Nghiên cứu ứng dụng phần mềm cad cam cimatron E8.5 trong thiết kế và gia công cơ khí 2D 3D trên máy tiện và máy phay CNC

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

PHẠM VĂN TUÂN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CAD/CAM - CIMATRON
E8.5 TRONG THIẾT KẾ VÀ GIA CƠNG CƠ KHÍ 2D, 3D TRÊN
MÁY TIỆN VÀ MÁY PHAY CNC

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGÀNH CỒNG NGHỆ CƠ KHÍ

Hà Nội, 2010


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

PHẠM VĂN TUÂN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CAD/CAM - CIMATRON E8.5
TRONG THIẾT KẾ VÀ GIA CƠNG CƠ KHÍ 2D, 3D TRÊN MÁY TIỆN
VÀ MÁY PHAY CNC

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGÀNH CỒNG NGHỆ CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN:
TS TRẦN XUÂN VIỆT

Hà Nội, 2010

Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy
Mục Lục

Trang

Mục Lục ..................................................................................................................1
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ..........................................4
DAnh mục Các Bảng ........................................................................................5
Danh mục các hình vẽ, đồ thịPhần mở đầu .....................................6
Danh mục các hình vẽ, đồ thịPhần mở đầu .....................................6
Phần mở đầu ........................................................................................................8
1. Lý do chọn đề tài.....................................................................................8
2. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng công nghệ cad/camcnc tại việt nam ...........................................................................................9
3. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi
nghiên cứu .....................................................................................................11
4. Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp
mới của tác giả ...........................................................................................11
5. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................12
Chương I ..............................................................................................................13
Tổng quan vỊ c«ng nghƯ cad/cam-cnc ...........................................13
1.1. Giíi thiƯu chung vỊ c«ng nghƯ cad/cam-cnc ..................13
1.1.1.

Kh¸i niƯm vỊ CAD, CAM, CAE, CNC ...........................................13

1.1.2.

TÝch hợp công nghệ CAD/CAM-CNC .............................................16

1.1.3.

Vai trò của CAD/CAM - CNC trong chu kỳ sản xuất ...................18

1.1.4.

Các mức tiếp cận CAD/CAM ...........................................................20

1.1.5.

Giao diƯn CAD/CAM ........................................................................23

1.1.6. Giíi thiƯu mét sè phÇn mỊm CAD/CAM đang được sử dụng hiện
nay, ưu nhược điểm của các phần mềm ........................................................29

Học viên: Phạm Văn Tuân

1

Trường ĐH Bách khoa Hµ Néi


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn công nghệ chế tạo máy

1.2. Phương pháp chế tạo các sản phẩn cơ khí ứng dụng

công nghệ CAD/CAM - CNC ......................................................................33
1.2.1. Quá trình thiết kế ứng dụng công nghệ CAD/CAM - CNC ..............33
1.2.2. Quá trình gia c«ng øng dơng c«ng nghƯ CAD/CAM - CNC .............38
1.3. Kết luận ...................................................................................................49
Chương II .............................................................................................................51
Tổng quan về phần mềm cimatron E .................................................51
2.1. Giíi thiƯu tỉng quan vỊ phÇn mỊm .........................................51
2.2. KÕt cÊu phÇn mỊm Cimatron E8.5 ..............................................60
2.2.1. Cimattron E8.5 – Part .........................................................................60
2.2.2. Cimattron E8.5 – Assembly ................................................................62
2.2.3. Cimattron E8.5 – Drawing ..................................................................64
2.2.4. Cimatron E8.5 – NC.............................................................................67
2.2.5. C¸c modul kh¸c .....................................................................................78
2.3. Kết luận .........................................................................................................79
Chương III ...........................................................................................................81
Thiết kế và chạy chương trình gia công chi tiết 2d, 3d
bằng phần mềm Cimatron E8.5 và thực hiện quá trình gia
công trên trung tâm phay Vmc0641 ..................................................81
3.1. ThiÕt kÕ chi tiÕt .................................................................................81
3.2. gia c«ng ...................................................................................................82
3.2.1. VËt liƯu thÝ nghiƯm ................................................................................82
3.2.2. §iỊu kiƯn thÝ nghiƯm .............................................................................82
3.2.3. Thông số gia công .................................................................................84
3.2.4. Chương trình gia công ..........................................................................85
3.2.5. Kết quả chạy mô phỏng...........................................................................90

Phạm Văn Tuân

2

Trường ĐH Bách khoa Hµ Néi


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn công nghệ chế tạo máy

3.3. Kết quả thí nghiệm .......................................................................................91
Chương IV ...........................................................................................................93
Thiết kế và chạy chương trình gia công chi tiết dạng
trục

bằng phần mềm CimaTron E8.5 và thực hiện quá

trình gia công trên máy tiện CNC - CAK6136V/750.......................93
4.1. ThiÕt kÕ chi tiÕt trôc .......................................................................................93
4.2. Gia c«ng chi tiÕt trơc ...................................................................94
4.2.1. VËt liƯu thÝ nghiƯm ................................................................................94
4.2.2. §iỊu kiƯn thÝ nghiƯm .............................................................................94
4.2.3. Th«ng sè gia c«ng chi tiết trục nối .......................................................98
4.2.4. Kết quả chạy mô phỏng trên Cimatron E8.5 ...................................104
4.3 . KÕt qu¶ thÝ nghiƯm .......................................................................105
4.4. kÕt luận .................................................................................................106
Kết luận và kiến nghị ..............................................................................107
1. Kết luận ....................................................................................................107
2. kiến nghị ...................................................................................................108
Tài liệu tham khảo ....................................................................................109

Phạm Văn Tuân

3

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn công nghệ chế tạo máy

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
CAD - Computer Aided Design
CAM - Computer Aided Manufacturing
CAE - Computer Aided Engineering
CNC - Computerized Numerical Control
DNC - Direct Numerical Control
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

Phạm Văn Tuân

4

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn công nghệ chế tạo máy
DAnh mục Các Bảng
Trang

Bảng 3.1. Thông số máy phay VMC 0641 .............................................................82
Bảng 3.2. Thông số gia công chi tiết phay trên máy phay VMC 0641 ...............84
Bảng 3.3. Kết quả đo độ nhám.................................................................................92
Bảng 4.1. Thông số máy tiện CAK6136V/750 ........................................................94
Bảng 4.2. Thông số dao tiện thô ..............................................................................96
Bảng 4.3. Thông số dao tiện tinh ............................................................................97
Bảng 4.4. Thông số dao tiện rÃnh ...........................................................................97
Bảng 4.5. Thông số dao tiện ren ..............................................................................98
Bảng 4.6. Thông số gia công chi tiết trục nối trên máy tiện CNC .........................98
Bảng 4.7. Kết quả đo độ nhám...............................................................................106

Phạm Văn Tuân

5

Trường ĐH Bách khoa Hµ Néi

Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn công nghệ chế tạo máy

Danh mục các hình vẽ và đồ thị
Trang
Hình 1.1. Hệ thống DNC .........................................................................................16
Hình 1.2. Sơ đồ chu kỳ sản xuất theo công nghệ truyền thống. ............................18
Hình 1.3. Sơ đồ chu kỳ sản xuất ứng dụng công nghệ CAD/CAM - CNC ............19
Hình 1.4. Møc tiÕp cËn 1..........................................................................................20
H×nh 1.5. Møc tiÕp cËn 2..........................................................................................21
H×nh 1.6. Møc tiÕp cËn 3..........................................................................................21
H×nh 1.7. Møc tiÕp cËn 5..........................................................................................22
H×nh 1.8. Mức tiếp cận 6..........................................................................................23
Hình 1.9. Hệ chuyển giao dữ liệu gián tiếp thông qua tệp trung gian ..................25
Hình 1.10. Các giao diện dùng trong lĩnh vực cơ khí ............................................26
Hình 1.11. Quá trình truyền dẫn dữ liệu qua hai hệ CAD/CAM A và B ..............27
Hình 1.12. ứng dụng máy tính vào quá trình thiết kế............................................34
Hình 1.13. Mối liên hệ giữa cơ sở dữ liệu với CAD/CAM ......................................38
Hình 1.14. Sơ đồ qúa trình gia công .......................................................................41
Hình 1.15. Điều khiển điểm - điểm .........................................................................44
Hình 1.16. Điều khiển đoạn thẳng ..........................................................................45
Hình 1.17. Điều khiển 2D trên máy phay ...............................................................46
Hình 1.18. Điều khiển 3D trên máy phay ...............................................................46
Hình 1.19. Điều khiển 2,5D .....................................................................................47
Hình 1.20. Điều khiển 4D và 5D .............................................................................48
Hình 1.21. Hệ tọa độ trên máy CNC và chuyển động của các trục .......................49
Hình 3.1. Bản vẽ chi tiết phay .................................................................................81

Hình 3.2. Bản vẽ 3D chi tiết phay trong môi trường Cimatron E8.5 ....................81
Hình 3.3. Máy phay VMC 0641 ...............................................................................83
Hình 3.4. Bộ điều khiển của máy phay VMC 0641 ................................................83
Hình 3.5. Hình ảnh phay hốc vuông .......................................................................90
Hình 3.6. Hình ảnh khi phay hốc cầu....................................................................90

Phạm Văn Tuân

6

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn công nghệ chế tạo máy

Hình 3.7. Hình ảnh sau khi phay hốc .....................................................................91
Hình 3.8. Hình ảnh chi tiết sau khi gia công trên máy phay VMC 0641 .............91
Hình 3.9. Máy đo độ nhám bằng phương pháp tiếp xúc Mitutoyo ........................92
Hình 4.1. Bản vẽ chi tiết trục ...................................................................................93
Hình 4.2. Bản vẽ 3D chi tiết trục trong môi trường Cimatron ..............................93
Hình 4.3. Máy tiện CNC CAK 6136V/750 ..............................................................95
Hình 4.4. Bộ điều khiển của máy tiện CNC CAK 6136V/750 ................................95
Hình 4.5. Hình ảnh tiện thô và tinh chi tiết trục ..................................................104
Hình 4.6. Hình ảnh tiện cắt rÃnh chi tiết trục ......................................................104
Hình 4.7. Hình ảnh tiện ren chi tiết trục ..............................................................105
Hình 4.8. Hình ảnh tiện cắt đứt chi tiết trục.........................................................105
Hình 4.9. Chi tiết trục nối sau khi gia công trên máy tiện CNC..........................105
Hình 4.10. Máy đo độ nhám bằng phương pháp tiếp xúc Mitutoyo ....................106

Phạm Văn Tuân

7

Trường ĐH Bách khoa Hµ Néi


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn công nghệ chế tạo máy
Phần mở đầu

1. Lý do chọn đề tài
Những năm gần đây việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM trong thiết kế, chế
tạo các sản phẩm công nghệ ngày càng phổ biến ở ViƯt Nam. CAD (Computer
Aided Design) lµ thiÕt kÕ víi sù trợ giúp của máy tính trợ giúp, CAM (Computer
Aided Manufacturing) là máy tính trợ giúp chế tạo. CAD/CAM là công cụ giúp các
nhà thiết kế và chế tạo sản phẩm có hiệu quả để tăng năng suất, giảm cường độ lao
động, tự động hóa quá trình sản xuất, nâng cao chất lượng và hạ giá thành sản phẩm.
Hiện nay với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin, hệ thống CAD/CAM tích hợp
phát triển rất nhanh chóng. Nó đà tạo ra sự liên thông từ quá trình thiết kế cho đến
chế tạo trong lĩnh vực cơ khí. Có rất nhiều phần mềm CAD/CAM tích hợp đang
được sử dụng phổ biến nh­: Mastercam, Edgecam, Solidcam, Delcam, Surfcam,
Vercut, Topmold, CimatronE, Catia/Auto NC, Pro/Engenieer, Hypercam,
CimatronE được đánh giá là phầm mềm tích hợp CAD/CAM hàng đầu trong
lĩnh vực thiết kế gia công. CimatronE là hệ thống mô hình hóa ba chiều dạng Solid
tham số có khả năng mô hình hóa mặt cong. Hệ thống này được sử dụng để tạo các
chi tiết solid ba chiều, các bản vẽ từ các chi tiết solid, tạo bản vẽ 2D từ mô hình 3D,
tách khuôn, phân khuôn và mô phỏng gia công. Đây cũng là hệ thống CAD/CAM

phổ biến nhất hiện nay để mô hình hóa ba chiều các sản phẩm cơ khí và dùng để
xuất chương trình từ các File gia công sang các tổ hợp gia công CNC. Hệ thống là
công cụ hỗ trợ cho nhà thiết kế thực hiện công việc thiết kế sản phẩm một cách
nhanh chóng và chính xác. Hơn nữa tính mở và tính tương thích của CimatronE cho
phép nhiều phần mềm ứng dụng nổi tiếng khác chạy trực tiếp trên môi trường của nó
như SolidWorks, Catia, Pro-E, Solid Edge...
Mặc dù phần mềm CimatronE được ứng dụng rất rộng rÃi và hiệu quả trong các
công ty cơ khí trên thế giíi nh­ng viƯc nghiªn cøu øng dơng CAD/CAMCIMATRON E ë Việt Nam chưa được quan tâm nhiều. Chính vì vậy, chúng tôi đÃ
tiến hành nghiên cứu đề tài "Nghiên cứu, ứng dụng phần mềm CAD/CAM -

Phạm Văn Tuân

8

Trường ĐH Bách khoa Hµ Néi


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn công nghệ chế tạo máy

CIMATRON E8.5 trong thiết kế và gia công cơ khí 2D, 3D trên máy tiện và máy
phay CNC".
2. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng công nghệ cad/camcnc tại việt nam
a. Tình hình ứng dụng công nghệ CAD/CAM- CNC trong các công ty
Những năm gần đây việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM trong thiết kế chế
tạo các sản phẩm công nghiệp ngày càng phổ biến ở Việt Nam. Cùng với sự phát
triển của công nghệ thông tin, CAD/CAM đà được ứng dụng nhanh chóng trong
công nghiệp vì nó là công cụ giúp các nhà thiết kế và chế tạo sản phẩm có hiệu quả
để tăng năng suất, nâng cao chất lượng và hạ giá thành sản phẩm.

Hiện nay với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin, hệ thống CAD/CAM tích
hợp phát triển rất nhanh chóng, nó đà tạo ra sự liên thông từ quá trình thiết kế cho
đến chế tạo trong lĩnh vực cơ khí. Xu thế hiện nay của các nhà kỹ thuật phát triển
chủ yếu là hệ thống CAD/CAM tích hợp. Những phần mềm CAD/CAM tích hợp
được sử dụng phỉ biÕn hiƯn nay nh­: Mastercam, Edgecam, Solidcam, Delcam,
Surfcam, Vercut, Topmold, CimatronE, Catia, Pro/engineer, Hypercam...
Tuy nhiên tại các công ty, nhà máy của Việt Nam thì công nghệ CAD/CAM CNC còn khá mới mẻ và việc đi sâu ứng dụng còn bất cập do nhu cầu về trang thiết
bị và phần mềm. Tuy nhiên để có nền công nghiệp cơ khí phát triển thì việc sử dụng
và phát triển công nghệ CAD/CAM - CNC là vô cùng quan trọng và không thể thiếu
trong xu hướng phát triển như hiện nay.
CAD/CAM xuất hiện tại Việt Nam thông qua các phần mềm mua được từ
nước ngoài để học tập, nghiên cứu và ứng dụng. Hiện nay thì chúng ta cũng đang cố
gắng để tự xây dựng nên các phần mềm CAD/CAM, và một số các trường đại học,
học viện nghiên cứu và các công ty cũng đang cố gắng để thực hiện các dự án này.
Tại các công ty nước ngoài ở Việt Nam thì tình hình ứng dụng công nghệ
CAD/CAM - CNC vào sản xuất là rất rộng rÃi, các công ty chuyên nghiệp về thiết
kế và gia công các sản phẩm về cơ khí và sản phẩm nhựa thì việc thiết kế và chạy
gia công trên các phần mềm chuyên dụng là rất quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến

Phạm Văn Tuân

9

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn công nghệ chế tạo máy

chất lượng và hiệu quả sản xuất. Tuỳ vào chủng loại sản phẩm mà công ty sản xuất,
họ sẽ lựa chọn những phần mềm thích hợp cho việc thiết kế và sản xuất chủng loại
sản phẩm đó. Ví dụ như các công ty chuyên thiết kế về vỏ bề mặt họ thường sử dụng
phần mềm CATIA hoặc Uni Graphic - NX, các công ty chuyên thiết kế khuôn
thường dùng phần mềm CimatronE, CADmeister bởi ưu điểm rất mạnh của phần
mềm này về module thiết kế khuôn, với quá trình chạy gia công CAM thì tuỳ thuộc
vào tình hình sản xuất và công nghệ mà việc lựa chọn các phần mềm CAD/CAM
tích hợp hoặc các phần mềm CAM chuyên dụng sao cho tương hỗ một cách tối đa
nhất với phần mềm thiết kế và loại máy CNC mà nhà máy đang sử dụng. Với lĩnh
vực CAE thì các phần mềm được sử dụng nhiều thường là các phần mềm mô phỏng
về sức bền và phân tích động lực học như ANSYS, HYPER WORKS hay MSC
PATRAN. Các phần mềm này tích hợp lại thành một hệ thống các quá trình thiết kế,
sản xuất và kiểm tra.
b. Tình hình đào tạo công nghệ CAD/CAM - CNC trong nhà trường
Một số trường đại học của nước ta đà mạnh dạn đầu tư khá nhiều trang thiết
bị về máy CNC và các phần mềm CAD/CAM để phục vụ cho giảng dạy và thực
hành, tại một số trường đại học như Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Đại Học Công
Nghiệp Hà Nội, Đại Học Giao Thông Vận Tải, Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên,
Đại học Sao Đỏ đà thành lập các trung tâm CAD/CAM với khá nhiều phần mềm tốt
như: CimatronE TopSolid, CATIA, UG - NX, CADmeister, Pro/Engineer,
MasterCam, Camtool .. ®Ĩ phơc vơ cho viƯc giảng dạy và luyện tập của sinh viên.
Do hiện nay trên thị trường xuất hiện rất nhiều phần mềm nên việc lựa chọn sử dụng
phần mềm nào đối với sinh viên là rất khó, vì vậy các thầy cô giáo sẽ định hướng
cho sinh viên học những phần mềm nào phù hợp nhất mà nhiều công ty, nhà máy
hiện đang sử dụng để tiếp cận với công nghệ CAD/CAM - CNC đang phát triển như
hiện nay. Chính vì vậy yêu cầu rất quan trọng với các bạn sinh viên sau khi ra
trường là phải nắm vững về công nghệ CAD/CAM - CNC để có thể tiếp cận với nền
công nghiệp cơ khí trên thế giới.

Phạm Văn Tuân

10

Trường ĐH Bách khoa Hµ Néi


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn công nghệ chế tạo máy

3. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi
nghiên cứu
- Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng của công nghệ CAD/CAM - CNC và phần
mềm tích hợp CAD/CAM - CimatronE8.5. Đồng thời xác định được những bước cơ
bản của quá trình thiết kế, lập trình gia công, mô phỏng quá trình gia công và đưa
chương trình gia công vào các máy CNC.
- Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu phần mềm tích hợp CAD/CAM - Cimatron E8.5.
4. Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp
mới của tác giả
- Tổng quan về công nghệ CAD/CAM CNC: CAD/CAM là công nghệ
thiết kế, chế tạo có sự trợ giúp của máy tính. Các phần mềm CAD/CAM rất đa dạng
và phong phú, từ các phần mềm chuyên hóa đến các phần mềm tích hợp. Mỗi phần
mềm khác nhau có giao diện, mức tiếp cận và khả năng ứng dụng khác nhau. Việc
chế tạo các sản phẩm cơ khí ứng dụng các phần mềm CAD/CAM được thực hiện
theo một quy trình cụ thể và hoàn toàn tự động.
- Tổng quan về phần mềm Cimatron E và E 8.5: Cimatron là phần mềm
CAD/CAM tích hợp hành đầu trong khuôn mẫu và gia công. Cimatron E 8.5 có rất
nhiều Môđun ưu việt và có những công cụ duy nhất để tính toán thiết kế mà những

phần mềm CAD/CAM khác không có được. Giao diện của Cimatron E8.5 hết sức
khoa học, tối ưu hóa các thao tác, dễ dàng tiÕp cËn vµ thùc hµnh.
- ThiÕt kÕ chi tiÕt phay và chi tiết tiện dạng trục bằng phần mềm Cimatron E
8.5. Tiến hành lập trình gia công, xuất chương trình và thực hiện gia công trên máy
tiện và máy phay CNC.
Đề tài đà tiến hành nghiên cứu và thực hành ứng dụng trên phần mềm
Cimatron E8.5. Những kết quả đạt được là cơ sở cho việc áp dụng phần mềm

Phạm Văn Tuân

11

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn công nghệ chế tạo máy

Cimatron E8.5 trong việc thiết kế, chế tạo các sản phẩm cơ khí, mở ra một cách tiếp
cận hoàn toàn mới trong viƯc sư dơng c«ng nghƯ th«ng tin trong lÜnh vực cơ khí.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Tìm hiểu lý thuyết tổng quát về công nghệ CAD/CAM - CNC và
CAD/CAM - CimatronE8.5.
- Thực hành khai thác khả năng ứng dụng của phần mềm CAD/CAM CimatronE8.5 trong lập trình gia công trên máy phay, máy tiện.

Phạm Văn Tuân

12

Trường ĐH Bách khoa Hµ Néi


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn công nghệ chế tạo máy
Chương I

Tỉng quan vỊ c«ng nghƯ cad/cam-cnc
1.1. Giíi thiƯu chung vỊ công nghệ cad/cam-cnc
1.1.1. Khái niệm về CAD, CAM, CAE, CNC
1.1.1.1. Cad
- Cad (Computer Aided Design): Có nghĩa là quá trình thiết kế hình học với
sự hỗ trợ của máy tính. Trước đây để thiết kế bản vẽ chi tiết và bản vẽ lắp người ta
phải thiết kế bằng tay rất phức tạp và khó khăn, nhưng với sự phát triển mạnh mẽ
của các phần mềm CAD, đặc biệt là CAD 3D thì quá trình thiết kế đà dễ dàng hơn
với sự hỗ trợ mạnh mẽ của máy tính. CAD còn được mở rộng tới những công việc
như: mô hình hoá thực thể ở dạng đặc (Solid Modeling), hình động (Animation), và
phép phân tích phần tử hữu hạn (FEM: Finite Element Method). Ngoài ra còn có sự
trao đổi dữ liệu giữa các hệ thống CAD/CAM và sự tích hợp về tự động hoá
CAD/CAM được thiết lập với sự ấn định chung về trao đổi dữ liệu. Như vậy với
những tiến bộ về máy tính đà có tác dụng làm đẩy mạnh quá trình thiết kế và quá
trình tự động hoá trong công nghiệp.
Kể từ khi ra đời, CAD được coi như là một cuộc cách mạng về công nghiệp vì
CAD có nhưng ưu điểm sau:
+ Tăng độ chính xác và chất lượng các bản vẽ
+ Các bản vẽ CAD có thể truy cập, lưu trữ, truyền tải qua các bộ chứa và lưu
thông tin
+ Làm giảm mức độ mơ hồ và trừu tượng của bản vẽ
+ Tiết kiệm được không gian và thời gian

+ Có khả năng giao diện trực tiếp với những ứng dụng kỹ thuật khác như
CAE, CAM
+ Có thể làm tăng năng suất và lợi nhuận với giải pháp phù hợp

Phạm Văn Tuân

13

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn công nghệ chế tạo máy

Kết quả của CAD là một bản vẽ xác định, một sự biểu diễn của nhiều hình
chiếu khác nhau của một chi tiết cơ khí, các phần mềm CAD là các công cụ tin học
đặc thù cho việc nghiên cứu và được gọi chung là các phần mềm thiết kế.
Nền tảng của các hệ thống phần mềm CAD là KERNEL (hệ thống hạt nhân
đồ hoạ). Hiện tại có một số định dạng KERNEL chính mà người ta dựa vào đó để
viết các phần mềm CAD đó là PARASOLID, ACIS, DESIGNBASE của hÃng
RICOH.

PARASOLID

là

KERNEL

dựng

cho

Unigraphics-NX,

Cadmeister, Solid Edge và MasterCam, ACIS được dựng cho
AutoCad, MDT, Design Base được dựng cho các phần mềm CAD hạng
trung. Riêng CATIA thì sử dụng một KERNEL riêng của DASSAULT SYSTEMES
cải biên lại từ định dạng ACIS, do đó các dữ liệu được xuất ra của CATIA tương
thích dễ dàng với các phần mềm sử dụng ACIS cũng như khá tương thích với các dữ
liệu của PARASOLID. Về độ chính xác của CAD thì KERNEL ACIS không chính
xác bằng PARASOLID, do ®ã xu h­íng chun ®ỉi tõ CATIA sang
UNIGRAPHICS trong các hÃng thiết kế ôtô ngày càng gia tăng.
1.1.1.2. CAM
CAM (Computer Aided Manufacturing): Có nghĩa là quá trình gia công với
sự hỗ trợ của máy tính. Sau khi thực hiện xong quá trình thiết kế hình học, các dữ
liệu CAD được xuất ra dưới dạng các định dạng file dữ liệu trung gian như STEP,
SAT, IGES và được nhập vào phần mềm CAM dưới các định dạng này. Chương
trình CAM sẽ nhận dữ liệu CAD qua các định dạng trung gian đó và người chạy
chương trình cần phải thiết lập các điều kiện tính toán cho quá trình gia công như
các chiến lược gia công, thông số công nghệ và thông số dụng cụ cắt, chương trình
sẽ tự động chạy và xuất các chương trình NC dưới dạng các mà lệnh G-M code hoặc
dưới dạng ngôn ngữ APT. Các chương trình NC dưới dạng mà lệnh này sẽ được
truyền trực tiếp từ máy CNC bằng ổ đĩa hoặc qua các bộ điều khiển DNC (Direct
Numerical Control).
Kết quả của CAM 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

Phạm Văn Tuân

14

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn công nghệ chế tạo máy

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 lượng và hiệu
quả kinh tế.
1.1.1.3. CAE
CAE (Computer Aided Engineering): có nghĩa là ứng dụng công nghệ thông
tin để hỗ trợ cho quá trình kỹ thuật như: quá trình phân tích, mô phỏng, lập kế hoạch
sản xuất và sửa chữa bảo trì. Các lĩnh vực của CAE bao gồm:
- Phân tích ứng suất trong kết cấu và các mối lắp ghép
- Phân tích chuyển động của các dòng khí và chất lỏng
- Phân tích các quá trình mô phỏng cơ khí như: đúc, cắt gọt, biến dạng
- Phân tích lời giải và xử lý các kết quả trong quá trình tính toán cơ khí.
1.1.1.4. CNC
CNC (Computerized Numerical Control): Điều khiển số bằng máy tính. Công
nghệ CNC được ra đời và phát triển vào những năm 1940-1950 tại phòng thÝ nghiƯm
SERVOMECHANISM cđa häc viƯn kü tht MASSACHUSETS. §iỊu khiĨn bằng
các chương trình chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D dưới dạng các mà lệnh GM code hoặc ngôn ngữ APT.
Sự ra đời của công nghệ CNC đà làm thay đổi mạnh mẽ ngành cơ khí, từ nền
sản xuất cơ khí thuần tuý chuyển sang sự kết hợp giữa cơ khí, công nghệ thông tin
và điện tử. Quá trình gia công phức tạp trở nên dễ dàng hơn, các đường cong được
thực hiện dễ dàng như đường thẳng, các cấu trúc phức tạp 3D cũng dễ dàng được
thực hiện và một lượng lớn các thao tác do con người được giảm thiểu. Việc ứng

dụng công nghệ CNC trong sản xuất đà tạo ra được những sản phẩm cơ khí có độ
chính xác cao, giảm thiểu được sai sót, giảm sức lao động của con người , công nghệ
CNC cung cấp các sản phẩm đảm bảo tin cậy, một chương trình đà qua kiểm tra và
được đưa vào sản xuất, hàng loạt các chi tiết cùng loại sẽ được tạo ra một cách chính
xác và ổn định.

Phạm Văn Tuân

15

Trường ĐH Bách khoa Hµ Néi


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn công nghệ chế tạo máy

Hiện nay có nhiều hÃng sản xuất máy CNC như: MORI SEIKI, MAKINO,
DECKEL MAHO, HEIDENHAIN, SIEMENS,
DNC (Direct Numerical Control): Lµ mét máy tính trung tâm được cài đặt
phần mềm truyền dữ liệu đến các hệ thống điều khiển của các máy CNC trong một
xưởng gia công (hình 1.1).
DNC

POST 1

POST 2

POST n

CNC 1

CNC 2

CNC n

Hình 1.1. Hệ thống DNC
Khi đà có chương trình NC, chương trình này được tải đến hệ điều khiển
CNC. Mặc dù người vận hành có thể nhập trực tiếp vào hệ điều khiển, nhưng với
những chương trình dài thì sẽ rất khó khăn. Chương trình NC có được 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 chương trình xử lý văn bản thông thường, với chương trình đang ở
dạng file văn bản muốn chuyển đến hệ điều khiển máy CNC cần phải có mét hƯ
thèng DNC. Mét hƯ thèng DNC cho phÐp m¸y tính có thể nối mạng với nhiều máy
CNC thông qua cổng RS232C, cổng mạng hoặc Data Server được dùng để truyền
chương trình.
1.1.2. Tích hợp công nghệ CAD/CAM-CNC
Trên thế giới hiện nay công nghệ CAD/CAM-CNC đang phát triển hết sức
mạnh mẽ với sự ra đời của rất nhiều phần mềm CAD/CAM có tính năng ưu việt. Có
hai hướng mà các nhà sản xuất phần mềm đưa ra, thứ nhất là đi theo hướng tích hợp
các lĩnh vực CAD, CAM, CAE thành một phần mềm đa chức năng, thứ hai là đi theo
hướng chuyên môn hoá trong từng lĩnh vực một, nghĩa là có xu hướng tách rời phần
thiết kế, gia công và tính toán mô phỏng thành các phần mềm riêng biệt.

Phạm Văn Tuân

16

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội

Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn công nghệ chế tạo máy

Hiện nay một số phần mềm được định dạng để trung chun d÷ liƯu CAD víi
nhau hay gi÷a d÷ liƯu CAD và CAM ở dưới dạng STEP AP203, 203E, AP214 thay
vì dưới dạng SAT, IGES, STEP được ứng dụng rộng rÃi hơn IGES vì khi xuất sang
định dạng IGES thường hay gặp phải lỗi bề mặt.
Kết quả của quá trình CAD 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 như các loại máy công cụ, rôbôt, tay máy công
nghiệp.
Công việc chuẩn bị sản xuất có vai trò quan trọng trong việc hình thành bất
kỳ một sản phẩm cơ khí nào. Công việc 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 phÈm.
HiƯn nay, qua t×m hiĨu t×nh h×nh thiÕt kÕ thÊy rằng đa số thời lượng thiết kế
là để tra cứu số liệu, do vậy các công việc trên có thể thực hiện được bằng máy tính
điện tử để vừa tiết kiệm vừa đảm bảo độ chính xác và chất lượng cao.
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 được sử dụng để thực hiện một số chức
năng nhất định. CAD/CAM - CNC tạo mối quan hệ mật thiết giữa hai dạng hoạt
động là thiết kế và chế tạo.
Tự động hoá là dùng các hệ thống và phương tiện tính toán hỗ trợ 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 kiểm tra các nguyên liệu
gia công.

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 một hệ thống tích
hợp điều khiển bởi máy tính điện tử (CIM - Computer Integrated Manufacturing).

Phạm Văn Tuân

17

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn công nghệ chế tạo máy

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.
1.1.3. Vai trò của CAD/CAM - CNC trong chu kỳ sản xuất
Để mô tả sự hình thành của sản xuất công nghiệp thông qua thiết kế và chế
tạo phải xác định những nội dung liên quan. Quá trình thiết kế bao gồm:
+ Xác nhận sự cần thiết về thiết kế
+ Xác định các thông số thiết kế
+ Nghiên cứu tính khả thi và tập hợp thông tin thiết kế
+ Lập đề án thiết kế
+ Lập mô hình phân tích và lập bản thiết kế
+ Phân tích và tối ưu hoá thiết kế
+ Đánh giá thiết kế
+ Lập hồ sơ thiết kế
Khái niệm sản
phẩm mới

Nhu cầu
thị trường

Kiểm tra
chất lượng

Thiết kế
sản phẩm

Vẽ chi
tiết

Nhu cầu
thị trường

Kế hoạch
hoá QT
sản xuất

Sản xuất
sản phẩm

Lập biểu đồ
sản xuất

Hình 1.2. Sơ đồ chu kỳ sản xuất theo công nghệ truyền thống.

Phạm Văn Tuân

18

Trường ĐH Bách khoa Hà Néi


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn công nghệ chế tạo máy

Quá trình chế tạo gồm các công việc sau:
+ Thiết lập quá trình sản xuất
+ Quy hoạch sản xuất
+ Thiết kế và chuẩn bị dụng cụ mới
+ Chuẩn bị vật tư
+ Lập trình gia công
+ Sản xuất
+ Điều khiển chất lượng
+ Bao gói
Tự động hoá
thiết kế

Khái niêm sản
phẩm mới

Tự động hoá
thiết kế

Thiết kế
sản phẩm

Vẽ chi
tiết

Kế hoạch hoá
quá trình sản
xuất

Nhu cầu thị
trường mới

Nhu cầu thị
trường

Kiểm tra
chất lượng

Tự động hoá KT
chất lượng

Sản xuất
sản phẩm

Tự động
hoá, KH
hoá sản
xuất

Lập biểu đồ
sản xuất

Thiết bị điều khiển
bàng máy tính

Vẽ biểu đồ, lập nhu
cầu nguyên vật liệu

Hình 1.3. Sơ đồ chu kỳ sản xuất ứng dụng công nghệ CAD/CAM - CNC

Phạm Văn Tuân

19

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn công nghệ chế tạo máy

Như vËy cã thĨ thÊy r»ng CAD/CAM chi phèi hÇu hÕt các dạng hoạt động và
chức năng của chu kỳ sản xuất, ở các nhà máy hiện đại trong việc thiết kế và chế
tạo, kỹ thuật tính toán ngày càng phát huy tác dụng và là nhu cầu không thể thiếu
(hình 1.2 và hình 1.3).
1.1.4. Các mức tiếp cận CAD/CAM
HÃng DENFORD (Anh) đà tạo lập các module phù hợp dùng cho đào tạo
theo các mức tiếp cận kỹ thuật CAD/CAM-CNC như sau:
1.1.4.1. Mức tiếp cận 1
Cho các quá trình phay, khoan hoặc tiện. Mức này có khả năng thực hiện
giải pháp CAD/CAM-CNC như tạo lập bằng tay các lệnh G-M code và tạo lập tự
động các lệnh G-M code với hệ CAM rồi chạy mô phỏng chương trình gia công

CNC đà lập trên màn hình máy tính (hình 1.4).
Đĩa cài đặt
CAD/CAM - CNC

Khoá cứng
CAD/CAM - CNC

Máy tính + bàn
phím + chuột

Hình 1.4. Møc tiÕp cËn 1
1.1.4.2. Møc tiÕp cËn 2
Møc nµy được trang bị như mức 1, nhưng có thêm hệ xư lý thÝch nghi
(Postprocessor) dïng cho bµn phÝm CNC cđa hÃng DENFORD để lập trình gia công
CNC, rồi chạy mô phỏng trên màn hình của máy tính PC mà không dùng bàn phím
của máy tính (hình 1.5).

Phạm Văn Tuân

20

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn công nghệ chế tạo máy

Đĩa cài đặt
CAD/CAM - CNC

Khoá cứng
CAD/CAM - CNC

Bàn phím CNC
(Desktop Tutor)

Máy tính + bàn
phím + chuột

Hình 1.5. Mức tiếp cận 2
1.1.4.3. Mức tiếp cận 3
Mức này có thêm máy thực hành gia công CNC bổ xung vào mức 2, theo
hai phương án như sau (hình 1.6):
Phương án 2

Phương án 1

Đĩa cài đặt CAD/CAM
CNC để thiết kế, lập trình
CNC

Đĩa cài đặt + khoá cứng
CAD/CAM CNC
để thiết kế, lập trình CNC

Máy tính PC
+
Bàn phím CNC ( FANUC)

Máy thực hành gia công
CNC có bàn phím và màn
hình CNC ( FANUC)

Máy thực hành gia công
CNC

Chi tiết gia công
CNC

Chi tiết gia công
CNC

Hình 1.6. Mức tiếp cận 3

Phạm Văn Tuân

21

Trường ĐH Bách khoa Hà Néi


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn công nghệ chế tạo máy

1.1.4.4. Mức tiếp cận 4
Mức này là phương án phối hợp giữa mức 1 và mức 2, ở đây bàn phím CNC
có thể lập trình và điều khiển gia công CNC víi c¸c hƯ kh¸c nhau (FANUC,
HEIDENHAIN, SIEMENS) nhê c¸ch thay ®ỉi tÊm phÝm Ên phï hỵp víi tõng hƯ.

Víi møc nµy cã thĨ tiÕn hµnh thiÕt kÕ chi tiÕt 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 chương trình gia công CNC đà lập trên màn hình máy tính.
1.1.4.5. Mức tiếp cận 5
Mức 5 là mức 4 có bổ xung thêm một máy tính thực hành gia công CNC và
có khả năng như sau: 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 chương trình
gia công CNC đà lập trên màn hình của máy tính, cuối cùng là thực hiện chương
trình gia công trên máy thực hành CNC để cắt phôi tạo ra chi tiết đà thiết kế và lập
trình (hình 1.7).
Đĩa cài đặt + khoá cứng
CAD/CAM CNC

Máy tính PC + bàn phím
máy tính + chuột + bàn
phím CNC

Hệ dao cụ CNC

Máy thực hành gia công
CNC

Chi tiết gia công
CNC

Hình 1.7. Mức tiếp cận 5

Phạm Văn Tuân

22

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn công nghệ chế tạo máy

1.1.4.6. Mức tiếp cận 6
Mức này 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 chương trình gia công
CNC rồi truyền trực tiếp tới máy gia công CNC.
CAD

CAM

Máy tính + bàn phím
CNC (Desktop Tutor)

Máy tính + bàn phím
CNC

Máy thực hành gia
công CNC

Đĩa cài đặt + khoá cứng
CAD/CAM CNC như các mức
Hình 1.8. Mức tiếp cận 6

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

Phạm Văn Tuân

23

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội