Nghiên cứu ứng dụng phần mềm cad cam mastercamx trong thiết kế và gia công cơ khí 2D 3D trên máy tiện và máy phay CNC

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

LÊ VĂN CHIẾN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM
CAD/CAM – MASTERCAMX TRONG THIẾT KẾ GIA CƠNG CƠ
KHÍ 2D,3D TRÊN MÁY TIỆN VÀ MÁY PHAY CNC

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGÀNH CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ

Hà Nội, 2010


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

LÊ VĂN CHIẾN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM
CAD/CAM – MASTERCAMX TRONG THIẾT KẾ GIA CƠNG CƠ KHÍ
2D,3D TRÊN MÁY TIỆN VÀ MÁY PHAY CNC

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGÀNH CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN:
TS LÊ VĂN CHIẾN

Hà Nội, 2010

Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy
Mục Lục

Trang

Mục Lục ..................................................................................................................1
Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt....................................................4
Danh mục các bảng ........................................................................................5
DAnh mục các đồ thị và hình vẽ ............................................................6
Phần mở đầu ........................................................................................................8
1. Lý do chọn đề tài.....................................................................................8
2. Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước .............8
2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước. .............................................................8
2.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước..............................................................9
3. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi
nghiên cứu .....................................................................................................11
4. Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp
mới của tác giả ...........................................................................................11
5. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................12
Chương I ..............................................................................................................14
Phương pháp chế tạo các sản phẩm cơ khí ứng dụng công
nghệ cad/cam-cnc. ........................................................................................14
1.1. Tổng quan về công nghệ . .............................................................14
1.1.1.

Khái niệm về CAD, CAM, CAE, CNC. ..........................................14

1.1.2.

Tích hợp công nghệ CAD/CAM-CNC. ............................................18

1.1.3.

Vai trò của CAD/CAM - CNC trong chu kỳ sản xuất. ..................19

1.1.4.

Các møc tiÕp cËn CAD/CAM. ..........................................................21

1.1.5.Giao diƯn CAD/CAM. ............................................................................25
1.1.6. Giíi thiƯu một số phần mềm CAD/CAM đang được sử dụng hiện
nay, ưu nhược điểm của các phần mềm. .......................................................31

Học viên: Phạm Văn Tuân

1 Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

1.1.7. Tình hình ứng dụng công nghệ CAD/CAM - CNC tại Việt Nam: ....35
1.2. Phương pháp chế tạo các sản phẩn cơ khí ứng dụng
công nghệ CAD/CAM CNC. ...................................................................37
1.2.1. Quá trình thiết kế ứng dụng công nghệ CAD/CAM - CNC ..............37

1.2.2. Quá trình gia công ứng dụng công nghệ CAD/CAM CNC. ..........42
1.3. Kết luận ...................................................................................................53
Chương Ii .............................................................................................................55
TổNG QUAN PHầN MềM MASTERCAM X10 ...............................................55
2.1. Môi trường MasterCAM X. ............................................................55
2.1.1. Màn hình MasterCAM .........................................................................55
2.1.2.Sử dụng các lệnh động trong MasterCAM (MasterCAM Navigation
commands) .......................................................................................................58
2.2. Cơ sở xây dựng hình học 2D .........................................................59
2.3. Cơ sở xây dựng hình học 3D .........................................................60
2.3.1. Công cụ Extrude....................................................................................60
2.3.2. Công cơ Revolve ....................................................................................62
2.3.3. C«ng cơ Sweep .......................................................................................64
2.3.4. C«ng cơ Loft ..........................................................................................65
2.3.5. C«ng cơ Fillet .........................................................................................66
2.3.6. C«ng cơ Chamfer ..................................................................................67
2.4.1. LƯnh Face ...............................................................................................67
2.4.2. LÖnh Lathe Rough ................................................................................68
2.4.3 LÖnh Lathe Finish ..................................................................................69
2.4.4. LÖnh Lathe Groove Toolpath...............................................................70
2.4.5. LÖnh Lathe Drill Toolpath ..................................................................74
2.4.6. LÖnh Lathe Thread Toolpath...............................................................75
2.5. Các lệnh gia công phay .................................................................78
2.5.1. Lệnh FACE ............................................................................................78

Lê Văn Chiến

2

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội

Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

2.5.2. Lệnh POCKET: Gia công hốc .............................................................80
2.6. Truyền dữ liệu chương trình gia công máy tính sang
máy cnc............................................................................................................81
2.6.1. Khởi động phần mềm Wincom ............................................................81
2.6.2. Thiết lập các tham số truyền ................................................................81
2.6.3. Truyền dữ liệu từ máy tính vào máy CNC: Work/Send (F1) ...........82
2.6.4. Xuất dữ liệu từ máy CNC sang máy tínnh: Work/ Receive (F2) ......84
Thiết kế và chạy chương trình gia công chi tiết 2d, 3d
bằng phần mềm Mastercam và thực hiện quá trình gia
công trên máy tiện CAK6136V/750 Và máy phay Vmc0641 .........86
3.1. Thiết kế và chạy chương trình gia công chi tiết 2D, 3D bằng phần mềm
Mastercam và thực hiện quá trình gia công trên máy tiện CAK6136V/750 .86
3.1.1.Bản vẽ chi tiết: ........................................................................................86
3.1.2. Gia công chi tiết trục ............................................................................86
3.1.3. Trình tự thực hiện: ................................................................................87
3.2. Thiết kế và chạy chương trình gia công chi tiết 2D, 3D bằng phần mềm
Mastercam và thực hiện quá trình gia công trên trung tâm phay Vmc0641
.............................................................................................................................102
3.2.1. Thiết kế chi tiết:...................................................................................102
3.2.2. Gia công................................................................................................103
Chương IV .........................................................................................................116
Kết quả và bàn luận ..................................................................................116
Tài liệu tham khảo ....................................................................................117

Lê Văn Chiến

3

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt
CAD - Computer Aided Design
CAM - Computer Aided Manufacturing
CAE - Computer Aided Engineering
CNC - Computerized Numerical Control
DNC - Direct Numerical Control
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

Lê Văn Chiến

4

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy
Danh mục các bảng
Trang

Bảng 1.1.Một số lệnh tương đương giữa các file APT và các lệnh mà G - M ...........44
Bảng 2.1 Menu bar ....................................................................................................57
Bảng 2.2 Menu phụ ...................................................................................................58
Bảng 3.1. Thông số máy tiện CAK6136V/750 ...........................................................90
Bảng 3.2. Thông số dao tiện thô ................................................................................92
Bảng 3.3. Thông số dao tiện tinh ...............................................................................92
Bảng 3.4. Thông số dao tiện rÃnh .............................................................................93
Bảng 3.5. Thông số dao tiện ren................................................................................94
Bảng 3.6. Thông số gia công chi tiết trục nối trên máy tiện CNC ............................95
Bảng 3.7. Kết quả đo độ nhám. ...............................................................................101
Bảng 3.8. Thông số máy phay VMC 0641 ...............................................................103
Bảng 3.9. Thông số gia công chi tiết phay trên máy phay VMC 0641 ....................105
Bảng 3.10. Kết quả đo độ nhám. .............................................................................115

Lê Văn Chiến

5

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

DAnh mục các đồ thị và hình vẽ
Trang
Hình 1.1. Hệ thống DNC .........................................................................................17
Hình 1.2. Sơ đồ chu kỳ sản xuất theo công nghệ truyền thống .............................20
Hình 1.3. Sơ đồ chu kỳ sản xuất ứng dụng công nghệ CAD/CAM - CNC ............21
Hình 1.4. Mức tiÕp cËn 1..........................................................................................22
H×nh 1.5. Møc tiÕp cËn 2..........................................................................................22
H×nh 1.6. Møc tiÕp cËn 3..........................................................................................23
H×nh 1.7. Møc tiÕp cËn 5..........................................................................................24
H×nh 1.8. Møc tiếp cận 6..........................................................................................24
Hình 1.9. Hệ chuyển giao dữ liệu gián tiếp thông qua tệp trung gian ..................26
Hình 1.10. Các giao diện dùng trong lĩnh vực cơ khí ............................................27
Hình 1.11. Quá trình truyền dẫn dữ liệu qua hai hệ CAD/CAM A và B ..............29
Hình 1.12. ứng dụng máy tính vào quá trình thiết kế ............................................38
Hình 1.13. Mối liên hệ giữa cơ sở dữ liệu với CAD/CAM ......................................42
Hình 1.14. Sơ đồ qúa trình gia công .......................................................................45
Hình 1.15. Điều khiển điểm - điểm. ........................................................................48
Hình 1.16. Điều khiển đoạn thẳng. .........................................................................49
Hình 1.17.. Điều khiển 2D trên máy phay. .............................................................50

Hình 1.18. Điều khiển 3D trên máy phay. ..............................................................50
Hình 1.19. Điều khiển 2,5D .....................................................................................51
Hình 1.20. Điều khiển 4D và 5D .............................................................................52
Hình 1.21. Hệ tọa độ trên máy CNC và chuyển động của các trục. ......................53
Hình 2.1. Màn hình MasterCAM X ........................................................................55
Hình 2.2. Màn hình làm việc MasterCAM .............................................................56
Hình 3.1. Bản vẽ chi tiết ..........................................................................................86
Hình 3.2Máy tiện CNC CAK 6136V/750 ................................................................91
Hình 3.3 Bộ điều khiển của máy tiện CNC CAK 6136V/750 .................................91
Hình 3.4. Hình ảnh tiện thô và tinh chi tiết trục ....................................................98
Hình 3.5. Hình ảnh tiện cắt rÃnh chi tiết trục ........................................................99

Lê Văn Chiến

6

Trường ĐH Bách khoa Hµ Néi


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

Hình 3.6. Hình ¶nh tiƯn ren chi tiÕt trơc ................................................................99
H×nh 3.7. H×nh ¶nh tiện cắt đứt chi tiết trục.........................................................100
Hình 3.8. Chi tiết trục nối sau khi gia công trên máy tiện CNC..........................100
Hình 3.9. Máy đo độ nhám bằng phương pháp tiếp xúc Mitutoyo ......................101
Hình 3.10. Bản vẽ chi tiết ......................................................................................102
Hình 3.11. Bản vẽ 3D chi tiết phay trong môi trường MasterCAM ....................102
Hình 3.12. Máy phay VMC 0641 ...........................................................................104

Hình 3.13. Bộ điều khiển của máy phay VMC 0641 ............................................104
Hình 3.14. Hình ảnh phay mặt phẳng , hốc .........................................................113
Hình 3.15. Hình ảnh sau khi phay hốc cầu ..........................................................113
Hình 3.16: Hình ảnh khi phay tinh hốc................................................................114
Hình 3.17. Hình ảnh chi tiết sau khi gia công trên máy phay VMC 0641 .........114
Hình 3.18. Máy đo độ nhám bằng phương pháp tiếp xúc Mitutoyo ....................115

Lê Văn Chiến

7

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy
Phần mở đầu

1. Lý do chọn đề tài
Những năm gần đây việc ứng dụng CAD/CAM trong thiết kế, chế tạo các sản
phẩm công nghiƯp ngµy cµng phỉ biÕn ë ViƯt Nam. CAD (Computer aided design)
là thiết kế với sự trợ giúp của máy tính, CAM ( Computer aided Manufacturing) là
gia công với sự trợ giúp của máy tính. Song song với sự phát triển của công nghê
thông tin, CAD/CAM đà được ứng dụng nhanh chóng trong công nghiệp, vì nó là
công cụ trợ giúp cho các nhà thiết kế và chế tạo sản phẩm có hiệu quả để tăng năng
suất lao động, giảm cường độ lao động, tự động hoá quá trình sản xuất, nâng cao
chất lượng hạ giá thành sản phẩm.
Xu thế hiện nay là các nhà kỹ thuật phát triển hệ thống CAD/CAM tích hợp,
vừa hỗ trợ thiết kế vừa hỗ trợ gia công. Các phần mềm sử dụng phổ biến hiƯn nay lµ:

Mastercam, Edgecam, Catia/Auto NC, Pro/engineer, Delcam, Topmold, Solidcam,
Hypercam, Vercut, Surfcam, Cimatron
Mastercam là một phần mềm CAD/CAM tích hợp được sử dụng rộng dÃi ở
Châu Âu và trên thế giới. Mastercam có khả năng thiết kế công nghệ để điều khiển
cho máy phay CNC năm trục, máy tiện CNC bốn trục, máy cắt dây CNC bốn trục,
máy khoan CNC ba trục, các trung tâm gia công tiện-phay
Hiện nay có nhiều tài liệu viết về mastercam phiên bản V9, V7, tuy nhiên
phiên bản mastercam mới Mastercam X, XR2, XR3 chưa có tài liệu. Vì vậy chúng
tôi đà tiến hành nghiên cứu đề tài "Nghiên cứu, ứng dụng phần mềm CAD/CAM MASTERCAM 10 trong thiết kế và gia công cơ khí 2D, 3D trên máy tiện và máy
phay CNC".
2. Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước
2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước.
Hiện nay với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin, h thng CAD/CAM tích
hp c phát trin rt nhanh chóng. Nó đà tạo ra sự lên thông từ quá trình thiết kế

Lê Văn Chiến

8

Trường ĐH Bách khoa Hµ Néi


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

cho đến chế tạo trong lĩnh vực cơ khí. Xu thế hiện nay của các nhà kỹ thuật phát
triển chủ yếu là hệ thống CAD/CAM tích hợp . Nhng phn mm CAD/CAM tích
được sư dơng phỉ biÕn hiƯn nay nh­: Mastercam, Edgecam, Solidcam, Delcam,
Surfcam, Vercut, Topmold, Cimatron, Catia, Pro/engineer, Hypercam...

PhÇn mỊm Mastercam cã được nghiên cứu và ứng dụng ở nhiều trường đại
học, cao đẳng trong cả nước và các doanh nghiệp.
2.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước.
1. So sánh Catia / MasterCam

Catia / MasterCam

2. So s¸nh Esprit / MasterCam

Esprit / MasterCam

3. So sánh HyperMill / MasterCam

Lê Văn Chiến

9

Trường ĐH Bách khoa Hà Néi


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

HyperMill / MasterCam

4. So s¸nh MasterCam / TopSolid

TopSolid /MasterCam

5. So s¸nh PowerMill / MasterCam

PowerMill / MasterCam

6. So sánh UGS / MasterCam

Lê Văn Chiến

10

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

UGS / MasterCam

3. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi
nghiên cứu
- Mục đích nghiên cứu
+Nghiên cứu, ứng dụng module Lathe v Mill trên phần mềm Mastercam để
thiết kế, gia công và lập trình trên máy tiện CAK6136V/750 , trung tâm gia
công VMC0641
+ Truyền chương trình gia công từ máy tính sang máy CNC và ngược lại qua
đường truyền RS232.
+ Xây dựng bài tập trên máy tiện và máy phay.
+ Làm tài liệu tham khảo cho môn học công nghệ CNC, CAD/CAM .
- Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

+ Nghiên cứu tổng quan về phần mềm MasterCam
+ Các lệnh gia công phay
+ Các lệnh gia công tiện
+ Xây dựng bài tập trên máy tiện và máy phay CNC
+ Truyền dữ liệu chương trình gia công từ máy tính sang máy CNC
4. Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp
mới của tác giả
Kết cấu, bố cục và nội dung của luận văn được trình bày theo các phần như sau:
Phần mở đầu
Chương 1: Tổng quan về công nghệ CAD/CAM CNC

Lê Văn Chiến

11

Trường ĐH Bách khoa Hà Néi


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

Giới thiệu chung về công nghệ CAD/CAM, các phần mềm, giao diện, mức
tiếp cận, vai trò và ưu nhược điểm của từng phần mềm CAD/CAM. Tìm hiểu phương
pháp chế tạo các sản phẩm cơ khí dựa trên các phần mềm CAD/CAM.
Chương 2: Tổng quan vỊ phÇn mỊm MasterCAM
Giíi thiƯu chung vỊ phÇn mỊm MasterCAM: Khái niệm, giao diện, các ứng
dụng chính, các mô đun và môi trường làm việc. Tìm hiểu cụ thể phiên bản
MasterCAM Xvề kết cấu, mô đun, ứng dụng...
Chương 3: Thiết kế và chạy chương trình gia công chi tiết 2D, 3D bằng

phần mềm MasterCAM X và thực hiện quá trình gia công trên máy tiện
CAK6136V/750 trung tâm phay VMC0641.
Đề tài đà tiến hành nghiên cứu và thực hành ứng dụng trên phần mềm
MasterCAM X.
Những kết quả đạt được:
+ Lý thuyết về thiết kế, mô phỏng gia công trên phần mềm Mastercam.
+ Bi tp ví dụ trên máy tiện và máy phay.
+ Chương trình gia công ở dạng file: *.NC
+ Chương trình gia công dạng file*.NC được truyền từ máy tính sang máy
CNC.
Những kết quả đạt được sau khi nghiên cứu là cơ sở cho việc áp dụng phần
mềm MasterCAM X trong việc thiết kế, chế tạo các sản phẩm cơ khí, mở ra một
cách tiếp cận hoàn toàn mới trong viƯc sư dơng c«ng nghƯ th«ng tin trong lÜnh vực
cơ khí.
5. Phương pháp nghiên cứu
-Phương pháp nghiên cứu tài liệu:
+ Phân tích các nguồn tài liệu từ báo và tạp chí khoa học, tài liệu trên mạng.
+ Tổng hợp tài liệu
- Phương pháp thực hiện:

Lê Văn Chiến

12

Trường ĐH Bách khoa Hµ Néi


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

Việc vận hành và gia công được thực hiện trên máy CAK6136V/750,
VMC0641sử dụng hệ điều khiển Fanuc, truyền dữ liệu qua cổng RS232- tại phòng
CNC- Trường ĐH Sao Đỏ .

Lê Văn Chiến

13

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy
Chương I

Phương pháp chế tạo các sản phẩm cơ khí ứng dụng công
nghệ cad/cam-cnc.
1.1. Tổng quan về công nghệ .
1.1.1. Khái niệm về CAD, CAM, CAE, CNC.
1.1.1.1. Cad.
- Cad ( Computer Aided Design): Có nghĩa là quá trình thiết kế hình học với
sự hỗ trợ của máy tính. Trước đây để thiết kế bản vẽ chi tiết và bản vẽ lắp người ta
phải thiết kế bằng tay rất phức tạp và khó khăn, nhưng với sự phát triển mạnh mẽ
của các phần mềm CAD, đặc biệt là CAD 3D thì quá trình thiết kế đà dễ dàng hơn
với sự hỗ trợ mạnh mẽ của máy tính. CAD còn được mở rộng tới những công việc
như: mô hình hoá thực thể ở dạng đặc (Solid Modeling), hình động (Animation), và
phép phân tích phần tử hữu hạn (FEM: Finite Element Method). Ngoài ra còn có sự
trao đổi dữ liệu giữa các hệ thống CAD/CAM và sự tích hợp về tự động hoá

CAD/CAM được thiết lập với sự ấn định chung về trao đổi dữ liệu. Như vậy với
những tiến bộ về máy tính đà có tác dụng làm đẩy mạnh quá trình thiết kế và quá
trình tự động hoá trong công nghiệp.
Kể từ khi ra đời, CAD được coi như là một cuộc cách mạng về công nghiệp vì
CAD có nhưng ưu điểm sau:
+ Tăng độ chính xác và chất lượng các bản vẽ.
+ Các bản vẽ CAD có thể truy cập, lưu trữ, truyền tải qua các bộ chứa và lưu
thông tin.
+ Làm giảm mức độ mơ hồ và trừu tượng của bản vẽ.
+ Tiết kiệm được không gian và thời gian.

Lê Văn Chiến

14

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

+ Có khả năng giao diện trực tiếp với những ứng dụng kỹ thuật khác như
CAE, CAM.
+ Có thể làm tăng năng suất và lợi nhuận với giải pháp phù hợp.
Kết quả của CAD là một bản vẽ xác định, một sự biểu diễn của nhiều hình
chiếu khác nhau của một chi tiết cơ khí, các phần mềm CAD là các công cụ tin học
đặc thù cho việc nghiên cứu và được gọi chung là các phần mềm thiết kế.
Nền tảng của các hệ thống phần mềm CAD là KERNEL (hệ thống hạt nhân
đồ hoạ). Hiện tại có một số định dạng KERNEL chính mà người ta dựa vào đó để

viết các phần mềm CAD đó là PARASOLID, ACIS, DESIGNBASE của hÃng
RICOH.

PARASOLID

là

KERNEL

dựng

cho

Unigraphics-NX,

Cadmeister, Solid Edge và MasterCam , ACIS được dựng cho
AutoCad, MDT, Design Base được dựng cho các phần mềm CAD hạng
trung. Riêng CATIA thì sử dụng một KERNEL riêng của DASSAULT SYSTEMES
cải biên lại từ định dạng ACIS, do đó các dữ liệu được xuất ra của CATIA tương
thích dễ dàng với các phần mềm sử dụng ACIS cũng như khá tương thích với các dữ
liệu của PARASOLID. Về độ chính xác của CAD thì KERNEL ACIS không chính
xác bằng PARASOLID, do ®ã xu h­íng chun ®ỉi tõ CATIA sang
UNIGRAPHICS trong c¸c hÃng thiết kế ôtô ngày càng gia tăng.
1.1.1.2. CAM.
CAM (Computer Aided Manufacturing): Có nghĩa là quá trình gia công với
sự hỗ trợ của máy tính. Sau khi thực hiện xong quá trình thiết kế hình học, các dữ
liệu CAD được xuất ra dưới dạng các định dạng file dữ liệu trung gian như STEP,
SAT, IGES và được nhập vào phần mềm CAM dưới các định dạng này. Chương
trình CAM sẽ nhận dữ liệu CAD qua các định dạng trung gian đó và người chạy
chương trình cần phải thiết lập các điều kiện tính toán cho quá trình gia công như

các chiến lược gia công, thông số công nghệ và thông số dụng cụ cắt, chương trình
sẽ tự động chạy và xuất các chương trình NC dưới dạng các mà lệnh G-M code hoặc
dưới dạng ngôn ngữ APT. Các chương trình NC dưới dạng mà lệnh này sẽ được

Lê Văn Chiến

15

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

truyền trực tiếp từ máy CNC bằng ổ đĩa hoặc qua các bộ điều khiển DNC (Direct
Numerical Control).
Kết quả của CAM là cụ thể, đó là chi tiết cơ khí. Trong CAM không truyền
đạt một sự biểu diễn của thực thể mà thực hiện một cách cụ thể công việc. Việc chế
tạo bao gồm các vấn đề liên quan đến dụng cụ cắt, vật liệu dao, vật liệu gia công,
chế độ cắt, máy Các điều kiện sản xuất cụ thể sẽ quyết định đến năng suất, chất
lượng và hiệu quả kinh tế.
1.1.1.3. CAE.
CAE (Computer Aided Engineering): có nghĩa là ứng dụng công nghệ thông
tin để hỗ trợ cho quá trình kỹ thuật như: quá trình phân tích, mô phỏng, lập kế hoạch
sản xuất và sửa chữa bảo trì. Các lĩnh vực của CAE bao gåm:
- Ph©n tÝch øng suÊt trong kÕt cÊu và các mối lắp ghép.
- Phân tích chuyển động của các dòng khí và chất lỏng.
- Phân tích các quá trình mô phỏng cơ khí như: đúc, cắt gọt, biến dạng.
- Phân tích lời giải và xử lý các kết quả trong quá trình tính toán cơ khí.

1.1.1.4. CNC.
CNC (Computerized Numerical Control): Điều khiển số bằng máy tính. Công
nghệ CNC được ra đời và phát triển vào những năm 1940-1950 tại phòng thí nghiệm
SERVOMECHANISM của học viện kỹ thuật MASSACHUSETTS. điều khiển bằng
các chương trình chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D dưới dạng các mà lệnh GM code hoặc ngôn ngữ APT.
Sự ra đời của công nghệ CNC đà làm thay đổi mạnh mẽ ngành cơ khí, từ nền
sản xuất cơ khí thuần tuý chuyển sang sự kết hợp giữa cơ khí, công nghệ thông tin
và điện tử. Quá trình gia công phức tạp trở nên dễ dàng hơn, các đường cong được
thực hiện dễ dàng như đường thẳng, các cấu trúc phức tạp 3D cũng dễ dàng được
thực hiện và một lượng lớn các thao tác do con người được giảm thiểu. Việc ứng
dụng công nghệ CNC trong sản xuất đà tạo ra được những sản phẩm cơ khí có độ

Lê Văn Chiến

16

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

chính xác cao, giảm thiểu được sai sót, giảm sức lao động của con người , công
nghệ CNC cung cấp các sản phẩm đảm bảo tin cậy, một chương trình đà qua kiểm
tra và được đưa vào sản xuất, hàng loạt các chi tiết cùng loại sẽ được tạo ra một cách
chính xác và ổn định.
Hiện nay có nhiều hÃng sản xuất máy CNC nh­: MORI SEIKI, MAKINO,
DECKEL MAHO, HEIDENHAIN, SIEMENS, …
DNC (Direct Numerical Control): Là một máy tính trung tâm được cài đặt

phần mềm truyền dữ liệu đến các hệ thống điều khiển của các máy CNC trong một
xưởng gia công (hình 1.1).
DNC

POST 1

POST 2

POST n

CNC 1

CNC 2

CNC n

H×nh 1.1. HƯ thèng DNC
Khi đà có chương trình NC, chương trình này được tải đến hệ điều khiển
CNC. Mặc dù người vận hành có thể nhập trực tiếp vào hệ điều khiển, nhưng với
những chương trình dài thì sẽ rất khó khăn. Chương trình NC có được qua hệ thống
CAM đang ở dạng file văn bản trên máy tính, còn nếu lập bằng tay có thể nhập vào
máy tính bằng chương trình sử lý văn bản thông thường, với chương trình đang ở
dạng file văn bản muốn chuyển đến hệ điều khiển máy CNC cần phải có một hệ
thống DNC. 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.

Lê Văn Chiến

17

Trường ĐH Bách khoa Hµ Néi


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

1.1.2. Tích hợp công nghệ CAD/CAM-CNC.
Trên thế giới hiện nay công nghệ CAD/CAM-CNC đang phát triển hết sức
mạnh mẽ với sự ra đời của rất nhiều phần mềm CAD/CAM có tính năng ưu việt. Có
hai hướng mà các nhà sản xuất phần mềm đưa ra, thứ nhất là đi theo hướng tích hợp
các lĩnh vực CAD, CAM, CAE thành một phần mềm đa chức năng, thứ hai là đi theo
hướng chuyên môn hoá trong tõng lÜnh vùc mét, nghÜa lµ cã xu h­íng tách rời phần
thiết kế, gia công và tính toán mô phỏng thành các phần mềm riêng biệt.
Hiện nay một số phần mềm được định dạng để trung chuyển dữ liệu CAD với
nhau hay giữa dữ liệu CAD và CAM ở dưới dạng STEP AP203, 203E, AP214 thay
vì dưới dạng SAT, IGES STEP được ứng dụng rộng rÃi hơn IGES, bởi vì khi xuất
sang định dạng IGES thường hay gặp phải lỗi bề mặt.
Kết quả của quá trình CAD không chỉ là cơ sở dữ liệu để thực hiện phân tích
kỹ thuật, lập trình chế tạo, gia công điều khiển số mà chính là dữ liệu điều khiển
thiết bị sản xuất điều khiển số như các loại máy công cụ, rôbôt, tay máy công
nghiệp
Công việc chuẩn bị sản xuất có vai trò quan trọng trong việc hình thành bất
kỳ một sản phẩm cơ khí nào. Công việc này bao gồm:
- Chuẩn bị thiết kế: thiết kế kết cấu sản phẩm, các bản vẽ lắp
- Chuẩn bị công nghệ: thiết lập quy trình công nghệ
- Thiết kế và chế tạo các trang bị công nghệ và dụng cụ phụ
- Kế hoạch hoá quá trình sản xuất và chế tạo sản phẩm.
Hiện nay, qua tìm hiểu tình hình thiết kế thấy rằng đa số thời lượng thiết kế

là để tra cứu số liệu, do vậy các công việc trên có thể thực hiện được bằng máy tính
điện tử để vừa tiết kiệm vừa đảm bảo độ chính xác và chất lượng.
CAD/CAM-CNC là lĩnh vực nghiên cứu nhằm tạo ra các hệ thống tự động
thiết kế và chế tạo trong đó máy tính điện tử được sử dụng để thực hiện một số chức

Lê Văn Chiến

18

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

năng nhất định. CAD/CAM- CNC tạo mối quan hệ mật thiết giữa hai dạng hoạt
động là thiết kế và chế tạo.
Tự động hoá là dùng các hệ thống và phương tiện tính toán hỗ trợ người kỹ sư
thiết kế, mô phỏng, phân tích và tối ưu hoá các giải pháp thiết kế. Tự động hoá chế
tạo là dùng máy tính điện tử để kế hoạch hoá, điều khiển kiểm tra các nguyên công
gia công.
Xu thế phát triển chung của các ngành công nghiệp chế tạo theo công nghệ
tiên tiến là liên kết các thành phần của quy trình sản xuất trong một hệ thống tích
hợp điều khiển bởi máy tính điện tử (CIM Computer Integrated Manufacturing).
Các thành phần của hệ thống CIM được quản lý và điều hành dựa trên cơ sở dữ liệu
trung tâm với thành phần quan trọng là các dữ liệu từ quá trình CAD.
1.1.3. Vai trò của CAD/CAM - CNC trong chu kỳ sản xuất.
Để mô tả sự hình thành của sản xuất công nghiệp thông qua thiết kế và chế
tạo phải xác định những nội dung liên quan. Quá trình thiết kế bao gồm các công

việc sau:
+ Xác nhận sự cần thiết về thiết kế.
+ Xác định các thông số thiết kế.
+ Nghiên cứu tính khả thi và tập hợp thông tin thiết kế.
+ Lập đề án thiết kế.
+ Lập mô hình phân tích và lập bản thiết kế.
+ Phân tích và tối ưu hoá thiết kế.
+ Đánh giá thiết kế.
+ Lập hồ sơ thiết kế.

Lê Văn Chiến

19

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ
Khái niệm sản
phẩm mới

Nhu cầu
thị trường

Kiểm tra
chất lượng

Bộ môn chế tạo máy
Thiết kế
sản phẩm

Vẽ chi
tiết

Nhu cầu
thị trường

Kế hoạch
hoá QT
sản xuất

Sản xuất
sản phẩm

Lập biểu đồ
sản xuất

Hình 1.2. Sơ đồ chu kỳ sản xuất theo công nghệ truyền thống
Quá trình chế tạo gồm các công việc sau:
+ Thiết lập quá trình sản xuất.
+ Quy hoạch sản xuất.
+ Thiết kế và chuẩn bị dụng cụ mới.
+ Chuẩn bị vật tư.
+ Lập trình gia công.
+ Sản xuất.
+ Điều khiển chất lượng.
+ Bao gói.

Lê Văn Chiến

20

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

Tự động hoá
thiết kế

Khái niêm
sản phẩm mới

Tự động hoá
thiết kế

Thiết kế
sản phẩm

Vẽ chi
tiết

Nhu cầu thị
trường mới

Nhu cầu
thị trường

Kiểm tra
chất lượng

Tự động hoá KT
chất lượng

Kế hoạch hoá
quá trình sản
xuất

Sản xuất
sản phẩm

Thiết bị điều khiển
bàng máy tính

Tự động
hoá, KH
hoá sản
xuất

Lập biểu đồ
sản xuất

Vẽ biểu đồ, lập nhu
cầu nguyên vật liệu

Hình 1.3. Sơ đồ chu kỳ sản xuất ứng dụng công nghệ CAD/CAM - CNC
Như vậy có thể thấy rằng CAD/CAM chi phối hầu hết các dạng hoạt động và
chức năng của chu kỳ sản xuất, ở các nhà máy hiện đại trong việc thiết kế và chế

tạo, kỹ thuật tính toán ngày càng phát huy tác dụng và là nhu cầu không thể thiếu
được (hình 1.2 và hình 1.3).
1.1.4. Các mức tiếp cận CAD/CAM.
HÃng DENFORD (Anh) đà tạo lập các module phù hợp dùng cho đào tạo
theo các mức tiếp cận kỹ thuật CAD/CAM-CNC như sau:
1.1.4.1. Mức tiếp cận 1
Cho các quá trình phay, khoan hoặc tiện mức này có khả năng thực hiện
giải pháp CAD/CAM-CNC như sau:
Tạo lập bằng tay các lệnh G-M code

Lê Văn Chiến

21

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội


Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

Tạo lập tự động các lệnh G-M code với hệ CAM rồi chạy mô phỏng chương
trình gia công CNC đà lập trên màn hình máy tính (hình 1.4).
Đĩa cài đặt
CAD/CAM - CNC

Khoá cứng
CAD/CAM - CNC

Máy tính + bàn

phím + chuột

Hình 1.4. Mức tiếp cận 1
1.1.4.2. Mức tiếp cận 2
Mức này được trang bị nh­ møc 1, nh­ng cã thªm hƯ xư lý thÝch nghi
(Postprocessor) dùng cho bàn phím CNC của hÃng DENFORD để lập trình gia công
CNC, rồi chạy mô phỏng trên màn hình của máy tính PC mà không dùng bàn phím
của máy tính (hình 1.5).
Đĩa cài đặt
CAD/CAM - CNC

Khoá cứng
CAD/CAM - CNC

Bàn phím CNC
(Desktop Tutor)

Máy tính + bàn
phím + chuột

Hình 1.5. Møc tiÕp cËn 2
1.1.4.3. Møc tiÕp cËn 3.
Møc nµy có thêm máy thực hành gia công CNC bổ xung vào mức 2, theo
hai phương án như sau (hình 1.6):

Lê Văn Chiến

22

Trường ĐH Bách khoa Hà Nội

Luận văn Thạc sỹ

Bộ môn chế tạo máy

Phương án 2

Phương án 1

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

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

Máy tính PC
+
Bàn phím CNC ( FANUC)

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

Máy thực hành gia công
CNC

Chi tiết gia công

CNC

Chi tiết gia công
CNC

Hình 1.6. Mức tiếp cận 3
1.1.4.4.Mức tiếp cận 4
Mức này là phương án phối hợp giữa mức 1 và mức 2, ở đây bàn phím CNC
có thể lập trình và điều khiển gia công CNC với các hệ khác nhau (FANUC,
HEIDENHAIN, SIEMENS ) nhờ cách thay đổi tấm phím ấn phù hợp với từng hệ.
Với mức này có thể tiến hành thiết kế chi tiết gia công, rồi lập trình gia công CNC
với bàn phím máy tính, hoặc lập trình bằng tay với bàn phím CNC, sau đó chạy mô
phỏng chương trình gia công CNC đà lập trên màn hình m¸y tÝnh.
1.1.4.3. Møc tiÕp cËn 5
Møc 5 gåm møc 4 có bổ xung thêm một máy tính thực hành gia công CNC
và có khả năng như sau: thiết kế chi tiết gia công rồi lập trình gia công CNC trên
máy tính, hoặc lập trình thủ công với bàn phím CNC, sau đó chạy mô phỏng chương

Lê Văn Chiến

23

Trường ĐH Bách khoa Hµ Néi