Nghiên cứu và ứng dụng phần mềm tích hợp CAD CAM topsolid2010 trên máy phay 5 trục để gia công các chi tiết cơ khí

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

ĐỖ VĂN ĐỒNG

NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TÍCH HỢP
CAD/CAM TOPSOLID2010 TRÊN MÁY PHAY 5 TRỤC ĐỂ
GIA CƠNG CÁC CHI TIẾT CƠ KHÍ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHÊ TẠO MÁY

HÀ NỘI – NĂM 2013


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

ĐỖ VĂN ĐỒNG

NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TÍCH HỢP
CAD/CAM TOPSOLID2010 TRÊN MÁY PHAY 5 TRỤC ĐỂ
GIA CƠNG CÁC CHI TIẾT CƠ KHÍ

Chuyên ngành: Chế tạo máy

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHÊ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN HUY NINH

HÀ NỘI – NĂM 2013


LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Đỗ Văn Đồng, học viên lớp thạc sỹ kỹ thuật Chế tạo máy ACTM-HY:
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
Với đề tài luận văn Nghiên cứu và ứng dụng phần mềm tích hợp CAD/CAM
TOPSOLID2010 trên máy phay 5 trục để gia công các chi tiết cơ khí, nay tơi xin cam
đoan:
Tất cả những nội dung trong luận văn này đều do tôi thực hiện và chưa từng
được ai cơng bố trong bất kỳ một cơng trình nào khác.
Tất cả những phần thơng tin được trích dẫn từ các cơng trình và bài báo của các
tác giả khác đều được chú thích rõ ràng.
Tơi xin chịu mọi trách nhiệm đối với nội dung luận văn này.

Tác giả

Đỗ Văn Đồng


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành Luận văn đúng nội dung yêu cầu và thời gian cho phép, tác giả
xin chân thành cảm ơn Thầy Giáo: TS Nguyễn Huy Ninh, người đã hướng dẫn và giúp
đỡ tận tình từ định hướng đề tài đến q trình viết và hồn chỉnh Luận văn.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo cùng các thầy cô ở Viện đào
tạo Sau đại học, Viện Cơ khí của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện
thuận lợi để tác giả hoàn thành bản Luận văn này.

Do năng lực bản thân cịn nhiều hạn chế nên Luận văn khơng tránh khỏi thiếu
sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cơ giáo, các nhà
khoa học và các bạn đồng nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn!
Tác giả

Đỗ Văn Đồng

2


MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan:...............................................................................................

1

Lời cảm ơn:..................................................................................................

2

Mục lục:.......................................................................................................

3

Các ký hiệu và chữ viết tắt:..........................................................................

5

Danh mục các hình vẽ:.................................................................................

6

PHẦN MỞ ĐẦU:.........................................................................................

9

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM:...........................................

13

1.1 Vai trò và chức năng của CAD/CAM trong nền sản xuất hiện đại:.....

13

1.2 Thiết kế và gia cơng tạo hình:..............................................................

19

1.3. Mơ hình hóa hình học:...........................................................................

24

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1:.............................................................................

27

CHƯƠNG 2 – NGHIÊN CỨU PHẦN MỀM TÍCH HỢP CAD/CAM
TOPSOLID 2010:........................................................................................

28

2.1. Giới thiệu về phần mềm TOPSOLID:..................................................

28

2.2. Sử dụng phần mềm TOPSOLID2010:.............................................

32

2.2.1. TOPSOLID DESIGN:.............................................................

32

2.2.2. Gia công trên phần mềm TOPSOLID2010:.............................

57

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2:.............................................................................

85

CHƯƠNG 3 – GIA CÔNG CHI TIẾT TRÊN MÁY PHAY 5 TRỤC:......

86

3.1 Lập trình gia cơng:.................................................................................

87

3


3.1.1 Khai báo máy, gá lắp phôi, chọn điểm gốc của chi tiết gia
công:..................................................................................................

98

3.1.2 Phay thô chi tiết:................................................................................

91

3.1.3 Phay bán tinh chi tiết:........................................................................

93

3.1.4 Phay tinh chi tiết:...............................................................................

97

3.1.5 Quá trình tạo mã lệnh Post-processing:...........................................

98

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3:.............................................................................

99

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ:....................................................................

100

CÁC TỪ KHÓA:.........................................................................................

101

TÀI LIỆU THAM KHẢO:...........................................................................

102

PHỤ LỤC:....................................................................................................

103

4


CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
STT Ký hiệu và chữ viết tắt
1

CNC

2

CIM

3

CAD

4

CAM

Ý nghĩa
Computer Numerical Control – Điều khiển số có sự
trợ giúp của máy tính
Computer Integrated Manufacturing – Sản xuất có sự
tích hợp của máy tình
Computer Aided Design – Thiết kế có sự trợ giúp của
máy tính
Computer Aided Manufacturing – Sản xuất có sự trợ
giúp của máy tính

5

NC

Number Control – Điều khiển số

6

ĐHBKHN

Đại học Bách khoa Hà Nội

7

STT

Số thứ tự

5


STT

Số thứ tự hình

1
2
3
4

Hình 1.1
Hình 1.2
Hình 1.3
Hình 1.4

5

Hình 1.5

6
7

Hình 1.6
Hình 1.7

8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31

Hình 2.1
Hình 2.2
Hình 2.3
Hình 2.4
Hình 2.5

Hình 2.6
Hình 2.7
Hình 2.8
Hình 2.9
Hình 2.10
Hình 2.11
Hình 2.12
Hình 2.13
Hình 2.14
Hình 2.15
Hình 2.16
Hình 2.17
Hình 2.18
Hình 2.19
Hình 2.20
Hình 2.21
Hình 2.22
Hình 2.23
Hình 2.24

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Ý nghĩa

Sơ đồ CAO - FAO - FIO
Sơ đồ chu kỳ sản xuất
Sơ đồ chu kỳ sản xuất khi dùng CAD/CAM
Qui trình thiết kế và gia cơng tạo hình theo cơng
nghệ truyền thống
Qui trình thiết kế và gia cơng tạo hình theo cơng
nghệ CAD/CAM

Sơ đồ hệ thống CIM
Qui trình thiết kế và gia cơng tạo hình theo cơng
nghê tích hợp
Lệnh Extract element
Lệnh Rectangular
Lệnh Offset
Lệnh Fillet
Lệnh Thicness
Lệnh cut
Lệnh Dimension
Lệnh Dimension 3D
Lệnh Half- part dimension
Lệnh Extruded Shape
Lệnh Trim
Lệnh Chamfer
Lệnh Chamfer “mép vát” khác nhau
Hộp thoại Boss parameters
Hộp thoại Groove
Lệnh Thread
Lệnh tạo rãnh trên khối
Lệnh Rib
Bảng chọn loại dao gia công
Bảng thông số của dao
Bảng chỉnh sửa thơng số của dao
Kích thước thơng số của dao
Dao phay ngón
Hộp thoại Contouring

6

Trang

14
17
17
19
21
23
24
34
36
38
40
41
43
44
44
45
45
48
48
49
50
50
51
52
51
60
61
61

61
62
63


32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56

57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67

Hình 2.25
Hình 2.26
Hình 2.27
Hình 2.28
Hình 2.29
Hình 2.30
Hình 2.31
Hình 2.32
Hình 2.33
Hình 2.34
Hình 2.35
Hình 2.36
Hình 2.37
Hình 2.38
Hình 2.39
Hình 2.40
Hình 2.41
Hình 2.42

Hình 2.43
Hình 2.44
Hình 2.45
Hình 2.46
Hình 2.47
Hình 2.48
Hình 2.49
Hình 2.50
Hình 2.51
Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3
Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7
Hình 3.8
Hình 3.9

Cách bù dao khi sử dụng dao phay cầu
Hộp thoại Plunging
Qũy đạo dao khi gia công
Hôp thoại Final height
Hôp thoại Pocketing spiral
Quản lý quá trình gia cơng
Phương pháp gia cơng theo điểm
Phương pháp gia công Facing
Hộp thoại Machining method
Các lựa chọn trong thẻ Main
Gia công theo đường contour

Thông số điều chỉnh trong thẻ cutting conditions
Chu trình gia cơng các lỗ khơng khép kín
Hộp thoại left material facing
Các lựa chọn trong thẻ Main chính
Hộp thoại khi phay Contouring
Lựa chọn gia công nhiều hốc đồng thời
Lựa chọn gia công theo đường contou
Hôp thoại Multiple Pocketing
Cách thay đổi các loại dao gia công
Cách quản lý dao khi gia công
Tự động gia công các hốc được chọn
Tự động gia cơng các lỗ được chọn
Sử dụng Chu trình khoan
Hộp thoại Chamfering
Hộp thoại Radiusing
Hộp thoại Grooving
Hộp thoại chọn môi trường làm việc
Hộp thoại chọn máy khi gia cơng
Hình dạng máy gia cơng 5 trục DMU100
Hộp thoại chọn mâm cặp
Hình ảnh đồ gá kẹp chi tiết
Qúa trình đưa chi tiết vào môi trường gia công
Chi tiết trong môi trường gia công
Khai báo điểm chuẩn của phôi
Hộp thoại chọn thông số của dao

7

63
64

64
65
65
66
68
69
69
70
70
71
71
72
73
74
75
76
77
78
78
80
80
81
82
83
83
87
87
88
88
89

89
90
90
91


68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78

Hình 3.10
Hình 3.11
Hình 3.12
Hình 3.13
Hình 3.14
Hình 3.15
Hình 3.16
Hình 3.17
Hình 3.18
Hình 3.19
Hình 3.20

Hộp thoại roughing
Kết quả của q trình phay thơ
Kết quả sau khi quay mặt phẳng gia công
Xác nhận mặt phẳng làm việc là XYZLệnh revolved parallel plane
Sử dụng dao phay cầu để gia cơng.
Bảng thơng số cho q trình gia cơng.
Kết quả của q trình phay bán tinh
Sử dụng dao phay cầu đường kính Φ1(mm)
Kết quả của q trình phay tinh.
Câu lệnh gia công

8

92
93
93
94
94
95
95
96
97
98
99


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài:
Với sự phát triển không ngừng của các thành tựu khoa học – công nghệ, đặc biệt
là lĩnh vực điều khiển số, máy gia cơng CNC đã giúp q trình gia cơng được nhanh

hơn, chính xác hơn. Từ đó giúp năng suất lao động tăng mà vẫn đảm bảo độ chính xác
cần thiết.
Như vậy muốn nâng cao chất lượng bắt buộc phải có những máy móc tốt, thiết
bị điều khiển tốt, hệ điều hành tốt, phần mềm gia công. Nhưng không thể thiếu đó là
những kỹ năng, tư duy của người sử dụng. Vì vậy một điều tất yếu là nhà cơng nghệ
phải nắm bắt được các phần mềm gia công, các máy móc mới nhất, phương pháp thiết
kế và gia cơng sản phẩm tối ưu.
Việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CNC vào sản xuất đã giúp nâng cao
năng suất và chất lượng sản phẩm rõ rệt. Với một người giảng viên, tôi nhận thấy
được tầm quan trọng của việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CNC trong công
nghiệp. Đặc biệt những công nghệ mới.
Thấy được vấn đề đó, cộng với q trình học tập và nghiên cứu tại trường Đại
học Bách khoa Hà Nội, tôi nhận thấy phần mềm TOPSOLID2010 là một trong
những phần mềm hiện đại được sử dụng khá rộng rãi trong và ngồi nước. Vì vậy, tơi
mong muốn được tìm hiểu, nghiên cứu phần mềm TOPSOLID2010 này để nắm bắt
được những công nghệ mới nhất về thiết kế và gia công. Để thiết kế và gia công tôi
lựa chọn gia công trên trung tâm gia công 5 trục DMG - DMU100 để gia cơng , vì
trung tâm này là một trung tâm hiện đại bậc nhất trên thế giới.
Với những lý do trên tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu và ứng dụng phần
mềm tích hợp CAD/CAM TOPSOLID2010 trên máy phay 5 trục để gia cơng các
chi tiết cơ khí”.
2. Lịch sử nghiên cứu:

9


Ngày nay, Việt Nam đang trong giai đoạn công nghiệp hóa, trong sản xuất cơng
nghiệp sử dụng phần mềm gia công ngày càng nhiều; do yêu cầu cấp thiết của thực tế
sản xuất, nên những đề tài nghiên cứu ứng dụng nhằm khai thác hiệu quả phần mềm là
khá lớn trong các đề tài nghiên cứu khoa học, luận văn thạc sỹ, ví dụ: Đặng Bảo Lâm,

ĐHBKHN (2009), Nghiên cứu, khai thác phần mềm CATIA CAM ứng dụng trong gia
công các bề mặt phức tạp trên máy CNC 5 trục và 6 trục; Đồn Đình Qn,
ĐHBKHN(2012), Nghiên cứu ứng dụng trung tâm gia công 5 trục UCP600 để gia
công khuôn cho sản phẩm có bề mặt phức tạp; Bùi Long Vịnh, ĐHBKHN (2009),
Nghiên cứu xây dựng phương pháp gia công trên máy điều khiển số (CNC) có sự trợ
giúp của máy tính; Phan Cơng Trình, Nghiên cứu các ảnh hưởng của các thông số
công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết máy khi gia công trên máy phay CNC, Luận
văn cao học, ĐHBKHN (2006); Phạm Văn Bổng, Khảo sát thực nghiệm về ảnh hưởng
của các thông số công nghệ V, t, S đến lực cắt trên máy tiện CNC, Luận văn thạc sỹ,
ĐHBKHN (2006)...
Trong các đề tài trên việc nghiên cứu và ứng dụng các phần mềm gia công hiện
đại còn hạn chế. Đặc biệt tài liệu tham khảo tiếng Việt còn rất hạn chế.
Ứng dụng các phần mềm CAD/CAM đã có. Nhưng để thiết kế và gia cơng cho
các bề mặt sản phẩm phức tạp chưa đa dạng. Do đó, vẫn cịn nhiều vấn đề cần khai
thác để thấy hết được khả năng của phần mềm tích hợp CAD/CAM.
3. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu
3.1. Mục đích nghiên cứu.
Nghiên cứu khai thác sử dụng phần mềm tích hợp CAD/CAM
TOPSOLID2010. sử dụng trung tâm gia công 5 trục DMG – DMU 100 để gia cơng.
Để từ đó thiết kế và gia cơng được cho một số sản phẩm cơ khí có bề mặt phức tạp.
Dùng làm tài liệu tham khảo cho sản xuất, giảng dạy và học tập.
3.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

10


Nghiên cứu, khảo sát từ điều kiện giảng dạy, học tập của Viện Cơ khí và Trung
tâm BK – CNC – Đại học Bách Khoa Hà Nội; Khoa Cơ khí trường Cao Đẳng Nghề
Việt Xô – Số 1; Trường Cao Đẳng GTVT Hà Nội
Phần mềm tích hợp CAD/CAM TOPSOLID2010.

Máy nghiên cứu:
Trung tâm gia công 5 trục Mikron UCP600. Máy này dùng hệ
điều hành Heidenhain iTNC-530.
Trung tâm gia công 5 trục DMG – DMU 100. Máy này dùng hệ
điều hành Heidenhain iTNC-530
4. Tóm tắt nội dung thực hiện và đóng góp mới của tác giả
Dựa vào nguồn tài liệu đã có như phần mềm tích hợp CAD/CAM
TOPSOLID2010, các thơng số của máy DMG – DMU 100.
- Tài liệu sử dụng phần mềm tích hợp CAD/CAM TOPSOLID2010 đầy đủ, rõ
ràng.
Với ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tế của luận văn sau khi hồn thành sẽ có
những đóng góp đáng kể cho các nhà công nghệ, cho các cơ sở giáo dục.
Ý nghĩa khoa học: Bằng cơ sở lý thuyết kết hợp với tham khảo thực tế, luận văn
đã nghiên cứu ứng dụng phần mềm tích hợp CAD/CAM TOPSOLID2010, làm cơ sở
cho các quá trình nghiên cứu khác.
Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu trên của tác giả sẽ đóng góp vào q trình
khai thác và sử dụng phần mềm, sử dụng máy phay 5 trục CNC với hiệu quả cao nhất
để gia công chi tiết đảm bảo yêu cầu của chất lượng, đặc biệt là những chi tiết có bề
mặt khó gia cơng .
Làm cơ sở cho việc nghiên cứu các bề mặt có độ phức tạp cao hơn.
5. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu thực tiễn thiết bị hiện có.

11


Nghiên cứu lý thuyết về các phương pháp thiết kế, gia công thông qua các tài
liệu, các bài báo của các tác giả trong và ngoài nước.
Nghiên cứu phần mềm tích hợp CAD/CAM TOPSOLID2010 - Trung tâm gia
cơng Mikron UCP600 và Trung tâm gia công DMG – DMU 100.

12


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM
1.1. Vai trò và chức năng của CAD/CAM trong nền sản xuất hiện đại.
1.1.1 Giới thiệu về CAD/CAM
Thiết kế và chế tạo có sự tham gia của máy tính (CAD/CAM) thường được trình
bày gắn liền với nhau. Thật vậy, hai lĩnh vực ứng dụng tin học trong ngành cơ khí chế
tạo này có nhiều điểm giống nhau bởi chúng đều dựa trên cùng các chi tiết cơ khí và sử
dụng dữ liệu tin học chung: đó là các nguồn đồ thị hiện thị và dữ liệu quản lý.
Thực tế CAD/CAM tương ứng với các hoạt động của hai quá trình hỗ trợ cho
phép biến một ý tưởng trừu tượng thành một vật thể thật. Hai công việc này thể hiện rõ
trong công việc thiết kế và triển khai gia công.
Xuất phát từ nhu cầu cho trước, việc nghiên cứu đảm nhận thiết kế một mơ hình
mẫu cho đến khi thể hiện trên bản vẽ biểu diễn chi tiết. Từ bản vẽ chi tiết việc triển
khai chế tạo đảm nhận lập ra quá trình chế tạo các chi tiết cùng các vấn đề liên quan
đến dụng cụ và phương pháp thực hiện. Hai lĩnh vực hoạt động lớn này trong ngành
chế tạo máy được thực hiện liên tiếp nhau và được phân biệt bởi kết quả của nó.
* 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 chia thành hai loại:
phần mềm thiết kế và phần mềm vẽ.
* Kết quả của CAM là cụ thể, đó là chi tiết cơ khí. 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 vật thể, cắt gọt vật liệu, công suất của trang thiết bị, các
điều kiện sản xuất khác nhau có giá thành nhỏ nhất, với việc tối ưu hóa đồ gá và dụng
cụ cắt nhằm đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết cơ khí.
Nhằm khai thác các cơng cụ hữu ích, những ứng dụng tin học trong chế tạo

không chỉ hạn chế trong các phần mềm đồ hoạ hiển thị và quản lý mà cịn sử dụng việc
lập trình và điều khiển các máy cơng cụ điều khiển số, do vậy địi hỏi khi thực hiện
phải nắm vững các kiến thức về kỹ thuật gia công.
Trong chế tạo, việc sử dụng các dữ liệu tin học phải lưu ý đến nhiều mối quan
hệ ràng buộc. Các ràng buộc này nhiều hơn trong thiết kế. Việc cắt gọt vật liệu trên

13


một máy công cụ điều khiển số hay một máy công cụ vạn năng thông thường là như
nhau, trong hai trường hợp vật liệu khơng thay đổi về tính chất.
Trong khi đó các dữ liệu tin học có trong mơi trường cơng nghiệp cũng có
trong các xưởng gia cơng. Các nguồn dữ liệu này cải thiện kỹ thuật chế tạo, chuyển
đổi phương pháp và dẫn đến thay đổi quan trọng trong các cơng việc hồn thành khi
lập qui trình cơng nghệ cũng như trên vị trí làm việc. Ngồi cơng việc cho phép điều
khiển số các nguyên công gia công, việc thiết lập các dữ liệu tin học mang lại nhiều
sự cải thiện về kết cấu liên quan đến cấu trúc máy và đồ gá, các phương pháp chế tạo
và kiểm tra sản phẩm, thiết kế dụng cụ cắt và các cơ cấu tự động khác. Mặt khác, các
ứng dụng tin học này cũng cho phép khai thác tốt hơn các khả năng mới của máy và
dụng cụ.
Ngày nay việc chuyển biến từ một ý tưởng trừu tượng thành một sản phẩm
thực tế có thể theo một q trình hồn tồn được chi phối bởi máy tính điện tử, như
sơ đồ hình 1.1 đã chỉ rõ.

Hình 1.1 - Sơ đồ CAO - FAO - FIO
Ta phân biệt hai loại dụng cụ tin học trong nghiên cứu thiết kế:

14

- Các phần mềm vẽ có sự tham gia của máy tính điện tử

(Dessin Assisté par Ordinateur-DAO hay Computer Aided Drawing - CAD ).
- Các phần mềm thiết kế có sự tham gia của máy tính điện tử

(Conception Assistée par Ordinateur-CAO hay Computer Aided Design-CAD).
Trong tiếng Anh ta sử dụng từ CAD chung cho cả hai phần mềm này. Trong
triển khai chế tạo ra sản phẩm từ bản vẽ thiết kế, ngày nay có các phần mềm ứng dụng
đó là các phần mềm chế tạo có sự tham gia của máy tính điện tử

(Fabrication Assistée par Ordinateur - FAO hay Computer Aided
Manufacturing
- CAM)
Khi sự tích hợp trên máy tính điện tử cho các hoạt động thiết kế và chế tạo được
thực hiện, tức là khi việc thực hiện có thể trực tiếp dựa vào các dữ liệu số được tạo ra
bởi việc thiết kế, tập hợp các hoạt động đặc trưng của CAD/CAM được mô tả dưới
khái niệm chế tạo được tích hợp bởi máy tính điện tử

(Fabrication Intégrée par Ordinateur - FIO hay
Computer integrated Manufacturing - CIM).
Do vậy CIM biểu diễn các hoạt động tương ứng với toàn bộ quá trình sản xuất
sản phẩm từ marketing, thiết kế (CAD), lập kế hoạch sản xuất (CAP), Lập quy trình
cơng nghê (CAPP), điều khiển nguyên công(CAM),... kiểm tra chất lượng, đến phân
phối sản phẩm được điều khiển tự động trong một hệ thống máy tính bằng một cơ sở
dữ liệu thống nhất
1.1.2 Đối tượng phục vụ của CAD/CAM.
Xu thế phát triển chung của các ngành công nghiệp chế tạo theo công nghệ tiên
tiến là liên kết các thành phần của qui trình sản xuất trong một hệ thống tích hợp điều
khiển bởi máy tính điện tử (Computer Integrated Manufacturing - CIM).
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.
Kết quả của q trình CAD khơng chỉ là cơ sở dữ liệu để thực hiện phân tích kỹ
thuật, lập qui 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, người máy, tay máy công nghiệp

15


và các thiết bị phụ trợ khác.
Công việc chuẩn bị sản xuất có vai trị quan trọng trong việc hình thành bất kỳ
một sản phẩm cơ khí nào.Cơng việc này bao gồm:
- Chuẩn bị thiết kế (thiết kế kết cấu sản phẩm, các bản vẽ lắp chung của sản phẩm, các
cụm máy.v.v...)
- Chuẩn bị cơng nghệ (đảm bảo tính năng cơng nghệ của kết cấu, thiết lập qui trình
cơng nghệ)
- Thiết kế và chế tạo các trang bị công nghệ và dụng cụ phụ vv...
- Kế hoạch hố q trình sản xuất và chế tạo sản phẩm trong thời gian u cầu.
Hiện nay, qua phân tích tình hình thiết kế ta thấy rằng 90% thời lượng thiết kế là
để tra cứu số liệu cần thiết mà chỉ có 10% thời gian dành cho lao động sáng tạo và
quyết định phương án, do vậy các cơng việc trên có thể thực hiện bằng máy tính điện
tử để vừa tiết kiệm thời gian vừa đảm bảo độ chính xác và chất lượng.
CAD/CAM 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 tạo ra mối quan hệ mật thiết giữa hai dạng hoạt động:Thiết kế và
Chế tạo.
Tự động hoá thiết kế là dùng các hệ thống và phương tiện tính tốn giúp người
kỹ sư thiết kế, mơ phỏng, phân tích và tối ưu hố các giải pháp thiết kế.
Tự động hố chế tạo là dùng máy tính điện tử để kế hoạch hoá, điều khiển và
kiểm tra các nguyên công gia công.

16


1.1.3 Vai trị của CAD/CAM trong chu kỳ sản xuất.

Hình 1.2- Sơ đồ chu kỳ sản xuất

Hình 1.3 - Sơ đồ chu kỳ sản xuất khi dùng CAD/CAM
Rõ ràng rằng CAD/CAM chi phối hầu hết các dạng hoạt động và chức năng của
chu kỳ sản xuất. Ớ các nhà máy hiện đại, trong công đoạn thiết kế và chế tạo, kỹ thuật
tính tốn ngày càng phát huy tác dụng và là nhu cầu không thể thiếu được.
1.1.4 Chức năng của CAD.
Khác biệt cơ bản với qui trình thiết kế theo công nghệ truyền thống, CAD cho
phép quản lý đối tượng thiết kế dưới dạng mơ hình hình học số trong cơ sở dữ liệu

17


trung tâm, do vậy CAD có khả năng hỗ trợ các chức năng kỹ thuật ngay từ giai đoạn
phát triển sản phẩm cho đến giai đoạn cuối của quá trình sản xuất, tức là hỗ trợ điều
khiển các thiết bị sản xuất bằng điều khiển số.
Hệ thống CAD được đánh giá có đủ khả năng để thực hiện chức năng yêu cầu
hay không, phụ thuộc chủ yếu vào chức năng xử lý của các phần mềm thiết kế. Ngày
nay những bộ phần mềm CAD/CAM chuyên nghiệp phục vụ thiết kế và gia cơng
khn mẫu có khả năng thực hiện được các chức năng cơ bản sau:
- Thiết kế mô phỏng hình học 3 chiều (3D) những hình dạng phức tạp.
- Giao tiếp với các thiết bị đo, quét toạ độ 3D thực hiện nhanh chóng các
chức năng mơ phỏng hình học từ dữ liệu số.
- Phân tích và liên kết dữ liệu: tạo mặt phân khuôn, tách khuôn, quản lý kết

cấu lắp ghép...
- Tạo bản vẽ và ghi kích thước tự động: có khả năng liên kết các bản vẽ 2D
với mơ hình 3D và ngược lại.
- Liên kết với các chương trình tính tốn thực hiện các chức năng phân tích
kỹ thuật: tính biến dạng khn, mơ phỏng dịng chảy vật liệu, trường áp suất, trường
nhiệt độ, độ co rút vật liệu,...
- Nội suy hình học, biên dịch các kiểu đường chạy dao chính xác cho cơng
nghệ gia cơng điều khiển số.
- Giao tiếp dữ liệu theo các định dạng đồ hoạ chuẩn.
- Xuất dữ liệu đồ hoạ 3D dưới dạng tập tin STL để giao tiếp với các thiết bị
tạo mẫu nhanh theo cơng nghệ tạo hình lập thể.
Những ứng dụng của CAD trong ngành chế tạo máy:
* Tạo mẫu nhanh thông qua giao tiếp dữ liệu với thiết bị tạo mẫu nhanh
theo cơng nghệ tạo hình lập thể (đo quét toạ độ)
* Giảm đáng kể thời gian mơ phỏng hình học bằng cách tạo mơ hình hình
học theo cấu trúc mặt cong từ dữ liệu số.
* Chức năng mơ phỏng hình học mạnh, có khả năng mơ tả những hình
dáng phức tạp nhất.
* Khả năng mơ hình hố cao cho các phương pháp phân tích, cho phép
lựa chọn giải pháp kỹ thuật tối ưu.

18


1.2 Thiết kế và gia cơng tạo hình.
Theo lịch sử hình thành và phát triển ta có thể phân biệt cơng nghệ thiết kế và
gia cơng tạo hình như sau:
- Thiết kế và gia cơng tạo hình theo cơng nghệ truyền thống.
- Thiết kế và gia cơng tạo hình theo cơng nghệ CAD/CAM
- Thiết kế và gia cơng tạo hình theo cơng nghệ tích hợp CIM

1.2.1 Thiết kế và gia cơng tạo hình theo cơng nghệ truyền thống.
Trong cơng nghệ truyền thống, các mặt cong 3D phức tạp được gia cơng trên máy
vạn năng theo phương pháp chép hình sử dụng mẫu hoặc dưỡng. Do vậy qui trình thiết
kế và gia cơng bao gồm có 4 giai đoan phân biệt (Hình 1.4):
1. Tạo mẫu sản phẩm,
2. Lập bản vẽ kỹ thuật,

3. Tạo mẫu chép hình,
4. Gia cơng chép hình.
Qui trình này có những hạn chế:
- Khó đạt được độ chính xác gia cơng, chủ yếu do q trình chép hình.
- Dễ dàng làm sai do nhầm lẫn hay hiểu sai vì phải xử lý một số lớn dữ liệu.
- Năng suất thấp do mẫu được thiết kế theo phương pháp thủ cơng và qui
trình được thực hiện tuần tự: tạo mẫu sản phẩm - lập bản vẽ chi tiết - tạo mẫu chép
hình - phay chép hình.

Hình 1.4 - Qui trình thiết kế và gia cơng tạo hình theo
cơng nghệ truyền thống

19


1.2.2 Thiết kế và gia cơng tạo hình theo cơng nghệ CAD/CAM.
Sự phát triển của phương pháp mơ hình hố hình học cùng với thanh tựu của
cơng nghệ thơng tin, công nghệ điện tử, kỹ thuật điều khiển số đã có những ảnh hưởng
trực tiếp đến cơng nghệ thiết kế và gia cơng tạo hình (Hình 1.5):
- Bản vẽ kỹ thuật được tạo từ hệ thống vẽ và tạo bản vẽ với sự trợ giúp của
máy vi tính.
- Tạo mẫu thủ cơng được thay thế bằng mơ hình hố hình học trực tiếp từ giá
trị lấy mẫu 3D.

- Mẫu chép hình được thay thế bằng mơ hình tốn học - mơ hình hình học lưu
trữ trong bộ nhớ máy vi tính và ánh xạ trên màn hình dưới dạng mơ hình
khung lưới.
- Gia cơng chép hình được thay thế bằng gia công điều khiển số (CAM).
Về công nghệ, khác biệt cơ bản giữa gia cơng tạo hình theo cơng nghệ truyền
thống và cơng nghệ CAD/CAM là thay thế tạo hình theo mẫu bằng mơ hình hố hình
học.
Kết quả là mẫu chép hình và cơng nghệ gia cơng chép hình được thay thế bằng
mơ hình hình học số (Computational Geometric Model - CGM) và gia công điều
khiển số. Mặt khác khả năng kiểm tra kích thước trực tiếp và khả năng lựa chọn chế độ
gia cơng thích hợp (gia cơng thơ, bán tinh và tinh).
Theo công nghệ CAD/CAM phần lớn các khó khăn của q trình thiết kế và gia
cơng tạo hình theo cơng nghệ truyền thống được khắc phục vì rằng:
• Bề mặt gia cơng đạt được chính xác và tinh xảo hơn.
• Khả năng nhầm lẫn do chủ quan bị hạn chế đáng kể.
• Giảm được nhiều tong thời gian thực hiện qui trình thiết kế và gia cơng
tạo hình.

20


Hình 1.5 - Qui trình thiết kế và gia cơng
tạo hình theo cơng nghệ CAD/CAM
1.2.3 Thiết kế và gia cơng tạo hình theo cơng nghệ tích hợp (CIM).
Các ứng dụng của CAD/CAM:
Máy tính điện tử được áp dụng cả trong lĩnh vực kỹ thuật lẫn việc điều hành, quản
lý và quản trị. Về mặt kỹ thuật đã có hệ thống CAD (hệ thống máy tính hỗ trợ thiết kế)
và CAM (hệ thống máy tính hỗ trợ việc chế tạo). Hai hệ thống này đã được ứng dụng
trong nhiều lĩnh vực, như các phép toán ổn định và sức bền thân tàu, cho việc lập bảng
tọa độ và làm trơn nhẵn đường hình dáng vỏ tàu, cho việc khai triển tơn, bố trí để tiết

kiệm nguyên vật liệu, cho tính tải và dao động của động cơ diesel, cho việc khống chế
tai nạn trên biển, cho hệ thống đường ống mà ta phải khai triển cắt góc. Các kỹ sư máy
tàu và vỏ tàu của Tập đồn Cơng nghiệp tàu thủy Việt Nam (VINASHIN) đã thiết kế
và chế tạo các bản vẽ trên máy tính dựa vào các phần mềm chuyên dụng như Autoship,
Ship Constructor, Nupas-cadmatic…, sau đó các bản vẽ được trực tiếp gửi tới máy
CNC (nên nói ứng dụng chung cho các ngành cơng nghiệp khác nhau, có thể lấy ví dụ
của một vài ngành cụ thể). Trong việc điều hành, quản lý và quản trị, hệ thống máy

21


tính cũng đóng vai trị ngày càng quan trọng trong những xưởng của các nhà máy đóng
tàu. Ngày này cơng nghệ chế tạo và sử dụng máy tính đang phát triển rất nhanh,
khuynh hướng mới là CIM, nghĩa là hệ thống sản xuất tích hợp dưới sự trợ giúp của
máy tính.
Xu hướng phân tán, mềm hóa và chuẩn hóa là ba trong nhiều điểm đặc trưng cho
sự thay đổi này. Những xu hướng mới đó khơng nằm ngồi mục đích giảm giá thành
giải pháp và nâng cao chất lượng hệ thống. Thông qua việc, ứng dụng rộng rãi các hệ
thống mạng truyền thông trong công nghiệp, đặc biệt các hệ thống bus trường.
Mạng truyền thông công nghiệp cũng như công nghệ bus trường không phải là
một lĩnh vực kỹ thuật hồn tồn mới, mà thực chất là các cơng nghệ được kế thừa, chắt
lọc và phát triển từ kỹ thuật truyền thơng nói chung cho phù hợp với các u cầu trong
công nghiệp. Từ hơn một thập kỷ nay, công nghệ bus trường đã trở nên không thể thiếu
trong các hệ thống điều khiển và giám sát hiện đại. Song thực tế người sử dụng trong
công nghiệp thường gặp phải hàng loạt các vấn đề khác nhau, do vậy trước khi xây
dựng một giải pháp tự động hóa khơng cịn là nên hay không nên mà là phải lựa chọn
hệ thống mạng truyền thông nào cho phù hợp với yêu cầu và nhiệm vụ của ứng dụng
thực tế.
Công nghệ máy tính có ảnh hưởng to lớn đến các hệ thống sản xuất trong suốt
những thập kỷ qua. Các ứng dụng quan trọng của máy tính thể hiện trong nhiều lĩnh

vực như điều khiển số, các hệ thống rôbốt, các hệ thống sản xuất linh hoạt và đặc biệt
là chức năng điều khiển quá trình trong các hoạt động sản xuất, bao gồm từ khâu thiết
kế sản phẩm đến lập kế hoạch và điều khiển sản xuất cùng với những hoạt động kinh
doanh của doanh nghiệp như nhận đơn đặt hàng, tính giá và thanh tốn với khách hàng.
Những hoạt động này u cầu một q trình xử lý thơng tin là tích hợp các chức năng
thiết kế, sản xuất và kinh doanh trong một thể thống nhất, giúp nhanh chóng đưa ra
quyết định một cách chính xác, tránh các trùng lặp hoặc các thông tin mâu thuẫn nhau.
Điều này thể hiện qua khái niệm về “hệ thống sản xuất tích hợp máy tính”.

22


Hình 1.6 - Sơ đồ hệ thống CIM
Từ cơng nghệ CAD/CAM ta dễ dàng thực hiện ý tưởng liên kết mọi thành phần
trong một hệ thống tích hợp (Hình 1.7). Theo cơng nghệ tích hợp, cơng việc mơ hình
hố hình học - vẽ - tạo bản vẽ được tích hợp trong CAD; kết quả mọi thơng tin về hình
dáng được lưu lại dưới dạng CGM, lưu trữ trong cơ sở dữ liệu trung tâm. Cơng nghệ
tiên tiến nhất có khả năng hỗ trợ thực hiện tồn bộ qui trình thiết kế và chế tạo theo
cơng nghệ tích hợp:
- Cho phép thiết lập mơ hình hình học số CGM trực tiếp từ ý tưởng về hình
dáng.
- Được trợ giúp bởi thiết bị đồ hoạ mạnh và công nghệ tô màu, tạo bóng hiện
đại.

23