NGHIÊN CỨU PHẦN MỀM CIMATRON 8.5 ĐỂ THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG CHI TIẾT MÁY VÀ XÂY DỰNG BÀI GIẢNG GIẢNG DẠY PHẦN MỀM CIMATRON 8.5
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.07 MB, 139 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
NGUYỄN ĐỨC MINH
NGHIÊN CỨU PHẦN MỀM CIMATRON 8.5 ĐỂ THIẾT KẾ VÀ GIA
CÔNG CHI TIẾT MÁY VÀ XÂY DỰNG BÀI GIẢNG, GIẢNG DẠY
PHẦN MỀM CIMATRON 8.5
LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC
CHUYÊN SÂU
: SƯ PHẠM KỸ THUẬT CƠ KHÍ CHẾ TẠO
HÀ NỘI - 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
NGUYỄN ĐỨC MINH
NGHIÊN CỨU PHẦN MỀM CIMATRON 8.5 ĐỂ THIẾT KẾ VÀ GIA
CÔNG CHI TIẾT MÁY VÀ XÂY DỰNG BÀI GIẢNG, GIẢNG DẠY
PHẦN MỀM CIMATRON 8.5
CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY
LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM KỸ THUẬT
CHUYÊN SÂU: SƯ PHẠM KỸ THUẬT CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. TRƯƠNG HỒNH SƠN
hµ néi 2012
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Bản luận văn tốt nghiệp này là cơng trình nghiên cứu thực sự
cuả cá nhân, không sao chép các luận văn khác. Được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu
lý thuyết, sử dụng phần mềm CIMATRON và dưới sự hướng dẫn khoa học của thầy:
TS. Trương Hồnh Sơn
Bộ mơn: Cơng nghệ Chế tạo máy, Viện Cơ khí - ĐHBK Hà Nội.
Một lần nữa, tơi xin khẳng dịnh về sự trung thực của lời cam kết trên. Nếu sai
tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm kỷ luật của khoa và nhà trường đề ra.
~1~
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cam đoan ……………………………………………………………………….1
MỞ ĐẦU …………………………………………………………………………...4
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM – CNC ……………5
1.1.1. Khái niệm về CAD, CAM, CNC. ..................................................................... 5
1.1.2. Tích hợp cơng nghệ CAD/CAM – CNC. ........................................................ 8
1.1.3. Vai trò của CAD/CAM – CNC trong chu kỳ sản xuất. ................................. 10
1.1.4. Các mức tiếp cận CAD/CAM. ...................................................................... 11
1.1.5. Giao diện CAD/CAM – CNC. ...................................................................... 15
1.1.6. Một số phần mềm CAD/CAM đang được sử dụng hiện nay, ưu nhược điểm
của từng phần mềm............................................................................................. 19
1.1.7. Tình hình ứng dụng cơng nghệ CAD/CAM – CNC ở nước ta hiện nay. ...... 25
1.2. PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO CÁC SẢN PHẨM CƠ KHÍ ỨNG DỤNG CƠNG
NGHỆ CAD/CAM – CNC. .................................................................................. 27
1.2.1. Quá trình thiết kế ứng dụng cơng nghệ CAD/CAM – CNC. ........................ 27
1.2.2. Q trình gia công ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC. ...................... 32
1.3. Kết luận ........................................................................................................... 43
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM CIMATRON 8.544
Error!
Bookmark not defined.
2.1. Giới thiệu chung ............................................................................................... 44
2.2. Các môi trường làm việc trong Cimatron…………………………………………………………47
CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC ........................ 62
~2~
NGUYÊN CỨU THIẾT KẾ BGĐT VÀO GIẢNG DẠY ................................... 62
3.1. Tổng quan nghiên cứu bài giảng điển tử ........................................................ 62
3.2. Phương tiện dạy học và vai trò của phương tiện dạy học .............................. 62
3.3. Cơ sở lý luận và thực tiễn của việc nghiên cứu thiết kế bài giảng điện tử ..... 70
CHƯƠNG 4
XÂY DỰNG BÀI GIẢNG GIẢNG DẠY PHẦN MỀM
CIMATON 8.5 ................................................................................. 82
4.1 Đối tương giảng day………………………………………………………………… 82
2.2 Bài giảng lý thuyết............................................................................................ 83
2.2 Bài giảng thực hành ....................................................................................... 104
LỜI CÁM ƠN ....................................................................................................... 132
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 133
~3~
PHẦN MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Trong những năm qua, nền kinh tế nước ta đã đạt được tốc độ tăng trưởng cao, cơ
cấu kinh tế có bước chuyển dịch mạnh mẽ theo hướng cơng nghiệp hóa. Q trình
Cơng nghiệp hóa – Hiện đại hóa và hội nhập kinh tế quốc tế ở nước ta yêu cầu phải đáp
ứng đủ số lượng lao động kỹ thuật chất lượng cao cho các ngành kinh tế, nhất là các
ngành công nghiệp mũi nhọn, cơng nghệ cao: Cơ khí chế tạo, tin học, tự động hóa,
điện, cơ điện tử, chế biến xuất khẩu …Và đòi hỏi lao động phải được qua đào tạo các
ngành trên có như vậy các doanh nghiệp mới đủ sức cạnh tranh trên thị trường trong
nước và quốc tế.
Cimatron được đánh giá là phần mềm tích hợp CAD/CAM trong lĩnh vực thiết kế
gia công. Cimatron là hệ thống mơ hình hố ba chiều dạng Solid tham số có khả năng
mơ hình hóa mặt cong. Hệ thống này được sử dụng để tạo các Solid ba chiều, các bản
vẽ từ các chi tiết Solid, tạo bản vẽ 2D từ mơ hình 3D, tách khn, phân khn và mơ
phỏng gia công. Đây cũng là hệ thống CAD/CAM phổ biến nhất hiện nay để mơ hình
hóa ba chiều các sản phẩm cơ khí và dùng dể xuất chương trình từ các file gia công
sang các tổ hợp gia công CNC. Hệ thống là công cụ hỗ trợ cho nhà thiết kế thực hiện
công việc thiết kế sản phẩm một cách nhanh chóng và chính xác. Hơn nữa tính mở và
tính tương thích của Cimatron cho phép nhiều phần mềm ứng dụng nổi tiếng khác chạy
trực tiếp trên mơi trường của nó như SolidWorks, Catia, Pro-E, Solid Edge…
Mặc dù phần mềm Cimatron được ứng dụng rộng rãi và hiệu quả trong các cơng ty
cơ khí trên thế giới, nhưng việc nghiên cứu ứng dụng ở Việt Nam chưa được quan tâm
nhiều. Chính vì vậy chúng tơi tiến hành nghiên cứu đề tài:
~4~
“Nghiên cứu phần mềm CIMATRON 8.5 để thiết kế và gia công chi tiết máy
và xây dựng bài giảng, giảng dạy phần mềm CIMATRON 8.5”.
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM – CNC
VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO CÁC SẢN PHẨM CƠ KHÍ
ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ CAD/CAM - CNC
1.1 . TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM - CNC.
1.1.1. Khái niệm về CAD, CAM, CNC.
1.1.1.1. CAD
CAD - Computer Aided Design – thiết kế có sự trợ giúp của máy tính. Được sử
dụng hầu hết trong các ngành kỹ thuật như cơ khí, xây dựng, kiến trúc... CAD thực sự
trở thành một công cụ đắc lực cho người kỹ sư trong việc thể hiện bản vẽ một cách
nhanh chóng và chính xác.
Ngày nay tất cả các ngành kỹ thuật và các cơ sở sản xuất đều sử dụng và khai
thác phần mềm này để hỗ trợ thiết kế và quản lý kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả sản
xuất và kinh doanh. Trải qua các phiên bản khác nhau, CAD đã trở thành phần mềm trợ
giúp thiết kế được sử dụng rộng rãi trên thế giới bởi các tính năng nổi trội sau:
-
Đáp ứng nhu cầu đồ hoạ trong không gian 2 chiều và 3 chiều.
Dễ sử dụng, người sử dụng có thể làm việc từ bàn phím, chuột thơng qua
cửa sổ lệnh hay hệ thống menu, các biểu tượng chức năng.
-
Dễ dàng trao đổi và kết xuất thông tin với các phần mềm khác.
Kết quả của CAD là một bản vẽ xác định, một sự biểu diễn nhiều hình chiếu
khác nhau của một chi tiết cơ khí với các đặc trưng hình học và chức năng. Các phần
mềm CAD là các dụng cụ tin học đặc thù cho việc nghiên cứu và được gọi chung là các
phần mềm thiết kế.
~5~
1.1.1.2. CAM
CAM - Computer Aided Manufacturing – chế tạo có sự trợ giúp 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, IGES... và được nhập vào phần
mềm CAD dưới các định dạng này. Chương trình CAM sẽ nhận dữ liệu CAD thông
qua các định dạng trung gian đó và người chạy chương trình cần phải thiết lập các điều
kiện tính tốn cho q trình gia cơng 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 mã lệnh G – M code hoặc dưới dạng ngôn ngữ ATP. Các chương trình
NC dưới dạng mã 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. CNC.
CNC – Computerized Numerical Control - Điều khiển số bằng máy tính. Ý
tưởng phát triển điều khiển số cho máy công cụ ( Numerical Control – NC) xuất hiện
vào những năm 1949 – 1950 tại viện công nghệ Massachusetts (MIT), Cambridge, Mỹ.
Về mặt công nghệ, để thực hiện ý tưởng này cần có một hệ điều khiển biến đổi được
đại lượng đầu vào ở dạng số nhị phân cho hành trình và các chức năng đóng – mở sao
cho máy phay có thể hiểu và xử lý được chúng. Đó là ý tưởng cơ bản về ứng dụng điều
khiển số cho máy cơng cụ nói chung. Việc thực hiện nó đã trở thành hiện thực, nhờ có
sự phát triển mạnh mẽ của xử lý số liệu điện tử lúc đó.
Trước tiên bộ điều khiển NC cho máy phay đứng được phát triển, các thơng tin
về hành trình và các chức năng đóng - mở cần thiết được nhập qua card đục lỗ. Nhờ đó
~6~
các trục chạy dao của máy phay được điều khiển với các nguồn động lực độc lập sao
cho bàn gá chi tiết gia cơng có thể thực hiện được bước dịch chuyển theo ý muốn. Các
tệp dữ liệu thông tin về hành trình và chế độ đóng – ngắt viết ở dạng chữ cái và con số
thập phân được gọi là “chương trình NC”
Với sự phát triển nhanh chóng của cơng nghệ vi mạch tích hợp và cơng nghệ
chế tạo các linh kiện điện tử như các bộ vi xử lý và máy vi tính, vào những năm 70,
điều khiển NC đã bắt đầu phát triển thành điều khiển CNC (Computerized Numerical
Control).
Khi đã có chương trình NC, chương trình này được tải đến hệ điều khiển CNC.
Mặc dù người vận hành có thể nhập trực tiếp vào hệ điều khiển, nhưng với chương
trình dài thì rất khó khăn. Chương trình NC có được qua hệ thống CAM đang ở dạng
file văn bản trên máy tính, cịn nếu lập bằng tay có thể nhập vào máy tính bằng chương
trình xử lý văn bản thơng thường, với chương trình đang ở dạng file văn bản muốn
chuyển đến hệ điều khiển máy CNC cần phải có một hệ thống DNC. DNC (Direct
Numerical Control) là từ viết tắt tiếng Anh để biểu thị một máy tính trung tâm được cài
đặt phần mềm truyền dữ liệu đến các hệ thống điều khiển của các máy CNC trong một
xưởng gia cơng (hình 1.1)
Hình 1.1. Hệ thống DNC
~7~
Một hệ thống DNC cho phép máy 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.
Công nghệ CAD/CAM – CNC hiện nay đang phát triển hết sức mạnh mẽ với sự ra đời
của nhiều phần mềm CAD, CAM. Trên cơ sở đó các nhà sản xuất phần mềm đưa ra 2
hướng: thứ nhất là đi theo hướng tích hợp các lĩnh vực CAD, CAM, CAE thành một
phần mềm đa chức năng. (CAE – Computer Aided Engineering- quá trình kỹ thuật có
sự trợ giúp của máy tính, như q trình phân tích, mơ phỏng, lập kế hoạch sản xuất và
sửa chữa bảo trì). Thứ hai là đi theo hướng chun mơn hóa từng lĩnh vực, tức là tách
rời thiết kế, gia cơng và tính tốn mơ phỏng thành các phần mềm riêng biệt. Một số
phần mềm được định dạng để trung chuyển dữ liệu CAD với nhau hay giữa dữ liệu
CAD và CAM ở dạng STEP AP203, 203E, AP214 thay vì dưới dạng SAT, IGES, ...
STEP được ứng dụng rộng rãi hơn IGES, bởi vì khi xuất sang định dạng IGES thường
hay gặp phải lỗi bề mặt.
Mục đích của tích hợp CAD/CAM là hệ thống hố dịng thơng tin từ khi bắt đầu
thiết kế sản phẩm tới khi hoàn thành quá trình sản xuất. Chuỗi các bước được tiến hành
với việc tạo dữ liệu hình học, tiếp tục với việc lưu trữ và xử lý bổ sung, kết thúc với
việc chuyển các dữ liệu này thành thông tin điều khiển cho q trình gia cơng, di
chuyển ngun vật liệu và kiểm tra tự động, được gọi là kỹ thuật trợ giúp bởi máy tính
CAE (Computer Aided Engineering) và được coi như kết quả của việc kết nối CAD,
CAM. CAE không chỉ thay thế con người bằng các thiết bị máy tính hố mà cịn nâng
cao năng lực của con người để phát minh các ý tưởng và sản phẩm mới.
Sản xuất tích hợp máy tính hóa CIM (Computer Intergrated Manufacturing) bao
gồm tất cả các chức năng kỹ thuật của CAD/CAM cũng như các chức năng kinh
doanh. Các hệ thống CIM lý tưởng áp dụng cơng nghệ máy tính đối với tất cả các chức
năng vận hành và xử lý thông tin trong sản xuất, từ xử lý đơn đặt hàng, thiết kế và sản
~8~
xuất tới giao sản phẩm tới khách hàng. Phạm vi tác động của CIM rộng hơn so với
phạm vi của CAD/CAM. Khái niệm CIM có nghĩa là tất cả các hoạt động sản xuất đều
được kết hợp lại trong một hệ thống máy tính để được hỗ trợ, được tự động hố. Hệ
thống máy tính toả rộng và tác động vào tất cả các hoạt động của doanh nghiệp. Đây là
hệ thống tích hợp, đầu ra của hoạt động này là đầu vào của một hoạt động khác tạo
thành dây chuyền các sự kiện, bắt đầu từ khâu đặt hàng tới khâu chuyển giao sản phẩm.
Đơn đặt hàng sẽ được nhập vào phòng bán hàng của doanh nghiệp nhờ hệ thống
đặt hàng máy tính hố. Các đơn đặt hàng này bao gồm các thông số đặc trưng của sản
phẩm, các thơng số này sẽ là đầu vào của phịng thiết kế sản phẩm. Các sản phẩm mới
sẽ được thiết kế trong hệ thống CAD. Các phần tử tạo nên sản phẩm sẽ được chuyển
thành cấu trúc vật tư sản phẩm, sau đó sơ đồ lắp ráp được chuẩn bị.
Đầu ra của phòng thiết kế sẽ là đầu vào của phòng kỹ thuật sản xuất. Tại đây,
việc lập kế hoạch quá trình gia cơng, thiết kế cơng cụ và các hoạt động chuẩn bị cho
sản xuất được thực hiện. Đầu ra của phòng kỹ thuật sản xuất được đưa vào phòng lập
kế hoạch và điều khiển sản xuất. Tại đây, kế hoạch về nhu cầu nguyên vật liệu được
thực hiện bởi hệ thống máy tính.
Kết quả của CAD cho phép nâng cao năng suất và giảm thời gian thiết kế sản
phẩm; giảm thời gian thiết kế dụng cụ và đồ gá được 12
÷
25%; nâng cao chất lượng
thiết kế, do đó nâng cao được chất lượng sản phẩm; tạo ra được tài liệu có chất lượng
cao; loại trừ được các cơng việc lặp lại; tiết kiệm thời gian và giảm giá thành khi chế
tạo sản phẩm mới; tiêu chuẩn hoá tốt hơn; hoàn thiện giao diện giữa thiết kế và sản
xuất; giảm thời gian trả lời kết quả đấu thầu. Kết quả này không chỉ là cơ sở dữ liệu để
thực hiện phân tích kỹ thuật, lập trình chế tạo, gia cơng điều khiển số mà chính là dữ
liệu điều khiển thiết bị sản xuất điều khiển số như các loại máy công cụ, rôbôt, tay máy
công nghiệp...
Xuất phát từ thực tế, đa số thời lượng thiết kế là để tra cứu số liệu, do vậy các
cơng đoạn của q trình chuẩn bị sản xuất được thực hiện bằng máy tính điện tử vừa
~9~
tiết kiệm vừa đảm bảo độ chính xác và chất lượng. Các công đoạn này bao gồm: chuẩn
bị thiết kế (thiết kế kết cấu sản phẩm, các bản vẽ lắp...); chuẩn bị cơng nghệ (thiết lập
quy trình cơng nghệ...); thiết kế và chế tạo các trang bị công nghệ và dụng cụ phụ; kế
hoạch hố q trình sản xuất và chế tạo sản phẩm. Quá trình chuẩn bị sản xuất có vai
trị rất quan trọng trong việc hình thành bất kỳ một sản phẩm cơ khí nào.
CAD/CAM – CNC là lĩnh vực nghiên cứu nhằm tạo ra các hệ thống tự động
thiết kế và chế tạo trong đó máy tính điện tử được sử dụng để thực hiện một số chức
năng trợ giúp nhất định. CAD/CAM – CNC tạo ra mối quan hệ mật thiết giữa hai dạng
hoạt động là thiết kế và chế tạo. Chúng là 3 phần tử của hệ thống tích hợp CIM
(Computer Intergrated Manufacturing – hệ thống sản xuất tích hợp có máy tính trợ
giúp). Xu thế phát triển chung của các ngành công nghiệp chế tạo theo công nghệ tiên
tiến là liên kết các thành phần của quy trình sản xuất trong hệ thống tích hợp CIM. Các
thành phần của CIM được quản lý và điều hành dựa trên cơ sở dữ liệu trung tâm với
thành phần quan trọng là các dữ liệu từ quá trình CAD.
1.1.3. Vai trị của CAD/CAM – CNC trong chu kỳ sản xuất.
. Khi chưa được ứng dụng công nghệ CAD/CAM – CNC, sơ đồ chu kỳ sản xuất như
sau:
Hình 1.2. Sơ đồ chu kỳ sản xuất khi chưa ứng dụng CAD/CAM – CNC
~ 10 ~
Khi đã ứng dụng CAD/CAM – CNC, sơ đồ chu kỳ sản xuất trở thành:
Hình 1.3. Sơ đồ chu kỳ sản xuất khi ứng dụng CAD/CAM – CNC
Qua hai sơ đồ trên ta thấy CAD/CAM – CNC chi phối hầu hết các dạng hoạt
động và chức năng của chu kỳ sản xuất. Với hệ thống CAD/CAM – CNC, ta có thể
xuất phát từ sản phẩm thực tế – chi tiết cụ thể, chuyển ngay vào bản vẽ với các hình
chiếu – kể cả hình chiếu trục đo để sửa chữa, cải tiến, hợp lý hoá và cũng ngay lập tức
đưa vào q trình điều khiển máy để gia cơng và có ngay sản phẩm mới được cải tiến.
Đó cũng chính là công nghệ cao thiết kế – gia công – sản xuất có sự trợ giúp của máy
tính đã mang lại năng suất cao hơn, chất lượng sản phẩm tốt hơn, giá thành hạ hơn với
hiệu quả kinh tế rất cao.
1.1.4. Các mức tiếp cận CAD/CAM.
1.1.4.1. Mức tiếp cận 1
~ 11 ~
Cho các quá trình khoan, phay hoặc tiện. Mức này có khả năng thực hiện giải
pháp CAD/CAM – CNC như sau:
- Tạo lập bằng tay các lệnh G – M code.
- Tạo lập tự động các lệnh G –M code với hệ CAM rồi chạy mơ phỏng chương
trình gia cơng CNC đã lập trên máy tính.
Hình 1.4. Mức tiếp cận 1
1.1.4.2. Mức tiếp cận 2
Là mức 1 có thêm hệ xử lý thích nghi (posprocessor) dùng cho bàn phím CNC
để lập trình gia cơng CNC, sau đó chạy mơ phỏng trên màn hình máy tính mà khơng
dùng bàn phím máy tính.
Hình 1.5. Mức tiếp cận 2
~ 12 ~
1.1.4.3. Mức tiếp cận 3
Là mức 2 có thêm máy thực hành gia cơng có bổ sung thêm máy CNC theo hai
phương án như sau:
Hình 1.6. Mức tiếp cận 3
1.1.4.4. Mức tiếp cận 4
Là phương án phối hợp giữa mức 1 và mức 2, ở mức này bàn phím CNC có thể
lập trình và điều khiển gia cơng CNC với các hệ khác nhau (FANUC, HEIDENHAIN,
SIEMENS...) nhờ cách thay đổi phím ấn phù hợp với từng hệ. Với mức này có thể tiến
hành thiết kế chi tiết gia cơng, rồi lập trình gia cơng CNC với bàn phím máy tính, hoặc
lập trình bằng tay với bàn phím CNC, sau đó chạy mơ phỏng chương trình gia cơng
CNC đã lập trên màn hình máy tính.
1.1.4.5. Mức tiếp cận 5
Gồm mức 4 bổ sung thêm một máy tính thực hành gia cơng CNC và có khả
năng thiết kế chi tiết gia cơng rồi lập trình gia cơng CNC trên máy tính, hoặc lập trình
thủ cơng với bàn phím CNC, sau đó chạy mơ phỏng chương trình gia cơng CNC đã lập
~ 13 ~
trên màn hình máy tính, cuối cùng thực hiện chương trình gia cơng trên máy thực hành
CNC để cắt phơi tạo ra chi tiết đã thiết kế và lập trình.
Hình 1.7. Mức tiếp cận 5
1.1.4.6. Mức tiếp cận 6
Là mức dựa trên sự phát triển phần mềm công nghiệp tiêu chuẩn
CAD/CAM, có dùng các module phần mềm CAD để thiết kế chi tiết gia cơng trên máy
tính, và nạp dữ liệu CAD vào các module CAM để tạo lập chương trình gia cơng CNC
rồi truyền trực tiếp tới máy gia cơng CNC.
Hình 1.8. Mức tiếp cận 6
~ 14 ~
1.1.5. Giao diện CAD/CAM – CNC.
Trong phạm vi từng hệ CAD/CAM nói riêng và giữa các hệ CAD/CAM nói
chung, muốn đảm bảo tính tương thích, tính tích hợp liên thơng, tính linh hoạt, phải có
giải pháp chuyển tiếp giữa các phân hệ với nhau thông qua các giao diện CAD/CAM.
Xét theo hai phần là phần cứng và phần mềm, giao diện gồm có: giao diện nối tiếp với
các thiết bị dữ liệu bên ngoài; giao diện với người vận hành; giao diện hệ thống và giao
diện quá trình. Xét về chức năng trao đổi dữ liệu, có giao diện dữ liệu, để chuyển đổi
dạng dữ liệu của hệ CAD/CAM này sang dạng dữ liệu của hệ CAD/CAM khác khi tích
hợp hai hệ CAD/CAM với nhau .
Chuyển đổi dữ liệu nghĩa là dịch dữ liệu theo 2 cách: dịch trực tiếp hoặc dịch
gián tiếp thông qua dữ liệu ở dạng trung gian tiêu chuẩn như DWG, DXF, IRDATA,
STEP... Các thành phần của CIM (trong đó có CAD/CAM) có mục đích tạo lập mối
quan hệ tích hợp giữa các hệ thống có máy tính trợ giúp khác nhau trong nội bộ hãng.
Tích hợp cho phép nối kết các chức năng sản xuất một cách dễ dàng, đồng thời truyền
dữ liệu giữa các máy hoặc giữa các thiết bị phụ trợ, qua đó đáp ứng nhanh những thay
đổi dữ liệu của sản xuất linh hoạt. Vì vậy mục đích tạo lập mối quan hệ tích hợp giữa
các hệ thống được quán triệt ngay từ khâu trao đổi dữ liệu nhờ các chương trình
chuyển đổi cho tới khâu tạo lập các ngân hàng dữ liệu chung.
Với cách dịch dữ liệu trực tiếp cần có hai bộ dịch trực tiếp cho từng cặp hệ
thống có quan hệ giao tiếp dữ liệu với nhau theo hai chiều. Vậy khi có n hệ thống thì
phải có n(n-1) bộ dịch vì sẽ có n/2 cặp hệ thống. Ví dụ: có 5 cặp hệ thống (n = 10) cần
có 5(5-1) = 20 bộ dịch trực tiếp để chuyển giao dữ liệu khi chúng tích hợp với nhau.
Với cách dịch dữ liệu gián tiếp, người ta sử dụng hệ chuyển giao dữ liệu gián
tiếp thông qua tệp trung gian. Tệp trung gian có cấu trúc cơ sở dữ liệu trung gian,
không phụ thuộc vào một hệ thống nào riêng biệt. Còn được gọi là giao diện dữ liệu
tiêu chuẩn, hiện nay có một số tệp trung gian điển hình như DXF, STEP, IGES. Tuy
vậy, muốn chuyển giao được dữ liệu giữa các hệ cơ sở dữ liệu khác nhau, từng hệ
~ 15 ~
thống phải có một cặp bộ xử lý để chuyển đổi dữ liệu riêng của nó thành quy cách tệp
trung gian và ngược lại từ quy cách tệp trung gian thành quy cách tệp gốc của nó. Khái
niệm bộ tiền xử lý (pre – processor) dùng để mô tả bộ dịch có chức năng chuyển giao
dữ liệu từ quy cách cơ sở dữ liệu gốc của một hệ thống thành một quy cách trung gian.
Ngược lại, khái niệm bộ hậu xử lý (post – processor) dùng để mô tả bộ dịch có chức
năng chuyển giao dữ liệu từ quy cách trung gian thành quy cách cơ sở dữ liệu của một
hệ thống nào đó. Như vậy cần có 2n bộ xử lý cho n hệ thống được ghép nối với nhau
và nếu có thêm một hệ thống thì cần có thêm 2 bộ xử lý nữa.
Giữa hai hệ thống CAD/CAM, việc trao đổi dữ liệu chỉ có thể thực hiện thông
qua dữ liệu trung gian. Đối với các dữ liệu kỹ thuật và các bản vẽ CAD, công cụ để
thực hiện trao đổi dữ liệu phải kể đến các giao diện IGES và VDAFS. Những thông tin
về dữ liệu sản phẩm được tập hợp thành nhiều giao diện khác nhau. Các giao diện này
được tiêu chuẩn hoá theo quốc gia, do các hãng tạo lập CAD/CAM cung cấp thông qua
các chương trình chuyển đổi dữ liệu. Ứng với hệ thống CAD/CAM của từng hãng, các
hãng sẽ cung cấp cho nơi sử dụng hai loại chương trình chuyển đổi ở dạng hai hệ vi xử
lý là tiền xử lý và hậu xử lý. Hệ tiền xử lý có chức năng trợ giúp việc chuyển đổi các
dạng dữ liệu chuyên dụng và đặc trưng của hệ thống thành dạng trung gian, sau đó hệ
hậu xử lý sẽ chuyển đổi tiếp dạng trung gian thành dạng phù hợp, có giá trị phù hợp
với hệ thống nhập vào. Mơ hình truyền dẫn dữ liệu giữa các hệ CAD/CAM được thể
hiện như sau:
~ 16 ~
Hình 1.9. Các giao diện trong lĩnh vực cơ khí
Trong đó:
PHICS – Programers Hierarchica Graphic System
GKS – 3D – Graphic Kernel System
CGI – Computer Graphic Interface
CGM – Computer Graphic Metafile
IGES – Initial Graphic Exchange Specification
SET – Standard Exchange Transport
VDAFS – VAD - Flachenschnitt
PDES – Produce Data Exchange Specification
STEP – Standard for Exchange of Product Model Data
CAD – NT –CAD – Normteile
IRDATA – Industrial Robot Data
APT – Automatically Programmed Tools
CLDATA – Cutter Location Data
MAP – Manufacturing Automation Protocol
TOP – Technical and Office Protocol.
~ 17 ~
Nhằm đảm bảo tính ổn định của dữ liệu và đảm bảo dữ liệu tại mọi thời điểm
không phụ thuộc vào sự lựa chọn hệ thống và cấu trúc hệ thống, khi thực hiện giải
pháp này cần có sự thoả thuận giữa các đối tác về thể thức cung cấp dữ liệu
CAD/CAM. Hiện nay dạng trung gian của dữ liệu được tạo lập theo nhiều hướng khác
nhau và có hàm lượng thơng tin khác nhau. Ngồi giao diện dữ liệu trung gian cịn 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.
Có sơ đồ q trình trao đổi dữ liệu giữa hai hệ CAD/CAM A và B như sau:
Hình 1.10. Quá trình truyền dẫn dữ liệu qua hai hệ CAD/CAM A và B
Giao diện là khái niệm bao hàm những quy tắc, những điều kiện, những thoả
thuận về sự nối ghép các phân hệ với nhau, chủ yếu là sự trao đổi thông tin. 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 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, nói
~ 18 ~
cách khác là phải tương thích, tương đồng với nhau. Những vị trí chuyển tiếp đảm bảo
phù hợp được gọi là các giao diện. Có các loại giao diện như 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...
Khi các hệ CAD/CAM tích hợp với nhau, cần 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. Vậy phải cần một bộ dịch xuôi dùng cho việc chuyển đổi dữ liệu. Theo
chiều ngược lại phải dùng bộ dịch ngược, tức là phải có hai bộ dịch cho từng cặp hệ
CAD/CAM khác nhau khi mỗi cặp này tích hợp với nhau, gọi là bộ dịch trực tiếp. Hệ
chuyển giao dữ liệu như vậy gọi là hệ chuyển giao dữ liệu trực tiếp.
Trong cách chuyển giao dữ liệu gián tiếp, từng hệ CAD/CAM phải có một cặp
bộ xử lý của riêng 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 tiền xử lý (preprocessor): là 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.
-
Bộ hậu xử lý (postprocessor): là 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.
Một số quy cách điển hình về tệp trung gian hiện nay đang được sử dụng là
IGES, DXF, STEP. IGES được dùng phổ biến là tệp trung gian. DXF là tệp trung gian
dùng cho dữ liệu của bản vẽ kỹ thuật. STEP dùng 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, bảo
dưỡng và xác định sản phẩm. STEP khác với IGES và DXF ở chỗ IGES và DXF chỉ để
chuyển đổi dữ liệu xác định sản phẩm, còn STEP xử lý dữ liệu toàn diện về chu kỳ sản
phẩm.
1.1.6. Một số phần mềm CAD/CAM đang được sử dụng hiện nay, ưu nhược
điểm của từng phần mềm.
~ 19 ~
1.1.6.1. Các phần mềm CAD/CAM tích hợp.
* Pro – Engineer: Một trong những phần mềm rất mạnh và rất nổi tiếng trong
lĩnh vực CAD/CAM – CNC, do hãng Prametric Technology sản xuất. Phục vụ
rất tốt cho ngành cơ khí khn mẫu (thiết kế và gia công) như khuôn dập,
khuôn rèn, khn nhựa..., phần mềm này có một lợi thế là giá rẻ nên đã chiếm
lĩnh các thị trường hạng trung và cao.
Pro – Engineer có các module sau:
-
Pro/ASSEMBLY: tạo điều kiện thiết lập dễ dàng chi tiết vào hệ thống và
dưới hệ thống. Nó hỗ trợ cho phần lắp ráp và lắp ráp nhóm, giải quyết tình
huống xung đột, thiết kế thay đổi...
-
Pro/MANUFACTURING: bao gồm dữ liệu NC, mô phỏng, format dữ liệu
CL, thư viện các phần tử.
-
Pro/MESH: hỗ trợ tái tạo mạng lưới cho việc phân tích phần tử hữu hạn
(FEA), xác định điều kiện biên gắn liền với ANSYS PATRAN, NASTRAN,
ARAQUS, SUPFRTAR và COSMOS/M.
-
Pro/MECHANICA: Mô phỏng động học, kiểm nghiệm ứng suất, chuyển vị,
biến dạng tuyến tính và phi tuyến, xác định và dự đoán khả năng phá huỷ vật
liệu.
-
Pro/INTERFACE: tạo điều kiện gắn với các hệ CAD khác như: iges, dxf,
vdafs, render, SLA...
-
Pro/PRJECT: xác định để điều khiển dự án thiết kế và tổ hợp một số đội
thiết kế và lập dự án.
-
Pro/FEATURE: mở rộng khả năng thiết lập những phần tử thiết kế bằng thư
viện của các bộ phận, nhóm, tái tạo các hình dạng chuẩn và dưới nhóm.
-
Pro/DESIGN: hỗ trợ thành lập mơ hình 3D, sơ đồ khối, xây dựng kế hoạch
thiết kế và mối quan hệ phụ thuộc, giúp cho sự phân tích nhanh, hiệu quả và
sắp xếp phương án.
~ 20 ~
-
Pro/LIBRARY: môđun chứa thư viện rộng lớn của các phần tử trên chuẩn
(chi tiết, phần tử thiết kế tiêu chuẩn, dụng cụ, khớp nối...), có thể bổ sung
hoặc hiệu chỉnh.
-
Pro/VIEW: mơđun tạo điều kiện kiểm tra mơ hình hố chi tiết và hệ thống từ
một hướng quan sát bất kỳ, phóng độn, ảo ảnh. Sử dụng để có cái nhìn
nhanh, tổng thể để đạt được kết quả hoặc mục đích phịng ngừa.
-
Pro/DRAFT: mơđun hỗ trợ biểu diễn 2D, tạo điều kiện đọc bản vẽ của các
hệ CAD khác và bổ sung môđun 3D về thiết kế thông số.
-
Pro/NLO: môđun hỗ trợ cho cơng việc trong mạng cục bộ, hồ hợp với các
môđun khác của hệ.
-
Pro/MOLD: môđun thiết kế khuôn.
-
Pro/DEVELOP (Pro/PROGRAM): mơđun hỗ trợ việc lập trình ứng dụng
riêng. Chứa các thư viện của hàm số C, thư viện chương trình con của ngơn
ngữ lập trình FORTRAN và đặc biệt tiếp cận được với cấu trúc thiết lập các
hệ thống và cấu trúc dữ liệu của hệ thống. Ngoài ra ProEngineer cịn có
Pro/CASTING, Pro/LEGACY, Pro/TOOLKIT, Pro/PIPE...
Với những tính năng đã giới thiệu ở trên cho thấy: Pro/Engineer là một phần
mềm
CAD/CAM/CAE rất mạnh, có khả năng mơ hình hố các chi tiết phức tạp
như các
loại máy xúc, máy đào đất, ôtô, các biến dạng vỏ tàu thuỷ..., khả năng lắp
ráp lớn và
rất tối ưu trong thiết kế.
* CATIA - Computer Aided Three Dimensional Interactive Aplication - Xử
lý tương tác trong không gian ba chiều có sự hỗ trợ của máy tính. Là một
bộ phần mềm thương mại phức hợp CAD/CAM/CAE được hãng Dassault
~ 21 ~
Systemes phát triển. Được viết bằng ngôn ngữ C++, Catia là nền tảng đầu
tiên của bộ phần mềm quản lý tồn bộ một chu trình sản phẩm của
Dassault. Phần mềm này 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, ơ tơ, máy bay..., gói phân tích các kết cấu bằng phương pháp
phần tử hữu hạn, gói gia cơng CNC, gói thiết kế nhà xưởng, gói thiết kế hệ
thống điện, điện tử, thuỷ lực và gói mơ phỏng động học, động lực học.
- Mechanical Design: Môđun cho phép xây dựng các chi tiết, sản phẩm lắp
ghép
trong cơ khí.
- Shape Design and Styling: Môđun cho phép thiết kế các bề mặt có biên
dạng, kiểu
dáng phức tạp trong các lĩnh vực thiết kế vỏ ô tô, tàu biển, máy bay.
- Analys & Simulation: Mơđun cho phép tính tốn kiểm tra và mơ phỏng các
chi tiết chịu tải trọng trong môi trường kết cấu liên tục hoặc trong mơi
trường nhiệt độ, từ đó cho phép tối ưu kết cấu.
- Manufacturing & Machining: Môđun cho phép mơ phỏng q trình gia
cơng và chế tạo chi tiết thông qua việc lựa chọn dao, chế độ cắt, gá đặt. Nhờ
đó nhà thiết kế lựa chọn quá trình chế tạo hợp lý, nâng cao chất lượng gia
cơng và tiết kiệm vật liệu.
- Equipment & Systems: Cho phép xây dựng các trang thiết bị, các hệ thống
đường ống dẫn dầu khí của một nhà máy theo tiêu chuẩn.
- Plant Engineering: Cho phép thiết kế mặt bằng nhà xưởng, dây chuyền sản
xuất.
* UNI – GRAPHIC – NX (UG – NX): Sản phẩm của tập đoàn Siemen,
Unigraphic là một tổng thể các giải pháp CAD/CAM/CAE linh hoạt, tối ưu,
~ 22 ~
đồng bộ, mạnh mẽ. Dùng phục vụ thiết kế, mô phỏng, lập trình gia cơng...
cho các ngành cơng nghiệp sản xuất hàng gia dụng và dân dụng, máy công
cụ, máy cơng nghiệp, ơtơ, xe máy, đóng tàu cho tới các ngành công nghiệp
hàng không thiết kế máy bay, công nghiệp vũ trụ... Các mơđun của phần
mềm này rất hồn chỉnh và dễ sử dụng:
- Modeling: Thiết kế Solid và Surface kết hợp. Người thiết kế có thể tự do
dùng cái đã có trong bản vẽ để dựng hình, khơng nhất thiết phải có sketh mới
dựng khối được và tự dộng tạo ra mối quan hệ thiết kế. Phối hợp với surface
và solid để tạo ra các chi tiết có độ phức tạp cao và thiết kế nhanh hơn.
-
Sheet Metal: bao gồm 3 môđun: NX Sheet Metal, Earo Sheet Metal và
Forming/Flatting. Cả ba môđun này đều là thiết kế tấm nhưng mỗi môđun lại
cho một ứng dụng trong từng lĩnh vực chun biệt.
-
Shape Studio: Mơđun cho phép mơ hình hố và phân tích bề mặt, tạo nên
các kiểu dáng, bề mặt phức tạp trong công nghiệp.
-
Assembly: Môđun lắp ráp, kiểm tra.
-
Synchronous modeling: Mơđun giúp hiệu chỉnh, thay đổi kích thước, kết cấu
body... từ các file định dạng step, igs... hoặc các file được biên dịch từ các
phần mềm khác.
-
Drafting và PMI: Tạo bản vẽ 2D.
-
Manuafacturing: Lập trình gia cơng CNC, mơ phỏng gia cơng bằng mơ hình
máy thực, giúp kiểm sốt tốt hơn và hạn chế được nguy cơ va đập xảy ra khi
gia cơng. Đặc biệt lập trình rất tốt cho máy phay 4 trục và 5 trục.
-
Rougting Elecltrical: Thiết kế mạch điện, đường ống công nghiệp và hệ
thống mạch điện tử.
-
PCB.Xchange: Thiết kế khối mơ hình bo mạch CPu.
-
Routing Mechanical: Thiết kế đường ống cơ khí.
~ 23 ~
