Nghiên cứu ứng dụng phần mềm ESPRIT vào việc lập trình gia công các bề mặt phức tạp. Thiết kế bài giảng điện tử giảng dạy phần mềm ESPRIT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------------------------------

TRẦN THỊ SƠN HÀ

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ESPRIT
VÀO VIỆC LẬP TRÌNH GIA CƠNG CÁC BỀ MẶT PHỨC TẠP.
THIẾT KẾ BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ GIẢNG DẠY PHẦN MỀM ESPRIT

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Hà Nội - 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------------------------------

TRẦN THỊ SƠN HÀ

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ESPRIT
VÀO VIỆC LẬP TRÌNH GIA CƠNG CÁC BỀ MẶT PHỨC TẠP.
THIẾT KẾ BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ GIẢNG DẠY PHẦN MỀM ESPRIT

CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC
CHUYÊN SÂU: SƯ PHẠM KỸ THUẬT CƠ KHÍ

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học
PGS.TS TĂNG HUY

Hà Nội - 2013


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
MỞ ĐẦU…………………………………………………………………………....1
CHƯƠNG1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM - CNC VÀ
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ
CAD/CAM - CNC ................................................................................................. 3
1.1 . TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM – CNC.................................. 3
1.1.1. Khái niệm về CAD, CAM, CNC..................................................................... 3
1.1.1.1. CAD……………………. ............................................................................. 3
1.1.1.2. CAM………. ................................................................................................. 3
1.1.1.3. CNC………. ................................................................................................. 4
1.1.2. Tích hợp cơng nghệ CAD/CAM – CNC. ......................................................... 5
1.1.3. Vai trò của CAD/CAM – CNC trong chu kỳ sản xuất……………………… 8
1.1.4. Các mức tiếp cận CAD/CAM. ......................................................................... 9
1.1.4.1. Mức tiếp cận 1 ............................................................................................... 9
1.1.4.2. Mức tiếp cận 2 ............................................................................................. 10
1.1.4.3. Mức tiếp cận 3 ............................................................................................. 10
1.1.4.4. Mức tiếp cận 4 ............................................................................................. 11
1.1.4.5. Mức tiếp cận 5 ............................................................................................. 11
1.1.4.6. Mức tiếp cận 6 ............................................................................................. 12
1.1.5. Giao diện CAD/CAM – CNC……………………………………………….13
1.1.6. Một số phần mềm CAD/CAM đang được sử dụng hiện nay, ưu nhược ....... 15
điểm của từng phần mềm. ........................................................................................ 15

1.1.6.1. Các phần mềm CAD/CAM tích hợp. .......................................................... 15
1.1.6.2. Các phần mềm CAD. .................................................................................. 19
1.1.6.3. Các phần mềm CAM. .................................................................................. 19
1.1.6.4. Các phần mềm CAE. ................................................................................... 19
1.1.7. Tình hình ứng dụng cơng nghệ CAD/CAM – CNC ở nước ta hiện nay. ...... 20
1.1.7.1. Tình hình ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC trong các công ty....... 20
1.1.7.2. Tình hình ứng dụng cơng nghệ CAD/CAM – CNC trong nhà trường. ...... 21


1.2. PHƯƠNG PHÁP GIA CƠNG CƠ KHÍ ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ
CAD/CAM – CNC. ............................................................................................... 22
1.2.1. Quá trình thiết kế ứng dụng cơng nghệ CAD/CAM – CNC. ......................... 22
1.2.1.1. Mơ hình hố hình học. ................................................................................ 22
1.2.1.2. Phân tích kỹ thuật. ....................................................................................... 23
1.2.1.3. Rà soát và đánh giá thiết kế. ....................................................................... 24
1.2.1.4. Vẽ tự động. ............................................................................................... 24
1.2.1.5. Phân loại và ghi mã các chi tiết máy. .......................................................... 25
1.2.1.6. Tạo ra cơ sở dữ liệu để sản xuất. ................................................................. 25
1.2.2. Quá trình gia công ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC……………….26
1.2.2.1. Hệ thống CAD/CAM – CNC……………………………………………...26
1.2.2.2. Q trình gia cơng trên máy CNC. ............................................................. 28
1.2.2.3. Các hệ thống điều khiển và hệ thống tọa độ khi gia công trên máy
CNC……………. …………. .................................................................................. 30
1.3. KẾT LUẬN……………………………………………………………………34
CHƯƠNG 2 PHẦN MỀM CAD/CAM ESPRIT ................................................. 35
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG………………………………………………………...35
2.1.1. Giao diện đồ họa của ESPRIT (GUI)............................................................. 35
2.2. CÁC CHỨC NĂNG VÀ Ý NGHĨA CỦA CÁC MỤC CHỌN TRÊN ............ 37
THANH MENU CHÍNH. ........................................................................................ 37
2.2.1. Các Thanh cơng cụ mặc định ......................................................................... 37

2.2.2. Thanh Công Cụ Linh Hoạt ............................................................................. 38
2.2.3.Thanh công cụ khác ........................................................................................ 39
2.2.4. Hiển thị trục tọa độ XYZ và UVW ................................................................ 39
2.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2: ................................................................................ 40
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC
NGUYÊN CỨU THIẾT KẾ BGĐT VÀO GIẢNG DẠY ................................... 41
3.1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ .................................. 41
3.2. PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC VÀ VAI TRÒ CỦA PHƯƠNG TIỆN DẠY
HỌC………………………...................................................................................... 42
3.2.1 Phương tiện…… ............................................................................................. 42


3.2.2. Đa phương tiện ............................................................................................... 42
3.2.3. Phương tiện dạy học ....................................................................................... 43
3.2.3.1. Một số khái niệm liên quan: [20] ................................................................ 43
3.2.3.2. Nguyên tắc sử dụng phương tiện dạy học ................................................... 46
3.2.3. Vai trò của phương tiện dạy học .................................................................... 47
3.2.4.Các yêu cầu đối với các phương tiện dạy học................................................. 48
3.3. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC NGHIÊN CỨU THIẾT ..... 48
KẾ BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ...................................................................................... 48
3.3.1. Tổng quan về thiết kế bài giảng điện tử ......................................................... 48
3.3.2 Công nghệ dạy học hiện đại và bài giảng điện tử ........................................... 50
3.3.2.1. Công nghệ: ............................................................................................... 50
3.3.2.2. Công nghệ dạy học hiện đại: ....................................................................... 50
3.3.2.3. Bản chất của công nghệ dạy học hiện đại ................................................... 50
3.3.2.4. Đặc điểm của công nghệ dạy học hiện đại .................................................. 50
3.3.2.5. Tác dụng của công nghệ dạy học ................................................................ 51
3.3.2.6. Điểm lưu ý về công nghệ dạy học hiện đại: ................................................ 51
3.3.3.Tiếp cận công nghệ dạy học hiện đại qua bài giảng điện tử ........................... 52
3.3.3.1 .Khái niệm bài điện tử .................................................................................. 52

3.3.3.2. Một số đặc trưng của bài giảng điện tử ....................................................... 53
3.3.3.3. So sánh sự giống và khác nhau giữa giáo án điện tử và giáo án ................. 54
truyền thống………… ............................................................................................. 54
3.3.3.4. Quy trình thiết kế BGĐT………………………………………………….54
3.3.3.5. Hiệu quả của sử dụng bài giảng điện tử ...................................................... 58
3.3.3.6. Các tiêu chí đánh giá bài giảng điện tử: ...................................................... 60
3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3.................................................................................. 60
CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ GIẢNG DẠY PHẦN MỀM
ESPRIT........................................................................... ........................................ 61
4.1. ĐỐI TƯỢNG GIẢNG DẠY ............................................................................. 61
4.2. MỤC TIÊU BÀI GIẢNG .................................................................................. 61
4.3. KIẾN THỨC VÀ KỸ NĂNG ĐẠT ĐƯỢC ..................................................... 61
4.4.THỜI LƯỢNG BÀI GIẢNG ............................................................................. 61


4.5. NỘI DUNG BÀI GIẢNG ................................................................................. 61
4.5.1. Bài giảng lý thuyết ......................................................................................... 61
4.5.2. Định vị chi tiết gia công ................................................................................. 75
4.5.3.Tạo đặc tính 3D từ bản vẽ 2D ......................................................................... 76
4.5.3.1. Tạo một đặc tính lỗ ..................................................................................... 76
4.5.3.2. Chỉnh sửa đặc tính lỗ................................................................................... 77
4.5.3.3. Tạo đặc tính chuỗi cho rãnh………………………………………………77
4.5.3.4.Thêm chiều sâu cho những đặc tính chuỗi. .................................................. 79
4.5.3.5. Tạo một đặc tính chuỗi cho rãnh hở............................................................ 80
4.5.4. Bài Thực hành ............................................................................................... 83
4.6. KẾT LUẬN CHUNG 4 ................................................................................... 124
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 125
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 127

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Hệ thống DNC.............................................................................................5
Hình 1.2. Sơ đồ chu kỳ sản xuất khi chưa ứng dụng CAD/CAM – CNC ..................8
Hình 1.3. Sơ đồ chu kỳ sản xuất khi ứng dụng CAD/CAM – CNC ...........................9
Hình 1.4. Mức tiếp cận 1 ...........................................................................................10
Hình 1.5. Mức tiếp cận 2 ...........................................................................................10
Hình 1.6. Mức tiếp cận 3 ...........................................................................................11
Hình 1.7. Mức tiếp cận 5 ...........................................................................................12
Hình 1.8. Mức tiếp cận 6 ...........................................................................................12
Hình 1.9. Các giao diện trong lĩnh vực cơ khí ..........................................................14
Hình 1.11. Ứng dụng máy tính vào q trình thiết kế ..............................................22
Hình 1.12.Mối liên hệ giữa cơ sở dữ liệu với CAD/CAM .......................................26
Hình 1.13. Sơ đồ q trình gia cơng. ........................................................................28
Hình 1.14. Điều khiển điểm - điểm ...........................................................................30
Hình 1.15.Điều khiển đoạn thẳng .............................................................................30
Hình 1.16.Điều khiển 2D trên máy phay. .................................................................31
Hình 1.17.Điều khiển 3D trên máy phay ..................................................................31
Hình 1.18. Điều khiển2,5D .......................................................................................31
Hình 1.19. Điều khiển 4D và 5D...............................................................................32
Hình 1.20. Hệ toạ độ trên máy CNC và chuyển động của các trục ..........................33
Hình 2.1: Giao diện làm việc của esprit (phay) ........................................................36
Hình 2.2: Các loại đặc tính của esprit .......................................................................36
Hình 2.3.a: Hệ trục gốc XYZ ....................................................................................39
Hình 2.3.b: Trục làm việc XYZ ................................................................................39
Hình 3.1. Sơ đồ phân loại mơ hình ...........................................................................44
Hình 3.2. Sơ đồ quy trình thiết kế bài giảng điện tử .................................................55
Hình 4.1 Quy trình gia cơng chi tiết có sự hố trợ máy tính ......................................62
Hình 4.2a Đặc tính chuỗi ..........................................................................................68
Hình 4.2b: Đặc tính PTOP ........................................................................................68

Hình 4.3: Các thuộc tính của đặc tính .......................................................................72
Hình 4.4: Gán bề mặt tới các đặc tính .......................................................................72
Hình 4.5: Tìm bản vẽ CAD .......................................................................................73
Hình 4.6: Xuất các bản vẽ CAD................................................................................74
Hình 4.7: Tắt các lớp để ẩn yếu tố ............................................................................75
Hình 4.8: Tạo và kích hoạt lớp mới ..........................................................................75
Hình 4.9: Định vị chi tiết gia cơng ............................................................................76
Hình 4.10: Tạo một đặc tính lỗ .................................................................................76
Hình 4.11: Chỉnh sửa đặc tính lỗ ..............................................................................77
Hình 4.12: Tạo đặc tính chuỗi cho rãnh ....................................................................78
Hình 4.13: Đặc tính chuỗi đã được tạo .....................................................................78
Hình 4.14: Thêm chiều sâu cho đặc tính chuỗi .........................................................80
Hình 4.15: Tạo đặc tính chuỗi cho rãnh hở ...............................................................81
Hình 4.16: Tạo đặc tính chuỗi cho rãnh hở ...............................................................82
Hình 4.17: Tạo đặc tính chuỗi cho rãnh ....................................................................82


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan những gì mà tơi viết trong luận văn này, hồn tồn là do sự
tìm hiểu và nghiên cứu của bản thân. Mọi kết quả nghiên cứu cũng như ý tưởng của
các tác giả khác nếu có đều được trích dẫn nguồn gốc cụ thể.
Luận văn này cho đến nay chưa được bảo vệ tại bất kỳ Hội đồng bảo vệ luận
văn thạc sỹ nào và chưa được công bố trên bất kỳ một phương tiện thơng tin nào.
Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về những gì mà tơi đã cam đoan ở trên.

Hà nội, ngày 12 tháng 10 năm 2013
Người viết

Trần Thị Sơn Hà

LỜI CÁM ƠN
Tôi xin được bày tỏ sự cảm ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn PGS. TS.
Tăng Huy - vì những gợi ý và giúp đỡ lựa chọn đề tài bảo vệ luận văn tốt nghiệp, sự
hướng dẫn tận tình, ủng hộ thường xuyên cũng như sự động viên của thầy trong quá
trình thực hiện đồ án. Bên cạnh đó thầy cũng đưa ra những đánh giá tổng kết sâu
sắc và gợi mở hướng phát triển của đề tài nghiên cứu trong tương lai.
Luận văn của tôi sẽ khơng thể hồn thành nếu khơng có sự cộng tác hỗ trợ từ
Trung tâm ĐT&NCPTCN CNC - Viện Cơ khí - Trường Đại học Bách Khoa Hà
Nội.
Cuối cùng, tôi muốn gửi lời cảm ơn đặc biệt tới những người thân trong gia
đình, bạn bè và đồng nghiệp - vì sự quan tâm, động viên và ủng hộ nhiệt tình của họ
đối với tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài này.


MỞ ĐẦU
Năm 2009, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội được Bộ Giáo dục và Đào
tạo giao cho tiếp quản “Dự án phát triển giáo dục kỹ thuật công nghệ đào tạo Nhân
lực bậc cao” với tổng trị giá của dự án 8.018.438 EURO, nguồn vốn vay ODA của
Chính phủ Áo. Đây là một dự án lớn bao gồm hơn 30 máy CNC hiện đại, các phần
mềm chuyên dụng và hệ thống linh kiện phụ tùng thay thế, phù hợp với chức năng
đào tạo, nghiên cứu và chuyển giao công nghệ. Phần lớn các máy này đều mới được
chế tạo bởi hãng EMCO – Cộng hòa Áo - là một hãng chuyên sản xuất và cung cấp
thiết bị CNC, luôn nghiên cứu phát triển, cập nhật các công nghệ hiện đại nhất trên
thế giới, có ưu thế trong việc phát triển các hệ thống nghiên cứu đào tạo CNC.
Với các mục tiêu của dự án:
Đào tạo lý thuyết và thực hành công nghệ CAD-CAM, CNC cơ bản và nâng
cao cho các khóa sinh viên bậc cao học, đại học và cao đẳng chuyên ngành Cơ khí
của Nhà trường và các nhân viên kỹ thuật cho các công ty chế tạo cơ khí trong và

ngồi nước, đáp ứng được nhu cầu sản xuất công nghiệp kỹ thuật cao hiện nay.
Đào tạo một đội ngũ cán bộ kỹ thuật hiểu biết chuyên sâu về lý thuyết và
trình độ thực hành cao trong lĩnh vực CAD-CAM, CNC, làm chủ được máy móc,
thiết bị hiện đại, thiết kế được các sản phẩm cơ khí mang tính khoa học cơng nghệ
cao, có thể đáp ứng các dịch vụ về đào tạo thực hành cũng như lắp đặt, chuyển giao
công nghệ CAD-CAM, CNC.
Phần mềm ESPRIT được trang bị cho dự án Emco nhằm hỗ trợ xây dựng
quy trình cơng nghệ gia cơng các chi tiết cơ khí trên máy CNC, đặc biệt là cơng cụ
đắc lực cho việc lập trình gia cơng trên các máy CNC 4 trục và 5 trục, gia công các
bề mặt phức tạp. Việc khai thác và ứng dụng các tính năng của phần mềm này giúp
củng cố các kiến thức công nghệ chế tạo cơ khí, đơn giản hóa các thao tác lập trình
và mơ phỏng 3D gia cơng.
ESPRIT là phần mềm CAM, có thể cung cấp các chương trình phay từ 2-5
trục, tiện từ 2-22 trục, cắt dây 2-5 trục, máy tiện đa năng, hỗn hợp máy cơng cụ. Có

1


thể thiết lập các thông số của máy CNC cho q trình chạy mơ phỏng tương tự như
khi chạy trên máy thực.
ESPRIT có khả năng truyền tải cao cho các máy CNC dưới dạng G-code, mô
phỏng và chạy thử quá trình gia cơng để đưa ra phương án gia cơng tối ưu, có thể
tích hợp các chu trình gia cơng, phối hợp chuyển động của các trục khi gia công
trên các máy phay, tiện, cắt dây nhiều trục.
Trong quá trình đổi mới phương pháp giảng dạy đòi hỏi người giáo viên lựa
chọn phương tiện, phương pháp giảng dạy sao cho phù hợp với từng đối tượng học
sinh khác nhau. … Thì việc mơ phỏng các hình khơng gian rất cần thiết trong giờ
học. Giúp học sinh dễ nhận biết các đối tượng, tạo hứng thú trong quá trình học,
nâng cao hiệu quả trong giờ học.
Được sự đồng ý của PGS.TS Tăng Huy - tôi lựa chọn đề tài: “Nghiên

cứu,ứng dụng phần mềm ESPRIT vào việc lập trình gia cơng các bề mặt phức
tạp. Thiết kế bài giảng điện tử giảng dạy phần mềm ESPRIT ” với mong muốn
góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy môn học tại các trường kỹ thuật.
Hà nội, ngày 12 tháng10 năm 2013

Trần Thị Sơn Hà

2


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM – CNC VÀ PHƯƠNG PHÁP
GIA CƠNG CƠ KHÍ ỨNG DỤNG CƠNG 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 –) là thiết kế có sự trợ giúp của máy tính.
Được sử dụng hầu hết trong các ngành kỹ thuật như cơ khí, xây dựng, kiến trúc...
CAD thực sự trở thành một công cụ đắc lực cho người kỹ sư trong việc xây dựng
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 được sử dụng rộng rãi trên thế giới bởi các tính năng nổi
trội sau:
- Đáp ứng nhu cầu đồ họa trong không gian 2 chiều và 3 chiều.
- Dễ sử dụng, người sử dụng có thể làm việc từ bàn phím, chuột thơng qua cửa
sổ lệnh hay hệ thống menu, các biểu tượng 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 trưng hình học và chức năng. Các
phần mềm CAD là các dụng cụ tin học đặc thù cho việc nghiên cứu và được gọi
chung là các phần mềm thiết kế.
1.1.1.2. CAM
CAM (- Computer Aided Manufacturing –) là gia cơng cơ khí có sự trợ
giúp của máy tính. Sau khi thực hiện xong q trình thiết kế hình học, các dữ liệu
CAD được xuất ra dưới dạng các định dạng file dữ liệu trung gian như STEP,
IGES... Và được nhập vào phần mềm CAM dưới các định dạng này. Chương trình

3


CAM sẽ nhận dữ liệu CAD thông qua các định dạng trung gian đó và người chạy
chương trình cần phải thiết lập các điều kiện tính tốn cho q trình gia công như
các chiến lược gia công, thông số công nghệ và thông số dụng cụ cắt và xuất ra các
chương trình NC dưới dạng các mã lệnh G – M code hoặc dưới dạng ngơn ngữ
ATP. Các chương trình NC dưới dạng mã lệnh này sẽ được truyền trực tiếp vào
máy CNC bằng các thiết bị truyền tin như mạng, ổ USB …
Kết quả của CAM là cụ thể, đó là các chương trình gia cơng. Trong CAM
khơng 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 lượng và hiệu quả kinh tế.
1.1.1.3. CNC.
CNC (– Computerized Numerical Control -) là điều khiển số bằng máy tính.
Ý tưởng 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), Mỹ. Về
mặt công nghệ, để thực hiện ý tưởng này cần có một hệ điều khiển biến đổi được
đại lượng 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 được chúng. Đó là ý tưởng cơ bản về ứng

dụng điều khiển số cho máy cơng 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.
Trước tiên bộ điều khiển NC cho máy phay đứng được phát triển, các thơng
tin về hành trình và các chức năng đóng - mở cần thiết được nhập qua card đục lỗ.
Nhờ đó các trục chạy dao của máy phay được điều khiển với các nguồn động lực
độc lập sao cho bàn gá chi tiết gia cơng có thể thực hiện được bước 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 được gọi là “chương trình NC”
Với sự phát triển nhanh chóng của cơng nghệ vi mạch tích hợp và cơng nghệ
chế tạo các linh kiện điện tử như các bộ vi xử lý và máy vi tính, vào những năm 70,

4


điều khiển NC đã bắt đầu phát triển thành điều khiển CNC (Computerized
Numerical Control).
Khi đã 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
chương trình dài thì rất khó khăn. Chương trình NC có được qua hệ thống CAM
đang ở dạng file văn bản trên máy tính, cịn nếu lập bằng tay có thể nhập vào máy
tính bằng chương trình xử lý văn bản thơng thường, với chương 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 được cài đặt phần mềm truyền dữ liệu đến các hệ thống điều khiển
của các máy CNC trong một xưởng gia cơng (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
thơng qua cổng RS232C, cổng mạng hoặc Data Server được dùng để truyền chương
trình.

1.1.2. Tích hợp cơng nghệ CAD/CAM – CNC.
Cơng 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 đưa ra 2 hướng: thứ nhất là đi theo hướng tích hợp các lĩnh vực CAD, CAM,
CAE thành một phần mềm đa chức năng. (CAE: Computer Aided Engineering) quá

5


trình kỹ thuật có sự trợ giúp của máy tính, như q trình phân tích, mơ phỏng, lập
kế hoạch sản xuất và sửa chữa bảo trì). Thứ hai là đi theo hướng chun mơn hóa
từng lĩnh vực, tức là tách rời thiết kế, gia cơng và tính tốn mơ phỏng thành các
phần mềm riêng biệt. Một số phần mềm được 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 dưới dạng SAT, IGES, ... STEP được ứng dụng rộng rãi hơn IGES, bởi vì
khi xuất sang định dạng IGES thường hay gặp phải lỗi bề mặt.
Mục đích của tích hợp CAD/CAM là hệ thống hố dịng thông tin từ khi bắt
đầu thiết kế sản phẩm tới khi hồn thành q trình sản xuất. Chuỗi các bước được
tiến hành với việc tạo dữ liệu hình học, tiếp tục với việc lưu trữ và xử lý bổ sung,
kết thúc với việc chuyển các dữ liệu này thành thông tin điều khiển cho q trình
gia cơng, di chuyển ngun vật liệu và kiểm tra tự động, được gọi là kỹ thuật trợ
giúp bởi máy tính CAE (Computer Aided Engineering) và được coi như kết quả của
việc kết nối CAD, CAM. CAE không chỉ thay thế con người bằng các thiết bị máy
tính hố mà cịn nâng cao năng lực của con người để phát minh các ý tưởng và sản
phẩm mới.
Sản xuất tích hợp hóa CIM (Computer Intergrated Manufacturing) bao gồm
tất cả các chức năng kỹ thuật của CAD/CAM cũng như các chức năng kinh doanh.
Các hệ thống CIM lý tưởng áp dụng cơng 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 được kết hợp lại trong một hệ thống máy tính để được hỗ trợ, được tự động
hố. Hệ thống máy tính toả rộng và tác động vào tất cả các hoạt động của doanh
nghiệp. Đây là hệ thống 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 được nhập vào phòng bán hàng của doanh nghiệp nhờ hệ
thống đặt hàng máy tính hố. Các đơn đặt hàng này bao gồm các thông số đặc trưng

6


của sản phẩm, các thông số này sẽ là đầu vào của phòng thiết kế sản phẩm. Các sản
phẩm mới sẽ được thiết kế trong hệ thống CAD. Các phần tử tạo nên sản phẩm sẽ
được chuyển thành cấu trúc vật tư sản phẩm, sau đó sơ đồ lắp ráp được chuẩn bị.
Đầu ra của phòng thiết kế sẽ là đầu vào của phòng kỹ thuật sản xuất. Tại đây,
việc lập kế hoạch q trình gia cơng, thiết kế cơng cụ và các hoạt động chuẩn bị cho
sản xuất được thực hiện. Đầu ra của phòng kỹ thuật sản xuất được đưa vào phòng
lập kế hoạch và điều khiển sản xuất. Tại đây, kế hoạch về nhu cầu nguyên vật liệu
được 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 được 12 ÷ 25%; nâng cao chất
lượng thiết kế, do đó nâng cao được chất lượng sản phẩm; tạo ra được tài liệu có
chất lượng cao; loại trừ được các công việc lặp lại; tiết kiệm thời gian và giảm giá
thành khi chế tạo sản phẩm mới; tiêu chuẩn hố tốt hơn; hồn 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 cơng 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...
Xuất phát từ thực tế, đa số thời lượng thiết kế là để tra cứu số liệu, do vậy

các cơng đoạn của q trình chuẩn bị sản xuất được thực hiện bằng máy tính điện tử
vừa tiết kiệm vừa đảm bảo độ chính xác và chất lượng. Các cơng 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 cơng nghệ...); thiết kế và chế tạo các trang bị công nghệ và
dụng cụ phụ; kế hoạch hố q trình sản xuất và chế tạo sản phẩm. Q trình chuẩn
bị sản xuất có vai trị rất quan trọng trong việc hình thành bất kỳ một sản phẩm cơ
khí nào.
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 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

7


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 được quản lý và điều hành dựa trên cơ sở dữ
liệu trung tâm với thành phần quan trọng là các dữ liệu từ q trình CAD.
1.1.3. Vai trị của CAD/CAM – CNC trong chu kỳ sản xuất.
Khi chưa được ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC, sơ đồ chu kỳ sản
xuất như sau:

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

8

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 hố và cũng ngay lập
tức đưa vào q trình điều khiển máy để gia cơng và có ngay sản phẩm mới được
cải tiến. Đó cũng chính là cơng nghệ cao thiết kế – gia cơng – sản xuất có sự trợ
giúp của máy tính đã mang lại năng suất cao hơn, chất lượng 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 như sau:
- Tạo lập bằng tay các lệnh G – M code.
- Tạo lập tự động các lệnh G –M code với hệ CAM rồi chạy mơ phỏng
chương trình gia cơng CNC đã lập trên máy tính.

9


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 cơng CNC, sau đó chạy mơ phỏng trên màn hình máy tính mà
khơng 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 cơng có bổ sung thêm máy CNC theo
hai phương án như sau:

10


Hình 1.6. Mức tiếp cận 3
1.1.4.4. Mức tiếp cận 4
Là phương 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 cơng, rồi lập trình gia cơng CNC với
bàn phím máy tính, hoặc lập trình bằng tay với bàn phím CNC, sau đó chạy mơ
phỏng chương trình gia cơng 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 cơng CNC và có khả
năng thiết kế chi tiết gia cơng rồi lập trình gia cơng CNC trên máy tính, hoặc lập
trình thủ cơng với bàn phím CNC, sau đó chạy mơ phỏng chương trình gia cơng
CNC đã lập trên màn hình máy tính, cuối cùng thực hiện chương trình gia cơng trên
máy thực hành CNC để cắt phôi tạo ra chi tiết đã thiết kế và lập trình.

11


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 cơng trên máy tính, và
nạp dữ liệu CAD vào các module CAM để tạo lập chương trình gia cơng CNC rồi
truyền trực tiếp tới máy gia cơng CNC.

Hình 1.8. Mức tiếp cận 6

12


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 tương thích, tính tích hợp liên thơng, tính linh hoạt, phải
có 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 người 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 như 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 được quán triệt ngay từ khâu trao đổi dữ
liệu nhờ các chương trình chuyển đổi cho tới khâu tạo lập các ngân hàng dữ liệu
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(5-1) = 20 bộ dịch trực tiếp để chuyển giao dữ liệu khi chúng tích hợp
với nhau.
Với cách dịch dữ liệu gián tiếp, người ta sử dụng hệ chuyển giao dữ liệu gián
tiếp thông qua tệp trung gian. Tệp trung gian có cấu trúc cơ sở dữ liệu trung gian,

khơng phụ thuộc vào một hệ thống nào riêng biệt. Còn được gọi là giao diện dữ liệu
tiêu chuẩn, hiện nay có một số tệp trung gian điển hình như DXF, STEP, IGES. Tuy
vậy, muốn chuyển giao được dữ liệu giữa các hệ cơ sở dữ liệu khác nhau, từng hệ

13


thống phải có một cặp bộ xử lý để chuyển đổi dữ liệu riêng của nó thành quy cách tệp
trung gian và ngược lại từ quy cách tệp trung gian thành quy cách tệp gốc của nó.
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. Ngược 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. Như vậy cần có 2n bộ xử lý cho n hệ thống được 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
thơng 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 được tập hợp thành nhiều giao diện khác nhau. Các
giao diện này được tiêu chuẩn hoá theo quốc gia, do các hãng tạo lập CAD/CAM
cung cấp thông qua các chương 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 chương
trình chuyển đổi ở dạng hai hệ vi xử lý là tiền xử lý và hậu xử lý. Hệ tiền xử lý có
chức năng trợ giúp việc chuyển đổi các dạng dữ liệu chuyên dụng và đặc trưng của
hệ thống thành dạng trung gian, sau đó hệ hậu xử lý sẽ chuyển đổi tiếp dạng trung
gian thành dạng phù hợp, có giá trị phù hợp với hệ thống nhập vào. Mơ hình truyền
dẫn dữ liệu giữa các hệ CAD/CAM được thể hiện như sau:

Hình 1.9. Các giao diện trong lĩnh vực cơ khí

14


1.1.6. Một số phần mềm CAD/CAM đang được sử dụng hiện nay, ưu nhược
điểm của từng phần mềm.
1.1.6.1. Các phần mềm CAD/CAM tích hợp.
 Pro – Engineer: Một trong những phần mềm rất mạnh và rất nổi tiếng
trong lĩnh vực CAD/CAM – CNC, do hãng Prametric Technology sản xuất. Phục vụ
rất tốt cho ngành cơ khí khn mẫu (thiết kế và gia công) như khuôn dập, khuôn
rèn, khuôn nhựa..., phần mềm này có một lợi thế là giá rẻ nên đã chiếm lĩnh các thị
trường hạng trung và cao.
Pro – Engineer có các module sau:
- Pro/ASSEMBLY: tạo điều kiện thiết lập dễ dàng chi tiết vào hệ thống và
dưới hệ thống. Nó hỗ trợ cho phần lắp ráp và lắp ráp nhóm, giải quyết tình huống
xung đột, thiết kế thay đổi...
- Pro/MANUFACTURING: bao gồm dữ liệu NC, mô phỏng, format dữ liệu
CL, thư viện các phần tử.
- Pro/MESH: hỗ trợ tái tạo mạng lưới cho việc phân tích phần tử hữu hạn
(FEA), xác định điều kiện biên gắn liền với ANSYS PATRAN, NASTRAN,
ARAQUS, SUPFRTAR và COSMOS/M.
- Pro/MECHANICA: Mô phỏng động học, kiểm nghiệm ứng suất, chuyển vị,
biến dạng tuyến tính và phi tuyến, xác định và dự đoán khả năng phá huỷ vật liệu.
- Pro/INTERFACE: tạo điều kiện gắn với các hệ CAD khác như: iges, dxf,
vdafs, render, SLA...
- Pro/PRJECT: xác định để điều khiển dự án thiết kế và tổ hợp một số đội
thiết kế và lập dự án.
- Pro/FEATURE: mở rộng khả năng thiết lập những phần tử thiết kế bằng thư
viện của các bộ phận, nhóm, tái tạo các hình dạng chuẩn và dưới nhóm.
- Pro/DESIGN: hỗ trợ thành lập mơ hình 3D, sơ đồ khối, xây dựng kế hoạch
thiết kế và mối quan hệ phụ thuộc, giúp cho sự phân tích nhanh, hiệu quả và sắp xếp

phương án.

15