Nghiên cứu ứng dụng NX 70 trong thiết kế chế tạo khuôn mẫu

..

MỤC LỤC
MỤC LỤC

1

LỜI CAM ĐOAN

4

LỜI CẢM ƠN

5

CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

6

HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

8

PHẦN MỞ ĐẦU

10

Chương I:TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM-CNC

13

1.1. Lịch sử phát triển của cơng nghệ CAD/CAM

13

1.2. Ngun lý của CAD/CAM/CNC

14

1.3. Tích hợp CAD và CAM

16

1.3. Tình hình ứng dụng cơng nghệ CAD/CAM ở Việt Nam.

25

1.3.1 Ứng dụng CAD/CAM trong chế tạo khuôn mẫu

26

1.3.2 Ứng dụng CAD/CAM trong thiết kế ngƣợc- Reverse Engineering

26

1.5. Kết luận

29

Chương II: TỔNG QUAN VỀ CHẤT DẺO VÀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHẤT DẺO

31

2.1. Tổng quan về ngành công nghiệp nhựa

31

2.1.1. Tổng quan về ngành nhựa thế giới trong những năm gần đây.

31

2.1.2 Thực trạng ngành nhựa ở Việt Nam.

33

2.1.3 Xu hƣớng phát triển và triển vọng của ngành nhựa.

35

2.2 Tổng quan về chất dẻo

35

2.2.1. Khái niệm về chất dẻo

35

2.2.2. Đặc tính chung của polymer

36

2.2.3. Phƣơng pháp tổng hợp polymer

36

2.2.4. Phân loại polymer.

37

1


2.2.5. Nhận biết các chất dẻo thông thƣờng

37

2.2.6. Các loại chất dẻo dùng trong máy ép đúc

38

2.2.7. Những ứng dụng của chi tiết nhựa nhiệt dẻo.

41

2.3. Máy đúc áp lực

44

2.3.1. Phân loại

44

2.3.2. Cấu tạo

44

2.3.3. Chu trình đúc phun

47

2.3.4. Các thơng số cơ bản của máy đúc phun

49

2.4 Khuôn ép nhựa

51

2.4.1. Khái quát về khuôn

51

2.4.2 Cấu tạo chung của khuôn

52

2.4.3. Các yêu cầu kỹ thuật đối với khuôn ép nhựa.

54

2.4.4. Các cơ sở dữ liệu cần thiết khi thiết kế khuôn.

54

2.4.5. Các loại khuôn phổ biến.

54

2.4.6. Số lƣợng sản phẩm trên một khn.

57

2.4.7 Các hệ thống của khn.

57

2.4.8. Trình tự thiết kế và bảo quản khuôn.

67

2.4.9. Vật liệu làm khuôn.

68

2.4.10. Các chi tiết tiêu chuẩn của khuôn

72

Chương III: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CAD/CAM -NX

74

3.1 Giới thiệu về phần mềm NX

74

3.2 Các chức năng trong phần mềm NX 7.0

75

3.3 Giao diện phần mềm NX

77

3.4. Cơng cụ thiết kế mơ hình – NX Modeling

81

3.4.1 Khởi động NX modeling.

81

3.4.2 Thiết kế sản phẩm thìa nhựa trên NX Modeling

84

2


3.5. Phân tích và thiết kế khn cho sản phẩm

88

3.5.1. Thiết kế lịng và lõi khn

89

3.5.2 Thiết kế hồn chỉnh bộ khn

94

Chương IV:LẬP QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO LỊNG VÀ LÕI KHN

97

4.1. Đặc điểm của q trình gia cơng khuôn mẫu trên máy CNC

97

4.2. Một số trang thiết bị đƣợc sử dụng khi gia công.

97

4.2.1. Máy sử dụng cho nguyên công chuẩn bị phôi

97

4.2.2. Dụng cụ cầm tay các loại.

97

4.2.3. Dụng cụ đo.

97

4.3. Lập quy trình cơng nghệ gia cơng

98

4.3.1. Quy trình cơng nghệ gia cơng lịng khn.

98

4.3.2. Quy trình cơng nghệ gia cơng lõi khn

105

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

111

TÀI LIỆU THAM KHẢO

112

3


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và
chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Trừ các phần

tham khảo đã được nêu rõ trong Luận văn.

Tác giả

Hoàng Xuân Huân

4


LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trần Xuân Việt, ngƣời đã hƣớng dẫn và
giúp đỡ tận tình từ định hƣớng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến q trình viết và
hồn chỉnh Luận văn.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo và khoa Sau đại học của
trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành bản
Luận văn này.
Tác giả cũng chân thành cảm ơn ban lãnh đạo nhà trƣờng và các thầy cô khoa Cơ
khí, Trung tâm Thực hành Điện, Điện tử - Cơ khí Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ
thuật Nam Định đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện luận văn này.
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn khơng tránh khỏi sai sót,
tác giả rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các thầy (cô) giáo, các nhà khoa
học và các bạn đồng nghiệp.

Tác giả

Hoàng Xuân Huân

5

CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

NC (Number Control) – Điều khiển số
CNC (Computer Numerical Control) – Điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính
MCU (Machine Control Unit) – Hệ điều khiển máy
CAD (Computer Aided Design) – Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính.
CAM (Computer Aided Manufacturing) - Chế tạo có sự trợ giúp của máy tính.
CAE (Computer Aided Enginering) - Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính.
CIM (Computer Intergrated Manufacturing) - Hệ thống sản xuất tích hợp.
CAPP - Computer Aided Process Planning
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
APT – Automatically Programmed Tools
MAP – Manufacturing Automation Protocol
TOP – Technical and Office Protocol
DNC – Direct Numerical Control
PPC – Production Planning Control
RP - Rapid Prototyping
IR – Industry Robot
PS – Power Shape
PE - Polyetylen

6


PP - Polypropylen
PS - Polystyren
PVC - Polyvinilclorit
PVA – Polyvinylacetat
PVAL - Polyvinylalcol
PA - Polyamit
SX – Sản xuất

7


HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ lịch sử phát triển của hệ thống CAD/CAM .............................................. 13
Hình 1.2. Quy trình xử lý thơng tin trong kỹ thuật CAD/CAM-CNC ................................ 15
Hình 1.3. Mức tiếp cận CAD/CAM với hệ phần cứng ........................................................ 16
Hình 1.4 – Nguyên lý kỹ thuật CAD/ CAM-CNC .............................................................. 17
Hình 1.5 - Hệ chuyển giao dữ liệu gián tiếp thơng qua tệp trung gian ................................ 19
Hình1.6 - Các giao diện dùng trong lĩnh vực Cơ khí........................................................... 19
Hình 1.7- Quá trình truyền dữ liệu qua hai hệ CAD/CAM ................................................. 21
Hình 1.8 - Các phƣơng án triển khai kết nối CAD – NC..................................................... 22
Hình 1.9 – Sơ đồ chế tạo Socket .......................................................................................... 24
Hình 1.10 – Nguyên lý tạo mẫu nhanh ................................................................................ 24
Hình 1.11 – Nguyên lý kỹ thuật ngƣợc ................................................................................ 25
Hình 1.12: Thiết bị quét 3D ................................................................................................. 27
Hình 1.13: Máy quyét 3D Vivid 9i và sản phẩm ................................................................ 27
Hình 1.14: Một số sản phẩm quét của trên máy Scan 3D .................................................... 28
Hình 1.15: Tái tạo các mẫu vật khảo cổ .............................................................................. 29

Hình 1.16: Sử dụng cơng nghệ CAD/CAM trong y tế ........................................................ 29
Hình 2.1: Sản lƣợng nhựa sản xuất/tiêu thụ trên thế giới .................................................... 32
Hình 2.2:Cơ cấu ngành nhựa thế giới theo sản phẩm .......................................................... 33
Hình 2.3: Cơ cấu sản phẩm nhựa Việt Nam năm 2009 ....................................................... 34
Hình 2.4: Giá trị xuất khẩu sản phẩm nhựa ......................................................................... 34
Hình 2.5 : Mơ hình máy ép phun ........................................................................................ 45
Hình 2.6 :Hệ thống kẹp ........................................................................................................ 45
Hình 2.7 :Mơ hình khn nhựa ............................................................................................ 46
Hình 2.8: Mơ hình trục vít ................................................................................................... 46
Hình 2.9: Q trình nhựa hóa .............................................................................................. 48
Hình 2.10: Giai đoạn bơm nhựa........................................................................................... 48
Hình 2.11: Giai đoạn làm nguội........................................................................................... 49
Hình 2.12: Giai đoạn lấy sản phẩm...................................................................................... 49
Hình 2.13: Cấu tạo chung của khn .................................................................................. 53
Hình 2.14: Khn 2 tấm ...................................................................................................... 55

8


Hình 2.15: Khn 3 tấm ...................................................................................................... 55
Hình 2.16: Khn nhiều tầng ............................................................................................... 56
Hình 2.17: Khn 2 tấm có kênh dẫn nóng ........................................................................ 56
Hình 2.18: Khn có chốt tháo ngang ................................................................................. 57
Hình 2.19: Mơt số loại chốt đẩy .......................................................................................... 59
Hình 2.20: Hệ thống cấp nhựa ............................................................................................. 60
Hình 2.21: Kênh dẫn nhựa cho bố trí lịng khn dạng hình chữ nhật. ............................... 61
Hình 2.22: Kênh dẫn nhựa cho bố trí lịng khn dạng vịng trịn. ..................................... 61
Hình 2.23: Một số dạng miệng phun thƣờng dùng .............................................................. 63
Hình 2.24: Hệ thống làm nguội khn bằng nƣớc ............................................................... 64
Hình 2.25: Tháo lõi mặt bên bằng cam chốt xiên. ............................................................... 65

Hình 2.26: Tháo lõi mặt bên bằng hệ thống thủy lực .......................................................... 65
Hình 2.27: Tháo lõi mặt bên bằng cam chốt xiên ................................................................ 66
Hình 2.28: Tháo lõi mặt bên bằng hệ thống đƣờng dẫn ...................................................... 66
Hình 2.29: Hình ảnh một số lịng và lõi khn thơng dụng................................................. 66
Hình 2.30: Hệ thống dẫn hƣớng khn ............................................................................... 67
Hình 2:31: Một số thép dùng làm thân khn ..................................................................... 69
Hình 2.32: Một số thép làm lịng khn và lõi khn ......................................................... 71
Hình 3.1. Hình ảnh giao diện của NX.................................................................................. 74
Hình 3.2. Sơ đồ cấu trúc của phần mềm NX ....................................................................... 75
Hình 3.3. Hình ảnh giao diện của NX.................................................................................. 77
Hình 3.4. Hình ảnh giao diện của NX-Modeling ................................................................. 81
Hình 3.5: Một số mơ hình thiết kế trên NX ......................................................................... 84
Hình 3.6: Thiết kế thìa nhựa trên NX-Modeling ................................................................. 88
Hình 3.7: Thanh cơng cụ thiết kế khn .............................................................................. 89
Hình 3.8: Lịng khn và lõi khn ..................................................................................... 94
Hình 3.9: Bộ khn hồn chỉnh ........................................................................................... 96
Hình 4.1: Hình ảnh lịng khn sau khi thiết kế .................................................................. 98
Hình 4.2: Lịng khn sau khi gia cơng ............................................................................. 104
Hình 4.3: Hình ảnh lõi khn sau khi thiết kế ................................................................... 105
Hình 4.4: Lõi khn sau khi gia cơng ................................................................................ 110
Hình 4.5: Sản phẩm sau khi hồn thành ............................................................................ 110
9


PHẦN MỞ ĐẦU
Trong sự phát triển mọi mặt của đời sống xã hội, ngành cơ khí chế tạo ln là
một trong những ngành trọng điểm đƣợc ƣu tiên phát triển của những nhà hoạch
định chính sách.
Theo quyết định số 2/2011/QĐ-TTg năm 2011 của Thủ tƣớng Chính phủ về ƣu
tiên phát triển các ngành cơng nghiệp phụ trợ, trong đó việc cung cấp các linh kiện,

bán thành phẩm cho các nhà máy lắp ráp, các cụm công nghiệp đƣợc ƣu tiên phát
triển. Theo đó, Chính phủ cũng khuyến khích việc phát triển các dự án sản xuất sản
phẩm công nghiệp hỗ trợ.
Trong nền kinh tế tồn cầu hóa, sự hợp tác trong sản xuất giữa các nƣớc, các khu
vực khác nhau trên thế giới ngày càng trở nên khăng khít. Quá trình sản xuất xe hơi
là một ví dụ điển hình, các nhà sản xuất xe hơi nhƣ Mercedes, Toyota, BMW.... họ
cũng chỉ chiếm 30-35% giá trị gia tăng của xe. Giá trị đó nằm ở những bộ phận
quan trọng nhất của xe nhƣ các các hệ thống truyền động, thiết kế...phần còn lại, họ
hợp tác với các nhà sản xuất linh kiện phụ trợ để sản xuất nội thất của xe, các chi
tiết nhỏ nhƣ lốp, các đinh ốc....Xu hƣớng này ngày càng tăng, thậm chí giá trị gia
tăng mà các nhà sản xuất phụ trợ sẽ nhiều hơn các nhà sản xuất xe trong tƣơng lai.
Tại Việt Nam, trong một vài năm trở lại đây chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ
của các nguồn đầu tƣ từ nƣớc ngoài, đó cũng là cơ hội và thách thức khơng nhỏ với
nền sản xuất phụ trợ trong nƣớc vốn còn non trẻ. Xu hƣớng sử dụng vật liệu nhựa
thay thế các nguồn nguyên liệu truyền thống nhƣ sắt thép, các vật liệu kim loại ngày
càng phổ biến trên thế giới. Việc sử dụng vật liệu nhựa đƣợc thấy ở hầu hết các sản
phẩm từ ô tô, xe máy, điện thoại... đến các đồ dùng vật dụng khác. Chính điều này
đã kéo theo sự phát triển của ngành công nghiệp sản xuất, gia công nhựa ở Việt
Nam.
Tại các doanh nghiệp sản xuất, gia cơng nhựa nhựa có vốn đầu tƣ nƣớc ngồi
thƣờng ứng dụng các thành tựu mới nhất của khoa học kỹ thuật vào sản xuất, một
trong số đó là các công cụ thiết kế, gia công các sản phẩm nhựa. Các công cụ nhƣ

10


vậy cũng vì thế mà phát triển tại Việt Nam, đƣợc các nhà sản xuất Việt Nam sử
dụng để nâng cao hiệu quả trong sản xuất cũng nhƣ tăng cƣờng năng lực cạnh tranh.
Phần mềm NX cũng là một công cụ nhƣ trên, NX là sự phát triển cao hơn của
Unigraphics.Tại các khu công nghiệp ở miền Bắc, NX đƣợc sử dụng trong các

doanh nghiệp sản xuất, chế tạo khuôn mẫu của Trung Quốc, Nhật Bản...
Nghiên cứu về thiết kế, chế tạo khuôn nhựa đã đƣợc đề cập tới ở nhiều luận văn
trƣớc đó, tuy nhiên cùng với sự phát triển của các phần mềm CAD/CAM, công
nghệ làm khuôn đã có những bƣớc phát triển mới. Tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu
ứng dụng NX 7.0 trong thiết kế chế tạo khn mẫu” nhằm tiếp cận kỹ thuật sản
xuất, tìm hiểu các tính năng mới trong cơng nghệ thiết kế, chế tạo khuôn mẫu.
Trong đề tài luận văn tốt nghiệp này tác giả sẽ tiến hành thiết kế khuôn trên
phần mềm NX- Modeling, NX – Mold Winzard và lập trình gia cơng lịng, lõi
khn trên NX-Manufacturing.
Lịch sử nghiên cứu: NX là một phần mềm còn khá mới mẻ ở Việt Nam. Việc
ứng dụng NX trong sản xuất, chế tạo khuôn mẫu chƣa rộng rãi. Nghiên cứu về ứng
dụng phần mềm tích hợp CAD/CAM trong thiết kế, chế tạo và gia cơng khn mẫu
cịn khá mới ở Việt Nam. Chƣa có nhiều doanh nghiệp sử dụng phần mềm này cũng
nhƣ chƣa có các ấn phẩm viết về NX.
Mục đích nghiên cứu: Các nghiên cứu về lý thuyết về CAD/CAM đƣợc đề
cập ở phần đầu của luận văn nhằm đƣa ra các vấn đề mang tính lý luận, là cơ sở để
nghiên cứu, ứng dụng trong thực tiễn sản xuất. Phần nghiên cứu ứng dụng đề cập
đến các vấn đề liên quan đến chất dẻo cũng nhƣ tình hình thực tế, xu hƣớng, triển
vọng phát triển của lĩnh vực gia công chất dẻo tại Việt Nam cùng với phần gia công
thực nghiệm để kiểm chứng các kết quả nghiên cứu lý thuyết, tìm ra các tính năng,
cơ hội ứng dụng NX vào thực tế sản xuất.
Đối tượng nghiên cứu: Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài là máy cơng cụ
CNC, lập trình gia cơng khn trên các máy CNC, phần mềm tích hợp CAD/CAM NX 7.0 cho thiết kế và gia công khn mẫu trên máy tính.
Ý nghĩa đề tài:

11


- Tiếp cận việc nghiên cứu CAD/CAM bằng một công cụ mới, mạnh mẽ và hiệu
quả.

- Đƣa phần mềm CAD/CAM tích hợp NX vào sử dụng ở nhiều doanh nghiệp
hơn nữa tại Việt Nam.
- Sơ lƣợc về cách tiếp cận và sử dụng phần mềm tích hợp CAD/CAM – NX.
Phương pháp nghiên cứu:
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về công nghệ chất dẻo, công nghệ ép phun, máy ép
phun, các bộ phận cơ bản của khuôn nhựa, tiếp cận phần mềm NX.
- Sử dung các công cụ thiết kế khn của NX – Modeling để thiết kế, lập trình
gia cơng tấm lịng khn, lõi khn với NX- Manufacturing
- Gia cơng hồn thiện hai tấm lịng khn và lõi khn trên máy phay CNC.

12


Chương I:TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM-CNC
1.1. Lịch sử phát triển của công nghệ CAD/CAM
Vào đầu những năm 1960 đánh dấu những bƣớc phát triển đầu tiên của công
nghệ CAD/CAM/CNC trong nghành công nghiệp máy bay và ô tô, trong lĩnh vực
thiết kế cấu trúc bề mặt 3D và chƣơng trình NC.
Trƣớc đó, các nghiên cứu về các đƣờng cong đƣợc phát triển vào thập niên
1940 bởi Isacc Jacob Schoenberg, Apalatequui (hãng máy bay Douglas) và Roy
Liming (hãng máy bay North American), đặc biệt các nghiên cứu về quá trình tạo
hình bề mặt của Pierre Bezier, Paul de Casteljiau, S.S.Coons, James Ferguson,Carl
de Boor, Birkhoff và Gara Bedian vào thập niên 1960 và W.Gordon và
R.Riesenfeld thập niên 1970 có một ý nghĩa to lớn .

Hình 1.1. Sơ đồ lịch sử phát triển của hệ thống CAD/CAM [13]
Bên cạnh đó, việc xây dựng hệ thống SKETCHPAD nhƣ là một phần trong
luận án tiến sĩ của Ivan Sutherland ở Học viện kỹ thuật Massachusettes vào năm
1963 cũng đƣợc cho rằng là một bƣớc ngoặt và đƣợc coi là phần mềm CAD nguyên
thủy.

Tính ƣu việt của SKETCHPAD là cho phép ngƣời dùng tƣơng tác với máy tính:
các thiết kế trên máy tính đƣợc tạo ra bằng cách vẽ trực tiếp trên màn hình CRT với

13


một bút ánh sáng (light pen) tạo ra mơ hình của các sản phẩm và là tính năng cho
các chƣơng trình CAD hiện đại.
Nếu nhƣ SKETCHPAD đƣợc coi là phần mềm CAD đầu tiên trên thế giới thì
hệ thống phần mềm CAM đầu tiên đã đƣợc phát triển vào năm 1957 bởi tiến sĩ
Patrick J. Hanratty – Ngƣời xây dựng cơng cụ lập trình điều khiển số đầu tiên có tên
là PRONTO. Vì lý do đó tiến sĩ Hanratty thƣờng đƣợc gọi là "cha đẻ của CAD
CAM".
1.2. Nguyên lý của CAD/CAM/CNC
- CAD (Computer Aided Design) – Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính là
việc sử dụng hệ thống máy tính để hỗ trợ trong việc tạo, sửa đổi, phân tích, hoặc tối
ƣu hóa một thiết kế. Máy tính hỗ trợ việc thiết kế để cho ra một bản vẽ kỹ thuật
bằng việc sử dụng các phần mềm tích hợp. Các phần mềm thiết kế (CAD) đƣợc sử
dụng để tăng năng suất thiết kế, tăng chất lƣợng thiết kế cũng nhƣ cải thiện q
trình truyền tải thơng tin qua các tài liệu, bản vẽ và để tạo ra một cơ sở dữ liệu cho
sản xuất.Dữ liệu đầu ra của CAD thƣờng là các file lƣu trữ để in ấn hoặc các thông
số gia công.
CAD thƣờng đƣợc sử dụng không chỉ ở việc thiết kế hình dáng của sản phẩm.
Trong các bản vẽ kỹ thuật, đầu ra của bản vẽ CAD cịn cung cấp những thơng tin về
vật liệu, quy trình gia cơng, kích thƣớc, dung sai. CAD đƣợc sử dụng để thiết kế các
đƣờng cong trong không gian 2 chiều (2D), hoặc đƣờng cong, bề mặt và dạng khối
trong không gian 3 chiều (3D).
Các ứng dụng của CAD đƣợc sử dụng rộng rãi trong các nghành công nghiệp
ô tô, đóng tàu, hàng khơng vũ trụ, thiết kế cơng nghiệp và kiến trúc, thiết kế trong
lĩnh vực y tế…Ngoài ra CAD còn đƣợc sử dụng rộng rãi để sản xuất phim hoạt hình

cho các hiệu ứng đặc biệt trong phim ảnh, quảng cáo.

14


Hình 1.2. Quy trình xử lý thơng tin trong kỹ thuật CAD/CAM-CNC [13]
Khi q trình thiết kế mơ hình sản phẩm hoàn thành, dữ liệu CAD đƣợc chuyển
trực tiếp hoặc qua các file dữ liệu trung gian. Ngƣời lập trình CAM sẽ thiết lập các
chế độ công nghệ, dụng cụ cắt, thông số của quỹ đạo chạy dao…Các thông số này
đƣợc thể hiện bằng các chƣơng trình NC với các câu lệnh G – M code…Thơng qua
các chƣơng trình này, máy CNC sẽ thực hiện q trình gia cơng, tạo hình sản phẩm.
Các yếu tố về chế độ cơng nghệ, chiến lƣợc chạy dao cũng nhƣ các điều kiện về
gia công …sẽ quyết định đến giá thành, năng suất cũng nhƣ chất lƣợng sản phẩm.
-

CAE (Computer Aided Engineering)
Để hỗ trợ cho việc mơ phỏng, tính tốn,phân tích, kiểm tra các thiết kế trong

quá trình CAD, quá trình CAE gồm các lĩnh lực:
+

Phân tích ứng suất trong các kết cấu.

15


+

Phân tích chuyển động của các dịng khí , chất lỏng.

+

Mơ phỏng, tính tốn các q trình cơ khí nhƣ: biến dạng, đúc…..

CNC (Computerized Numerical Control – Điều khiển số bằng máy tính)

-

CNC là khái niệm để chỉ một trong các chức năng của máy công cụ điều khiển
số thông qua các thơng tin đƣợc lập trình trong các chƣơng trình NC. Q trình điều
khiển này có thể thực hiện các chuyển động với đối tƣợng là dụng cụ cắt hoặc phôi
thông qua việc nhập các thông số nhƣ lƣợng chạy dao, tốc độ trục chính, chiều sâu
cắt và các yếu tố nhƣ bật, tắt dung dịch trơn nguội, chiều quay trục chính….
Điều khiển số với sự hỗ trợ của máy tính đƣợc áp dụng rộng rãi trên các máy
cơng cụ nhƣ máy tiện, máy phay, máy khoan, máy mài….hoặc các trung tâm gia
cơng.
1.3. Tích hợp CAD và CAM
 Các mức tiếp cận của kỹ thuật CAD/CAM-CNC:
CAD/CAM với hệ phần cứng và phần mềm đƣợc kết nối theo sơ đồ sau:
CAM

CAD

Hardware

Software

Hardware

Software

+ Scanner

+ Auto CAD

Máy công cụ CNC

+ Cimatron

+ Digital

+ De+ Cimatron

Robot (IR)

+ DENFORD

+ Camera

+ DENFORD

Trung tâm tế bào gia

+ Auto CAD

+ Master CAM

công CNC.

+ Designer

+ Heidenhain

FMS DESK…)

+ Master CAM

……

FMS DESK…)

+ Heidenhain

Hình 1.3. Mức tiếp cận CAD/CAM với hệ phần cứng[13]

16


 Nguyên lý CAD/CAM – CNC
Sơ đồ nguyên lý của kỹ thuật CAD/CAM:
Giao diện dữ liệu

Giao diện dữ liệu

(tiêu chuẩn/chuyên

(tiêu chuẩn/chuyên

Nhu cầu
sx, tiêu

dùng

CAD

CAM

CNC

Đối tƣợng
sx (Chi
tiết, sản
phẩm)

Hình 1.4 – Nguyên lý kỹ thuật CAD/ CAM-CNC[13]
 Giao diện CAD/CAM:
Để đảm bảo tính chất tƣơng thích, tích hợp liên thơng, 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 đƣợc kết nối với nhau thông qua giao diện
CAD/CAM. Giao diện xét theo hai phần là phần cứng và phần mềm có những
chức năng: Giao diện q trình, giao diện hệ thống, giao diện nối tiếp với các thiết
bị dữ liệu ngoài, giao diện với ngƣời 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 các cấu trúc dữ liệu khác nhau về đối tƣợng xử lý (chi tiết, sản
phẩm). Chuyển giao dữ liệu có nghĩa là dịch dữ liệu theo hai cách: Dịch trực tiếp
và dịch gián tiếp thông qua quy cách trung gian tiêu chuẩn nhƣ 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

đƣợc qn triệt ngay từ khâu trao đổi dữ liệu nhờ các chƣơng trình chuyển đổi cho
tới khâu tạo lập các ngân hàng dữ liệu sản phẩm chung.

17


Ở cách dịch trực tiếp cần có hai bộ phận dịch trực tiếp cho từng cặp hệ thống
có quan hệ giao tiếp dữ liệu với nhau theo hai chiều. Nhƣ vậy khi có n hệ thống
khác nhau thì phải có (n-1) bộ dịch, bởi vì 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 dữ
liệu 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 ngƣời 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 hệ thống nào riêng biệt. Hiện tại có nhiều tệp trung gian khác nhau
đƣợc dùng, mà điển hình là: IGES, DXF, STEP. Tệp trung gian còn đƣợc 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 ngƣợc lại
từ quy cách tệp trung gian thành quy cách tệp 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 đƣợc gọi là bộ tiền xử lý (pre – processor). Ngƣợc 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 đƣợc gọi là bộ hậu xử lý (post – processor). Nhƣ vậy
cần có 2n bộ xử lý cho n hệ thống đƣợc nối ghép với nhau và nếu thêm một hệ
thống mới thì chỉ cần có thêm 2 bộ xử lý nữa .
Khâu trao đổi thông tin giữa các phòng kỹ thuật hiện tại còn phổ biến dƣới
phƣơng thức chuyển giao các bản vẽ kỹ thuật đã đƣợc 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 hƣớng tới là trao đổi các mơ hình có máy tính trợ giúp giữa các
hệ thống CAD và các hệ thống khác nối tiếp sau chúng (CAM/CAE…)
Việc triển khai các mơ hình kỹ thuật đối với các quá trình nối tiếp trong hệ
CAD có những ƣu điểm nhƣ: tránh đƣợc cơng việc trùng lặp nhờ khâu nạp dữ

18


liệu, loại trừ nguồn gốc phát sinh sai số, sử dụng nhiều lần dữ liệu, tăng tốc trao
đổi dữ liệu, tích hợp hố các thành phần có ứng dụng máy tính…
Các cơ sở
dữ liệu gốc
(A)

Bộ tiền xử lý
(pro-processor)

Tệp trung
gian tiêu
chuẩn

Cơ sở dữ
liệu riêng
(B)

Bộ hậu xử lý
post- processor

Hình 1.5 - Hệ chuyển giao dữ liệu gián tiếp thông qua tệp trung gian[13]
Trong phạm vi chuyển giao dữ liệu giữa hai hệ thống CAD/CAM, khâu trao

đổi dữ liệu chỉ có thể thơng 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 trƣớc hết phải kể đến các giao diện VDAFS và
IGES. Những thông tin dữ liệu sản phẩm đƣợc tập hợp thành nhiều giao diện khác
nhau.
Những giao diện này đƣợc quy chuẩn hoá theo quốc gia, cũng nhƣ do các
hãng tạo lập CAD/CAM cung cấp thông qua các chƣơng trình chuyển đổi dữ liệu.
Các hãng sẽ cung cấp cho nơi sử dụng, ứng với hệ thống CAD/CAM của từng
hãng hai loại chƣơng trình chuyển đổi ở dạng hai hệ vi xử lý là tiền xử lý và hậu
xử lý.
Các giao diện

Đồ hoạ:
PHIGS,
GKS –
3D, CGI,
CGM
…

Bản vẽ hh
IGES,
SET,
VDAFS
…

Mơ hình
sp:
PDES,
STEP,
CAD - NT

…

Điều khiển
máy:
IRDATA,
APT,
CLDATA
…

Hệ thống tự
động:
MAP,
TOP,
…

Hình1.6 - Các giao diện dùng trong lĩnh vực Cơ khí[13]

19


+ Hệ tiền xử lý có chức năng là trợ giúp chuyển đổi các dạng dữ liệu chuyên
dụng và đặc trƣng 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.
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
APT – Automatically Programmed Tools
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 mơ hình gốc nhằm
đảm bảo tính ổn định của dữ liệu, cũng nhƣ đảm bảo tuỳ chọn tại mọi thời điểm ,
nghĩa là không phụ thuộc vào sự lựa chọn hệ thống và cấu trúc hệ thống.
Ngày nay dạng trung gian của dữ liệu đƣợc tạo lập theo nhiều hƣớng khác
nhau và có hàm lƣợng thơng tin khác nhau.
Ngồi ra dạng giao diện dữ liệu trung gian có có giao diện dữ liệu trực tiếp ở
dạng các hệ chuyển đổi chuyên dụng - phụ thuộc hệ thống để hỗ trợ quá trình trao
đổi dữ liệu giữa hai hệ thống CAD/CAM.
Dƣới đây là sơ đồ về quá trình chuyển đổi dữ liệu giữa hai hệ thống
CAD/CAM A và B

20


A
Hệ
CAD/CAM

B

A

Giao diện dữ liệu bộ dịch chuyên dụng 1
( bộ dịch trực tiếp từ A sang B)
Giao diện dữ liệu bộ dịch chuyên dụng 2
( bộ dịch trực tiếp từ B sang A)

A
Hệ
CAD/CAM

B

B

DỊCH TRỰC TIẾP

Máy tính

Máy tính
DỊCH GIÁN TIẾP

A
Hệ
CAD/CAM
A

Tiền xử lý 1
(preprocessor
)

A

B

A

)

B
B

Tiền xử lý 2
(preprocessor

A

Hậu xử lý 2
(postprocessor)

Hậu xử lý 1
(postprocesso
r)
Dữ liệu chuyển tiếp ở dạng tiêu chuẩn
DWG, PDES, STEP, IGES…

Hệ
CAD/CAM

B

B

Hình 1.7- Quá trình truyền dữ liệu qua hai hệ CAD/CAM A và B[13]
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 hố chỉ có thể đảm bảo nếu thông tin chung giữa các đơn vị cấu trúc, các
đơn vị dữ liệu và các tín hiệu đƣợc tạo lập và đảm bảo. Những vị trí chuyển tiếp
từ một đơn vị sang một đơn vị khác phải đƣợc thiết lập phù hợp, nghĩa là phải
tƣơng thích hoặc tƣơng đồng với nhau. Những vị trí chuyển tiếp đảm bảo phù hợp
gọi là giao diện. Trong thực tế có các lọai giao diện: giao diện quá trình, giao diện
hệ thống, giao diện nối tiếp với các thiết bị dữ liệu bên ngoài, giao diện với ngƣời
vận hành…

21


Các hệ CAD/CAM khác nhau có cấu trúc khác nhau về hệ dữ liệu xác định
đối tƣợng xử lý, vì vậy khi các hệ CAD/CAM cần tích hợp với nhau ngƣời 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
xi dùng cho việc chuyển đổi dữ liệu.
Các phương án triển khai kết nối liên thông CAD – NC
Ý TƢỞNG THIẾT KẾ
Phƣơng án 1
Hệ thống lập trình NC
với xử lý dữ liệu hình
học cơ bản
Bản vẽ chi thiết cần gia
cơng CNC
Các chức năng CAD cơ

bản
Hệ lập trình NC xử lý dữ
liệu lập trình hình học cơ
bản

Chƣơng trình NC

Phƣơng án 2
Kết nối CAD với các
hệ thống lập trình NC

Hệ CAD

- Hình học đại quan và tế vi
- Các dữ liệu khác
- Giao diện tiêu chuẩn (IGES,
DXF, VDA-IS, VAD-FS…) và
tiêu chuẩn

Phƣơng án 3
Tích hợp CAD và lập
trình NC

Mơdun CAD-CAM

Hệ lập trình NC

- Hình học đại quan và tế
vi
- Các dữ liệu khác

- Giao diện tiêu chuẩn và
chuyên dụng
- Tạo lập chƣơng trìnhNC
từ dữ liệu CAD
Mơ đun lập trình NC

Hồ sơ gia công CNC
Phiếu dụng cụ, gá lắp

Sơ đồ gá đặt,
sơ đồ toạ độ

Giao diện Ngƣời – Máy tính

Giao diện nội bộ máy tính

Hình 1.8 - Các phương án triển khai kết nối CAD – NC[13]
Theo chiều ngƣợc lại thì cần phải có bộ dịch ngƣợc. Nghĩa là cần phải có hai
bộ dịch cho từng cặp hệ CAD/CAM khác nhau cần đựơc ghép nối với nhau và
đƣợc gọi là bộ dịch trực tiếp. Ngƣời ta gọi hệ chuyển giao dữ liệu nhƣ trên là hệ
chuyển giao trực tiếp.
Ngoài ra ngƣời ta cịn 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
22


trúc cơ sở dữ liệu trung gian gọi là tệp trung gian khơng phụ thuộc hệ CAD/CAM
hiện có hoặc sẽ có trong tƣơng lai.
Ngƣời 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 cặp CAD/CAM cần có một cặp bộ xử lý của

nó để chuyển đổi dữ liệu thành quy cách tệp trung gian và ngƣợc lại từ quy cách
tệp trung gian thành quy cách tệp gốc của nó. Chức năng của từng bộ xử lý đƣợc
phân chia nhƣ 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, đƣợc gọi là bộ tiền xử lý (Pre – processor).
+ Bộ dịch có chức năng chuyển giao dữ liệu từ quy cách trung gian thanh quy
cách cơ sở dữ liệu riêng của một hệ thống nào đó, đƣợc gọi là bộ hậu xử lý
(Posprocessor).
Các quy cách điển hình về tệp trung gian hiện nay đang đƣợc sử dụng là :
IGES, DXF, STEP. Trong đó IGES hiện nay đƣợc dùng phổ biến là tệp trung
gian. DXF là tệp trung gian dùng cho dữ liệu bản vẽ kỹ thuật. STEP là quy cách
dữ liệu tiêu chuẩn dùng lƣu trữ dữ liệu trong phạm vi chu kỳ sản xuất bao gồm:
Thiết kế, phân tích, chế tạo, đảm bảo chất lƣợng sản phẩm, kiểm tra và bảo dƣỡng
cùng với dữ liệu xác định sản phẩm. Các hệ CAD dùng IGES đang có định hƣớng
chuyển sang dùng STEP. STEP khác với IGES và DXF ở chỗ là các tệp IGES và
DXF đƣợc tạo lập chỉ để chuyển đổi dữ liệu sản phẩm, còn STEP xử lý dữ liệu
sản phẩm là dữ liệu toàn diện về chu kỳ sản phẩm.
Các phƣơng án triển khai thiết kế kết nối liên thông CAD – NC đƣợc thực hiện
theo sơ đồ ý tƣởng nhƣ trên hình vẽ.
CAD/CAM là thiết kế và gia cơng có sự trợ giúp của máy tính, điều này đã
đƣợc thực hiện làm chân tay giả từ những năm 80 của thế kỷ trƣớc ở các nƣớc
trên thế giới.
 Ƣu điểm của việc dùng CAD/CAM trong chế tạo dụng cụ chỉnh hình chân
tay giả: CAD/CAM trong chế tạo chân tay giả là một phƣơng pháp thiết kế mẫu

23


socket chính xác về sinh học và nhanh về thời gian trên màn hình máy tính thay vì
phải bó bột thủ cơng và sửa cốt bột.

1) Giúp cho q trình diễn ra nhanh hơn và có thể làm lại bất cứ lúc nào.
2) Lƣu các mẫu mà không cần bất cứ phịng ốc nào.
3) Giúp cho q trình dóng, dựng chân tay giả đƣợc thuận lợi và chính xác.


Phƣơng pháp chế tạo Socket dùng công nghệ CAD/CAM đƣợc làm theo
các bƣớc:

Tạo mẫu cốt âm
(bó bột mảng cụt)
Quét biên dạng mẫu cốt
âm
( số hóa mơ hình)
Chỉnh sửa mơ hình
(trên phần mềm)
Gia cơng mẫu cốt dƣơng
Chế tạo Socket

Hình 1.9 – Sơ đồ chế tạo Socket[13]


CAD/CAM thông minh

+ Tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping):
Nguyên lý tạo mẫu nhanh đƣợc thực hiện theo sơ đồ sau:
Tạo lập mơ
hình CAD 3D
của vật thể

Tạo lập tệp

dữ liệu STL

Quá trình RP
với máy SLA
hoặc SLS

Mẫu vật thể 3D
( pattern)

Hình 1.10 – Nguyên lý tạo mẫu nhanh[13]
+ Kỹ thuật ngƣợc (Reverse Engineering):
Nguyên lý kỹ thuật ngƣợc đƣợc thực hiện theo sơ đồ sau:

24


Vật mẫu
cần tạo
bản sao
(Target
object)

Số hố
3D với
bộ 3D
Digitizer

Lập mơ
hình 3D
của vật

thể mẫu
(3DModeling

Tạo
lập
tệp
STL

Quá
trình tạo
mẫu
nhanh
(RPprocess)

Bản sao
từ vật
mẫu
(Replica)

Hình 1.11 – Nguyên lý kỹ thuật ngược[13]
1.3. Tình hình ứng dụng cơng nghệ CAD/CAM ở Việt Nam.
Trong thời kỳ mở cửa, hội nhập với thế giới bên ngồi, kinh tế Việt Nam có
nhiều khởi sắc, các kỹ thuật sản xuất tiên tiến của nƣớc ngoài cũng vì thế mà đƣợc
thâm nhập, tiếp thu. Ngành cơ khí nói chung và ngành khn mẫu nói riêng cũng
khơng phải là ngoại lệ.
Năm 1997 là năm mà các phần mềm CAD/CAM bắt đầu du nhập vào Việt
Nam, có thể kể đến là phần mềm Cimatron, cho đến nay, thị trƣờng CAD/CAM tại
Việt Nam phát triển rất đa dạng nhƣ Pro/Engineer, MasterCAM,Catia,
NX,SolidCAM….Tuy vậy chỉ có rất ít các cơ sở sản xuất có đủ nguồn lực tài chính
để mua bản quyền các phần mềm này, phần lớn trong đó là các phần mềm đƣợc bẻ

khóa, hoặc dùng thử. Rõ ràng tính năng của phần mềm bẻ khóa hay miễn phí là hạn
chế và chúng chỉ giải quyết một lớp nhỏ các bài tốn thực tế và chỉ mang tính giới
thiệu.Bên cạnh đó nguồn nhân lực sử dụng CAD/CAM đƣợc đào tạo bài bản cũng
không nhiều dẫn đến hạn chế trong khai thác các tính năng của chúng.
Các máy CNC sử dụng trong các xí nghiệp đa phần là các máy đã qua sử
dụng từ các nƣớc phát triển nhƣ Nhật Bản, Đài loan…dẫn đến sự hạn lạc hậu về
công nghệ, sai số lớn trong gia công, chất lƣợng kém, dễ hƣ hỏng. Các máy CNC
của các trƣờng đại học, viện nghiên cứu phần đa đƣợc mua từ nguồn ngân sách,
nhiều máy CNC mới nhƣng không đƣợc sử dụng do nguồn nhân lực khơng đƣợc
đào tạo dẫn đến sự lãng phí lớn.

25