Nghiên cứu, ứng dụng phần mềm tích hợp mastercam x3 trong thiết kế gia công chi tiết cơ khí 2d, 3d trên máy CNC

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

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TÍCH HỢP CAD/CAM
MASTERCAM X3 TRONG THIẾT KẾ GIA CÔNG CHI TIẾT
CƠ KHÍ 2D, 3D TRÊN MÁY CNC

Chuyên ngành : Công nghệ chế tạo máy

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
PGS.TS TRẦN XUÂN VIỆT

Hà Nội – Năm 2010


Mục lục
Trang

I

MụC LụC
Lời cam đoan

IV

Lời mở đầu

V

DANH MụC CáC CHữ VIếT TắT

VII

DANH MụC CáC BảNG

VIII
IX

DANH MụC CáC HìNH Vẽ
Chơng 1. Tổng quan về công nghệ cad/cam cnc và
Phơng pháp chế tạo các sản phẩm cơ khí ứng dụng
công nghệ cad/cam cnc
1.1. Tổng quan về công nghệ cad/cam - cnc............ 1
1.1.1. Khái niệm về CAD, CAM, CNC............... 1
1.1.2. Tích hợp công nghệ CAD/CAM CNC...........

4

1.1.3. Vai trò của CAD/CAM CNC trong chu kỳ sản xuất...... 6
1.1.4. Các mức tiếp cận CAD/CAM.................................................................... 7
1.1.5. Giao diện CAD/CAM CNC 10
1.1.6. Một số phần mềm CAD/CAM đang đợc sử dụng hiện nay, u nhợc
điểm của từng phần mềm..

15

1.1.7. Tình hình ứng dụng công nghệ CAD/CAM CNC ở nớc ta hiện nay ... 21

1.2. Phơng pháp chế tạo các sản phẩm cơ khí ứng
dụng công nghệ cad/cam cnc.

I


1.2.1. Quá trình thiết kế ứng dụng công nghệ CAD/CAM CNC. 23
1.2.2. Quá trình gia công ứng dụng công nghệ CAD/CAM CNC.... 28
1.3. Kết luận 39
Chơng 2. Tổng quan về phần mềm mastercam x
2.1. giới thiệu chung.

40

2.1.1. Giao diện . 41
2.1.2. Mặt phẳng vẽ 42
2.1.3. Mặt phẳng quan sát... 43
2.1.4. Bắt điểm 43
2.1.5. Chọn đối tợng.. 44
2.2. Các chức năng và ý nghĩa của các mục chọn trên thanh menu chính..

45

Chơng 3. MÔ PHỏNG QUá TRìNH GIA CÔNG CHI TIếT DạNG
TRụC BằNG PHầN MềM MASTERCAM X3 Và THựC HIệN QUá
TRìNH GIA CÔNG TRÊN MáY TIệN CNC emco concept turn
450
3.1. BảN Vẽ CHI TIếT...

72

3.2. Gia công chi tiết.. 73
3.2.1. Vật liệu phôi.

73

3.2.2. Các bớc gia công....

73

3.2.3. Thông số máy tiện CNC gia công..... 73
3.2.4. Thông số dụng cụ cắt 75
3.2.5. Chế độ cắt và chơng trình gia công chi tiết trục.. 78
3.2.6. Kết quả quá trình mô phỏng gia công trên MasterCam 81
3.3. KếT QUả THí NGHIệm. 83

II


Chơng 4. MÔ PHỏNG QUá TRìNH GIA CÔNG CHI TIếTBằNG
PHầN MềM MASTERCAM X3 Và THựC HIệN QUá TRìNH GIA
CÔNG TRÊN MáY PHay CNC mcv - 410
4.1. BảN Vẽ CHI TIếT...

84

4.2. gia công CHI TIếT.. 85
4.2.1. Vật liệu phôi

85

4.2.2. Thông số máy CNC gia công 85
4.2.3. Thông số dụng cụ cắt 87
4.2.4. Thông số gia công. 87
4.2.5. Chơng trình gia công... 88
4.2.6. Kết quả chạy mô phỏng.... 94
4.3. Kết quả thí nghiệm..

96

Kết luận và kiến nghị.. 97
Tài liệu tham khảO

98

III


LI CAM OAN

Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu, ứng dụng phần mềm tích hợp CAD/CAM
MasterCam X3 trong thiết kế, gia công chi tiết cơ khí 2D, 3D trên máy CNC đợc
hoàn thành bởi tác giả Phạm Ngọc ánh, học viên lớp Cao học Công nghệ Chế tạo máy,
khoá 2008 2010, Viẹn Cơ khí Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội.
Tôi xin cam đoan áđây l công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả các số
liệu nghiên cứu đều l trung thực v cha đợc ai công bố, trừ các số liu từ các ti
liu tham khảo đã ghi rõ trong lun vn.
H Ni, ngy 25 tháng 10 nm 2010
Tác gi lun vn

Phm Ngc nh

IV


LI M U

Ngnh công nghip cơ khí với sự xuất hin ca công ngh CNC đã to ra bớc
nhảy vọt về khả năng sản xuất với năng suất cao, khả năng gia công các chi tiết phức
tạp và tit kim đợc sức lao động rất lớn.
Máy CNC sẽ thực hiện việc gia công bng phơng pháp tự động chạy dao theo
quỹ đạo của chơng trình NC bng cách lp chơng trình trực tiếp trên máy CNC hoc
thông qua bộ điều khiển DNC. Khi gia công các chi tiết có bề mặt phức tạp thì việc lập
trình sẽ mất rất nhiều thời gian hay rất khó khăn trong vic lp trình.
Công ngh CAD/CAM ra đời đánh dấu bớc ngoặt lớn trong việc tự động hoá
hoá xuất cơ khí v to ra ợc mt hệ thống hon chnh từ qúa trình thiết kế đến gia
công các sn phm. Công ngh CAD/CAM khắc phục đợc những khó khn trong vic
lp trình bng tay khi lp trình gia công các chi tit phức tạp v giảm thiểu đợc những
sai sót trong qúa trình lập chơng trình gia công.
Trong nhu cu phát trin ca công ngh CAD/CAM CNC tại nớc ta, tác gi
đã đề xuất v thực hin đề ti lun vn thc sỹ vi tên đề ti : Nghiên cu, ng dng
phn mm tích hp CAD/CAM MasterCAM X3 trong thit k v gia cụng chi tit c
khí 2D , 3D trên máy CNC . Nội dung lun văn đã đề cập chi tiết đến các các phần
mềm CAD/CAM đang đợc ứng dụng rộng rãi trên thế giới v đa ra giải pháp thiết kế
v gia công ứng dụng công nghệ CAD/CAM.
Luận văn đợc chia lm 4 chơng :
Chơng I : Tổng quan về công nghệ CAD/CAM CNC và phơng pháp chế tạo
các sản phẩm cơ khí ứng dụng công nghệ CAD/CAM CNC.

V

Chng II: Tổng quan về phần mềm MasterCAM X3
Chng III: Mô phỏng quá trình gia công chi tiết dạng trục bằng phần mềm
MasterCamX3 và thực hiện quá trình gia công trên máy CNC EMCO CONCEPT
TURN 450.
Chng IV : Mô phỏng quá trình gia công chi tiết bằng phần mềm MasterCAM
X3 và thực hiện quá trình gia công trên máy phay CNC MCV 410
Tác giả xin chân thành cảm ơn sự hớng dẫn và sự giúp đỡ tận tình của
PGS.TS.Trần Xuân Vịêt và các thầy cô trong bộ môn Công Nghệ chế tạo máy Viện
cơ khí Trờng Đại Học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ để tác giả hoàn thành luận văn
này.
Trong quá trình thực hiện văn không thể tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong các
ý kiến đống góp, phê bình của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp.
H Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2010
Tác giả.

VI


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CAD

Computer Aided Design

CAM

Computer Aided Manufacturing

CNC

Computerized Numerical Control

DNC

(Direct Numerical Control)

CAE

Computer Aided Engineering

CIM

(Computer Intergrated Manufacturing)

PHICS

Programers Hierarchica Graphic System

TOP

Technical and Office Protocol

MAP

Manufacturing Automation Protocol

CLDATA

Cutter Location Data

GKS – 3D

Graphic Kernel System

APT

Automatically Programmed Tools

IRDATA

Industrial Robot Data

CGI

Computer Graphic Interface

CAD – NT –CAD

Normteile

STEP

Standard for Exchange of Product Model Data

PDES

Produce Data Exchange Specification

SET

Standard Exchange Transport

IGES

Initial Graphic Exchange Specification

VDAFS – VAD

Flachenschnitt

CGM

Computer Graphic Metafile

VII


H THNG DANH MC CC BNG
Bảng 1.1. Một số lệnh tơng đơng giữa các file APT và các lệnh mã G M.......... 30
Bảng 3.1. Thông số máy tiện CNC Emco Concept Turn 450 gia công..................... 74
Bảng 3.2. Thông số dao tiện thô...............................................................................

76

Bảng 3.3. Thông số dao tiện tinh.............................................................................. 76
Bảng 3.4. Thông số dao tiện rãnh.............................................................................

77

Bảng 3.5. Thông số dao tiện ren...............................................................................

78

Bảng 4.1. Thông số máy phay CNC mcv 410.....................................................

85

Bảng 4.2. Thông số gia công chi tiết phay trên máy phay MCV 410.................... 88

VIII


H THNG DANH MC CC HìNH V

Hình 1.1. Hệ thống DNC.........................................................................................

3

Hình 1.2. Sơ đồ chu kỳ sản xuất khi cha ứng dụng CAD/CAM CNC.................

6

Hình 1.3. Sơ đồ chu kỳ sản xuất khi ứng dụng CAD/CAM CNC.......................... 7
Hình 1.4. Mức tiếp cận 1..........................................................................................

8

Hình 1.5. Mức tiếp cận 2..........................................................................................

8

Hình 1.6. Mức tiếp cận 3..........................................................................................

9

Hình 1.7. Mức tiếp cận 5..........................................................................................

10

Hình 1.8. Mức tiếp cận 6..........................................................................................

10

Hình 1.9. Các giao diện trong lĩnh vực cơ khí..........................................................

12

Hình 1.10. Quá trình truyền dẫn dữ liệu qua hai hệ CAD/CAM A và B..................

14

Hình 1.11. ứng dụng máy tính vào quá trình thiết kế............................................... 23
Hình 1.12.Mối liên hệ giữa cơ sở dữ liệu với CAD/CAM........................................

27

Hình 1.13. Sơ đồ quá trình gia công.........................................................................

30

Hình 1.14. Điều khiển điểm - điểm..........................................................................

33

Hình 1.15.Điều khiển đoạn thẳng............................................................................. 33
Hình 1.16.Điều khiển 2D trên máy phay.................................................................. 34
Hình 1.17.Điều khiển 3D trên máy phay.................................................................. 35
Hình 1.18. Điều khiển2,5D....................................................................................... 35
Hình 1.19. Điều khiển 4D và 5D..............................................................................

36

Hình 1.20. Hệ toạ độ trên máy CNC và chuyển động của các trục..........................

37

Hình 3.1. Bản vẽ chi tiết trục.................................................................................... 71
Hình 3.2. Bản vẽ 3D chi tiết trục trong môi trờng MasterCam X3......................... 72
Hình 3.3. Máy tiện CNC Emco Concept Turn 450................................................... 73
Hình 3.4. Bộ điều khiển máy tiện CNC Emco Concept Turn 450............................

74

Hình 3.5. Hình ảnh tiện thô và tiện tinh chi tiết.......................................................

80

IX

Hình 3.6. Hình ảnh tiện rãnh chi tiết........................................................................

80

Hình 3.7. Hình ảnh tiện ren chi tiết..........................................................................

81

Hình 3.8. Hình ảnh tiện cắt đứt chi tiết..................................................................... 81
Hình 3.9. Hình ảnh chi tiết sau khi gia công............................................................

82

Hình 4.1. Bản vẽ chi tiết phay..................................................................................

83

Hình 4.2. Bản vẽ 3D chi tiết phay trong môi trờng MasterCam.............................

84

Hình 4.3. Máy phay CNC MCV 410.....................................................................

85

Hình 4.4. Bộ điều khiển máy phay CNC mcv 410................................................. 85
Hình 4.5. Hình ảnh phay mặt phẳng......................................................................... 93
Hình 4.6. Hình ảnh khoan lỗ..................................................................................... 94
Hình 4.7. Hình ảnh phay hốc vuông......................................................................... 94

Hình 4.8. Hình ảnh chi tiết sau khi gia công...........................................................

X

95


Chơng 1
Tổng quan về công nghệ cad/cam cnc
và Phơng pháp chế tạo các sản phẩm cơ khí
ứng dụng công nghệ cad/cam - cnc

1.1. Tổng quan về công nghệ cad/cam - cnc.
1.1.1. Khái niệm về CAD, CAM, CNC.
1.1.1.1. CAD
CAD - Computer Aided Design thiết kế có sự trợ giúp của máy tính. Đợc sử
dụng hầu hết trong các ngành kỹ thuật nh cơ khí, xây dựng, kiến trúc... CAD thực sự
trở thành một công cụ đắc lực cho ngời kỹ s trong việc thể hiện bản vẽ một cách
nhanh chóng và chính xác.
Ngày nay tất cả các ngành kỹ thuật và các cơ sở sản xuất đều sử dụng và khai
thác phần mềm này để hỗ trợ thiết kế và quản lý kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả sản
xuất và kinh doanh. Trải qua các phiên bản khác nhau, CAD đã trở thành phần mềm trợ
giúp thiết kế đợc sử dụng rộng rãi trên thế giới bởi các tính năng nổi trội sau:
-

Đáp ứng nhu cầu đồ hoạ trong không gian 2 chiều và 3 chiều.

-

Dễ sử dụng, ngời sử dụng có thể làm việc từ bàn phím, chuột thông qua

cửa sổ lệnh hay hệ thống menu, các biểu tợng chức năng.
-

Dễ dàng trao đổi và kết xuất thông tin với các phần mềm khác.

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 trng hình học và chức năng. Các phần
mềm CAD là các dụng cụ tin học đặc thù cho việc nghiên cứu và đợc gọi chung là các
phần mềm thiết kế.
1.1.1.2. CAM
CAM - Computer Aided Manufacturing chế tạo có sự trợ giúp của máy tính.
Sau khi thực hiện xong quá trình thiết kế hình học, các dữ liệu CAD đợc xuất ra dới

1


dạng các định dạng file dữ liệu trung gian nh STEP, IGES... và đợc nhập vào phần
mềm CAD dới các định dạng này. Chơng trình CAM sẽ nhận dữ liệu CAD thông qua
các định dạng trung gian đó và ngời chạy chơng trình cần phải thiết lập các điều kiện
tính toán cho quá trình gia công nh các chiến lợc gia công, thông số công nghệ và
thông số dụng cụ cắt, chơng trình sẽ tự động chạy và xuất các chơng trình NC dới
dạng các mã lệnh G M code hoặc dới dạng ngôn ngữ ATP. Các chơng trình NC
dới dạng mã lệnh này sẽ đợc truyền trực tiếp từ máy CNC bằng ổ đĩa hoặc qua các bộ
điều khiển DNC (Direct Numerical Control).
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 dụng cụ cắt, vật liệu dao, vật liệu gia công, chế độ cắt,
máy... Các điều kiện sản xuất cụ thể sẽ quyết định đến năng suất, chất lợng và hiệu
quả kinh tế.

1.1.1.3. CNC.
CNC Computerized Numerical Control - Điều khiển số bằng máy tính. ý
tởng phát triển điều khiển số cho máy công cụ ( Numerical Control NC) xuất hiện
vào những năm 1949 1950 tại viện công nghệ Massachusetts (MIT), Cambridge, Mỹ.
Về mặt công nghệ, để thực hiện ý tởng này cần có một hệ điều khiển biến đổi đợc
đại lợng đầu vào ở dạng số nhị phân cho hành trình và các chức năng đóng mở sao
cho máy phay có thể hiểu và xử lý đợc chúng. Đó là ý tởng cơ bản về ứng dụng điều
khiển số cho máy công cụ nói chung. Việc thực hiện nó đã trở thành hiện thực, nhờ có
sự phát triển mạnh mẽ của xử lý số liệu điện tử lúc đó.
Trớc tiên bộ điều khiển NC cho máy phay đứng đợc phát triển, các thông tin
về hành trình và các chức năng đóng - mở cần thiết đợc nhập qua card đục lỗ. Nhờ đó
các trục chạy dao của máy phay đợc điều khiển với các nguồn động lực độc lập sao
cho bàn gá chi tiết gia công có thể thực hiện đợc bớc dịch chuyển theo ý muốn. Các
tệp dữ liệu thông tin về hành trình và chế độ đóng ngắt viết ở dạng chữ cái và con số
thập phân đợc gọi là chơng trình NC

2


Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ vi mạch tích hợp và công nghệ chế
tạo các linh kiện điện tử nh các bộ vi xử lý và máy vi tính, vào những năm 70, điều
khiển NC đã bắt đầu phát triển thành điều khiển CNC (Computerized Numerical
Control).
Khi đã có chơng trình NC, chơng trình này đợc tải đến hệ điều khiển CNC.
Mặc dù ngời vận hành có thể nhập trực tiếp vào hệ điều khiển, nhng với chơng trình
dài thì rất khó khăn. Chơng trình NC có đợc qua hệ thống CAM đang ở dạng file văn
bản trên máy tính, còn nếu lập bằng tay có thể nhập vào máy tính bằng chơng trình xử
lý văn bản thông thờng, với chơng trình đang ở dạng file văn bản muốn chuyển đến
hệ điều khiển máy CNC cần phải có một hệ thống DNC. DNC (Direct Numerical
Control) là từ viết tắt tiếng Anh để biểu thị một máy tính trung tâm đợc cài đặt phần

mềm truyền dữ liệu đến các hệ thống điều khiển của các máy CNC trong một xởng gia
công (hình 1.1)

Hình 1.1. Hệ thống DNC
Một hệ thống DNC cho phép máy tính có thể nối mạng với nhiều máy CNC
thông qua cổng RS232C, cổng mạng hoặc Data Server đợc dùng để truyền chơng
trình.

3


1.1.2. Tích hợp công nghệ CAD/CAM CNC.
Công nghệ CAD/CAM CNC hiện nay đang phát triển hết sức mạnh mẽ với sự
ra đời của nhiều phần mềm CAD, CAM. Trên cơ sở đó các nhà sản xuất phần mềm đa
ra 2 hớng: thứ nhất là đi theo hớng tích hợp các lĩnh vực CAD, CAM, CAE thành
một phần mềm đa chức năng. (CAE Computer Aided Engineering- quá trình kỹ thuật
có sự trợ giúp của máy tính, nh quá trình phân tích, mô phỏng, lập kế hoạch sản xuất
và sửa chữa bảo trì). Thứ hai là đi theo hớng chuyên môn hóa từng lĩnh vực, tức là tách
rời thiết kế, gia công và tính toán mô phỏng thành các phần mềm riêng biệt. Một số
phần mềm đợc định dạng để trung chuyển dữ liệu CAD với nhau hay giữa dữ liệu
CAD và CAM ở dạng STEP AP203, 203E, AP214 thay vì dới dạng SAT, IGES, ...
STEP đợc ứng dụng rộng rãi hơn IGES, bởi vì khi xuất sang định dạng IGES thờng
hay gặp phải lỗi bề mặt.
Mục đích của tích hợp CAD/CAM là hệ thống hoá dòng thông tin từ khi bắt đầu
thiết kế sản phẩm tới khi hoàn thành quá trình sản xuất. Chuỗi các bớc đợc tiến hành
với việc tạo dữ liệu hình học, tiếp tục với việc lu trữ và xử lý bổ sung, kết thúc với việc
chuyển các dữ liệu này thành thông tin điều khiển cho quá trình gia công, di chuyển
nguyên vật liệu và kiểm tra tự động, đợc gọi là kỹ thuật trợ giúp bởi máy tính CAE
(Computer Aided Engineering) và đợc coi nh kết quả của việc kết nối CAD, CAM.
CAE không chỉ thay thế con ngời bằng các thiết bị máy tính hoá mà còn nâng cao

năng lực của con ngời để phát minh các ý tởng và sản phẩm mới.
Sản xuất tích hợp máy tính hóa CIM (Computer Intergrated Manufacturing) bao
gồm tất cả các chức năng kỹ thuật của CAD/CAM cũng nh các chức năng kinh doanh.
Các hệ thống CIM lý tởng áp dụng công nghệ máy tính đối với tất cả các chức năng
vận hành và xử lý thông tin trong sản xuất, từ xử lý đơn đặt hàng, thiết kế và sản xuất
tới giao sản phẩm tới khách hàng. Phạm vi tác động của CIM rộng hơn so với phạm vi
của CAD/CAM. Khái niệm CIM có nghĩa là tất cả các hoạt động sản xuất đều đợc kết
hợp lại trong một hệ thống máy tính để đợc hỗ trợ, đợc tự động hoá. Hệ thống máy
tính toả rộng và tác động vào tất cả các hoạt động của doanh nghiệp. Đây là hệ thống

4


tích hợp, đầu ra của hoạt động này là đầu vào của một hoạt động khác tạo thành dây
chuyền các sự kiện, bắt đầu từ khâu đặt hàng tới khâu chuyển giao sản phẩm.
Đơn đặt hàng sẽ đợc nhập vào phòng bán hàng của doanh nghiệp nhờ hệ thống
đặt hàng máy tính hoá. Các đơn đặt hàng này bao gồm các thông số đặc trng của sản
phẩm, các thông số này sẽ là đầu vào của phòng thiết kế sản phẩm. Các sản phẩm mới
sẽ đợc thiết kế trong hệ thống CAD. Các phần tử tạo nên sản phẩm sẽ đợc chuyển
thành cấu trúc vật t sản phẩm, sau đó sơ đồ lắp ráp đợc chuẩn bị.
Đầu ra của phòng thiết kế sẽ là đầu vào của phòng kỹ thuật sản xuất. Tại đây,
việc lập kế hoạch quá trình gia công, thiết kế công cụ và các hoạt động chuẩn bị cho
sản xuất đợc thực hiện. Đầu ra của phòng kỹ thuật sản xuất đợc đa vào phòng lập kế
hoạch và điều khiển sản xuất. Tại đây, kế hoạch về nhu cầu nguyên vật liệu đợc thực
hiện bởi hệ thống máy tính.
Kết quả của CAD cho phép nâng cao năng suất và giảm thời gian thiết kế
sản phẩm; giảm thời gian thiết kế dụng cụ và đồ gá đợc 12 ữ 25%; nâng cao chất
lợng thiết kế, do đó nâng cao đợc chất lợng sản phẩm; tạo ra đợc tài liệu có chất
lợng cao; loại trừ đợc các công việc lặp lại; tiết kiệm thời gian và giảm giá thành khi
chế tạo sản phẩm mới; tiêu chuẩn hoá tốt hơn; hoàn thiện giao diện giữa thiết kế và sản

xuất; giảm thời gian trả lời kết quả đấu thầu. Kết quả này không chỉ là cơ sở dữ liệu để
thực hiện phân tích kỹ thuật, lập trình chế tạo, gia công điều khiển số mà chính là dữ
liệu điều khiển thiết bị sản xuất điều khiển số nh các loại máy công cụ, rôbôt, tay máy
công nghiệp...
Xuất phát từ thực tế, đa số thời lợng thiết kế là để tra cứu số liệu, do vậy các
công đoạn của quá trình chuẩn bị sản xuất đợc thực hiện bằng máy tính điện tử vừa
tiết kiệm vừa đảm bảo độ chính xác và chất lợng. Các công đoạn này bao gồm: chuẩn
bị thiết kế (thiết kế kết cấu sản phẩm, các bản vẽ lắp...); chuẩn bị công nghệ (thiết lập
quy trình công nghệ...); thiết kế và chế tạo các trang bị công nghệ và dụng cụ phụ; kế
hoạch hoá quá trình sản xuất và chế tạo sản phẩm. Quá trình chuẩn bị sản xuất có vai
trò rất quan trọng trong việc hình thành bất kỳ một sản phẩm cơ khí nào.

5


CAD/CAM CNC là lĩnh vực nghiên cứu nhằm tạo ra các hệ thống tự động thiết
kế và chế tạo trong đó máy tính điện tử đợc sử dụng để thực hiện một số chức năng trợ
giúp nhất định. CAD/CAM CNC tạo ra mối quan hệ mật thiết giữa hai dạng hoạt
động là thiết kế và chế tạo. Chúng là 3 phần tử của hệ thống tích hợp CIM (Computer
Intergrated Manufacturing hệ thống sản xuất tích hợp có máy tính trợ giúp). Xu thế
phát triển chung của các ngành công nghiệp chế tạo theo công nghệ tiên tiến là liên kết
các thành phần của quy trình sản xuất trong hệ thống tích hợp CIM. Các thành phần của
CIM đợc 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.
1.1.3. Vai trò của CAD/CAM CNC trong chu kỳ sản xuất.
Khi cha đợc ứng dụng công nghệ CAD/CAM CNC, sơ đồ chu kỳ sản xuất
nh sau:

Hình 1.2. Sơ đồ chu kỳ sản xuất khi cha ứng dụng CAD/CAM CNC
Khi đã ứng dụng CAD/CAM CNC, sơ đồ chu kỳ sản xuất trở thành:

6


Hình 1.3. Sơ đồ chu kỳ sản xuất khi ứng dụng CAD/CAM CNC
Qua hai sơ đồ trên ta thấy CAD/CAM CNC chi phối hầu hết các dạng hoạt
động và chức năng của chu kỳ sản xuất. Với hệ thống CAD/CAM CNC, ta có thể xuất
phát từ sản phẩm thực tế chi tiết cụ thể, chuyển ngay vào bản vẽ với các hình chiếu
kể cả hình chiếu trục đo để sửa chữa, cải tiến, hợp lý hoá và cũng ngay lập tức đa vào
quá trình điều khiển máy để gia công và có ngay sản phẩm mới đợc cải tiến. Đó cũng
chính là công nghệ cao thiết kế gia công sản xuất có sự trợ giúp của máy tính đã
mang lại năng suất cao hơn, chất lợng sản phẩm tốt hơn, giá thành hạ hơn với hiệu quả
kinh tế rất cao.
1.1.4. Các mức tiếp cận CAD/CAM.
1.1.4.1. Mức tiếp cận 1
Cho các quá trình khoan, phay hoặc tiện. Mức này có khả năng thực hiện giải
pháp CAD/CAM CNC nh sau:
- Tạo lập bằng tay các lệnh G M code.

7


- Tạo lập tự động các lệnh G M code với hệ CAM rồi chạy mô phỏng chơng
trình gia công CNC đã lập trên máy tính.

Hình 1.4. Mức tiếp cận 1
1.1.4.2. Mức tiếp cận 2
Là mức 1 có thêm hệ xử lý thích nghi (posprocessor) dùng cho bàn phím CNC
để lập trình gia công CNC, sau đó chạy mô phỏng trên màn hình máy tính mà không
dùng bàn phím máy tính.

Hình 1.5. Mức tiếp cận 2

1.1.4.3. Mức tiếp cận 3
Là mức 2 có thêm máy thực hành gia công có bổ sung thêm máy CNC theo hai
phơng án nh sau:

8


Hình 1.6. Mức tiếp cận 3
1.1.4.4. Mức tiếp cận 4
Là phơng án phối hợp giữa mức 1 và mức 2, ở mức này bàn phím CNC có thể
lập trình và điều khiển gia công CNC với các hệ khác nhau (FANUC, HEIDENHAIN,
SIEMENS...) nhờ cách thay đổi phím ấn phù hợp với từng hệ. Với mức này có thể tiến
hành thiết kế chi tiết gia công, rồi lập trình gia công CNC với bàn phím máy tính, hoặc
lập trình bằng tay với bàn phím CNC, sau đó chạy mô phỏng chơng trình gia công
CNC đã lập trên màn hình máy tính.
1.1.4.5. Mức tiếp cận 5
Gồm mức 4 bổ sung thêm một máy tính thực hành gia công CNC và có khả năng
thiết kế chi tiết gia công rồi lập trình gia công CNC trên máy tính, hoặc lập trình thủ
công với bàn phím CNC, sau đó chạy mô phỏng chơng trình gia công CNC đã lập trên
màn hình máy tính, cuối cùng thực hiện chơng trình gia công trên máy thực hành CNC
để cắt phôi tạo ra chi tiết đã thiết kế và lập trình.

9


Hình 1.7. Mức tiếp cận 5

1.1.4.6. Mức tiếp cận 6
Là mức dựa trên sự phát triển phần mềm công nghiệp tiêu chuẩn
CAD/CAM, có dùng các module phần mềm CAD để thiết kế chi tiết gia công trên máy
tính, và nạp dữ liệu CAD vào các module CAM để tạo lập chơng trình gia công CNC
rồi truyền trực tiếp tới máy gia công CNC.

Hình 1.8. Mức tiếp cận 6
1.1.5. Giao diện CAD/CAM CNC.
Trong phạm vi từng hệ CAD/CAM nói riêng và giữa các hệ CAD/CAM nói
chung, muốn đảm bảo tính tơng thích, tính tích hợp liên thông, tính linh hoạt, phải có

10


giải pháp chuyển tiếp giữa các phân hệ với nhau thông qua các giao diện CAD/CAM.
Xét theo hai phần là phần cứng và phần mềm, giao diện gồm có: giao diện nối tiếp với
các thiết bị dữ liệu bên ngoài; giao diện với ngời vận hành; giao diện hệ thống và giao
diện quá trình. Xét về chức năng trao đổi dữ liệu, có giao diện dữ liệu, để chuyển đổi
dạng dữ liệu của hệ CAD/CAM này sang dạng dữ liệu của hệ CAD/CAM khác khi tích
hợp hai hệ CAD/CAM với nhau .
Chuyển đổi dữ liệu nghĩa là dịch dữ liệu theo 2 cách: dịch trực tiếp hoặc dịch
gián tiếp thông qua dữ liệu ở dạng trung gian tiêu chuẩn nh DWG, DXF, IRDATA,
STEP... Các thành phần của CIM (trong đó có CAD/CAM) có mục đích tạo lập mối
quan hệ tích hợp giữa các hệ thống có máy tính trợ giúp khác nhau trong nội bộ hãng.
Tích hợp cho phép nối kết các chức năng sản xuất một cách dễ dàng, đồng thời truyền
dữ liệu giữa các máy hoặc giữa các thiết bị phụ trợ, qua đó đáp ứng nhanh những thay
đổi dữ liệu của sản xuất linh hoạt. Vì vậy mục đích tạo lập mối quan hệ tích hợp giữa
các hệ thống đợc quán triệt ngay từ khâu trao đổi dữ liệu nhờ các chơng trình chuyển
đổi cho tới khâu tạo lập các ngân hàng dữ liệu chung.
Với cách dịch dữ liệu trực tiếp cần có hai bộ dịch trực tiếp cho từng cặp hệ thống

có quan hệ giao tiếp dữ liệu với nhau theo hai chiều. Vậy khi có n hệ thống thì phải có
n(n-1) bộ dịch vì sẽ có n/2 cặp hệ thống. Ví dụ: có 5 cặp hệ thống (n = 10) cần có 5(51) = 20 bộ dịch trực tiếp để chuyển giao dữ liệu khi chúng tích hợp với nhau.
Với cách dịch dữ liệu gián tiếp, ngời 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 một hệ thống nào riêng biệt. Còn đợc gọi là giao diện dữ liệu
tiêu chuẩn, hiện nay có một số tệp trung gian điển hình nh DXF, STEP, IGES. Tuy
vậy, muốn chuyển giao đợc dữ liệu giữa các hệ cơ sở dữ liệu khác nhau, 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 ngợc lại từ quy cách tệp trung gian thành quy cách tệp gốc của nó. Khái niệm
bộ tiền xử lý (pre processor) dùng để mô tả 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. Ngợc

11


lại, khái niệm bộ hậu xử lý (post processor) dùng để mô tả 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. Nh vậy cần có 2n bộ xử lý cho n hệ thống đợc ghép nối với nhau và
nếu có thêm một hệ thống thì cần có thêm 2 bộ xử lý nữa.
Giữa hai hệ thống CAD/CAM, việc trao đổi dữ liệu chỉ có thể thực hiện thông
qua dữ liệu trung gian. Đối với các dữ liệu kỹ thuật và các bản vẽ CAD, công cụ để thực
hiện trao đổi dữ liệu phải kể đến các giao diện IGES và VDAFS. Những thông tin về dữ
liệu sản phẩm đợc tập hợp thành nhiều giao diện khác nhau. Các giao diện này đợc
tiêu chuẩn hoá theo quốc gia, do các hãng tạo lập CAD/CAM cung cấp thông qua các
chơng trình chuyển đổi dữ liệu. ứng với hệ thống CAD/CAM của từng hãng, các hãng
sẽ cung cấp cho nơi sử dụng hai loại chơng 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 trợ giúp việc chuyển đổi các dạng
dữ liệu chuyên dụng và đặc trng 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 truyền dẫn dữ liệu giữa các hệ CAD/CAM đợc thể hiện nh

sau:

Hình 1.9. Các giao diện trong lĩnh vực cơ khí

12


Trong đó:
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
IRDATA Industrial Robot Data
APT Automatically Programmed Tools
CLDATA Cutter Location Data
MAP Manufacturing Automation Protocol
TOP Technical and Office Protocol.
Nhằm đảm bảo tính ổn định của dữ liệu và đảm bảo dữ liệu tại mọi thời điểm
không phụ thuộc vào sự lựa chọn hệ thống và cấu trúc hệ thống, khi thực hiện giải pháp
này cần có sự thoả thuận giữa các đối tác về thể thức cung cấp dữ liệu CAD/CAM. Hiện
nay dạng trung gian của dữ liệu đợc tạo lập theo nhiều hớng khác nhau và có hàm
lợng thông tin khác nhau. Ngoài giao diện dữ liệu trung gian còn có giao diện dữ liệu
trực tiếp ở dạng các hệ chuyển đổi chuyên dụng phụ thuộc hệ thống để hỗ trợ quá
trình trao đổi dữ liệu giữa hai hệ thống.

Có sơ đồ quá trình trao đổi dữ liệu giữa hai hệ CAD/CAM A và B nh sau:

13


Hình 1.10. Quá trình truyền dẫn dữ liệu qua hai hệ CAD/CAM A và B

Giao diện là khái niệm bao hàm những quy tắc, những điều kiện, những thoả
thuận về sự nối ghép các phân hệ với nhau, chủ yếu là sự trao đổi thông tin. Khả năng
hoạt động của một hệ thống tự động hoá chỉ có thể đảm bảo nếu thông tin chung giữa
các đơn vị cấu trúc, các đơn vị dữ liệu và các tín hiệu đợc tạo lập và đảm bảo. Những
vị trí chuyển tiếp từ một đơn vị sang một đơn vị khác phải đợc thiết lập phù hợp, nói
cách khác là phải tơng thích, tơng đồng với nhau. Những vị trí chuyển tiếp đảm bảo
phù hợp đợc gọi là các giao diện. Có các loại giao diện nh giao diện quá trình, giao
diện hệ thống, giao diện nối tiếp với các thiết bị dữ liệu bên ngoài, giao diện với ngời
vận hành...
Khi các hệ CAD/CAM tích hợp với nhau, cần phải chuyển đổi dữ liệu xác định
sản phẩm của hệ CAD/CAM này sang cấu trúc của hệ CAD/CAM khác nhằm chuyển

14