Nghiên cứu ứng dụng phần mềm CADCAM cimatron trong thiết kế và gia công khuôn cho sản phẩm ổ cắm điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CAD/CAM
CIMATRON TRONG THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHUÔN Ổ CẮM
ĐIỆN

Giáo viên hướng dẫn
Học viờn

: PGS.TS.Tăng Huy
: Vũ Đức Toàn

Hà nội-10/2011


Luận văn Thạc sĩ khoa học

GVHD: PGS.TS Tăng Huy 

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ...............................................................................................................................................6
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM ...................................................................7
1.0. Giới thiệu chung : ..............................................................................................................................7
1.1. Các định nghĩa về CAD, CAM, CAE : ..........................................................................................10
1.1.1. CAD ...........................................................................................................................................10
1.1.2. CAM ..........................................................................................................................................11
1.1.3.CAE ............................................................................................................................................12

1.1.4.Sử dụng hệ thống CAD/CAM/CAE để phát triển sản phẩm.................................................12
1.2. Các thành phần của hệ thống CAD/CAM/CAE ...........................................................................13
1.2.1. Phần cứng..................................................................................................................................13
1.2.2. Phần mềm .................................................................................................................................14
1.3. Các hệ thống mô hình hóa hình học : ............................................................................................15
1.4. Tích hợp CAD và CAM ..................................................................................................................15
1.4.1. Giới thiệu sơ lược về chu kỳ sản xuất .....................................................................................15
1.4.2. Lập quy trình công nghệ ..........................................................................................................16
1.4.2.1. Lập quy trình công nghệ bằng tay ...................................................................................17
1.4.2.2. Lập quy trình công nghệ tự động.....................................................................................18
1.4.3. Các khái niệm cơ bản về lập trình chi tiết .............................................................................18
1.4.3.1. Hình thức lập trình bằng tay ............................................................................................19
1.4.3.2. Lập trình có sự trợ giúp của máy tính.............................................................................19
1.4.3.3. Lập trình với hệ thống CAD/CAM ..................................................................................19
CHƯƠNG II : CƠ SỞ THIẾT KẾ KHUÔN MẪU .................................................................................21
2.1. Giới thiệu chung về khuôn mẫu tạo hình ......................................................................................21
2.2. Khuôn cho sản phẩm nhựa : ..........................................................................................................21
2.3. Cấu tạo chung của một bộ khuôn đúc phun nhựa : .....................................................................22
2.4. Vai trò của các bộ phận trong bộ khuôn : .....................................................................................23

SVTH: Vũ Đức Toàn
 

1


Luận văn Thạc sĩ khoa học

GVHD: PGS.TS Tăng Huy

2.4.1 Tấm kẹp trước : .........................................................................................................................23
2.4.2. Tấm khuôn trước : ...................................................................................................................23
3.4.3. Tấm khuôn sau : .......................................................................................................................23
2.4.4. Tấm kẹp sau : ...........................................................................................................................23
2.4.5. Tấm đỡ : ....................................................................................................................................23
2.4.6. Khối đỡ :....................................................................................................................................24
2.4.7. Tấm giữ : ...................................................................................................................................24
2.4.8. Tấm đẩy.....................................................................................................................................24
2.4.9. Vòng định vị ..............................................................................................................................24
2.4.10. Chốt dẫn hướng ......................................................................................................................24
2.4.11. Bạc dẫn hướng ........................................................................................................................25
2.4.12. Hệ thống chốt hồi : .................................................................................................................25
2.4.13. Chốt đẩy : ................................................................................................................................25
2.4.14. Bạc dẫn hướng chốt................................................................................................................26
2.4.15. Bạc cuống phun ......................................................................................................................26
2.5. Hệ thống đẩy trong khuôn ..........................................................................................................26
2.6. Hệ thống làm nguội khuôn .............................................................................................................26
2.6.1. Các phương pháp làm nguội : .................................................................................................27
2.6.1.1. Làm nguội bằng khí : ........................................................................................................27
2.6.1.2. Làm nguội bằng nước hoặc hỗn hợp ethylene glycol và nước: ....................................27
2.7. Hệ thống dẫn nhựa :........................................................................................................................27
2.8. Một số lưu ý khi thiết kế khuôn: ....................................................................................................28
2.8.1.Thiết kế bề dày thành chính .....................................................................................................28
2.8.1.1. Bề dày chính càng mỏng càng tốt nhưng phải đủ dày ...................................................28
2.8.1.2. Bề dày thành đồng nhất: ...................................................................................................28
2.8.1.3. Tránh các vùng dày: .........................................................................................................29
2.8.1.4. Các lỗi khi sản phẩm có bề dày không đồng nhất : ........................................................29

SVTH: Vũ Đức Toàn

2


Luận văn Thạc sĩ khoa học

GVHD: PGS.TS Tăng Huy

2.8.2.Thiết kế góc thoát khuôn ..........................................................................................................31
2.8.3.Thiết kế gân ..............................................................................................................................31
2.8.4.Thiết kế núm lồi ........................................................................................................................32
2.8.5.Thiết kế bán kính cong cho sản phẩm .....................................................................................34
CHƯƠNG III : ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CIMATRON TRONG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
KHUÔN CHO CẶP SẢN PHẨM ĐẾ VÀ NẮP Ổ CẮM ĐIỆN .............................................................35
3.1. Tổng quan về phần mềm Cimatron ...............................................................................................35
3.1.1.Giới thiệu chung về phần mềm Cimatron : ............................................................................35
3.1.2.Các môi trường làm việc trong cimatron : ..............................................................................36
3.1.2.1.Môi trường Part Design Wofkbench : ..............................................................................36
3.1.2.2.Môi trường Assembly Design Wofkbench : .....................................................................41
3.1.2.3. Môi trường tạo lập bản vẽ kỹ thuật Drawing : ...............................................................42
3.1.2.4. Môi trường thiết kế khuôn mẫu :.....................................................................................44
3.1.2.5. Môi trường NC : ................................................................................................................46
3.1.2.6. Môi trường gia công bằng tia lửa điện ( xung ) Electrode :...........................................47
3.2. Ứng dụng phần mềm CimatronE vào quá trình thiết kế và gia công khuôn cho cặp sản phẩm
thân và nắp ổ cắm điện ..........................................................................................................................48
3.2. Ứng dụng phần mềm CimatronE vào quá trình thiết kế và gia công khuôn cho cặp sản phẩm
thân và nắp ổ cắm điện ..........................................................................................................................49
3.2.1.Tạo lập mô hình chi tiết 3d trong môi trường Part : .............................................................49
3.2.2.Lắp ghép phần đế ổ cắm với nắp ổ cắm điện trong môi trường Assembly Design
Wofkbench ..........................................................................................................................................52
3.2.3.Tạo lập bản vẽ kỹ thuật cho chi tiết trong môi trường Drawing : ........................................56

3.2.4.Thiết kế khuôn cho bộ sản phẩm nắp và đế ổ cắm điện: .......................................................56
3.2.4.1.Thiết kế lòng khuôn : .........................................................................................................56
4.2.4.2.Thiết kế cuống phun : ........................................................................................................64
3.2.4.3.Thiết kế kênh dẫn nhựa : ...................................................................................................65
3.2.4.4.Thiết kế hệ thống chốt đẩy : ..............................................................................................67
3.2.4.5.Thiết kế kênh làm mát : .....................................................................................................68

SVTH: Vũ Đức Toàn

3


Luận văn Thạc sĩ khoa học

GVHD: PGS.TS Tăng Huy

3.2.4.6. Thêm các phần tử của khuôn ...........................................................................................71
3.2.5. Tạo lập chương trình gia công tự động cho tấm khuôn đực : ..............................................74
3.2.5.1. Bước 1 : Phay thô bề mặt ..................................................................................................75
3.2.5.2.Bước 2 : Gia công tinh mặt phẳng phân khuôn và bán tinh các bề mặt lòng khuôn đực
..........................................................................................................................................................81
3.2.5.3.Bước 3 : Gia công tinh bề mặt cong nắp ổ điện ...............................................................83
4.2.5.4.Bước 4 : Gia công tinh bề mặt đế ổ điện và gia lỗ trên kênh dẫn nhựa.........................84
3.2.5.5.Bước 5 : Gia công tinh bề mặt kênh dẫn nhựa ................................................................86
3.2.5.6.Bước 6 : Gia công tinh bề mặt khuôn ...............................................................................87
3.2.5.7. Bước 7 : Gia công tinh lần cuối các góc có bán kính góc lượn nhỏ ...............................89
3.2.6.Gia công Xung ( Electrode ) .....................................................................................................93
CHƯƠNG IV : ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MOLDFLOW PLASTIC INSIGHT HỖ TRỢ QUÁ
TRÌNH THIẾT KẾ KHUÔN MẪU ..........................................................................................................99
4.1. Giới thiệu về Moldflow Plastic Insight ........................................................................................101

4.2. Làm việc với môi trường Moldflow Plastics Insight (MPI) .......................................................102
4.2.1. Gọi một mô hình vào môi trường MPI .................................................................................102
4.2.2. Chia lưới cho sản phẩm .........................................................................................................103
4.2.3. Chọn vật liêu nhựa .................................................................................................................104
4.2.4. Chọn chức năng phân tích .....................................................................................................105
4.2.5. Chọn vị trí đặt miệng phun ...................................................................................................106
4.2.6. Chạy phân tích và ghi nhận kết quả .....................................................................................106
4.2.6.1. Phân tích mô hình để chọn vị trí đặt miệng phun phù hợp ........................................107
4.2.6.2. Phân tích thời gian điền đầy vật liệu vào lòng khuôn. .................................................107
4.2.6.3. Các kết quả phân tích khác : ..........................................................................................108
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................................................110
Tài liệu tham khảo ...................................................................................................................................111

SVTH: Vũ Đức Toàn

4


Luận văn Thạc sĩ khoa học

GVHD: PGS.TS Tăng Huy

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, en xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo Trường Đại học
Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt là các thầy cô trong ban giám hiệu, Viện đào tạo sau đại học
và Viện cơ khí đã luôn giúp đỡ, tạo điều kiện cho học viên trong quá trình học tập bậc cao
học tại nhà trường.
Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Tăng Huy, người hướng dẫn khoa học đã
nhiệt tâm và tận tình hướng dẫn em hoàn thành luận văn thạc sĩ này.
Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn động viên,

giúp đỡ và tạo điều kiện trong công việc và thời gian cho em trong suốt quá trình viết luận
văn.
Mặc dù đã hết sức cố gắng từ việc nghiên cứu, sưu tầm tài liệu, tổng hợp các ý
kiến của các chuyên gia trong lĩnh vực này, song luận văn không tránh khỏi những thiếu
xót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của quý thầy cô giáo và các bạn.
Hà Nội, ngày 25 tháng 09 năm 2011
Tác giả luận văn

Vũ Đức Toàn

SVTH: Vũ Đức Toàn

5


Luận văn Thạc sĩ khoa học

GVHD: PGS.TS Tăng Huy

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay sản phẩm nhựa đã chiếm một vị trí rất quan trọng trong nền kinh tế quốc
dân, vật liệu nhựa ngày càng có những tính chất ưu việt như về chất lượng về độ bền …do
vậy mà ngành công nghiệp nhựa đã phát triển rất nhanh trong thời gian qua kéo theo đó là
các lĩnh vực tạo hình sản xuất và chế tạo các sản phẩm từ nhựa phát triển theo trong đó
phải kể đến ngành công nghiệp chế tạo khuôn đúc phun cho sản phẩm nhựa ra đời và cho
ra vô số các sản phẩm với đủ kiểu dáng chủng loại phục vụ cho đời sống của con người.
Việc chế tạo ra các chi tiết có biên dạng phức tạp kéo theo biên dạng của lòng khuôn và lõi
khuôn cũng phức tạp dẫn đến việc gia công chúng theo các phương pháp truyền thống gặp rất
nhiều khó khăn. Ngoài ra việc chế tạo lòng khuôn, lõi khuôn còn phụ thuộc nhiều vào trình độ
người thợ, thời gian chế tạo khuôn dài và độ chính xác lòng khuôn thường không cao. Cùng

với sự phát triển của các ngành khoa học và kỹ thuật, các công nghệ gia công mới cũng
phát triển rất mạnh mẽ kéo theo các ứng dụng phần mềm vào trong tự động hoá sản xuất
và tự động hoá lắp giáp như ứng dụng các phần mềm Master Cam, Cimatron, Catia....
Việc ứng dụng các phần mềm này vào sản xuất, đặc biệt là trong lĩnh vực gia công khuôn
mẫu, và lắp giáp khuôn tự động, nó đã giải quyết được các khó khăn trước đây và đem lại
hiệu quả kinh tế rất cao.
Ở nước ta việc sản xuất các sản phẩm từ nhựa phục vụ cho đời sống cũng như trong
kỹ thuật đang được phát triển rất mạnh mẽ, số lượng các cơ sở sản xuất ứng dụng phương
pháp gia công mới ngày càng nhiều, gia công được các chi tiết có biên dạng phức tạp.
Nắm bắt được tình hình đó em đã đi đến quyết định nghiên cứu đề tài:
“Nghiên cứu ứng dụng phần mềm CAD/CAM Cimatron trong thiết kế và gia công
khuôn cho sản phẩm ổ cắm điện ”
Đề tài này ứng dụng phần mền CAD/CAM CimatronE để thiết kế và gia công tự động
một bộ khuôn nhựa điển hình với sản phẩm ở đây là ổ cắm điện (bao gồm cả nắp và đế ổ
cắm điện)
Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Tăng Huy đã hướng dẫn tận tình để em có thể
hoàn thành được đề tài nghiên cứu này.

SVTH: Vũ Đức Toàn

6


Luận văn Thạc sĩ khoa học

GVHD: PGS.TS Tăng Huy

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM
1.0. Giới thiệu chung :
Công nghiệp ngày nay không thể tồn tại với sự cạnh tranh trong toàn thế giới trừ khi

họ đưa ra các sản phẩm mới có chất lượng tốt hơn, giá cả thấp hơn và thời gian chế tạo
ngắn hơn. Vì vậy, họ phải cố gắng sử dụng khả năng bộ nhớ lớn hơn, tốc độ xử lý nhanh
và khả năng giao diện đồ họa dễ sử dụng của máy tính để tự động hóa và phải kết hợp với
các sản xuất hoặc kỹ thuật riêng rẽ không hiệu quả khác. Như vậy sẽ làm giảm thời gian
và giá thành của sản phẩm.
Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính (CAD),gia công có sự trợ giúp của máy tính
(CAM), và trợ giúp kỹ thuật (CAE) là các kỹ thuật sử dụng cho mục đích trong trong chu
kỳ sản xuất.Vì vậy để hiểu được vai trò của CAD, CAM, CAE, chúng ta cần xem xét các
hoạt động và chức năng khác nhau phải được hoàn thành trong thiết kế và chế tạo một sản
phẩm.Các hoạt động và chức năng đó được nói đến như là chu kỳ sản xuất. Chu kỳ đó
được miêu tả trong sơ đồ (hình 1.1).
Như vậy chu kỳ sản xuất bao gồm hai phần chính :
- Quá trình thiết kế (Bắt đầu từ nhu cầu của khách hàng)
- Quá trình gia công ( Bắt đầu từ các đặc tính thiết kế)
Các hoạt động trong quá trình thiết kế có thể được chia làm hai phần lớn là tổng hợp và
phân tích.
Quá trình tổng hợp bao gồm các hoạt động như : nhận biết sự cần thiết của thiết kế,
biểu diễn các đặc tính của thiết kế, nghiên cứu tính khả thi của các thông tin của thiết kế
có liên quan và thiết kế dựa trên các khái niệm.
Một khi bản thiết kế được phát triển, quá trình phân tích được bắt đầu với việc phân
tích và tối ưu hóa bản thiết kế như : di chuyển các chi tiết không cần thiết, giảm bới các
kích thước, chấp nhận và sử dụng sự cân đối hình học. Tùy thuộc vào các đặc tính sử
dụng của sản phẩm mà quá trình phân tích có thể tập trung vào các vấn đề chính như :
phân tích ứng suất để kiểm tra bền của sản phẩm, việc phân tích kiểm tra tác động để
kiểm tra va chạm giữa các chi tiết trong quá trình lắp ghép…
Một khi bản thiết kế đã được hoàn thành, sau khi tối ưu hóa hoặc cân đối một số độ
chính xác, giai đoạn thiết kế bắt đầu. Công việc chế tạo mẫu cũng có thể được tiến hành.
Ngày này công nghệ chế tạo mẫu không còn là vấn đề khó khăn đối với kỹ thuật nhờ công
nghệ tạo mẫu nhanh. Công nghệ tạo mẫu nhanh xây dựng nên các mẫu bằng việc xếp các
SVTH: Vũ Đức Toàn

7


Luận văn Thạc sĩ khoa học

GVHD: PGS.TS Tăng Huy

lớp vật liệu mẫu từ đáy tới đỉnh. Vì vậy phương pháp tạo mẫu nhanh có thể xây dựng nên
các mẫu trực tiếp từ dữ liệu CAD của bản thiết kế.
Nếu đánh giá bản thiết kế trên mẫu nhanh chỉ định mà chưa đạt yêu cầu, quá trình
được lặp lại với bản thiết kế mới. Khi đánh giá bản thiết kế đạt yêu cầu, tài liệu thiết kế
được chỉnh lý.
Theo công nghệ truyền thống, tài liệu thiết kế dưới dạng bản vẽ kỹ thuật sẽ được đưa
đến nơi sản xuất.
Theo công nghệ CAD/CAM, quá trình gia công cũng bắt đầu với việc lập kế hoạch sản
xuất, sử dụng dữ liệu bản vẽ từ quá trình thiết kế và kết thúc với sản xuất thực tế. Lập kế
hoạch sản xuất cũng bao gồm các công đoạn như lập quy trình công nghệ, chọn máy,
chọn vật liệu, lập chương trình gia công, thiết kế đồ gá. Mối quan hệ giữa lập quy trình
công nghệ và quá trình sản xuất tương tự nhau và đó là tổng hợp của quá trình thiết kế và
gia công, đòi hỏi phải có kinh nghiệm và độ chính xác.
Một khi lập quy trình công nghệ được hoàn tất, sản phẩm được sản xuất và được kiểm
tra theo các yêu cầu chất lượng.
Các chi tiết đã qua quá trình kiểm tra chất lượng sẽ được lắp ghép, kiểm tra chức năng,
đóng gói, dãn nhãn và chở tới khách hàng.
Trong quá trình tổng hợp người thiết kế phải lựa chọn tốt thông tin về thiết kế có liên
quan để nghiên cứu tính khả thi bằng cách sử dụng định dạng dữ liệu và việc sử dụng
cataloge để có thể điều khiển được thông tin và chất lượng của sản phẩm. Chúng ta cũng
không dễ dàng hình dung được cách sử dụng mày tính trong quá trình thiết kế vì máy tính
chưa phải là công cụ mạnh cho quá trình thiết kế, tạo lập thông minh. Mô hình hóa tham

số hoặc khả năng lập trình Macro của hệ thống Computer-Aided-Drafting, hoặc mô hình
hóa hình học có thể sử dụng trong công việc thiết kế là các đặc trưng của phầm mềm
CAD.
Chúng ta có thể sử dụng máy tính trong quá trình phân tích ban đầu của quá trình thiết
kế. Thực tế, nhiều phần mềm có thể sử dụng trong việc phân tích, kiểm tra, phân tích
động học…những phần mềm này được gọi là CAE.
Vấn đề đặt ra với phần mềm CAE là việc cung cấp mô hình phân tích. Sẽ không có
vấn đề gì nếu mô hình phân tích được thực hiện tự động dựa trên khái niệm thiết kế. Tuy
nhiên, mô hình phân tích không giống với việc thiết kế khái niệm nhưng được thực hiện
bằng cách giảm bớt các kích thước. Mức độ thích hợp của phần giảm đi là khác nhau, nó
phụ thuộc vào yêu cầu phân tích và độ chính xác. Vì vậy rất khó để có thể tự động hóa
quá trình giảm đi này, theo đó các mô hình phân tích thường được tạo lập tách biệt nhau.
Đó là cách làm thông dụng để tạo lập hình dạng lý thuyết của mô hình thiết kế bằng việc
SVTH: Vũ Đức Toàn

8


Luận văn Thạc sĩ khoa học

GVHD: PGS.TS Tăng Huy

sử dụng một hệ thống vẽ có sự trợ giúp của máy tính hoặc một hệ thống mô hình hóa hình
học hoặc đôi khi sử dụng khả năng xây dựng bên trong của các gói phần mềm phân tích.
Các gói phần mềm CAE thường cần đến cấu trúc được thể hiện bởi việc bố trí các lưới
liên kết bên trong và được máy tính quản lý thành các vùng dữ liệu. Nếu gói phần mềm
phân tích được sử dụng có khả năng tạo lập các lưới này một cách tự động, phần mềm đó
sẽ cần thiết để tạo lập hình dạng đường bao. Tuy nhiên các lưới cũng phải được tạo lập
bởi người sử dụng hoặc tự động bởi phần mềm.Việc tạo ra các lưới này được gọi là mô
hình phần tử hữu hạn. Mô hình phần tử hữu hạn cũng bao gồm các điều kiện biên xác

định và các điều kiện bên ngoài.
Nếu chúng ta cần một mẫu thiết kế, chúng ta có thể tạo ra một mẫu thiết kế được sử
dụng bởi các phần mềm được thiết kế nối với một máy tạo mẫu nhanh. Các gói phần mềm
này cũng được gọi là CAM. Dĩ nhiên hình dạng mẫu tạo ra với công nghệ cao trong một
loại dữ liệu tương ứng với hình dạng được tạo lập bởi mô hình hóa hình học. Thậm chí có
thể làm tốt hơn bằng cách tạo mẫu ảo, thường được gọi là digital mock-up, mẫu nhanh ảo
cũng cung cấp cho chúng ta các thông tin tương tự như mẫu thực khi các công cụ phân
tích được sử dụng trong quá trình tạo mẫu trở nên đủ mạnh. Vì vậy các mẫu nhanh ảo sẽ
có khuynh hướng thay thế các mẫu thực.
Phần cuối cùng của quá trình thiết kế là tạo hồ sơ thiết kế. Các thông số máy tính có
khả năng lưu trữ và quản lý hồ sơ thiết kế.
Công nghệ máy tính cũng được sử dụng trong quá trình gia công. Quá trình gia công
bao gồm các hoạt động của việc lập kế hoạch sản xuất, thiết kế và chuẩn bị dao cụ, vật
liệu, lập trình NC, điều khiển máy CNC, điều khiển chất lượng và đóng gói. Các gói phần
mềm này được gọi là CAM.

SVTH: Vũ Đức Toàn

9


Luận văn Thạc sĩ khoa học

GVHD: PGS.TS Tăng Huy

Quá trình thiết kế

Nhu cầu
thiết kế

Các đặc tính
thiết kế

Nghiên cứu tính khả thi
với thông tin thiết kế

Phân tích

Tài liệu
thiết kế

Đánh giá
thiết kế

Lập quy trình
công nghệ

Kế hoạch
sản xuất

Phân tích
thiết kế,
tối ưu hóa

Mô hình
phân tích

Thiết kế

Sản

xuất

Quản lý
chất lượng

Đóng
gói

Khái niệm
thiết kế
Vận
chuyển

Chọn dụng
cụ cắt
Tiếp thị

Chọn phôi
Lập trình
NC, CNC,
DNC

Quá trình sản xuất

Hình 1.1 : Chu kỳ sản xuất
1.1. Các định nghĩa về CAD, CAM, CAE :
1.1.1. CAD
Là thuật ngữ viết tắt của Computer-Aided Design
Là kỹ thuật liên quan đến việc sử dụng các hệ thống máy tính để trợ giúp trong việc
tạo lập, hiệu chỉnh, phân tích và tối ưu hóa một bản thiết kế. Vì vậy bất kỳ chương trình

máy tính nào như là đồ họa máy tính và một chương trình ứng dụng các chức năng dễ lập
trình trong quá tình thiết kế được gọi là CAD.
Các công cụ CAD có thể thay đổi từ các công cụ hình học để điều khiển hình dạng
đến việc tạo các chương trình ứng dụng theo yêu cầu của khách hàng, cũng như việc phân

SVTH: Vũ Đức Toàn

10


Luận văn Thạc sĩ khoa học

GVHD: PGS.TS Tăng Huy

tích và tối ưu hóa. Các công cụ này bao gồm việc phân tích dung sai, tính khối lượng, mô
hình phần tử hữu hạn và hiển thị kết quả phân tích.
Các vai trò cơ bản nhất của CAD có thể được nói đến như : thiết kế, mô hình hóa
hình học, thiết kế chi tiết máy, tạo bản vẽ sơ đồ mạch điện, kiến trúc…
Các đối tượng hình học được tạo lập bởi các hệ thống CAD có thể được sử dụng như
là cơ sở để hình thành nên các chức năng khác trong các hệ thống CAE và CAM. Đây là
một trong những lợi ích lớn nhất của CAD vì nó có thể lưu trữ và định nghĩa lại mỗi khi
cần thiết.
1.1.2. CAM
Là thuật ngữ viết tắt của Computer-Aided Manufacturing
Là công nghệ liên quan đến việc sử dụng các hệ thống máy tính để lập kế hoạch,
quản lý và điều khiển các hoạt động sản xuất thông qua giao diện trực tiếp hoặc gián tiếp
của máy tính với các thiết bị sản xuất của nhà máy.
Một trong những phạm vi ứng dụng thành công nhất của CAM là điều khiển số hoặc
NC.
Kỹ thuật NC sử dụng các câu lệnh được lập trình để điều khiển máy công cụ như:

máy tiện, máy mài, máy phay, đột lỗ…
Máy tính có thể tạo ra một khối lượng lớn các câu lệnh NC dựa trên dữ liệu hình học
từ định dạng dữ liệu CAD cộng với các thông tin phụ cho quá trình gia công.
Chức năng quan trọng khác của CAM là lập trình robot để có thể làm việc trong các
dây truyền sản xuất, lựa chọn và định vị dao cụ, phôi cho các máy NC. Ngoài ra các robot
còn có thể thực hiện được các công việc khác như: hàn hoặc lắp ghép hoặc di chuyển các
chi tiết…
Lập kế hoạch sản xuất cũng là mục đích của việc tự động hóa có sự trợ giúp của máy
tính. Lập kế hoạch sản xuất có khả năng xác định một cách tuần tự và chi tiết các bước
sản xuất cần thiết để tạo ra một bộ phận chi tiết từ lúc bắt đầu đến lúc kết thúc. Thậm chí
việc lập kế hoạch sản xuất một cách tự động và đầy đủ là có thể thực hiện được và có thể
được tạo lập nếu kế hoạch sản xuất cho một chi tiết tương tự đã có.
Để thực hiện mục đích này công nghệ nhóm đã được phát triển để tổng hợp các chi
tiết tương tự nhau thành một họ, nhóm. Các chi tiết được phân loại tương tự nhau nếu
chúng có các đặc tính gia công chung như: rãnh, hốc, lỗ…Do đó để phát hiện một cách tự
động sự giống nhau giữa các chi tiết, định dạng dữ liệu CAD phải chứa đựng các thông
tin về các đặc tính đó. Công việc này được thực hiện thành công bởi việc sử dụng các mô
hình hóa dựa trên các đặc tính hoặc thừa nhận các đặc tính.
SVTH: Vũ Đức Toàn

11


Luận văn Thạc sĩ khoa học

GVHD: PGS.TS Tăng Huy

1.1.3.CAE
Là thuật ngữ viết tắt của Computer-Aided Engineering
Là kỹ thuật liên quan đến việc sử dụng các hệ thống máy tính để phân tích đối tượng

hình học CAD. Nghiên cứu cách thức hoạt động của sản phẩm, người thiết kế có thể điều
chỉnh và tối ưu hóa quá trình. Các công cụ CAE được ứng dụng rất rộng lớn. Ví dụ : có
thể sử dụng CAE để xác định các đường chuyển động và các chuyển động liên kết trong
các chi tiết máy, có thể phân tích sự chuyển vị, có thể được sử dụng để xác định tải trọng
và chuyển vị trong các lắp ghép phức tạp như là các thiết bị tự động, có thể mô phỏng thời
gian và mô phỏng hoạt động của các mạch điện tử phức tạp.
Phần lớn các phương pháp sử dụng trong việc phân tích kỹ thuật trong máy tính là
phương pháp phần tử hữu hạn FEM ( the Finite Element Method). Phương pháp phần tử
hữu hạn cũng được sử dụng để xác định ứng suất biến dạng, truyền nhiệt, mô tả từ trường,
dòng chất lỏng và các vấn đề môi trường liên tục khác.
Trong phân tích phần tử hữu hạn, cấu trúc được mô tả bằng một mô hình phân tích
được tạp nên từ các thành phần bên trong liên kết, các thành phần này được phần chia
thành các phần được quản lý bởi máy tính.
Nhiều phần mềm cũng có khả năng tối ưu hóa thiết kế, mặc đù ông cụ tối ưu hóa thiết
kế có thể được xem như các công cụ CAE, chúng cũng được phân loại theo các cách
thông dụng.
Ưu điểm của việc tối ưu hóa và phân tích thiết kế là cho phép người kỹ thuật nhìn
thấy trước được quy cách làm việc của sản phẩm do đó sẽ làm giảm đi các lỗi trước khi
tiến hành sản xuất, và giảm được phí tổn về mặt thời gian cũng như xây dựng và kiểm tra
các lỗi vật lý.
CAD/CAM/CAE được xem như các chức năng tự động đặc biệt của chu kỳ sản xuất
và làm cho chúng hiệu quả hơn, vì chúng được phát triển độc lập, chúng không có đầy đủ
vai trò của việc tích hợp các hoạt động thiết kế và gia công của chu kỳ sản xuất.
Công nghệ mới CIM có thể giải quyết được vần đề tích hợp này.
1.1.4.Sử dụng hệ thống CAD/CAM/CAE để phát triển sản phẩm
Chúng ta có thể nêu ra một ví dụ cụ thể cho việc sử dụng hệ thống CAD/CAM/CAE
trong việc phát triển sản phẩm.
Giả sử công việc của chúng ta là thiết kế và gia công khuôn cho một sản phẩm nhựa,
quá trình thiết kế được thực hiện với hệ thống CAD.
Bước tiếp theo trong chu kỳ sản phẩm là phân tích thiết kế. Mô hình phân tích được xử

lý bởi bộ tiềm xử lý CAE.
SVTH: Vũ Đức Toàn

12


Luận văn Thạc sĩ khoa học

GVHD: PGS.TS Tăng Huy

Khởi động phân tích phần tử hữu hạn trên mô hình phân tích chúng ta có thể kiểm tra
được điều kiện bền của sản phẩm. Chúng ta cũng có thể chạy chương trình mô phỏng để
kiểm tra dòng nhựa nóng sẽ chảy vào hốc của khuôn ép nhựa. Nếu kết quả mô phỏng cho
chúng ta thấy sẽ có vấn đề với dòng chảy trong khuôn chúng ta cần hiệu chỉnh lại.
Thiết kế khuôn ép nhựa, chế tạo khuôn và đẩy sản phẩm.
Từ dữ liệu mô hình thiết kế được tạo lập bởi phần mềm CAD, lõi và hốc được thiết kế
bởi hệ thống mô hình hóa hình học có mục đích chung hoặc tạo lập tự động bởi hệ thống
thiết kế khuôn đặc biệt.
Từ dữ liệu hình học của lõi và hốc, một bộ khuôn thích hợp có thể được lựa chọn từ cơ
sở dữ liệu chứa đựng các bộ khuôn tiêu chuẩn. Sau đó miệng rót, kênh dẫn nhựa, hệ thống
làm mát và cách thành phần khác của bộ khuôn được thiết kế và đặt vào bộ khuôn tại vị
trí thích hợp. Chúng ta có thể chạy mô phỏng lại chương trình để dự đoán dòng chảy cho
chính xác hơn, chúng ta cũng có thể chạy phân tích sự tản nhiệt để mô phỏng thiết kế của
kênh làm mát.
Để hoàn thiện thiết kế khuôn, phần mềm CAM được sử dụng để tính toán các đường
cắt NC cần thiết để gia công các tấm Cavity và Core.
Khi quá trình gia công cần thiết đã được hoàn thành bộ khuôn được ghép lạ và được sử
dụng cho quá trình ép nhựa. Ở đây chúng ta cũng có thể dùng quá trình phân tích để mô
phỏng xác định các điều kiện khác nhau của khuôn giúp chúng ta có thể xử lý tốt hơn bản
thiết kế như: Nhiệt độ khuôn, áp lực ép, nhiệt độ nhựa.

1.2. Các thành phần của hệ thống CAD/CAM/CAE
Mọi hệ thống CAD/CAM/CAE bao gồm các phần sau :
Hệ thống CAD/CAM/CAE
Phần mềm

Phần cứng
Máy tính

Các thiết bị đồ họa
Bộ xử lý ảnh, Màn hình,
Thiết bị nhập dữ liệu,
Thiết bị xuất dữ liệu

1.2.1. Phần cứng
SVTH: Vũ Đức Toàn

13


Luận văn Thạc sĩ khoa học

GVHD: PGS.TS Tăng Huy

Một thiết bị đồ họa bao gồm một bộ xử lý trung tâm và thiết bị hiển thị, các thiết bị
nhập và xuất dữ liệu.
Màn hình có chức năng hiển thị hình ảnh. Bộ xử lý màn hình có chức năng định vị
hình ảnh trên màn hình.
Các thiết bị dữ nhập dữ liệu bao gồm: chuột, bàn phím, các loại ổ đĩa…
Các thiết bị nhập dữ liệu giúp cho việc nhập và điều khiển dữ liệu dễ dàng hơn, theo đó
người sử dụng sẽ nhập dữ liệu trực tiếp vào máy tính.

Các thiết bị xuất dữ liệu như: máy in, máy vẽ,.. các thiết bị dữ liệu giúp cho việc chia sẻ
dữ liệu với các thiết bị khác.
1.2.2. Phần mềm
Phần mềm CAD cho phép người thiết kế tạo lập và điều khiển một tương tác đồ họa
trên màn hình và lưu trữ nó trong một định dạng dữ liệu.
Tuy nhiên, thông thường bất kỳ phần mềm nào cũng có thể dễ dàng thực hiện quá trình
thiết kế và có thể xem như một phần mềm CAD.
Tương tự, bất kỳ một phần mềm nào được sử dụng để thực hiện dễ dàng quá trình gia
công của chu kỳ sản phẩm cũng được coi như phần mềm CAD. Điều này có nghĩa rằng,
bất kỳ phần mềm nào liên quan đến việc lập kế hoạch, quản lý và điều hành các hoạt động
sản xuất của nhà máy, trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua giao diện của máy tính với
nguồn lực của nàh máy cũng có thể xem như phần mềm CAM.
Phần mềm CAE được sử dụng để phân tích các đối tượng hình học của bản thiết kế,
cho phép người thiết kế mô phỏng và nghiên cứu cách thức hoạt động của sản phẩm. Như
vậy bản thiết kế có thể được định nghĩa lại và được tối ưu hóa.
Một số phần mềm CAD/CAM/CNC:
Các phần mềm CAD cho các ưungs dụng 2D có: AutoCAD của hang AutoDesk,
CADAM của hãng CADAM,…
Các phần mềm CAD cho các ứng dụng mô hình hóa 3D có: Inventor của hãng
AutoDesk, SolidWorks của công ty SolidWorks, SolidEdge của công ty Intergraph,…
Các phần mềm CAM có MasterCam của công ty phần mềm CNC Software, PowerMill
của hãng DelCam…
Các phần mềm CAE có: Moldflow của tập đoàn Moldflow Pty, Ansys của tập đoàn
Swanson Analysis System,…
Các phần mềm tích hợp có: Pro/engineer của công ty PTC, CATIA của hãng Dassault
System, Cimatron,…
SVTH: Vũ Đức Toàn

14

Luận văn Thạc sĩ khoa học

GVHD: PGS.TS Tăng Huy

1.3. Các hệ thống mô hình hóa hình học :
- Quá trình thiết kế có thể được thực hiện thông qua việc chi tiết hóa hình dạng chi
tiết của người thiết kế. Như vậy phần mềm CAD là công cụ để dễ dàng thực hiện quá
trình chi tiết hóa này.
- Các phầm mềm CAD có thể được chia làm 2 nhóm :
+ Computer-Aided Drafting system : Hệ thống này cho phép người thiết kế thực hiện
ý tưởng bằng cách điều khiển hình dạng theo 2 kích thước (2D).
+ Geometric Modelling System : Hệ thống này cho phép người thiết kế điều khiển
quá trình thiết kế theo 3 kích thước (3D).
- Các hệ thống mô hình hóa hình học có thể được chia thành:
+ Các hệ thống mô hình khung dây.
+ Các hệ thống mô hình mặt.
+ Các hệ thống mô hình khối rắn.
+ Các hệ thống mô hình Nonmanifold.
1.4. Tích hợp CAD và CAM
Sau khi một chi tiết được thiết kế, nó sẽ được gia công để tạo ra sản phẩm.
Như vậy, công cụ được sử dụng trong quá trình thiết kế là các phần mềm CAD.
Công cụ trong quá trình gia công được gọi là phần mềm CAM.
Các phần mềm CAM bao gồm :
+ CAPP (Computer Aided Process Planning) được sử dụng trong quá trình lập kế
hoạch sản xuất.
+ Phần mềm NC để lập trình điều khiển số cho máy công cụ trong sản xuất.
+ Các phần mềm kiểm tra được sử dụng trong quá trình kiểm tra.
+ Các phần mềm lập trình robot.
Các nghiên cứu ban đầu tác động đến giao diện giữa CAD và CAM đã được phát

triển trong các hệ thống CAPP để thực hiện quá trình kết nối tự động giữa quá trình thiết
kế và gia công.
1.4.1. Giới thiệu sơ lược về chu kỳ sản xuất
Các hệ thống gia công có thể được phân loại như sau:
SVTH: Vũ Đức Toàn

15


Luận văn Thạc sĩ khoa học

-

Gia công các chi tiết riêng lẻ.

-

Gia công liên tục.

GVHD: PGS.TS Tăng Huy

Khi bản thiết kế hoàn thành, nó được chuyển qua bộ phận gia công. Người lập kế
hoạch sản xuất chuyển đổi từ bản thiết kế thành cấu trúc của quá trình sản xuất. Cấu
trúc này được miêu tả chi tiết trong quá trình gia công cần thiết để biến đổi phôi liệu
thành chi tiết mong muốn và các hoạt động lắp ghép để lắp ghép các chi tiết riêng lẻ
thành các sản phẩm cuối cùng.
Do đó quá trình sản xuất là một trong những yêu cầu phù hợp trong việc sản xuất ra
chi tiết trong khả năng công nghệ của phân xưởng. Vì vậy trong việc tạo lập kế hoạch
sản xuất một chi tiết, người lập kế hoạch phải giải thích được bản vẽ kỹ thuật, thiết lập
độ chính xác gia công, xác định được các nguyên công, chọn máy, chọn dao, đồ

gá…Những công việc này sẽ dễ dàng hơn nếu người lập kế hoạch đã từng lập kế hoạch
cho các chi tiết tương tự. Những chi tiết như vậy chúng ta có thể sử dụng công nghệ
nhóm.
Khi việc lập kế hoạch sản xuất hoàn thành, hoạt động sản xuất thực tế sẽ bắt đầu theo
sơ đồ cấu trúc của bản kế hoạch. Nếu công nghệ có sử dụng máy NC để gia công chi
tiết, chương trình gia công phải được lập trình bởi lập trình viên. Ngày nay, nhiều công
cụ phần mềm cần thiết để tạo lập chương trình NC trực tiếp từ dữ liệu CAD đã phát
triển mạnh mẽ. Sau đó chi tiết được kiểm tra chất lượng, các chi tiết đã qua kiểm tra
chất lượng nếu đạt yêu cầu sẽ được lắp ghép, đóng gói và vận chuyển đến khách hàng.
Vì vậy có thể nói rằng mối liên hệ giữa quá trình thiết kế và quá trình gia công là quá
trình lập kế hoạch sản xuất.
Như vậy việc tự động hóa quá trình lập kế hoạch sản xuất sẽ thúc đẩy quá trình tự
động hóa sự tích hợp giữa CAD và CAM.
1.4.2. Lập quy trình công nghệ
Lập quy trình công nghệ là chức năng thiết lập khả năng gia công, đó là quá trình thiết
lập các nguyên công, các tham số, các thiết bị máy móc được sử dụng trong quá trình gia
công. Kết quả của việc lập quy trình công nghệ là biến phôi liệu thô thành các chi tiết máy
hoàn chỉnh như đã trình bày trong bản vẽ kỹ thuật. Nói cách khác, lập quy trình công
nghệ là quá trình lập kế hoạch chi tiết cho quá trình gia công hoặc lắp ráp.
Kết quả của việc lập quy trình công nghệ là một kế hoạch sản xuất được miêu tả tuần tự
quá trình gia công hoặc quá trình lắp ghép. Kế hoạch sản xuất đôi khi cũng được gọi là
bảng tổng hợp công việc hoặc tổng hợp kế hoạch sản xuất. Bên trong các nguyên công,
việc lựa chọn và thiết kế đồ gá, dao cụ cũng là một vấn đề lớn của việc lập quy trình công
nghệ.
SVTH: Vũ Đức Toàn

16


Luận văn Thạc sĩ khoa học

GVHD: PGS.TS Tăng Huy

Việc chọn dao cũng bao gồm cả dao và máy được sử dụng trong quá trình công nghệ.
Đồ gá là các thiết bị dẫn hướng cho dao hoặc giữ phôi cho quá trình gia công.
Quá trình lắp ghép cũng cần đến các hệ số như: kích thước chi tiết, độ chính xác gia
công, độ bóng bề mặt, chất lượng mối ghép cũng như vật liệu chi tiết.
Các phương pháp lập quy trình công nghệ cũng có thể được chia thành các dạng sau :
1.4.2.1. Lập quy trình công nghệ bằng tay
Theo cách truyền thống, quá trình lập quy trình công nghệ được thực hiện bằng tay.
Trong phương pháp này, người kỹ thuật xác định bản vẽ kỹ thuật cảu một chi tiết cần thực
hiện và lập sơ đồ công nghệ cần thiết cho quá trình sản xuất. Quá trình lập kế hoạch có
thể được thực hiện đơn giản hoặc tỉ mỉ để tạo lập các nguyên công phụ thuộc vào môi
trường sản xuất. Đối với một số phân xưởng, các nhà kỹ thuật có tay nghề cao và hầu hết
các chi tiết sản xuất đều thuộc một loại sản phẩm, quá trình lập kế hoạch sản xuất là
không đáng kể. Tuy nhiên, nếu chi tiết được sản xuất hoàn toàn trong dây truyền tự động,
việc lập quy trình công nghệ sẽ phải bao gồm đầy đủ các tham số của mỗi nguyên công.
Với hình thức này, có thể không cần chú ý đến tính chất tỉ mỉ của việc lập quy trình.
Sự chuẩn bị phụ thuộc chủ yếu vào sự hiểu biết của người lập kế hoạch, vào khả năng gia
công, dao cụ, vật liệu, thực tế sản xuất, giá cả.
Để lập kế hoạch cho các sản phẩm mới, người lập kế hoạch thường tiến hành theo các
bước sau:
Khảo sát hình dạng tổng thể của chi tiết: Người lập kế hoạch xem xét bản vẽ kỹ
thuật để xác định cấu trúc cơ bản của chi tiết và mức độ sản xuất, xem xét việc sử dụng
thiết bị đồ gá, kẹp chặt có phù hợp, chi tiết có đủ cững vững khi kẹp chặt không,…
Xác định phôi: Với sự trợ giúp của vẽ kỹ thuật, kế hoạch viên có thể dễ dàng nhận
biết được kích thước, hình dạng của chi tiết. Sự nhận biết này sẽ giúp kế hoạch viên xác
định hình dạng phôi sao cho lượng dư phù hợp với từng nguyên công.
Xác định các mặt cơ sở và thiết bị gia công: Kế hoạch viên cần xác định số lượng
thiết bị gia công ít nhất và thiết bị gia công cần thiết để gia công các mặt cơ sở. Sau đó

xác định thiết bị gia công để gia công các bề mặt khác.
Xác định các đặc tính của chi tiết: Kế hoạch viên xác định các đặc tính riêng biệt
hoặc hình dạng hình học sẽ bị loại bỏ để hình thành nên các chi tiết. Hình dạng bao gồm
các đặc tính hoặc các đặc tính con của chi tiết để xác định hình dạng của dao cụ, sự dịch
chuyển của máy và đường chạy dao cần cho quá trình gia công.
Ghép nhóm các đặc tính của chi tiết dựa trên các thiết bị cần thiết: Kế hoạch viên
ghép nhóm các đặc tính chi tiết để mỗi nhóm có thể được sản xuất trong một loại thiết bị
SVTH: Vũ Đức Toàn

17


Luận văn Thạc sĩ khoa học

GVHD: PGS.TS Tăng Huy

tương tự. Một số đặc tính có thể được gia công trên các thiết bị đã được lựa chọn để gia
công các bề mặt cơ sở, một số khác có thể phải cần đến các thiết bị mới cho quá trình gia
công.
Sắp xếp thứ tự các nguyên công: Đối với mỗi thiết bị, kế hoạch viên xác định thứ
tự các nguyên công cần thiết để tạo ra các bề mặt, các đặc tính.
Lựa chọn dao cụ cho mỗi nguyên công: Lập trình viên cố gắng sử dụng một loại
dao cho nhiều nguyên công. Sự cân đối giữa thời gian thay dao cũng phải được xem xét
để tiết kiệm thời gian.
- Lựa chọn hoặc thiết kế đồ gá cho mỗi nguyên công: Việc lựa chọn hoặc thiết kế đồ
gá phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của kế hoạch viên. Việc lựa chọn đồ gá rất quan
trọng trong việc chế tạo ra chất lượng của sản phẩm.
Kiểm tra lại quy trình công nghệ: Trong bước này, kế hoạch viên cần kiểm tra lại
tính khả thi của các thiết bị, kiểm tra va chạm giữa dao, máy và đồ gá.
Chi tiết hóa quy trình công nghệ: Kế hoạch viên tạo lập chi tiết hơn quy trình công

nghệ để tạo ra các đặc tính riêng, chọn bước tiến dao, tốc độ trục chính, xác định giá cả và
thời gian tiêu chuẩn,…
Hiệu chỉnh tài liệu kế hoạch: Kế hoạch viên hiệu chỉnh lại tài liệu, hồ sơ thiết lập
kế hoạch và đưa đến bộ phận sản xuất.
1.4.2.2. Lập quy trình công nghệ tự động
Để khắc phục những hạn chế trong phương pháp lập quy trình công nghệ bằng tay,
với sự trợ giúp của máy tính và công nghệ vi điện tử, các hệ thống lập quy trình công
nghệ có sự trợ giúp của máy tính đã ra đời và đã được ứng dụng rất hiệu quả trong công
nghệ.
Với sự tích hợp của CAD/CAM/CAPP quá trình sản xuất sẽ được tiến hành tự động và
hoàn chỉnh từ khâu thiết kế đếnđươ gia công.
Các hệ thống CAPP đã được phát hiện từ rất lâu và ngày càng hoàn thiện cho việc lập
quy trình công nghệ như: CAM-I CAPP, MIPLAN, MITURN, MIAPP,..
Lập quy trình công nghệ có thể được chia thành hai hệ chính sau:
-

Phương pháp khả truy

-

Phương pháp khả sinh

1.4.3. Các khái niệm cơ bản về lập trình chi tiết
Một chương trình chi tiết bao gồm các thông tin về hình học và công nghệ cho quá
trình gia công. Do đó lập trình viên phải biết cách mô tả các thông tin này trong chương
SVTH: Vũ Đức Toàn

18

Luận văn Thạc sĩ khoa học

GVHD: PGS.TS Tăng Huy

trình chi tiết. Điều quan trọng đầu tiên để miêu tả theo quy luật các thông tin về hình học
và chuyển động là một hệ thống tọa độ để xác định tọa độ của các điểm.
1.4.3.1. Hình thức lập trình bằng tay
Theo hình thức này, lập trình viên mô tả chương trình gia công mà không có sự trợ
giúp của máy tính, gọi là bản thảo chương trình chi tiết. Mỗi dòng tương đương với một
khối lệnh trong chương trình và được kết thúc bởi ký hiệu EOB.
Hạn chế của hình thức lập trình bằng tay là rất khó lập trình khi gặp các chi tiết phức
tạp, tốn thời gian cho việc tính toán các đường chạy dao.
1.4.3.2. Lập trình có sự trợ giúp của máy tính
Theo hình thức này, lập trình viên sử dụng ngôn ngữ lập trình mà máy tính có thể hiểu
được. Theo cách này, chương trình máy tính phải có hai việc. Trước tiên, các đối tượng
hình học của chi tiết phải được định nghĩa. Tiếp theo là việc phải định nghĩa cấu trúc dao
để gia công dọc theo các đối tượng hình học. Việc bù dao sẽ được tính toán tự động bởi
hệ thống.
Theo hình thức này, lập trình viên phải thực hiện một số bước sau:
Lập trình viên xác định dạng hình học của chi tiết, các chuyển động của dao, bước
tiến, tốc độ trục chính và các tham số gia công.
Lập trình viên sử dụng một ngôn ngữ lập trình để mã hóa hình dạng hình học của
chi tiết, các chuyển động cắt gọt và cấu trúc chương trình gia công, việc mã hóa này được
gọi là chương trình nguồn. Một trong những ngôn ngữ lập trình đầu tiên cho ứng dụng
này là ngôn ngữ lập trình APT (Automatically Programmed Tools).
Chương trình nguồn được biên dịch để tạo ra các thông tin điều khiển máy, được
biết như là tập tin CL (Cutter Location Data File).
Ngày nay việc lập trình theo hình thức này đã không còn phổ biến vì sự ra đời và phát
triển mạnh mẽ của các hệ thống CAD/CAM.
1.4.3.3. Lập trình với hệ thống CAD/CAM

Là phương pháp lập trình tự động có rất nhiều ưu việt, phương pháp này cho phép ta
tạo nên các chương trình gia công những chi tiết phức tạp một cách dễ dàng, chính xác.
Do vậy lập trình theo công nghệ CAD/CAM ngày nay được sử dụng rộng rãi trong công
nghệ gia công CNC. Về cơ bản CAD/CAM bao gồm 2 phần:
CAD : xác lập hình học chi tiết gia công tạo nên mô hình vật thể cần gia công ( các
điểm, đường, bề mặt, khối…)

SVTH: Vũ Đức Toàn

19


Luận văn Thạc sĩ khoa học

GVHD: PGS.TS Tăng Huy

CAM sử dụng dữ liệu hình học sản phẩm để tạo đường chạy dao và thực hiện chức
năng quản lý và điều khiển sản xuất như lập trình chế tạo, lập kế hoạch sản xuất, quản lý
chất lượng sản phẩm, hoạch định nguồn lực sản xuất.
Quy trình thực hiện theo công nghệ CAD/CAM gồm các bước sau :
-

Thiết kế mẫu gia công trên phần mềm CAD.

-

Xác lập tiến trình gia công.

-

Lựa chọn công nghệ gia công NC (phương thức chạy dao cho từng bước).

SVTH: Vũ Đức Toàn

20


Luận văn Thạc sĩ khoa học

GVHD: PGS.TS Tăng Huy

CHƯƠNG II : CƠ SỞ THIẾT KẾ KHUÔN MẪU
2.1. Giới thiệu chung về khuôn mẫu tạo hình
Khuôn mẫu là dụng cụ tạo hình cho các thiết bị dựa trên các phương pháp tạo hình
khác nhau.
Kích thước và kết cấu của khuôn phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của sản
phẩm.
Thông thường việc phân loại khuôn dựa trên các phương pháp gia công như : khuôn
đúc, khuôn đột dập, khuôn rèn,…
Các điểm cần chú ý khi thiết kế khuôn :
+ Xác định loại khuôn cần thiết kế.
+ Xác định tính năng kỹ thuật, tuổi thọ, hình thức sử dụng của khuôn.
+ Lựa chọn vật liệu và phương pháp xử lý bề mặt tạo hình của khuôn.
+ Lựa chọn phương pháp chế tạo khuôn, trang thiết bị, máy móc…
2.2. Khuôn cho sản phẩm nhựa :
Được sử dụng để tạo hình cho các sản phẩm nhựa theo các phương pháp gia công
khác nhau.
Việc phân loại khuôn cho sản phẩm nhựa chủ yếu dựa trên 2 phương pháp là:
Phương pháp gia công và theo cấu tạo khuôn.
Theo phương pháp gia công nhựa có :

- Khuôn ép : Dạng khuôn này dùng để tạo hình sản phẩm nhựa từ nguyên liệu nhựa
được nung nóng và ép vào long khuôn.
- Khuôn đùn : Được sử dụng để tạo ra các sản phẩm dạng tấm, thanh, ống…
- Khuôn đúc phun : Là loại khuôn được sử dụng khá thông dụng.
- Khuôn tạo hình nhiệt ép : Sử dụng lực ép để tạo hình sản phẩm, loại khuôn này ít
được sử dụng.
- Khuôn thổi định hình : Được sử dụng để tạo hình các chi tiết rỗng dạng chai, lọ…
Phân loại khuôn theo kết cấu :
- Khuôn một lòng khuôn.
- Khuôn nhiều lòng khuôn.
- Khuôn hai tấm.
SVTH: Vũ Đức Toàn

21


Luận văn Thạc sĩ khoa học

GVHD: PGS.TS Tăng Huy

- Khuôn ba tấm.
- Khuôn không có hệ thống kênh nhựa.
- Khuôn nhiều tầng.
2.3. Cấu tạo chung của một bộ khuôn đúc phun nhựa :

Hình 2.1 : Cấu tạo khuôn ép nhựa
Chức năng các bộ phận khác nhau của khuôn nhựa
Tấm kẹp phía trước : kẹp phần cố định của khuôn và máy ép nhựa.
Tấm khuôn phía trước : là phần cố định của khuôn, tạo thành phần trong và phần
ngoài của sản phẩm.

Tấm khuôn sau : là phần chuyển động của khuôn tạo nên phần trong và phần ngoài
của sản phẩm.
Tấm kẹp phía sau : kẹp phần chuyển động của khuôn vào máy ép phun.
Tấm đỡ : giữ cho mành ghép của khuôn không bị rời ra ngoài.
Khối đỡ : dùng làm tấm ngăn giữa tấm đỡ và tấm kẹp phía sau để tấm đẩy hoạt động
được.
SVTH: Vũ Đức Toàn

22


Luận văn Thạc sĩ khoa học

GVHD: PGS.TS Tăng Huy

Tấm giữ : Giữ chốt đẩy và tấm đẩy.
Tấm đẩy : đẩy chốt đẩy đồng thời với quá trình đẩy.
Vòng định vị : đảm bảo vị trí thích hợp của vòi phun với khuôn.
Chốt dẫn hướng : dẫn phần chuyển động tới phần cố định của khuôn ( để liên kết
chính xác 2 phần của khuôn).
Bạc dẫn hướng : để tránh mài mòn nhiều hoặc làm hỏng tấm khuôn sau ( có thể thay
thế được).
Bạc mở rộng : dùng làm bạc kẹp để tránh mài mòn, hỏng tấm kẹp phía sau khối ngăn
và tấm đỡ.
Bộ định vị : đảm bảo cho sự phù hợp giữa phần cố định và phần chuyển động của
khuôn.
Chốt hồi về : làm cho chốt đẩy có thể quay trở lại khi khuôn đóng lại.
Chốt đẩy : dùng để đẩy sản phẩm ra khổi khuôn khi khuôn mở.
Bạc dẫn hướng chốt : để tránh hao mòn và hỏng chốt đỡ, tấm đẩy và tấm giữ do
chuyển động mạnh giữa chúng.

Chốt đỡ : dẫn hướng chuyển động và đỡ cho tấm đỡ, tránh cho tấm đỡ khỏi bị cong
do áp lực đẩy cao.
Bạc cuống phun : nối vòi phun và kênh nhựa với nhau qua tấm kẹp phía trước và tấm
khuôn trước.
2.4. Vai trò của các bộ phận trong bộ khuôn :
2.4.1 Tấm kẹp trước :
Có nhiệm vụ kẹp phần cố định của khuôn vào máy ép phun.
2.4.2. Tấm khuôn trước :
Là phần cố định của khuôn tạo thành phần trong và phần ngoài của sản phẩm được
lắp cố định với tấm kẹp trước.
3.4.3. Tấm khuôn sau :
Tấm khuôn sau được lắp với tấm đỡ và được đặt các kênh làm mát.
2.4.4. Tấm kẹp sau :
Kẹp phần chuyển động của khuôn vào máy ép phun.
2.4.5. Tấm đỡ :
Giữ cho mảnh ghép của khuôn không rơi ra ngoài.
SVTH: Vũ Đức Toàn

23


Luận văn Thạc sĩ khoa học

GVHD: PGS.TS Tăng Huy

2.4.6. Khối đỡ :
Có tác dụng làm phần ngăn giữa tấm đỡ và tấm kẹp phía sau. Tạo khoảng hở cho tấm
đẩy hoạt động được.
Khối đỡ được đặt trên tấm kẹp phía sau và làm tăng độ cứng vững cho tấm đỡ.
Khoảng cách giữa hai khối hợp lý sao cho tấm đẩy hoạt động tốt không bị vướng

trong quá trình đẩy sản phẩm.
2.4.7. Tấm giữ :
Là chi tiết giữ cho các chốt đẩy, chốt hồi và tấm đẩy đúng vị trí.
2.4.8. Tấm đẩy
Cùng với chốt đẩy có nhiệm vụ đẩy sản phẩm rời khỏi khuôn.
2.4.9. Vòng định vị
Chức năng của vòng định vị là đặt khuôn đúng tâm vào máy gia công nhựa. Kích
thước của vòng phải nhỏ hơn lỗ mở của máy gia công nhựa là 0,1mm với dung sai nhỏ
nhất 0,05mm.

Hình 2.2 : Các loại vòng định vị.
2.4.10. Chốt dẫn hướng
Chốt dẫn hướng có tác dụng dẫn hướng cho tấm khuôn trước và tấm khuôn sau.
Tổ hợp chốt bạc dẫn hướng có thể có, được coi như một chi tiết tiêu chuẩn. Ưu điểm
là có sự liên hệ giữa các tấm khuôn và tấm đỡ. Hệ thống này kết hợp với chốt-bạc dẫn
hướng tiêu chuẩn sẽ tạo nên mối liên kết chặt chẽ giữa tất cả các tấm khuôn lại được tiến
hành đồng thời với việc định vị chốt-bạc dẫn hướng.

SVTH: Vũ Đức Toàn

24