

Lắp ráp sản phẩm

TRÌNH
CHẾ
TẠO

Thu thập thông
tin về sản phẩm

QUÁ TRÌNH
MARKETTING

Đường đi của quá trình
Đường đi của quá trình
ình 1.1. uá trình chế t o sản ph m
Để việc ứng dụng kỹ thuật CAD/CAM-CNC đạt được kết quả tốt thì việc
hoạch định quy trình công nghệ có sự trợ giúp của máy tính CAPP (Computer
Aided Process Planning) đóng một vai trò quan trọng bởi nó là cầu nối giữa thiết kế
và chế tạo, là một liên kết trong các hoạt động tổ hợp của hệ thống chế tạo. Hơn
nữa việc hoạch định đó còn có lợi ích sau:
- Năng suất tăng, tổ hợp nhanh các năng lực sản xuất.
- Chi phí sản xuất giảm vì giảm bớt được công chuẩn bị sản xuất. Sử dụng có hiệu
quả hơn về máy, về nguyên liệu.


5
- Tiết kiệm được thời gian, tăng cường tính linh hoạt do khả năng đáp ứng nhanh
các đòi hỏi thay thế về cấu hình sản phẩm.
- Thể hiện tính nhất quán.
Ngày nay, giải pháp lập trình CAD/CAM-CNC đã được nghiên cứu, tạo lập
và ứng dụng trong đào tạo, sản xuất, với ý tưởng ẩn sâu là sử dụng duy nhất một hệ

cơ sở dữ liệu kỹ thuật (a single technical database) cho cả hai khâu thiết kế và chế
tạo chi tiết trong quá trình nghiên cứu, thiết kế phát triển sản phẩm cũng như trong
quá trình sản xuất chế tạo sản phẩm.
1.2. Giới thiệu về CAD/CAM – CNC
Các thủ tục xử lý trong kỹ thuật CAD/CAM-CNC có thể khái quát qua sơ đồ
hình 1.2.
Xu hướng hiện nay, việc hoạch định quy trình công nghệ thường được định
hướng linh hoạt hoá. Trong ngành Cơ khí đã có sự dịch chuyển từ tự động hoá các
doanh nghiệp có quy mô sản xuất lớn sang quy mô vừa và nhỏ, điều đó đã cho phép
dễ dàng thực hiện linh hoạt hoá. Với định hướng này, dây chuyền gia công chi tiết
cơ khí có thể thực hiện theo một trong các phương án sau:
+ Phương án 1: Dùng máy vạn năng kết hợp gá lắp, điều chỉnh theo nhóm chi tiết.
+ Phương án 2: Dùng máy chuyên dùng đơn giản có khả năng điều chỉnh theo
nhóm chi tiết gia công.
+ Phương án 3: Dùng các máy hay trung tâm gia công CNC theo giải pháp tập
trung nguyên công, tự động hoá việc điều khiển theo hướng linh hoạt hoá và tự
động hoá.
Quá trình từ thiết kế đến chế tạo ra sản phẩm có sự đóng góp đắc lực của kỹ
thuật CAD/CAM-CNC nhưng vai trò của con người trong đó có ý nghĩa quyết định.
Chương trình gia công NC, CNC dù có được xây dựng từ chu i liên thông thì cũng
không thể đáp ứng với mọi loại máy, mọi loại vật liệu, mọi phương thức gia công...
mà thể hiện rõ nhất là việc sử dụng chế độ cắt trên máy.


6
Bắt đầu hệ thống
CAD/CAM
Tạo lập mô hình học
(2D, 3D)
Tệp dữ liệu hình học

Tạo lập bản vẽ chi tiết

Chọn dụng cụ cắt

Đặt các điều kiện về
gia công (cắt gọt)

Tệp dụng cụ cắt

Tệp vật liệu gia công

Tạo lập quỹ đạo dao
(Toolpath)
Chuẩn bị chương trình
gia công NC

Tệp dữ liệu về máy
CNC

Xuất băng l NC (ghi
chương trình gia công
NC)
Gia công chi tiết trên
máy CNC
Hình 1.2. uy trình xử lý thông tin trong kỹ thuật CAD/CAM-CNC
1.2.1. Các thuật ngữ
CIM (Computer Intergrated Manufacturing): Công nghệ chế tạo phối hợp với
máy tính. CIM nghĩa là sự kết hợp tất cả các bộ phận phòng ban từ phong Kế
hoạch, phòng thiết kế, phòng Marketting đến phòng kiểm tra chất lượng sản phẩm
thông qua mạng máy tính.

7

P.Thiết kế

P. Kế hoạch

P. KCS

P.Marketting

CIM

Hình 1.3. Sơ đồ CIM
Với sự trợ giúp của máy tính tiến trình của m i bộ phận trở nên rõ ràng hơn so
với các bộ phận khác vì chúng sử dụng thông tin từ một quỹ chung.
Trong hệ thống CIM, các bộ phận khác nhau có hệ thống phần cứng và phần
mềm phát triển riêng biệt theo sắp đặt trước, tuỳ theo nhu cầu của từng bộ phận.
Ta cần biết một số thuật ngữ sau:
1.2.2. Tích hợp CAD và CAM
 Các mức tiếp cận của kỹ thuật CAD/CAM-CNC:
CAD/CAM với hệ phần cứng và phần mềm được kết nối theo sơ đồ sau:
CAD

Hardware

CAM

Software

Hardware

Software

+ Scanner

+ Auto CAD

Máy công cụ CNC

+ Cimatron

+ Digitizer

+ Auto Surf

Robot (IR)

+ TRAUB

+ Digital

+ Designer

Trung tâm tế bào

+ DENFORD

+ Camera

+Auto Architec

gia công CNC.

+ Master CAM

(AUTO-DESK,

FMS DESK…)

+ Heidenhain

SOFT-DESK…)

+ Boxfort

MTS,mềm
v.v…
Hình 1.4. Mức tiếp cận CAD/CAM với hệ phần cứng và phần
 Nguyên lý CAD/CAM – CNC
Sơ đồ nguyên lý của kỹ thuật CAD/CAM:


8

Giao diện dữ liệu (tiêu

Giao diện dữ liệu (tiêu

chuẩn/chuyên dụng)

chuẩn/chuyên dụng)

Nhu cầu
sx, tiêu
dùng

CAD

CAM

CNC

Đối tượng
sx (Chi tiết,
sản phẩm)

Hình 1.5. Nguyên lý kỹ thuật CAD/ CAM-CNC
 Giao diện CAD/CAM:
Để đảm bảo tính chất tương thích, tích hợp liên thông, linh hoạt của các hệ
CAD/CAM phải có giải pháp chuyển tiếp giữa các phân hệ trong phạm vi của
từng hệ và giữa các hệ CAD/CAM được kết nối với nhau thông qua giao diện
CAD/CAM. Giao diện xét theo hai phần là phần cứng và phần mềm có những
chức năng: Giao diện quá trình, giao diện hệ thống, giao diện nối tiếp với các thiết
bị dữ liệu ngoài, giao diện với người vận hành.
Giao diện xét về chức năng trao đổi dữ liệu gọi là giao diện dữ liệu, để chuyển
đổi dạng dữ liệu của một hệ CAD/CAM này sang dạng dữ liệu của một hệ
CAD/CAM khác khi tích hợp hai hệ CAD/CAM với nhau. Các hệ CAD/CAM
khác nhau có các cấu trúc dữ liệu khác nhau về đối tượng xử lý (chi tiết, sản

phẩm). Chuyển giao dữ liệu có nghĩa là dịch dữ liệu theo hai cách: Dịch trực tiếp
và dịch gián tiếp thông qua quy cách trung gian tiêu chuẩn như IGES, DXF,
STEP, PDES…
Các thành phần của CIM có mục đích cơ bản là tạo lập mối quan hệ tích hợp
giữa các hệ thống có máy tính trợ giúp khác nhau trong nội bộ hãng. Mục đích đó
được quán triệt ngay từ khâu trao đổi dữ liệu nhờ các chương trình chuyển đổi cho
tới khâu tạo lập các ngân hàng dữ liệu sản phẩm chung.
Ở cách dịch trực tiếp cần có hai bộ phận dịch trực tiếp cho từng cặp hệ thống
có quan hệ giao tiếp dữ liệu với nhau theo hai chiều. Như vậy khi có n hệ thống
khác nhau thì phải có (n-1) bộ dịch, bởi vì có n/2 cặp hệ thống.


9
Ví dụ: có 5 hệ thống (n=10) thì cần phải có 5(5-1) = 20 bộ dịch trực tiếp để
chuyển giao dữ liệu khi chúng tích hợp với nhau. Nếu ghép thêm chỉ một hệ dữ
liệu vào n hệ có sẵn thì phải có thêm 2n bộ dịch trực tiếp khác nhau để chuyển
giao dữ liệu.
Ở cách dịch gián tiếp người ta sử dụng hệ chuyển giao dữ liệu gián tiếp thông
qua tệp trung gian. Tệp trung gian có cấu trúc cơ sở dữ liệu trung gian, không phụ
thuộc vào hệ thống nào riêng biệt. Hiện tại có nhiều tệp trung gian khác nhau
được dùng, mà điển hình là: IGES, DXF, STEP. Tệp trung gian còn được gọi là
giao diện dữ liệu tiêu chuẩn, đây là cách chuyển giao dữ liệu gián tiếp giữa các hệ
cơ sở dữ liệu khác nhau. Tuy vậy ở cách này, từng hệ thống phải có một cặp bộ xử
lý để chuyển đổi dữ liệu riêng của nó thành quy cách tệp trung gian và ngược lại
từ quy cách tệp trung gian thành quy cách tệp gốc của nó. Bộ dịch có chức năng
chuyển giao dữ liệu từ quy cách cơ sở dữ liệu gốc của một hệ thống thành một
quy cách trung gian được gọi là bộ tiền xử lý (pre – processor). Ngược lại bộ dịch
có chức năng chuyển giao dữ liệu từ quy cách trung gian thành quy cách cơ sở dữ
liệu của một hệ thống nào đó được gọi là bộ hậu xử lý (post – processor). Như vậy
cần có 2n bộ xử lý cho n hệ thống được nối ghép với nhau và nếu thêm một hệ

thống mới thì chỉ cần có thêm 2 bộ xử lý nữa .
Khâu trao đổi thông tin giữa các phòng kỹ thuật hiện tại còn phổ biến dưới
phương thức chuyển giao các bản vẽ kỹ thuật đã được xây dựng theo quy chuẩn.
Với việc ứng dụng giải pháp dùng máy tính trong nội bộ để diễn tả các sản phẩm
kỹ thuật, điều cần hướng tới là trao đổi các mô hình có máy tính trợ giúp giữa các
hệ thống CAD và các hệ thống khác nối tiếp sau chúng (CAM/CAE…)
Việc triển khai các mô hình kỹ thuật đối với các quá trình nối tiếp trong hệ
CAD có những ưu điểm như: tránh được công việc trùng lặp nhờ khâu nạp dữ
liệu, loại trừ nguồn gốc phát sinh sai số, sử dụng nhiều lần dữ liệu, tăng tốc trao
đổi dữ liệu, tích hợp hoá các thành phần có ứng dụng máy tính…


10
Các cơ sở
dữ liệu gốc
(A)

Bộ tiền xử lý
(pro-processor)

Tệp trung
gian tiêu
chuẩn

Bộ hậu xử lý
post- processor

Cơ sở dữ
liệu riêng
(B)

Hình 1.6. ệ chuyển giao dữ liệu gián tiếp thông qua tệp trung gian
Trong phạm vi chuyển giao dữ liệu giữa hai hệ thống CAD/CAM, khâu trao
đổi dữ liệu chỉ có thể thông qua cách diễn tả dữ liệu trung gian. Công cụ để thực
hiện trao đổi hiện nay đối với các dữ liệu kỹ thuật và các bản vẽ CAD trong lĩnh
vực Cơ khí trước hết phải kể đến các giao diện VDAFS và IGES. Những thông tin
dữ liệu sản phẩm được tập hợp thành nhiều giao diện khác nhau. Những giao diện
này được quy chuẩn hoá theo quốc gia, cũng như do các hãng tạo lập CAD/CAM
cung cấp thông qua các chương trình chuyển đổi dữ liệu. Các hãng sẽ cung cấp
cho nơi sử dụng, ứng với hệ thống CAD/CAM của từng hãng hai loại chương
trình chuyển đổi ở dạng hai hệ vi xử lý là tiền xử lý và hậu xử lý.
+ Hệ tiền xử lý có chức năng là trợ giúp chuyển đổi các dạng dữ liệu chuyên
dụng và đặc trưng của hệ thống thành dạng trung gian, sau đó hệ hậu xử lý sẽ
chuyển đổi tiếp dạng trung gian thành dạng phù hợp, có giá trị phù hợp với hệ
thống nhập vào. Mô hình tổng quan về truyền dẫn dữ liệu giữa các hệ CAD/CAM
được thể hiện như sau (hình 1.7)
Các giao diện

Đồ hoạ:
PHIGS,
GKS – 3D,
CGI, CGM
…

Bản vẽ hh
IGES,
SET,
VDAFS
…

Mô hình sp:
PDES,
STEP,
CAD - NT
…

Điều khiển
máy:
IRDATA,
APT,
CLDATA
…

Hình 1.7. Các giao diện dùng trong lĩnh vực Cơ khí

Hệ thống tự
động:
MAP,
TOP,
…


11
PHICS – Programers Hierarchica Graphic System
GKS-3D – Graphic Kernel System
CGI – Computer Graphic Interface
CGM – Computer Graphic Metafile
IGES – Initial Graphic Exchange Specification
SET – Standard Exchange transport
VDAFS-VAD – Flachenschnitt

PDES – Produce Data Exchange Specification
STEP – Standard for Exchange of Product Model Data
CAD-NT-CAD – Normteile
APT – Automatically Programmed Tools
MAP – Manufacturing Automation Protocol
TOP – Technical and Office Protocol
Khi thực hiện giải pháp này cần có sự thoả thuận giữa các đối tác về thể thức
cung cấp các dữ liệu CAD/CAM, cụ thể là hình thức diễn đạt và mô hình gốc
nhằm đảm bảo tính ổn định của dữ liệu, cũng như đảm bảo tuỳ chọn tại mọi thời
điểm , nghĩa là không phụ thuộc vào sự lựa chọn hệ thống và cấu trúc hệ thống.
Ngày nay dạng trung gian của dữ liệu được tạo lập theo nhiều hướng khác nhau và
có hàm lượng thông tin khác nhau. Ngoài ra dạng giao diện dữ liệu trung gian có
có giao diện dữ liệu trực tiếp ở dạng các hệ chuyển đổi chuyên dụng - phụ thuộc
hệ thống để h trợ quá trình trao đổi dữ liệu giữa hai hệ thống CAD/CAM.
Dưới đây là sơ đồ về quá trình chuyển đổi dữ liệu giữa hai hệ thống
CAD/CAM A và B (hình1.8)