Nghiên cứu ứng dụng phần mềm topsolid để lập trình gia công khuôn dập cụm tỳ vai súng 12,7mm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN NHƯ LƯƠNG

“Nghiên cứu ứng dụng phần mềm TopSolid để lập trình gia công khuôn
dập cụm tỳ vai súng 12,7mm”

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
1. PGS.TS TĂNG HUY
2.

Hà Nội – Năm 2012


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS, TS: TĂNG HUY

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN

3

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

4

DANH MỤC CÁC HèNH VẼ

5

MỞ ĐẦU

8

Chơng 1

KHÁI KHOÁT ĐẶC ĐIỂM TÍNH NĂNG KỸ CHIẾN THUẬT

10

CỦA SÚNG MÁY PHềNG KHễNG 12,7MM VÀ CỤM TỲ VAI

1.1 Đặc điểm tính năng kỹ chiến thuật của súng máy phòng không
10
12,7mm
1.1.1 Công dụng
10
1.1.2 Tính năng kỹ chiến thuật

11

1.1.3 Đặc điểm cấu tạo
1.2 Đặc điểm cấu tạo, tính năng của cọm tỳ vai súng máy
phòng không 12,7mm.

12
13
15

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM VÀ CƠ SỞ LẬP TRèNH
GIA CÔNG VỚI HỆ ĐIỀU KHIỂN CNC

2.1. Tổng quan về CAD/ CAM

15

2.1.1. Cỏc khỏi niệm về CAD/CAM:

15

2.1.2 Đối tượng phục vụ của CAD/CAM:

20

2.1.3 Vai trũ của CAD/CAM trong chu kỳ sản xuất:

21

2.2 Cơ sở lập trỡnh CNC

23

2.2.1 Cơ sở hình học

23

2.2.2 Cơ sở công nghệ

29

2.2.3 Các dạng điều khiển của máy công cụ CNC

31

2.2.4 Các chức năng G và các chức năng phụ M

35

2.3 Các phương pháp lập trỡnh

38

2.3.1 Lập trỡnh bằng tay, tại mỏy

39

2.3.2 Lập trỡnh cú mỏy tớnh trợ giỳp

41

Chương 3 TèM HIỂU VỀ PHẦN MỀM TOPSOLID VÀ ỨNG DỤNG

HỌC VIÊN: NGUYỄN NHƯ LƯƠNG

Trang 1

44


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS, TS: TĂNG HUY

PHẦN MỀM TOPSOLID TẠI VIỆT NAM
3.1 Tổng quan về phần mềm TOPSOLID

44

3.1.1 Topsolid’ DESIGN

44

3.1.2 Topsolid’ MOLD:

48

3.1.3 Topsolid’ CAM

52

3.1.4 Topsolid’ PROGRESS

57

3.1.5 Topsolid’ FOLD

59

3.1.6 Topsolid’ ELECTRODE

61

3.1.7 Topsolid’ WIRE

63

3.1.8 Topsolid’ WOOD

65

3.1.9 Topsolid’ PDM

67

3.2 Tỡnh hỡnh ứng dụng phần mềm Topsolid tại Việt Nam

68

Chương 4 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TOPSOLID ĐỂ GIA CÔNG SẢN

71

PHẨM KHUễN DẬP TỲ VAI SÚNG 12,7MM
4.1. Giới thiệu sản phẩm cần thiết kế khuụn

71

4.2 Lập trỡnh gia cụng sản phẩm trờn TOPSOLID
4.3 Truyền dữ liệu và chạy chương trỡnh trờn mỏy gia cụng tự
động CNC
KẾT LUẬN

73

Tài liệu tham khảo
Phụ lục

HỌC VIÊN: NGUYỄN NHƯ LƯƠNG

Trang 2

76


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS, TS: TĂNG HUY

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả nghiên cứu của riêng tôi, không
sao chép của ai. Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng tài liệu, thông tin
dược đăng trên các tạp chí, tác phẩm và trang web theo danh mục tài liệu
tham khảo của luận văn

HỌC VIÊN: NGUYỄN NHƯ LƯƠNG

Trang 3


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS, TS: TĂNG HUY

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CAD - Computer Aided Drawing hoặc Computer Aided Design
CAM - Computer Aided Manufacturing
CIM - Computer Integrated Manufacturing
CLD - Cutter Location Data
CNC - Computer Numerical Control
APT - Automatically Programmed Tools
DNC - Directe Numerical Control

HỌC VIÊN: NGUYỄN NHƯ LƯƠNG

Trang 4


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS, TS: TĂNG HUY

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Súng máy phòng không 12,7 mm
Hình 1.2. Súng máy phòng không 12,7 mm được lắp trên xe tăng
Hình 1.3. Cụm tỳ vai súng máy phòng không 12,7 mm

Hỡnh 2.1. Mụ hỡnh điều khiển DNC
Hình 2.2. Mô hình điều khiển sản xuất tổ hợp CIM
Hỡnh 2.3: Sơ đồ chu kỡ sản xất thụng thường
Hỡnh 2.4: Sơ đồ chu kỡ sản xất với cụng nghệ CAD/CAM
Hình 2.5. Hệ toạ độ đề các
Hình 2.6. Hệ thống các trục tọa độ theo quy tắc bàn tay phải
Hình 2.7. Hệ toạ độ cực với góc α > 0 và α < 0
Hình 2.8. Toạ độ tuyệt đối và toạ độ tương đối
Hình 2.9. Điểm O của máy và O của phôi trên máy phay
Hình 2.10. Điểm O của phôi trên máy tiện
Hình 2.11. Chuyển O của phôi trong chương trình
Hình 2.12. Điểm chuẩn của dao
Hình 2.13. Điểm điều chỉnh dao E và điểm gá dao N
Hình 2.14. Điều khiển theo điểm
Hình 2.15. Điều khiển theo đường
Hình 2.16. Điều khiển theo contour
Hỡnh 2.17. Điều khiển contour 2D
1
2

Hình 2.18: Điều khiển contour 2 D
Hỡnh 2.19: Điều khiển contour 3D
Hình 2.20. Điều khiển contour 4D và 5D
Hình 2.21. Công cụ trợ giúp lập trình của TNC420 (Heidenhain)
Hình 2.22. Chu trình phay rãnh tròn của bộ điều khiển Sinumerik 840D

HỌC VIÊN: NGUYỄN NHƯ LƯƠNG

Trang 5

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS, TS: TĂNG HUY

Hình 2.23. Lập trình NC nhờ CAD / CAM (TopSolid)
Hình 3.1: Sản phẩm thiết kế bằng TopSolid
Hình 3.2: Các sản phẩm thiết kế bằng TopSolid
Hình 3.3: Tạo bản vẽ kỹ thuật từ mô hình 3D
Hình 3.4: Lắp ghép chi tiết với môi trường Assembly
Hình 3.5: Thiết kế các bề mặt Surface bằng TopSolid
Hình 3.6: Thư viện chi tiết mẫu của TopSolid
Hình 3.7: Mô phỏng động học trong TopSolid
Hình 3.8: Mô phỏng động lực học trong TopSolid
Hình 3.9: Sản phẩm thiết kế khuôn mẫu bằng TopSolid
Hình 3.10: Tạo đường phân khuôn bằng TopSolid
Hình 3.11: Thư viện khuôn mẫu tiêu chuẩn trong TopSolid
Hình 3.12: Thư viện các chi tiết tiêu chuẩn trong TopSolid
Hình 3.13: Hệ thống rãnh dẫn được tạo bằng phần mềm TopSolid
Hình 3.14: Phân tích dòng chảy với Moldflow
Hình 3.15: Gia công sản phẩm bằng TopSolid
Hình 3.16: Thư viện máy CNC trong TopSolid phục vụ mô phỏng gia công
Hình 3.16: Thư viện dụng cụ trong TopSolid
Hình 3.17: Phay contuor 2D
Hình 3.18: Phay Pocket 2D
Hình 3.19: Phay contuor 3D
Hình 3.20: Phay mặt trên máy 4 trục
Hình 3.21: Phay mặt trên máy5 trục
Hình 3.22: Phay tiện phức hợp
Hình 3.23: Lập trình khoan, tiện bằng TopSolid

Hình 3.24: Lập trình tiện dao nhiều đầu
Hình 3.25: Thiết kế khuôn dập bằng Topsolid’progress
Hình 3.26: Xác định hình khai triển từ mô hình khối

HỌC VIÊN: NGUYỄN NHƯ LƯƠNG

Trang 6


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS, TS: TĂNG HUY

Hình 3.27: Thiết kế sản phẩm dạng tấm bằng Topsolid’fold
Hình 3.28: Mô phỏng biến dạng bằng Topsolid
Hình 3.29: Sản phẩm lập trình cho máy xung
Hình 3.30: Tính toán khe hở phóng điện bằng Topsolid
Hình 3.31: Tạo bản vẽ kỹ thuật để gia công cực xung
Hình 3.32: Gia công bánh răng nghiêng trên máy cắt dây
Hình 3.33: Các sản phẩm có thể thiết kê, gia công bằng Topsolid wood
Hình 3.34: Một số loại máy gia công gỗ có trong thư viện máy của TopSolid
Hình 3.35: Mô phỏng gia công gỗ
Hình 3.36: Quản lý sản phẩm bằng Topsolid
Hình 4.1: Hình ảnh chi tiết cần thiết kế khuôn dập
Hình 4.2: Khuôn cắt hình
Hình 4.3: Khuôn dập vuốt tỳ vai súng 12,7mm
Hình 4.4: Khuôn dập vuốt tỳ vai súng 12,7mm

HỌC VIÊN: NGUYỄN NHƯ LƯƠNG

Trang 7


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS, TS: TĂNG HUY

MỞ ĐẦU
Súng máy phòng không 12,7 mm là hoả lực phòng không quan trọng,
được trang bị trong quân đội ta và quân đội của nhiều nước trên thế giới. Súng
máy phòng không 12,7mm có ưu điểm là khả năng cơ động, không chỉ hiệu
quả trong việc tiêu diệt mục tiêu máy bay tầm thấp, mà còn được sử dụng để
tiêu diệt các mục tiêu như: các loại ca nô, tàu thuyền; các loại xe quân sự…
Thực tiễn cho thấy, trong chiến tranh công nghệ cao, súng máy phòng không
12,7 mm vẫn được khẳng định là loại hoả lực quan trọng, không thể thiếu
trong việc hình thành hệ thống hoả lực phòng không nhiều tầng, nhiều lớp.
Súng máy phòng không 12,7mm trang bị trong quân đội ta hiện nay chủ
yếu do Liên xô (Nga), Trung Quốc viện trợ. Hiện nay, qua quá trình khai thác
và sử dụng, loại súng này ngày một xuống cấp. Hơn nữa các nguồn viện trợ
không còn nữa. Do vậy việc sửa chữa, sản xuất bổ sung Súng máy phòng
không 12,7 mm đang là một nhu cầu bức xúc đối với nền Công nghiệp Quốc
phòng.
Trong những năm vừa qua Súng máy phòng không 12,7 mm nói chung
và cụm tỳ vai nói riêng đã và đang được nghiên cứu, chế tạo tại các nhà máy
trong Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng. Cụm tỳ vai súng máy phòng
không 12,7 mm là một trong những chi tiết được chế tạo bằng phương pháp
dập nguội, đang được sản xuất tại các Nhà máy Z111, Z183. Khuôn dập Cụm
tỳ vai súng máy phòng không 12,7mm được gia công trên các máy vạn năng
thông thường; nên độ chính xác gia công còn hạn chế, năng suất thấp, tỉ lệ
hỏng phẩm còn cao, dẫn đến khả năng lắp lẫn của sản phẩm thấp. Vì vậy việc

nghiên cứu ứng dụng công nghệ CAD/ CAM/ CNC trong chế tạo cụm tỳ vai
súng máy phòng không 12,7 mm tại các nhà máy quốc phòng là cần thiết.
Cho nên mục đích của đề tài “Nghiên cứu ứng dụng phần mềm
TopSolid để lập trình gia công khuôn dập cụm tỳ vai súng 12,7mm” là

HỌC VIÊN: NGUYỄN NHƯ LƯƠNG

Trang 8


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS, TS: TĂNG HUY

nhằm ứng dụng công nghệ CAD/ CAM/ CNC gia công khuôn dập cụm tỳ vai
súng 12,7mm khắc phục những hạn chế của phương pháp gia công vạn năng
đã nêu ở trên.
Nội dung được trình bày trong luận văn bao gồm:
Mở đầu
Chương 1: Khái khoát về đặc điểm, tính năng kỹ chiến thuật của
súng 12,7mm và cụm tỳ vai.
Chương 2: Tổng quan về CAD/CAM và cơ sở lập trình gia công với
hệ điều khiển CNC.
Chương 3: Tìm hiểu về phần mềm TopSolid và ứng dụng phần mềm
TopSolid tại Việt Nam.
Chương 4: ứng dụng phần mềm TopSolid để gia công sản phẩm.
Kết luận đề tài.

HỌC VIÊN: NGUYỄN NHƯ LƯƠNG

Trang 9


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS, TS: TĂNG HUY

Chương 1
KHÁI KHOÁT ĐẶC ĐIỂM TÍNH NĂNG KỸ CHIẾN THUẬT CỦA
SÚNG MÁY PHềNG KHễNG 12,7MM VÀ CỤM TỲ VAI
1.1. Đặc điểm tính năng kỹ chiến thuật của súng máy phòng không 12,7mm.
1.1.1. Công dụng
- Súng được trang bị cho khẩu đội ở các phân đội hoả lực của trung
đoàn, sư đoàn bộ binh hoặc các phân đội phòng không trong các quân chủng,
binh chủng khác.
- Súng dùng để bắn các mục tiêu trên không.

Hình 1.1. Súng máy phòng không 12,7 mm

HỌC VIÊN: NGUYỄN NHƯ LƯƠNG

Trang 10


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS, TS: TĂNG HUY

- Tiêu diệt hoặc kiềm chế các hoả điểm, phá huỷ các công sự nhẹ, bắn
chặn địch rút lui hoặc bắn iểm hộ cho bộ binh khi xung phong.

- Ngoài ra súng máy phòng không 12,7 mm còn được lắp trên một số
trang bị như xe tăng, tàu chiến…

Hình 1.2. Súng máy phòng không 12,7 mm được lắp trên xe tăng
1.1.2. Tính năng kỹ chiến thuật
- Cỡ nòng:

12,7 mm

- Số rãnh xoắn:

8 rãnh

- Khối lượng toàn bộ súng:

157 kg

- Khối lượng thân súng:

34 kg

- Khối lượng giá súng (không kể lá chắn, tỳ vai):

94,5 kg

- Khối lượng bánh xe:

22 kg

- Khối lượng lá chắn:

24,5 kg

HỌC VIÊN: NGUYỄN NHƯ LƯƠNG

Trang 11


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS, TS: TĂNG HUY

- Khối lượng tỳ vai:

3 kg

- Khối lượng nòng súng:

12,6 kg

- Khối lượng dây băng:

1 kg

- Khối lượng hộp băng:

3,4 kg

- Khối lượng hộp băng có dây băng lắp đủ đạn:

11 kg

- Khối lượng một viên đạn:

(0,125

÷

0,137) kg
- Khối lượng bộ phận ngắm phòng không:

3 kg

- Chiều dài súng:

2328 mm

- Chiều rộng súng:

708 mm

- Chiều cao súng kể cả lá chắn:

965 mm

- Chiều cao súng không kể lá chắn nhưng dựng khung ngắm: 755 mm
- Chiều dài nòng súng kể cả loa giảm dật:

1069 mm

- Chiều dài đường ngắm cơ bản:

1113 mm

- Tầm bắn theo thước ngắm:

3300 m

- Tầm bắn xa nhất:

7000 m

- Tầm bắn hiệu quả:

1500 m

- Độ cao bắn hiệu quả:

1600 m

- Tốc độ bắn lý thuyết:
- Tốc độ bắn chiến đấu:
- Sơ tốc đầu đạn (V0):

500 ÷ 600 phát/ phút
80 phát/ phút
800 ÷ 820 m/ s

- Bước ren đầu ngắm:

1 mm

- Hộp và dây băng chứa được:

50 viên

1.1.3. Đặc điểm cấu tạo
- Súng tự động bắn theo nguyên lý trích khí thuốc qua thành nòng.
- Bộ phận khoá nòng theo kiểu hai phiến khoá.
- Bộ phận cò chỉ bắn được liên thanh.

HỌC VIÊN: NGUYỄN NHƯ LƯƠNG

Trang 12


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS, TS: TĂNG HUY

- An toàn theo kiểu chẹn cần cò.
- Súng dùng dây băng kiểu nửa mềm mắt hở.
- Bộ phận ngắm mặt đất có thước ngắm theo kiểu khung, thân thước
ngắm lệch sang trái với mặt phẳng bắn một góc 2033’ để tự điều chỉnh độ dạt
đạn khi bắn.
- Bộ phận ngắm phòng không theo kiểu giải quyết lượng bắn đón bởi ba
yếu tố: Cự ly, hình thu nhỏ và vận tốc mục tiêu.
- Nòng súng có rãnh tản nhiệt.
- Súng có bộ phận điều chỉnh khí thuốc theo kiểu thay đổi lỗ truyền khí.
- Giá súng bắn được hai tư thế (mặt đất và phòng không).

- Súng có thể bắn liên thanh loạt ngắn từ (5 ÷ 10) phát, loạt dài 20 phát,
khi cần có thể bắn liên tục đến hết băng 50 viên.
1.2. Đặc điểm cấu tạo, tính năng của cọm tỳ vai súng máy phòng không
12,7mm.

Hình 1.3. Cụm tỳ vai súng máy phòng không 12,7 mm
Cụm tỳ vai súng máy phòng không 12,7mm có tác dụng giúp người bắn
giữ súng ổn định trong quá trình ngắm, bắn.

HỌC VIÊN: NGUYỄN NHƯ LƯƠNG

Trang 13


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS, TS: TĂNG HUY

Cấu tạo như hình 1.3 (bản vẽ thiết kế sản phẩm theo phụ lục). Trong đó
Cụm tỳ vai được lắp với thân thân súng bằng bu lông có khả năng điều chỉnh
khoảng cách để phù hợp với người bắn.
Mác vật liệu để chế tạo cụm tỳ vai là thép 20XΓCA
Bảng 1.1. Thành phần hóa học của vật liệu
Mác VL
20XΓCA

Hàm lượng các nguyên tố hóa học (%)
C

Cr

Mn

Si

0,17

0,8

0,8

0,9

÷ 0,23

÷ 1,1

÷ 1,1

÷ 1,2

Ghi chú

Ni, Cu

S, P

<0,3

<0,025

A la thép tốt

Bảng 1.2 Cơ tính của vật liệu ở 20oC, mẫu thử Φ15
Cơ tính

σB

σT

δS

ψ

Giá trị

780MPa

680MPa

12%

45%

Trong đó:

- σB : là giới hạn bền
- σT : là giới hạn chảy
- δS : là độ giãn dài
- ψ : là độ co thắt tỷ đối

HỌC VIÊN: NGUYỄN NHƯ LƯƠNG

Trang 14


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS, TS: TĂNG HUY

CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM VÀ CƠ SỞ LẬP TRÌNH GIA CÔNG VỚI
HỆ ĐIỀU KHIỂN CNC
2.1. Tổng quan về CAD/ CAM
2.1.1. Các khái niệm về CAD/CAM:
2.1.1.1. Khái niệm về CAD
CAD là viết tắt của: Computer Aided Drawing hoặc Computer Aided
Design - Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính. Là công nghệ liên quan đến
việc sử dụng hệ thống máy tính để trợ giúp việc tạo, sửa đổi thiết kế.
- Vai trò cơ bản của CAD là xác định hình dáng hình học của thiết kế. Ví
dụ: hình dáng hình học của các chi tiết cơ khí, các mạch điện tử, kết cấu kiến
trúc, xây dựng…
- Ứng dụng điển hình của CAD là tạo ra bản vẽ kỹ thuật với đầy đủ các
thông số kỹ thuật của sản phẩm và mô hình 3D của sản phẩm.
- Các phần mềm CAD: AutoCAD, Mechanical Desktop, SolidWorks,
Inventor, Pro/Engineer, Unigraphics…
Kết quả của CAD là một bản vẽ xác định, một sự biểu diễn nhiều hình
chiếu khác nhau của một chi tiết cơ khí với các đặc trưng hình học và chức
năng. Các phần mềm CAD là các dụng cụ tin học đặc thù cho việc nghiên cứu
và được chia thành hai loại: Các phần mềm thiết kế và các phần mềm vẽ.

2.1.1.2. Khái niệm về CAM
CAM là viết tắt của: Computer Aided Manufacturing – Sản xuất gia
công dưới sự trợ giúp của máy tính. Là công nghệ liên quan đến việc sử
dụng hệ thống máy tính để lập kế hoạch, quản lý và điều khiển quá trình chế
tạo sản phẩm.
- Chức năng lập kế hoạch hóa sản xuất của CAM: các dữ liệu hình học
của CAD được dùng vào lập kế hoạch, thiết kế quy trình công nghệ, tính khối

HỌC VIÊN: NGUYỄN NHƯ LƯƠNG

Trang 15


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS, TS: TĂNG HUY

lượng sản xuất… Tiếp theo đó các thông số công nghệ lại được dùng vào việc
lập trình điều khiển máy CNC, rôbôt và các thiết bị sản xuất khác.
- Chức năng quản lý sản xuất của CAM: Quản lý sản xuất để đảm bảo
cho mọi hoạt động sản xuất được thực hiện đúng kế hoạch, chất lượng và có
hiệu quả; bao gồm: quản lý kỹ thuật, quản lý chất lượng, điều độ sản xuất…
- Các phần mềm CAM: MasterCAM, SolidCAM, EdgeCAM, Catia,
Unigraphics, Cimatron…
Kết quả của CAM là cụ thể, đó là chi tiết cơ khí. Trong CAM không
truyền đạt một sự biểu diễn của thực thể mà thực hiện một cách cụ thể công
việc. Việc chế tạo bao gồm các vấn đề liên quan đến vật thể, cắt gọt vật liệu,
công suất của trang thiết bị, các điều kiện sản xuất khác nhau có giá thành nhỏ
nhất, với việc tối ưu hoá đồ gá và dụng cụ cắt nhằm đảm bảo các yêu cầu kỹ
thuật của chi tiết cơ khí.

2.1.1.3. Khái niệm về CNC
CNC - Computer Numerical Control là hệ thống dựa trên máy vi tính,
chứa một hoặc vài máy vi tính - bộ vi xử lý, trong đó phần mềm giữ chức
năng thi hành các thuật toán của việc điều khiển máy công cụ.
Đặc điểm của hệ điều khiển CNC là sự tham gia của máy tính. Các nhà
chế tạo máy CNC cài đặt vào máy tính một chương trình điều khiển cho từng
loại máy. Hệ điều khiển CNC cho phép thay đổi và hiệu chỉnh các chương
trình gia công chi tiết và cả chương trình hoạt động của bản thân nó. Trong hệ
điều khiển CNC các chương trình gia công có thể được ghi nhớ lại và có thể
được nạp vào bộ nhớ toàn bộ một lúc hoặc từng lệnh bằng tay từ bàn điều
khiển. Các lệnh điều khiển không chỉ được viết cho từng chuyển động riêng lẻ
mà còn cho nhiều chuyển động một lúc. Điều này cho phép giảm số câu lệnh
của chương trình và như vậy có thể nâng cao độ tin cậy làm việc của máy.

HỌC VIÊN: NGUYỄN NHƯ LƯƠNG

Trang 16


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS, TS: TĂNG HUY

Đối với các máy công cụ NC thì việc điều khiển các chức năng của máy
được quyết định bằng các chương trình đã lập sẵn. Các máy công cụ NC rất
thích hợp với dạng sản xuất loạt nhỏ và trung bình.
Hệ điều khiển NC là các mạch điện tử. Thông tin vào chứa trên các băng
từ hoặc băng đục lỗ, thực hiện chức năng theo từng khối, khi khối trước kết
thúc, máy đọc tiếp các khối lệnh tiếp theo để thực hiện các dịch chuyển cần
thiết. Các máy NC chỉ thực hiện các chức năng như: nội suy đường thẳng, nội

suy cung tròn, chức năng đọc theo băng. Các máy NC không có chức năng
lưu trữ chương trình.
Máy công cụ CNC là bước phát triển cao từ các máy NC. Các máy CNC
có một máy tính để thiết lập phần mềm dùng để điều khiển các chức năng
dịch chuyển của máy. Các chương trình gia công được đọc cùng một lúc và
được lưu trữ vào bộ nhớ. Khi gia công, máy tính đưa các lệnh điều khiển máy.
Máy công cụ CNC có khả năng thực hiện các chức năng như: nội suy đường
thẳng, nội suy cung tròn, mặt xoắn, mặt parabol và bất kỳ mặt bậc ba nào.
Máy CNC cũng có khả năng bù chiều dài và đường kính dụng cụ.
Từ các máy CNC riêng lẻ (CNC Machines - Tools) cho đến sự phát triển
cao hơn là các trung tâm CNC (CNC Engineering - Centre) có các ổ chứa dao
lên tới hàng trăm và có thể thực hiện nhiều nguyên công đồng thời hoặc tuần
tự trên cùng một vị trí gá đặt. Cùng với sự phát triển của công nghệ truyền số
liệu, các mạng cục bộ và liên thông phát triển rất nhanh đã tạo điều kiện
cho các nhà công nghiệp ứng dụng để kết nối sự hoạt động của nhiều máy
CNC dưới sự quản lý của một máy tính trung tâm DNC (Directe Numerical
Control) với mục đích khai thác một cách có hiệu quả nhất như bố trí và
sắp xếp các công việc trên từng máy, tổ chức sản xuất và quản lý chất
lượng sản phẩm…

HỌC VIÊN: NGUYỄN NHƯ LƯƠNG

Trang 17


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS, TS: TĂNG HUY

Máy CNC 1

Hình 2.1. Mô hình điều khiển DNC
2.1.1.4 Khái niệm về CIM
CIM - Computer Integrated Manufacturing là một giải pháp ứng dụng
các máy tính và các mạng liên kết để chuyển công nghệ riêng lẻ thành các hệ
thống sản xuất tích hợp ở trình độ cao.
Từ xa xưa, các thợ thủ công lành nghề cũng đã biết tích hợp các công
việc bằng tay khi chế tạo sản phẩm. Tuy nhiên, với sự phát triển của công
nghệ, tất cả các công việc dần dần được chuyên môn hóa và quá trình sản
xuất cũng dần dần được tích hợp.
Mục đích của CIM là tăng lợi nhuận của nhà sản xuất (hãng sản xuất).
Để tăng lợi nhuận, các nhà sản xuất phải không ngừng nâng cao năng suất và
chất lượng sản phẩm, đồng thời phải tăng tính linh hoạt của hệ thống sản xuất
nhờ công nghệ tiên tiến của CIM. Một hệ thống CIM hoàn thiện bao gồm sự
tích hợp và ứng dụng của mỗi hệ thống phụ trợ (của CIM) theo một phương
pháp sao cho sản phẩm đầu ra của một hệ thống phụ trợ này là sản phẩm đầu
vào của một hệ thống phụ trợ khác.
Như vậy, khái niệm CIM chia sản xuất thành hai hoạt động là:
+ Quá trình xử lý thông tin, được thực hiện bằng các hệ thống máy tính.
Quá trình này bao gồm các công việc sau:

HỌC VIÊN: NGUYỄN NHƯ LƯƠNG

Trang 18


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS, TS: TĂNG HUY

Thiết kế đối tượng sản xuất gọi là CAD, nghĩa là thiết kế kết cấu sản
phẩm bằng máy tính.
Hoạch định sản xuất chế tạo sản phẩm gọi là CAP (Computer Aided
Plainning), nghĩa là chuẩn bị công nghệ bằng máy tính.
Điều khiển các nguyên công trong quá trình sản xuất chế tạo và tiến
hành các chức năng nghiệp vụ liên quan cần thiết khác nhau cho hoạt động
sản xuất kinh doanh, gọi là CAM, nghĩa là tiến hành chế tạo sản phẩm có sự
trợ giúp của máy tính.
+ Các hoạt động vật lý, được thực hiện bằng các hệ thống tự động hóa.
Các hoạt động này được thực hiện bằng nhiều thiết bị, thường là các
thiết bị điều khiển tự động như: máy công cụ, các trạm lắp ráp, rôbôt, các hệ
thống vận chuyển vật liệu, các hệ thống cung ứng và bảo quản vật tư tự động
và các hệ thống kiểm tra để điều khiển chất lượng. Các thiết bị này thay đổi
vật liệu và vận chuyển vật liệu trong xưởng, thực hiện các phép đo kiểm và
truyền thông tin phản hồi đến người vận hành. Các thiết bị này tự động hóa
các hoạt động vật lý.
Theo phương thức giống như các thiết bị phân xưởng tự động hóa các
hoạt động vật lý, các hệ thống máy tính tự động hóa các chức năng xử lý
thông tin, tạo điều kiện cho mọi chức năng này được tích hợp với nhau chặt
chẽ. Để đạt được CIM, mọi luận cứ của dự án sản xuất phải được tích hợp sao
cho chúng có thể phân chia thông tin và truyền tải tới các thành phần khác và
cung cấp hình ảnh toàn cục về trạng thái của cơ sở sản xuất tại mọi thời điểm.
Mô hình ðiều khiển sản xuất tổ hợp CIM nhý hình 2.2

HỌC VIÊN: NGUYỄN NHƯ LƯƠNG

Trang 19


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS, TS: TĂNG HUY

Hình 2.2. Mô hình điều khiển sản xuất tổ hợp CIM
Trong đó:
1 - Máy tiện CNC

5 - Tủ điều khiển

2 - Máy phay CNC

6 - Hệ thống đo lường

3 - Robot và rãnh trượt

7 - Phím dạy học robot

4 - Nhà kho phôi liệu

8 - Máy tính chủ

2.1.2 Đối tượng phục vụ của CAD/CAM:
Hiện nay các ngành công nghiệp chế tạo theo công nghệ tiên tiến có xu
hướng liên kết các thành phần của qui trình sản xuất trong một hệ thống tích
hợp điều khiển bởi máy tính điện tử (Computer Integrated ManufacturingCIM). Các thành phần của hệ thống CIM được quản lý và điều hành dựa trên
cơ sở dữ liệu trung tâm với thành phần quan trọng là các dữ liệu từ quá trình
CAD. Vì vậy kết quả của quá trình CAD không chỉ là cơ sở dữ liệu để thực
hiện phân tích kỹ thuật, lập qui trình chế tạo, gia công điều khiển số mà chính

HỌC VIÊN: NGUYỄN NHƯ LƯƠNG

Trang 20


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS, TS: TĂNG HUY

là dữ liệu điều khiển thiết bị sản xuất điều khiển số như các loại máy công cụ,
người máy, tay máy công nghiệp và các thiết bị phụ trợ khác.
Với bất cứ một sản phẩm nào thì công việc chuẩn bị sản xuất có vai trò
quan trọng. Công việc này bao gồm:
- Chuẩn bị thiết kế ( thiết kế kết cấu sản phẩm, các bản vẽ lắp chung
của sản phẩm, các cụm máy.v.v...)
- Chuẩn bị công nghệ (đảm bảo tính năng công nghệ của kết cấu,
thiết lập qui trình công nghệ)
- Thiết kế và chế tạo các trang bị công nghệ và dụng cụ phụ v.v...
- Kế hoạch hoá quá trình sản xuất và chế tạo sản phẩm trong thời gian
yêu cầu.
Hiện nay, qua phân tích tình hình thiết kế ta thấy rằng thời gian chủ yếu
của quá trình thiết kế là tra cứu số liệu cần thiết, còn thời gian dành cho lao
động sáng tạo và quyết định phương án chiếm một phần rất nhỏ trong quá
trình thiết kế, do vậy các công việc này có thể sử dụng máy tính điện tử để
vừa tiết kiệm thời gian vừa đảm bảo độ chính xác và chất lượng. CAD/CAM
là lĩnh vực nghiên cứu nhằm tạo ra các hệ thống tự động thiết kế và chế tạo
trong đó máy tính điện tử được sử dụng để thực hiện một số chức năng nhất
định. CAD/CAM tạo ra mối quan hệ mật thiết giữa hai dạng hoạt động: Thiết
kế và Chế tạo.
Tự động hoá thiết kế là dùng các hệ thống và phương tiện tính toán
giúp người kỹ sư thiết kế, mô phỏng, phân tích và tối ưu hoá các giải pháp

thiết kế.
Tự động hoá chế tạo là dùng máy tính điện tử để kế hoạch hoá, điều
khiển và kiểm tra các nguyên công gia công.
2.1.3 Vai trò của CAD/CAM trong chu kỳ sản xuất:
Chu kỳ sản xuất bao gồm nhiều khâu từ nhận yêu cầu, tính toán, thiết
kế lên bản vẽ rồi lập quy trình công nghệ gia công… Việc ứng dụng

HỌC VIÊN: NGUYỄN NHƯ LƯƠNG

Trang 21


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS, TS: TĂNG HUY

CAD/CAM được thể hiện ở nhiều khâu của chu kỳ sản xuất như: Thiết kế, lập
quy trình công nghệ, lên kế hoạch sản xuất, theo dõi và điều khiển các nguyên
công công nghệ, kiểm tra và thử sản phẩm…

Hình 2.3: Sơ đồ chu kì sản xất thông thường

HỌC VIÊN: NGUYỄN NHƯ LƯƠNG

Trang 22


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS, TS: TĂNG HUY

Hình 2.4: Sơ đồ chu kì sản xất với công nghệ CAD/CAM
Như minh họa (hình 2.3; hình 2.4) CAD/CAM bao trùm lên tất cả các
hoạt động và chức năng của chu kỳ sản xuất. Ưu điểm của chu kỳ sản xuất
với công nghệ CAD/CAM:
- Thiết kế các sản phẩm có hình dạng phức tạp trong không gian 3D.
- Liên kết các Modul khác để thực hiện quá trình tính toán phân tích kỹ
thuật, mô phỏng gia công thử để kịp thời sửa chữa trước khi tiến hành quá
trình sản xuất.
- Biên dịch đường chạy dao chính xác dùng cho công nghệ gia công
trên các máy CNC và truyền chương trình gia công cho các máy CNC qua
mạng máy tính.
2.2. Cơ sở lập trình CNC
2.2.1. Cơ sở hình học
2.2.1.1. Các hệ toạ độ
Để tạo điều kiện thuận tiện nhất cho người lập trình, máy CNC thường
cho phép dùng tất cả các loại hệ toạ độ: toạ độ đề các, toạ độ cực.
+ Hệ toạ độ đề các được hình thành từ các trục vuông góc với nhau từng
đôi một. Vì vậy, nó còn được gọi là hệ toạ độ vuông góc. Trong mặt phẳng,
nó gồm 2 trục toạ độ vuông góc với nhau X-Y, Y-Z, X-Z. Trong không gian,
nó gồm 3 trục vuông góc X-Y-Z (H2.5). Hệ toạ độ đề các được dùng thường
xuyên nhất trên máy CNC.

HỌC VIÊN: NGUYỄN NHƯ LƯƠNG

Trang 23


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS, TS: TĂNG HUY

Hình 2.5. Hệ toạ độ đề các
Hệ tọa độ đề các được xác định theo quy tắc bàn tay phải (hình 2.9).
Theo quy tắc này ngón tay cái là trục X, ngón tay trỏ là trục Y, ngón tay giữa
là trục Z. Các trục quay tương ứng với trục X, Y, Z được ký hiệu bằng các
chữ cái A, B, C. Chiều quay dương là chiều quay cùng chiều kim đồng hồ nếu
nhìn theo chiều dương của các trục X, Y, Z. Hệ thống tọa độ này có liên quan
mật thiết đối với chi tiết gia công trên máy CNC.
Khi lập trình người ta quy ước dụng cụ chuyển động tương đối so với hệ
thống tọa độ, còn chi tiết đứng yên. Do vậy nguyên tắc mà người lập trình cần
phải chú ý là chi tiết đứng yên và chỉ có dụng cụ chuyển động. Trong thực tế
điều này đôi khi là ngược lại, ví dụ như trên máy phay thì chính bàn máy
mang phôi thực hiện chuyển động tạo hình, còn dụng cụ chỉ thực hiện chuyển
động cắt gọt. Vì vậy khi sử dụng máy theo chương trình điều khiển số cần
phải luôn luôn tạo ra một thói quen để tránh những nhầm lẫn đáng tiếc có thể
gây ra nguy hiểm cho máy, dụng cụ và con người.
Theo quy ước chung, phương của trục chính của máy là phương của trục
Z, còn chiều dương của nó được quy ước khi dao tiến ra xa chi tiết.

Khi trục Z nằm ngang

HỌC VIÊN: NGUYỄN NHƯ LƯƠNG

Khi trục Z thẳng đứng

Trang 24