Nghiên cứu, ứng dụng phần mềm cadcam topsolid 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 H NI
-------------------------------------------

Nguyễn văn hinh

LUN VN THC S KHOA HC
Ngành: công nghệ cơ khí

công nghệ cơ khí

Nghiên cứu, ứng dụng phần mềm CAD/CAM - TOPSOLID
trong thiết kế và gia công cơ khí 2D, 3D trên máy
tiện và máy phay CNC

Nguyễn Văn hinh

2007 – 2009
HÀ NỘI 2009


Bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học bách khoa hà nội
-------------------------------------------

Luận văn thạc sỹ khoa học

Nghiên cứu, ứng dụng phần mềm CAD/CAM - TOPSOLID
trong thiết kế và gia công cơ khí 2D, 3D trên máy
tiện và máy phay CNC

NGNH: CễNG NGH C KH
M S:

Nguyễn văn hinh

Ngi hng dn khoa hc: PGS.TS. trần xuân việt

H NI 2009


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

1

Chương I
Phương pháp chế tạo các sản phẩm cơ khí ứng dụng
công nghệ cad/cam-cnc.
1.1. Tổng quan về công nghệ .

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.

Học viên: Nguyễn Văn Hinh

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

2

+ 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.
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 lµ PARASOLID, ACIS, DESIGNBASE
cđa h·ng RICOH. PARASOLID lµ KERNEL dùng 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 b»ng 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

Nguyễn Văn Hinh

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

3

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 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 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 lÜnh vùc cđa CAE bao gåm:
- Ph©n tÝch øng st 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

thí

nghiệm

SERVOMECHANISM

của

học

viện

kỹ

thuật

MASSACHUSETTS. điều khiển bằng các chương trình chuyên biệt theo tiêu
chuẩn EIA-274-D dưới dạng các mà lệnh G-M code hoặc ngôn ngữ APT.

Nguyễn Văn Hinh

Trường ĐH Bách khoa Hµ Néi


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

4

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.
Hiện nay có nhiều hÃng sản xuất máy CNC nh­: MORI SEIKI,
MAKINO, DECKEL MAHO, HEIDENHAIN, SIEMENS, …
DNC (Direct Numerical Control): Là 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 công (hình 1.1).
DNC

POST 1

POST 2

POST n

CNC 1

CNC 2

CNC n

H×nh 1.1. HƯ thèng DNC

Nguyễn Văn Hinh

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

5

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 sử 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.
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, bởi 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

Nguyễn Văn Hinh

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

6

Bộ môn chế tạo máy

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 phẩm.
Hiện nay, qua tìm hiểu tình hình thiết kế thấy 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.
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 công 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). 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.

Nguyễn Văn Hinh

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

7

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
các công việc sau:
+ 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.

Nguyễn Văn Hinh

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

8

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

Nguyễn Văn Hinh

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

9

Như vậy có thể thấy rằng CAD/CAM chi phối hầu hết 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 được (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 c¸c møc tiÕp cËn kü thuËt CAD/CAM-CNC nh­ 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 sau:
Tạo lập bằng tay các lệnh G-M code
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. Mức tiếp cận 1
1.1.4.2. Mức tiếp cận 2
Mức này được trang bị như mức 1, nhưng có thêm hệ xử lý thÝch nghi
(Postprocessor) dïng cho bµn phÝm CNC cđa h·ng 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).

Nguyễn Văn Hinh

Trường ĐH Bách khoa Hµ Néi

Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

10

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

Máy tính PC

+
Bàn phím CNC ( FANUC)

Máy thực hành gia công
CNC

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

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

Chi tiết gia công
CNC

Chi tiết gia công
CNC

Hình 1.6. Mức tiếp cận 3

Nguyễn Văn Hinh

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

11

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 với các hệ khác nhau
(FANUC, HEIDENHAIN, SIEMENS ) nhờ cách thay đổi tấm 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 chương trình gia công CNC đà lập trên
màn hình máy tính.
1.1.4.5. Mức tiếp cận 5
Mức 5 gồm 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

Nguyễn Văn Hinh

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

12

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 trên

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

Nguyễn Văn Hinh

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

13

Bộ môn chế tạo máy

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).
Chuyển giao dữ liệu có nghĩa là dịch dữ liệu theo hai cách như nhau:
- Dịch trực tiếp.
- Dịch gián tiếp thông qua quy cách trung gian tiêu chuẩn như IGES,
DXF, STEP, PDES,
Các thành phần của CIM có mục đích cơ bản là tạo lập mối quan hệ tích
hợp giữa các hệ thống có máy tính trợ giúp khác nhau trong nội bộ hÃng. Mục
đích đó 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 sản phẩm chung.
ở cách dịch trực tiếp cần có hai bộ dịch trực tiếp cho từng cặp hệ thống
có quan hệ giao tiÕp d÷ liƯu víi nhau theo hai chiỊu. Nh­ vậy khi có n hệ
thống khác nhau thì phải có n(n-1) bộ dịch, bởi vì sẽ có n/2 cặp hệ thống.
Ví dụ có 5 hệ thống (n=10) thì cần phải có 5(5-1)=20 bộ dịch trực tiếp
để chuyển giao dữ liệu khi chúng tích hợp với nhau. Nếu ghép thêm chỉ một
hệ nữa vào n hệ có sẵn thì phải có thêm 2n bộ dịch trực tiếp khác nhau để
chuyển giao dữ liệu.
ở cách dịch 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,
không phụ thuộc vào một hệ thống nào riêng biệt. Hiện tại có nhiều tệp trung
gian khác nhau được dùng mà điển hình là IGES, DXF, STEP. Tệp trung gian
còn được gọi là giao diện dữ liệu tiêu chuẩn, đây là cách chuyển giao dữ liệu
gián tiếp giữa các hệ cơ sở dữ liệu khác nhau. Tuy vậy ở cách này, 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 ngược lại từ quy cách tệp trung gian thành quy cách tệp

Nguyễn Văn Hinh

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

14

gốc của nó. 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 được gọi là bộ tiền
xử lý (pre-processor). Ngược lại 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
được gọi là bộ hậu xử lý (post-processor). Như vậy cần có 2n bộ xử lý cho n
hệ thống được nối ghép với nhau và nếu thêm một hệ thống mới thì chỉ cần có
thêm hai bộ xử lý nữa (hình 1.9).
Cơ sở dữ
liệu gốc
(A)

Bộ tiền xử lý
pre-processor

Tệp
trung
gian tiêu
chuẩn

Bộ hậu xử lý

post-processor

Cơ sở dữ
liệu riêng
(B)

Hình 1.9. Hệ chuyển giao dữ liệu gián tiếp thông qua tệp trung gian
Khâu trao đổi thông tin giữa các phòng kỹ thuật hiện tại còn phổ biến
dưới phương thức chuyển giao các bản vẽ kỹ thuật đà được xây dựng theo quy
chuẩn. Với việc ứng dụng giải pháp dùng máy tính trong nội bộ để diễn tả các
sản phẩm kỹ thuật, điều cần hướng tới là trao đổi các mô hình có máy tính trợ
giúp giữa các hệ thống CAD và các hệ thống khác nèi tiÕp sau chóng
(CAM/CAE …).
ViƯc triĨn khai øng dơng c¸c mô hình kỹ thuật đối với các quá trình nối
tiếp sau hệ CAD có những ưu điểm như: tránh được công việc trùng lặp nhờ
khâu nạp giữ liệu, loại trừ nguồn gốc phát sinh sai số, sử dụng nhiều lần dữ
liệu, tăng tốc trao đổi dữ liệu, tích hợp hoá các thành phần có ứng dụng máy
tính
Trong phạm vi chuyển giao dữ liệu giữa hai hệ thống CAD/CAM, khâu
trao đổi dữ liệu chỉ có thể thông qua cách diễn tả dữ liệu trung gian. Công cụ
để thực hiện trao đổi hiện nay đối với các dữ liệu kỹ thuật và các bản vẽ CAD
trong lĩnh vực cơ khí trước hết phải kể đến các giao diện VDAFS và IGES.

Nguyễn Văn Hinh

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

15

Những thông tin về dữ liệu sản phẩm được tập hợp thành nhiều giao diện khác
nhau.
Những giao diện này được tiêu chuẩn hoá theo quốc gia, cũng như do
các hÃng tạo lập CAD/CAM cung cấp thông qua các chương trình chuyển đổi
dữ liệu. Các hÃng sẽ cung cấp cho nơi sử dụng, ứng với hệ thông CAD/CAM
của từng hÃng hai loại chương trình chuyển đổi ở dạng hai hệ vi xử lý là tiỊn
xư lý vµ hËu xư lý. HƯ tiỊn xư lý có chức năng là 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. Mô hình tổng quan về truyền dẫn dữ
liệu giữa các hệ CAD/CAM được thể hiện như sau (hình 1.10):
Các giao diện

Đồ hoạ
PHIGS,
GKS3D, CGI
CGM


Bản vẽ
hình học

Mô hình
sản phẩm

Điều khiển

máy

Hệ thống
tự động

IGES,
SET,
VDAFS


PDES,
STEP,
CAD-NT


IRDATA,
APT,
CLDATA


MAP,
TOP,


Hình 1.10. Các giao diện dùng trong lĩnh vực cơ khí
PHICS Programers Hierarchica Graphic System
GKS-3D - Graphic Kernel System
CGI – Computer Graphic Interface
CGM - Computer Graphic Metafile
IGES – Initial Graphic Exchange Specification

Nguyễn Văn Hinh

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

16

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

Khi thực hiện giải pháp này cần có sự thoả thuận giữa các đối tác về thể
thức cung cấp các dữ liệu CAD/CAM, cụ thể là hình thức diễn đạt và mô hình
gốc, nhằm đảm bảo tính ổn định của dữ liệu, cũng như đảm bảo tuỳ chọn tại
mọi thời điểm nghĩa là không phụ thuộc sự lựa chọn hệ thống và cấu trúc hệ
thống. Ngày nay dạng trung gian của dữ liệu được tạo lập theo nhiều hướng
khác nhau và có hàm lượng thông tin khác nhau. Ngoài dạng giao diện dữ liệu
trung gian còn có giao diện 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
CAD/CAM.
Quá trình chuyển đổi dữ liệu giữa hai hệ Cad/cam A và B (hình 1.11):

Nguyễn Văn Hinh

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

(A)
Hệ
CAD/CAM
A

(B)

Bộ môn chế tạo máy

17

Hệ chuyển đổi chuyên dụng 1
(Bộ dịch trực tiếp từ A sang B)

Hệ chuyển đổi chuyên dụng 2
(Bộ dịch trực tiếp từ B sang A)

(A)
(B)

Hệ
CAD/CAM
B

Dịch trực tiếp
Máy tính

Máy tính
Dịch gián tiếp

(A)
Hệ
CAD/CAM
A
(B)

Tiền sử lý 1
(preprocessor)

Hậu sử lý 2
(postprocessor)

(A)

(B)

(B)

(A)

Dữ liệu
chuyển tiếp ở
dạng tiêu chuẩn
DWG,PDES, STEP,
IGES,

Tiền sử lý 2
(preprocessor)

Hậu sử lý 1
(postprocessor)

(B)
Hệ
CAD/CAM
B
(A)

Hình 1.11. Quá trình truyền dẫn dữ liệu qua hai hệ CAD/CAM A và B
Khái niệm giao diện bao hàm những điều kiện, quy tắc và những thoả
thuận về sự nối ghép các phân hệ với nhau, phần nhiều là sự trao đổi thông tin
nghĩa là các giao diện dữ liệu và giao diện cơ khí. 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 được tạo lập và đảm bảo.
Những vị trí chuyển tiếp từ một đơn vị sang một đơn vị khác phải được thiết
lập phù hợp, nghĩa là phải tương thích hoặc tương đồng với nhau. Những vị trí

Nguyễn Văn Hinh

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

18

Bộ môn chế tạo máy

chuyển tiếp đảm bảo phù hợp được gọi là các giao diện. Trong thực tế có các
loại giao diện là 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
Các hệ CAD/CAM khác nhau có các cấu trúc khác nhau về hệ dữ liệu
xác định đối tượng xử lý, vì vậy khi các hệ CAD/CAM cần phải tích hợp với
nhau người ta phải chuyển đổi dữ liệu xác định sản phẩm của hệ CAD/CAM
này sang cấu trúc của hệ CAD/CAM khác, nhằm chuyển giao dữ liệu, có
nghĩa là cần phải có một bộ dịch xuôi dùng cho việc chuyển đổi dữ liệu. Theo
chiều ngược lại thì phải dùng bộ dịch ngược, nghĩa là phải có hai bộ dịch cho
từng cặp hệ CAD/CAM khác nhau cần được ghép nối với nhau và được gọi là
bộ dịch trực tiếp. Người ta gọi hệ chuyển giao dữ liệu như trên là hệ chuyển
giao dữ liệu trực tiếp.
Ngoài ra người ta còn có thể chuyển giao dữ liệu giữa hai hệ
CAD/CAM khác nhau bằng một cách gọn gàng hơn, đó là chuyển giao dữ liệu
bằng cách dùng cấu trúc cơ sở dữ liệu trung gian gọi là tệp trung gian không
phụ thuộc hệ CAD/CAM hiện có hoặc sẽ có trong tương lai. Người ta gọi cách
đó là cách chuyển giao dữ liệu gián tiếp giữa các hệ cơ sở dữ liệu khác nhau.
Với cách này từng hệ CAD/CAM phải có một cặp bộ xử lý của nó để chuyển
đổi dữ liệu thành quy cách tệp trung gian và ngược lại từ quy cách tệp trung
gian thành quy cách tệp gốc của nó. Chức năng của từng bộ xử lý được phân
chia như sau:

+ Bộ dịch có chức năng chuyển giao dữ liệu từ quy cách cơ sở dữ liệu
gốc của một hệ thành quy cách trung gian, được gọi là bộ tiền sử
lý(preprocessor)
+ Bộ dịch có chức năng chuyển giao dữ liệu từ quy cách trung gian
thành quy cách cơ sở dữ liệu riêng của một hệ nào đó, được gọi là bộ hậu xử
lý (posprocessor).

Nguyễn Văn Hinh

Trường ĐH Bách khoa Hµ Néi


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

19

Như vậy theo cách chuyển giao dữ liệu gián tiếp thông qua tệp trung
gian ng­êi ta chØ cÇn cã 2n bé xư lý cho n hệ khác nhau đựơc nối ghép với
nhau và chỉ cần có thêm hai bộ xử lý nữa nếu muốn ghép thêm một hệ khác
vào.
Các quy cách điển hình về tệp trung gian hiện nay đang được sử dụng là
IGES, DXF, STEP. Trong đó IGES hiện nay được dùng phỉ biÕn lµ tƯp trung
gian. DXF lµ tƯp trung gian dùng cho dữ liệu bản vẽ kỹ thuật. STEP là quy
cách dữ liệu tiêu chuẩn dùng để lưu trữ các dữ liệu trong phạm vi chu kỳ sản
xuất bao gồm: Thiết kế, phân tích, chế tạo, đảm bảo chất lượng, kiểm tra và
bảo dưỡng cùng với dữ liệu xác định sản phẩm. Các hệ CAD dùng IGES đang
có định hướng chuyển sang dùng STEP. STEP khác với IGES và DXF ở chỗ là
các tệp IGES và DXF được tạo lập chỉ để chuyển đổi dữ liệu xác định sản

phẩm, còn STEP xử lý dữ liệu sản phẩm là dữ liệu toàn diện về chu kỳ sản
phẩm.
1.1.6. Giới thiệu một số phần mềm CAD/CAM đang được sử dụng hiện
nay, ưu nhược điểm của các phần mềm.
1.1.6.1. Nhóm các phần mềm CAD/CAM tích hợp.
a. CATIA là sản phẩm của hÃng DASSAULT SYSTEMES là một trong
những phần mềm CAD/CAM tích hợp rất mạnh bao gồm các gói thiết kế chi
tiết và các cơ cấu tổ hợp các sản phẩm dập tấm, bề mặt và khung dây, thiết kế
khuôn, thiết kế tàu thuỷ, ôtô, máy bay , gói phân tích các kết cấu bằng
phương pháp phần tử hữu hạn, gói gia công CNC, gói thiết kế nhà xưởng, gói
thiết kế hệ thống điện, điện tử, thuỷ lực và gói mô phỏng động học, động lực
học:
- Mechanical Design: Modul cho phép xây dựng các chi tiết, các sản
phẩm lắp ghép trong cơ khí.

Nguyễn Văn Hinh

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

20

Bộ môn chế tạo máy

- Shape Design and Styling: Modul cho phép thiết kế các bề mặt có
biên dạng, kiểu dáng phức tạp trong các lĩnh vực thiết kế vỏ ôtô, tàu
biển, máy bay.
- Analysis & Simulation: Modul cho phép tính toán kiểm tra và mô

phỏng các chi tiết chịu tải trọng trong môi trương kết cấu liên tục
hoặc trong môi trường nhiệt độ, từ đó cho phÐp tèi ­u kÕt cÊu.
- Manufacturing & Machining: Modul cho phép mô phỏng quá trình
gia công và chế tạo chi tiết thông qua việc lựa chọn dao, chế độ cắt
gá đặt khi đó cho phép nhà thiết kế lựa chọn quá trình chế tạo hợp lý
nâng cao chất lượng gia công và tiết kiệm vật liệu. Lập chương trình
gia công và xuất chương trình dưới dạng mà lệnh G code.
- Equipment & Systems: Cho phép xây dựng các trang thiết bị, các hệ
thống đường ống dẫn khí, dầu của một nhà máy theo tiêu chuẩn.
- Plant Engineering: Cho phép thiết kế mặt bằng nhà xưởng, dây
chuyền sản xuất.
Hiện nay DASSAULT SYSTEMES đà thành công trong việc xây dựng
modul thiết kế theo nhóm (Smarteam) hỗ trợ cho các trung tâm thiết kế có thể
linh hoạt kết hợp hỗ trợ lẫn nhau trong nội bộ cùng công ty hay tập đoàn.
b. UNI - GRAPHIC NX (UG NX): Là sản phẩm của tập đoàn
SIEMEN SPLM SOFTWARE. Đây là phần mềm rất mạnh về thiết kế bề mặt
với khả năng nội suy rất cao; ngoài ra các modul khác cũng rất hoµn chØnh vµ
dƠ sư dơng:
- Modeling: Module cho phÐp thiÕt kế các chi tiết dạng khối đặc với
một hệ giao diÖn rÊt trùc quan.
- Shape Studio: Modul cho phÐp thiÕt kế các dạng bề mặt phức tạp trong
không gian và khung dây với những khả năng tính toán nội suy rất mạnh.

Nguyễn Văn Hinh

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

21

- Drafting: Module thiÕt kÕ b¶n vÏ 2D.
- Manufacturing & machine Tool Builder: module về CAM gồm phay
tiện và cắt dây.
- Advanced Simulation, Design Simulation, Moldflow Part Adviser,
Motion Simulation: Là các module về thiết kế và mô phỏng các quá
trình thiết kế, hệ thống dẫn nhựa vào lòng khuôn và các quá trình va
chạm chuyển động
- Sheet Metal: Module dùng thiết kế các loại tấm kim loại nói chung,
ngoài ra hỗ trợ rất tốt cho quá trình thiết kế vỏ trong công nghiệp hàng
không và trong quá trình dập tấm.
- Routing Electrical, Routing Mechanical, Routing Logical: Module
thiết kế các hệ thống đường dây điện, đường ống công nghiệp và hệ
thống mạch điện tử.
- Ship Deisgn: Module thiÕt kÕ tµu thđy.
- Mold Wizard: Module thiÕt kÕ khu«n Ðp nhùa.
- Progressive Die Wizard: Module thiÕt kế các quá trình gia công áp lực.
- Electrode Design: Module thiết kế gia công điện cực.
- Assemblies: Module lắp ráp.
c. PRO/ENGINEER: Là sản phẩm của hÃng PTC Mỹ, cũng là một
phần mềm CAD/CAM tích hợp khá mạnh với các module về thiết kế và gia
công.
d. CADMEISTER: Là một phần mềm CAD/CAM rất mạnh, là phiên
bản mới của phần mềm CADCEUS, được phát triển và nâng cấp bởi hÃng
NIHON UNISYS EXCELUTIIONS, Nhật Bản. CADMEISTER bao gồm:

Nguyễn Văn Hinh

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

22

- BASE: Gói Base bao gồm các module cơ bản về thiết kế chi tiết dạng
khối đặc, thiết kế bề mặt, lắp ráp và thiết kế bản vẽ 2D. Dữ liệu trao đổi với
các phần mềm khác đựơc xuất ra dưới dạng IGES, JAMA, DXF.
- Mold Design: Bao gồm gói Base và các module thiết kế khuôn ép
nhựa, khuôn đúc.
- Formability Shaper, Die Layout & Press Die Design: Bao gồm gói
base và các module về thiết kế các quá trình gia công áp lực và khuôn dập.
- CAM: Bao gồm gói base và c¸c module vỊ CAM nh­ 2D CAM, 2,5D
CAM, 3D CAM.
- Electrode CAD/CAM: Bao gồm gói base và các module về các quá
trình gia công điện cực
- Parasolid, I - DEAS, Pro/E, CATIA-V4, CATIA-V5, CADCEUS,
STEP: Lµ gãi vÕ xuÊt vµ nhËp dữ liệu trao đổi giữa các phần mềm CAD/CAM
với nhau. Trong công việc trao đổi dữ liệu nay được phân ra làm hai cách:
+ Trao đổi dữ liệu gián tiếp: IGES, JAVA, DXF, PARASOLID, STEP.
+ Trao đổi dữ liệu trực tiÕp: Cã thĨ trao ®ỉi trùc tiÕp víi mét sè phần
mềm khác như: I - DEAS, Pro/E, CATIA-V4, CATIA-V5.
e. TOPSOLID: Phần mềm này sẽ được trình bày ở trong chương II.
1.1.6.2. Nhóm phần mềm CAD
- SOLIDWORKS: là sản phẩm của hÃng DASSAULT SYSTEMES, là

phần mềm thiết kế 3D khá tiện dơng víi tÝnh ­u viƯt lµ dƠ sư dơng vµ các
thanh công cụ hỗ trợ thuận tiện, tuy nhiên phần mềm này khá khiêm tốn về
khả năng nội suy bề mặt và lắp ghép các chi tiết.
- AUTOCAD: Là sản phẩm của AUTODESK, INC. Là phần mềm dành
riêng cho thiết kế 2D phổ biến từ rất nhiều năm nay, các phiên bản của

Nguyễn Văn Hinh

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

23

AUTOCAD đầu tiên là AUTOCAD1 đến AUTOCAD14 sau đó là các phiên
bản AUTOCAD 2000, đến nay mới nhất là AUTOCAD 2009.
- AUTODESK INVENTOR: Cũng là sản phẩm của hÃng AUTODESK,
INC nhưng là phần mỊm vỊ thiÕt kÕ 3D, module thiÕt kÕ cđa INVENTOR khá
mạnh với sự kết nối rất tốt với phần mềm thiÕt kÕ 2D AUTOCAD do vËy
ng­êi thiÕt kÕ cã thÓ trao đối dữ liệu giữa 2D và 3D.
- Ngoài ra một số phần mềm thiết kế được sử dụng nhiều nh­ phÇn
mỊm ZUKEN, I-DEAR, OSD (One Space Design), HELIXCADAM
1.1.6.3. Nhãm các phần mềm CAM
- MASTERCAM: Là phần mềm chuyên về gia công cơ khí, sản phẩm
của CNC SOFTWARE, INC, Mỹ. Đây là phần mềm CAM được sử dụng khá
rộng rÃi hiện nay, có thể tích hợp cho các máy CNC từ 2 dến 5 trục, với các
quá trình phay, tiện, cắt dây

- CAMTOOL: Là phần mềm CAM của hÃng GRAPHIC PRODUCTS,
Nhật Bản, là phần mềm gia công rất mạnh cho quá trình phay, dữ liệu tương
thích với nhiều loại máy CNC từ 3 đến 5 trục.
- Ngoài ra còn có một số phần mềm khác như DELCAM của Anh và
WORK NC của Mỹ
1.1.6.4. Nhóm các phần mềm CAE
- ANSYS: Là phần mềm chuyên về mô phỏng, phân tích và tính toán
các thông số ứng suất biến dạng trong các quá trình chuyển động và va chạm.
- Ngoài ra còn một số phần mềm khác như: MSC PATRAN, MSC
NATRAN, LMS, HYPER WORKS, MAXELL
1.1.7. Tình hình ứng dụng công nghệ CAD/CAM - CNC tại Việt Nam:
1.1.7.1. Tình hình ứng dụng công nghệ CAD/CAM- CNC trong các công ty:

Nguyễn Văn Hinh

Trường ĐH Bách khoa Hµ Néi