Ứng dụng phần mềm CAD CAM vào thiết kế và gia công trên máy CNC 5 trục

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

ĐÀO NGỌC HOÀNH

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CAD/CAM VÀO THIẾT KẾ
VÀ GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC 5 TRỤC

Chuyên ngành :

Chế tạo máy

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. NGUYỄN HUY NINH

Hà Nội – Năm 2012


-I-

LỜI CAM ĐOAN
Sau quá trình làm việc nghiêm túc tác giả đã hoàn thành bản luận văn với đề
tài: “Ứng dụng phần mềm CAD/CAM vào thiết kế và gia công trên máy CNC 5 trục”
Tác giả xin cam đoan rằng tồn bộ những kết quả được trình bày trong luận văn này
là cơng trình do chính tác giả thực hiện và chưa được công bố trên bất kỳ một tạp chí
nào. Nếu khơng đúng như vậy, tác giả xin hồn toàn chịu trách nhiệm.

Tác giả

Đào Ngọc Hoành


- II -

LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Huy Ninh đã hướng dẫn và giúp đỡ
tận tình từ định hướng đề tài, đến quá trình viết và hồn chỉnh luận văn.
Tác giả bày tỏ lịng biết ơn các thầy cô trong bộ môn Công nghệ chế tạo máy,
viện Cơ khí trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Xin cám ơn Ban lãnh đạo Viện đào
tạo Sau đại học và Viện Cơ khí trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện
thuận lợi để tác giả hoàn thành bản luận văn này.
Tác giả cũng chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo trường ĐHCN Hà Nội, Ban chủ
nhiệm khoa Cơ khí đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả thực hiện đề tài.
Do năng lực bản thân cịn nhiều hạn chế nên luận văn khơng tránh khỏi sai 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.

Tác giả

Đào Ngọc Hoành


- III -

MỤC LỤC
Trang
I

LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN

II

MỤC LỤC

III

HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC BẢNG

VII

HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

X

LỜI MỞ ĐẦU

XI

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ 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

1.1.1. Khái niệm CAD, CAM, CAE, CNC

1

1.1.2. Tích hợp cơng nghệ CAD/CAM - CNC

5

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

6

1.1.4. Các mức tiếp cận của kỹ thuật CAD/CAM - CNC ………………….

8

1.1.5. Giao diện CAD/CAM

11

1.1.6. Giới thiệu một số phần mềm CAD/CAM đang được sử dụng hiện
nay, ưu nhược điểm của các phần mềm
1.1.7. Tình hình ứng dụng cơng nghệ CAD/CAM – CNC tại Việt Nam

17
20

1.2. Phương pháp chế tạo các sản phẩm cơ khí ứng dụng cơng nghệ
CAD/CAM - CNC .

22

1.2.1. Q trình thiết kế ứng dụng cơng nghệ CAD/CAM - CNC …………

22

1.2.2. Q trình gia cơng ứng dụng công ngệ CAD/CAM - CNC

27

1.3. Kết luận ………………………………………………………………........

CHƯƠNG II. PHẦN MỀM UNIGRAPHICS-NX TRONG THIẾT KẾ CHI
TIẾT

37


- IV 2.1. Giới thiệu chung ……………………………...................

38

2.1.1. Khả năng tương thích và mở rộng ……………………

39

2.1.2. Khái quát chung khả năng thiết kế

39

2.1.3. Khả năng xây dựng mơ hình 3D

39

2.2. Khái quát cơ bản về khả năng thiết kế trên phần mềm NX

42

2.2.1. Giao diện người dùng ……………………………………………

42

2.2.2. Thao tác cơ bản trong vùng đồ họa…………………...

44

2.3. Xây dựng mơ hình sản phẩm trên phần mềm NX…….

44

2.3.1. Xây dựng bản vẽ phác thảo trên môi trường Sketch

44

2.3.2. Các công cụ thiết kế mơ hình khối đặc

48

2.3.3. Thao tác với khối cơ bản

49

2.4. Tạo mặt phẳng, trục chuẩn
2.4.1. Tạo trục chuẩn (Datum Axis)

50

2.4.2. Tạo mặt phẳng (Datum Plane)

52

2.4.3. Thiết kế mơ hình bề mặt tự do

54

CHƯƠNG III. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM NX TẠO CHƯƠNG TRÌNH
GIA CƠNG
3.1. Tổng quan về khả năng gia cơng và tiện ích trên phân mềm NX

59

3.2. Khả năng tích hợp CAD/CAM

59

3.3 Quy trình tạo chương trình gia cơng trên phần mềm NX

62

3.4. Thiết lập chiến lược chạy dao và hiệu chỉnh các chế độ cắt trên phần
mềm

65

3.4.1. Lựa chọn chế độ cắt

65

3.4.2. Chế độ vào dao ra dao

67

3.4.3. Định nghĩa tốc độ trục chính, tốc độ tiến dao

70


-V-

CHƯƠNG IV. TẠO CHƯƠNG TRÌNH GIA CƠNG 5 TRỤC TRÊN PHẦN
MỀM UNIGRAPHICS-NX
4.1. Hệ tọa độ trong gia công 5 trục

72

4.2. Tạo chương trình gia cơng nhiều trục

74

4.2.1. Hộp thoại cơng cụ tạo đường chạy dao gia công 5 trục

75

4.2.2. Phương pháp tạo điểm điều khiển đường chạy dao trên bề mặt
phụ trợ.
75
4.2.3. Các phương pháp điều chỉnh hướng trục dụng cụ cắt

79

4.3. Ứng dụng phần mềm NX xây dựng chương trình gia cơng 5 trục
Cho chi tiết tuabin

82

4.3.1. Chi tiết và đồ gá, lựa chọn trung tâm gia công

82

4.3.2. Tạo chương trình gia cơng sản phẩm.
85

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO

108


- VI -

HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Một số lệnh tương đương giữa các file dữ liệu APT

và các lệnh mã G
Bảng 2. 1. Thanh công cụ Sketch
Bảng 2.2. Các dàng buộc hình học

28

45
47


- VII -

HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Hệ thống DNC ……………………………………………………….

4

Hình 1.2. Sơ đồ chu kỳ sản xuất theo cơng nghệ truyền thống ………………...

7

Hình 1.3. Sơ đồ chu kỳ sản xuất ứng dụng công nghệ CAD/CAM - CNC …….

8

Hình 1.4. Mức tiếp cận 1 ……………………………………………………….

9

Hình 1.5. Mức tiếp cận 2 ……………………………………………………….

9

Hình 1.6. Mức tiếp cận 3 ……………………………………………………….

10

Hình 1.7. Mức tiếp cận 5 ……………………………………………………….

11

Hình 1.8. Mức tiếp cận 6 ……………………………………………………….

11

Hình 1.9. Hệ chuyển giao dữ liệu gián tiếp thơng qua tệp trung gian ………....

13

Hình 1.10. Các giao diện dùng trong lĩnh vực cơ khí …………………………..

14

Hình 1.11. Q trình truyền dẫn dữ liệu qua hai hệ CAD/CAM A và B ……….

15

Hình 1.12. Ứng dụng máy tính vào q trình thiết kế ………………………….

22

Hình 1.13. Mối liên hệ giữa cơ sở dữ liệu với CAD/CAM ……………………..

26

Hình 1.14. Sơ đồ quá trình gia cơng ……………………………………………

29

Hình 1.15. Điều khiển điểm - điểm …………………………………………….

32

Hình 1.16. Điều khiển đoạn thẳng ……………………………………………..

32

Hình 1.17. Điều khiển 2D trên máy phay ……………………………………...

33

Hình 1.18. Điều khiển 3D trên máy phay ……………………………………...

34

Hình 1.19. Điều khiển 2,5D ……………………………………………………

34

Hình 1.20. Điều khiển 4D và 5D ……………………………………………….

35

Hình 1.21. Hệ toạ độ trên máy CNC và chuyển động của các trục …………….

36

Hình 2.1. Thiết kế mạch điện trên NX ………………………………..

37

Hình 2.2. Thiết kế đường ống trên NX …………………………………………. 40


- VIII Hình 2.3. Thiết kế khn mẫu trên NX …………………………………………

41

Hình 2.4. Thiết kế chi tiết dạng tấm .................................................

41

Hình 2.5. Thiết kế khn dập, dập liên hồn trên NX.........................................

41

Hình 2.6. Tính tốn thiết kế kết cấu hàn trên NX ................................................

41

Hình 2.7. Tạo chương trình gia cơng trân NX ………………………………

42

Hình 2.8. Giao diện người dùng ……………………………..

43

Hình 2.9. Giao diện màn hình của NX …………………………..

45

Hình 3.1. Tạo đường chạy dao trơn theo biên dạng bề mặt …………………

59

Hình 3.2. Copy chương trình gia cơng cho nhiều bề mặt ……………………

60

Hình 3.3. Chức năng Multiblade ……………………………………………

60

Hình 3.4. Tạo bộ post processor ………………………………………….

61

Hình 3.5. Thư viện máy cơng cụ trong NX
Hình 3.6. Quy trình tạo chương trình gia cơng trên NX ………………………

62

Hình 3.7. Khai báo dụng cụ cắt …………………………………...

63

62

Hình 3.8. Khai báo hình học của chi tiết gia cơng ……………………………… 64
Hình 3.9. Hộp thoại tạo chương trình gia cơng …………………………………

64

Hình 3.10. Hộp thoại thiết lập chiến lược chạy dao ……………………………

65

Hình 3.11. Thiết lập chiều sâu lớp cắt ………………………………

66

Hình 3. 12. Tối ưu hóa q trình chạy dao ..

67

Hình 3.13. Hộp thoại điều chỉnh điểm vào, ra dao …..

68

Hình 4.1. Máy gia cơng 5 trục với đầu xoay kép: 5-Axis with Dual Rotary
Heads ……………………………..
Hình 4.2. Máy gia công 5 trục với bàn xoay kép: 5-Axis with Dual Rotary
Heads …...
Hình 4.3. Máy gia cơng 5 trục với bàn và đầu mang dao xoay: 5-Axis with
Rotary Head and Table ………………………………………………….

72
73

73


- IX Hình 4.4. Hộp thoại tạo đường chạy dao gia cơng 5 trục
Hình 4.5. Hộp thoại Phương pháp tạo điểm điều khiển đường chạy dao trên bề
mặt phụ trợ ………………….

75
76

Hình 4.6. Các phương pháp tạo đường chạy dao ……………………..

78

Hình 4.7. Các phương pháp điều chỉnh hướng của dụng cụ gia cơng …………

82

Hình 4.8. Sơ đồ hệ thống cơng nghệ của chi tiết cần gia cơng

83

Hình 4.9. Sơ đồ chọn máy gia cơng trên phần mềm …………………………

84

Hình 4.10. Chuyển mơi trường phần mềm sang mơi trường gia cơng

85

Hình 4.11. Khai báo chương trình gia cơng ………………………………….

86

Hình 4.12. Định nghĩa và lựa chọn dụng cụ cắt.......................................

88

Hình 4.13. Khai báo hệ tọa độ và phơi ……………………………………

90

Hình 4.14. Khai báo biên dạng cánh...................................................................

91

Hình 4.15. Gia cơng thơ rãnh cánh.......................................................................

92

Hình 4.16. Để lượng dư gia cơng …………………………

94

Hình 4.17. Thiết lập khoảng cách an tồn …………………………….

94

Hình 4.18. Thiết lập điểm vào, ra dao …………………………………………..

95

Hình 4.19. Thiết lập tốc độ trục chính …………………………………………

96

Hình 4.20. Tạo đường chạy dao ……………………………………..

96

Hình 4.21. Mơ phỏng q trình gia cơng …..

97

Hình 4.22. Đường chạy dao sau khi đã copy …………………………………

98

Hình 4.23. Đường chạy dao gia công tinh trên 1 phần thân turbin ………

99

Hình 4.24. Đường chạy dao trên tồn bộ vùng thân …………………………

100

Hình 4.25. Tạo chương trình gia cơng tinh thành cánh lớn …………………….

100

Hình 4.26. Đường chạy dao gia cơng tinh thành cánh

102

Hình 4.27. Copy đường chạy dao gia cơng tinh thành cánh ……

102

Hình 4.28. Copy chương trình gia cơng cho tồn bộ cánh nhỏ

103

Hình 4.29. Đường chạy dao gia cơng góc bo chân cánh

105

Hình 4.30. Mơ phỏng q trình gia cơng trên mơ hình máy CNC

105

-X-

Hình 4.31. Mơ phỏng q trình gia cơng trên mã G-Code

106

Hình 4.32. Mơ phỏng q trình cắt bỏ vật liệu trực quan

106

Hình 4.33. Post chương trình gia cơng ra mã NC

107


- XI -

LỜI MỞ ĐẦU
A. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Ngành cơng nghiệp cơ khí với sự xuất hiện của cơng nghệ CAD/CAM/CNC đã
tạo ra bước nhảy vọt về khả năng sản xuất với năng suất cao, khả năng gia công các
chi tiết phức tạp và tiết kiệm được nguồn sức lao động rất lớn.
Máy CNC sẽ thực hiện việc gia công bằng phương pháp tự động chạy dao theo
quỹ đạo của chương trình NC bằng cách lập trình trực tiếp trên máy CNC hoặc thông
qua bộ điều khiển DNC. Ngày nay thì phương pháp lập trình bằng tay đã trở nên lạc
hậu bởi sự hạn chế về mặt gia công các chi tiết phức tạp và mất rất nhiều thời gian
cho việc lập trình chương trình gia cơng.
Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật thì việc ra đời công nghệ CAD/CAM đã

đánh dấu một bước ngoặt lớn cho việc tự động hố sản xuất cơ khí và tạo thành một
hệ thống hồn chỉnh từ q trình thiết kế đến gia công ra sản phẩm. Sự ra đời của
công nghệ CAD/CAM đã khắc phục được khó khăn trong việc lập trình bằng tay với
những chi tiết phức tạp và giảm thiểu được sai sót trong q trình lập trình chương
trình gia cơng.
Trong số các phần mềm CAD/CAM hiện nay, tác giả đã lựa chọn phần mềm
Unigraphics NX bởi lẽ Unigraphics NX là một trong những phần mềm nổi tiếng nhất
hiện nay trong lĩnh vực thiết kế CAD, mô phỏng CAE và tạo chương trình gia cơng
CAM cho máy CNC – cung cấp giải pháp tổng thể CAD/CAM/CAE/PLM, tạo khả
năng liên kết linh hoạt giữa các khâu trong quá trình sản xuất từ thiết kế CAD, phân
tích CAE và mơ phỏng gia công CAM.
Trong nhu cầu phát triển của công nghệ CAD/CAM-CNC tại nước ta, tác giả
đã đề xuất và thực hiện đề tài luận văn thạc sỹ với tên đề tài “Ứng dụng phần mềm
CAD/CAM vào thiết kế và gia công trên máy phay CNC 5 trục”. Nội dung luận văn
đã đề cập chi tiết đến các phần mềm CAD/CAM đang được ứng dụng rộng rãi trên
thế giới và đưa ra giải pháp thiết kế và gia công ứng dụng công nghệ CAD/CAM CNC.


- XII -

B. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU:

Cuối những năm 50 của thế kỷ trước thì CAD/CAM có những bước phát đáng kể,
đến những năm 90 thì CAD/CAM có những bước đột phá với bằng chứng là rất
nhiều các tạp đoàn đưa rat hị trường những phần mềm CAD/CAM có ứng dụng rộng
rãi trong thiết kế và sản xuất trong nhiều ngành cơng nghiệp.
Cho đến nay thì CAD/CAM/CNC đã trở thành hạt nhân của cả nền sản xuất, càng
ngày thì sự phức tạp của sản phẩm càng cao, đòi hỏi các nhà sản xuất phải đưa ra các
giải pháp gia công tối ưu nhất để đáp ứng được nhu cầu của xã hội.
Ứng dụng các phần mềm CAD/CAM vào lập trình gia cơng trên máy 5 trục thi

khơng cịn xa lạ với nền công nghiệp trên thế giới, nhưng tại Việt Nam thì cơng nghệ
này cịn nhiều hạn chế.
C. MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯƠNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU:
Đề tài tập trung nghiên cứu, ứng dụng phần mềm UNIGRAPHICS-NX trog thiết
kế và gia công, đặc biệt là nghiên cứu ứng dụng Module gia công 5 trục trên máy
CNC.
Trọng tâm của đề tài là nghiên cứu gia công cho những bề mặt phức tạp như
tuabin, bánh rang côn xoắn…
D. CÁC LUẬN ĐIỂM CƠ BẢN VÀ ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN VĂN
Đề tài đã định hướng phát triển và đưa ra những ví dụ cụ thể để từ đó sẽ đưa
vào thực tế sản xuất.
Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở cho các hướng nghiên cứu mở rộng,
nâng cao hơn nhằm ứng dụng triệt để các phần mềm CAD/CAM tích hợp khác.
Các kết quả nghiên cứu của đề tài có thể sử dụng trong giảng dạy và tài liệu
tham khảo.
E. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
Nghiên cứu 1 cách tổng quan về công nghệ CAD/CAM/CNC và ứng dụng
chúng trong thiết kế và gia cơng chi tiết.
Đưa ra và phân tích một số phần mềm CAD/CAM thông dụng hiện nay, đưa ra
yêu cầu là nghiên cứu ứng dụng chúng để gia công trên máy CNC 5 trục, từ những
yêu cầu đó tác giả lựa chọn nghiên cứu phần mềm Unigraphics-NX.
Phân tích các chức năng cơ bản của phần mềm sau đó tập trung nghiên cứu
module gia công 5 trục và từ đố đi lập trình gia cơng cho 1 chi tiết cụ thể là tuabin.


CHƢƠNG I
TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG 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 CAD, CAM, CAE, CNC:

1.1.1.1. CAD:
CAD (Computer Aided Design): Có nghĩa là q trình thiết kế với sự hỗ trợ của
máy tính. Trước đây để thiết kế bản vẽ chi tiết và bản vẽ lắp giáp 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 các phần mềm CAD 3D thì quá trình thiết kế trở nên đơn giản và ưu việt
hơn nhiều với sự hỗ trợ mạnh mẽ của máy tính, Trên các phần mềm CAD 3D này các
công cụ hỗ trợ thiết kế và khả năng nội suy theo các đường và bề mặt rất mạnh. Quá trình
lắp ráp cũng được hỗ trợ đáng kể với các ràng buộc về hình học và kích thước, nên người
thiết kế cũng sử dụng dễ dàng hơn khi lắp ghộp cỏc chi tiết với nhau.
Trong lĩnh vực tự động hố cơng nghiệp, CAD khơng bị giới hạn trong việc tạo lập
các bản vẽ thực thể theo quy cách 2D hoặc 3D, mà còn mở rộng tới những cơng việc khác
như mơ hình hố thực thể ở dạng đặc (Solid Modeling), hình động (Animation), và phép
phân tích phần tử hữu hạn (FEM: Finite Element Method). Xa hơn nữa là sự trao đổi dữ
liệu giữa các hệ thống CAD/CAM và sự tích hợp về tự động hố CAD/CAM được thiết
lập với sự ấn định các tiêu chuẩn chung về trao đổi dữ liệu. Những đề án tích hợp được
xây dựng và đưa vào sử dụng trong những năm gần đây. Như vậy những tiến bộ về máy
tính đã có tác dụng làm tăng tốc độ thiết kế kỹ thuật và q trình tự động hố cơng nghiệp.
CAD được coi như là một cuộc cách mạng công nghiệp mới kể từ khi nó được đề
xuất. So với cách tạo lập thủ công bản vẽ thiết kế, CAD là giải pháp có những ưu điểm
sau:
 Tăng độ chính xác và chất lượng bản vẽ vì CAD có thể tạo ra những kích
thước vẽ theo đơn vị nhỏ hơn 0,001 mm
 Làm giảm mức độ mơ hồ, trừu tượng của bản vẽ
 Các bản vẽ CAD có thể truy cập, lưu trữ, truyền tải qua các bộ chứa và lưu
thông tin

1


 Tiết kiệm khơng gian vì loại bỏ phịng lưu trữ các bản vẽ giấy

 Tiết kiệm thời gian vì loại bỏ lao động thủ cơng lặp lại
 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 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 công cụ tin học đặc thù cho việc nghiên cứu và được chung là các phần mềm
thiết kế.
Nói đến CAD thì phải nói đến KERNEL (hệ thống hạt nhân đồ hoạ), nó là nền
tảng hay có thể gọi nó như là bộ não của các hệ thống phần mềm CAD. Hiện tại có vài
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... DesignBASE được dựng cho các phần mềm CAD hạng trung. Riêng
CATIA thì sử dụng một định dạng KERNEL riêng của DASSAULT SYSTEMES cải
biên lại từ định dạng ACIS, do đó các dữ liệu được xuất ra của CATIA rất 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 khơng được chính xác so
với PARASOLID, do đó khuynh hướng chuyển đổi từ CATIA sang Unigraphics-NX
trong các hãng thiết kế ôtô ngày càng nhiều.
1.1.1.2. CAM:
CAM (Computer Aided Manufacturing): Có nghĩa là q trình gia cơng với sự hỗ
trợ của máy tính. Sau khi thực hiện xong quá trình thiết kế, 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 tốn cho q trình gia cơng như các chiến lược gia công, thông số công nghệ và
thông số dụng cụ trong quá trình 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 APT. Các chương

2


trình NC dưới dạng mã lệnh này sẽ được truyền trực tiếp đến máy CNC bằng ổ đĩa mềm
hoặc qua các bộ điều khiển DNC.
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 dụng cụ cắt, vật liệu, cắt gọt vật liệu, công suất của trang
thiết bị. Các điều kiện sản xuất khác nhau có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và giá
thành sản phẩm .
1.1.1.3. CAE:
CAE (Computer Aided Engineering): Có nghĩa là ứng dụng cơng nghệ thơng tin để
hỗ trợ cho các q trình kỹ thuật như các q trình phân tích, mơ phỏng, lập kế hoạch sản
xuất và sửa chữa bảo trì.
Các lĩnh vực hỗ trợ của CAE bao gồm:
- Phân tích ứng suất trong kết cấu và các mối lắp ghép
- Phân tích chuyển động của các dịng chất khí và chất lỏng
- Phân tích các q trình mơ phỏng cơ khí như quá trình đúc, quá trình cắt gọt và
quá trình biến dạng
- Phân tích lời giải và xử lý các kết quả trong q trình tính tốn cơ khí.
1.1.1.4. CNC:
CNC (Computerized Numerical Control): Điều khiển số bằng máy tính. Cơng nghệ
CNC được ra đời và phát triển vào những năm 1940 - 1950 tại phịng 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 mã lệnh G - M
code hoặc ngôn ngữ APT.
Sự ra đời của công nghệ CNC đã làm thay đổi mạnh mẽ ngành cơ khí, từ nền sản
xuất cơ khí thuần tuý chuyển sang sự kết hợp giữa cơ khí, cơng nghệ thơng tin và điện tử.
Q trình gia cơng 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 tự động hố vào q trình sản xuất cơ khí đã tạo nên sự phát triển
đáng kể về độ chính xác và chất lượng. Kỹ thuật tự động của máy CNC đã giúp con

3


người giảm thiểu được sai sót và giúp người thao tác có thời gian cho cơng việc khác.
Ngồi ra cịn cho phép linh hoạt trong thao tác các sản phẩm và thời gian cần thiết cho
máy móc để sản xuất các loại sản phẩm khác nhau.
Công nghệ CNC cung cấp sản phẩm đảm bảo, tin cậy. Một khi chương trình đã qua
kiểm tra và được đưa vào sản xuất, hàng loạt các chi tiết cùng loại có thể được tạo ra một
cách chính xác và ổn định.
Hiện nay thì có một số hãng lớn sản xuất máy CNC là: MORI SEIKI, MAKINO,
DECKEL MAHO…
DNC (Direct Numerical Control): Là một máy tính trung tâm được cài đặt phần
mềm truyền dữ liệu (Thường là các phần mềm đi kèm với bộ điều khiển) đến các hệ thống
điều khiển của các máy CNC trong một trung tâm gia công.

DNC

POST 1

POST 2

…………

POST n

CNC 1

CNC 2

…………

CNC n

Hình 1.1. Hệ thống DNC
Khi đã có chương trình NC (hoặc bằng tay, hoặc qua hệ thống CAD/CAM) chương
trình này cần phải được tải đến hệ điều khiển CNC. Mặc dù người vận hành có thể nhập
trực tiếp vào hệ điều khiển, tuy nhiên công việc như vậy rõ ràng mang tính thủ cơng, và sẽ
rất khó khăn khi gặp phải những chương trình dài.
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.

4


Một hệ thống DNC cho phép máy tính được nối mạng với nhiều máy CNC. Giao
thức truyền thông nối tiếp qua cổng RS232C, cổng mạng hoặc Data server được dùng để
truyền chương trình.
1.1.2. Tích hợp cơng nghệ CAD/CAM - CNC:
Cơng nghệ CAD/CAM - CNC hiện nay trên thế giới đang phát triển hết sức mạnh
mẽ với sự ra đời của rất nhiều những phần mềm CAD/CAM 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 là đi theo hướng chun mơn
hố trong từng lĩnh vực một, nghĩa là có xu hướng tách rời phần thiết kế, gia cơng và tính
tốn mơ 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 v.v... một tiến bộ mới so với định dạng IGES, bởi khi xuất sang định
dạng IGES thường hay gặp phải các lỗi về bề mặt.
Kết quả của q trình CAD khơng chỉ là cơ sở dữ liệu để thực hiện phân tích kỹ
thuật, lập quy 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 và các
thiết bị phụ trợ khác.
Cơng 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)
 Chuẩn bị cơng nghệ (đảm bảo tính năng cơng nghệ của kết cấu, 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 trong thời gian yêu
cầu.

5


Hiện nay, qua phân tích tình hình thiết kế thấy rằng 90% thời lượng thiết kế là để
tra cứu số liệu cần thiết mà chỉ có 10% 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 - CNC là lĩnh vực nghiên cứu nhằm tạo ra các hệ thống tự động thiết
kế và chế tạo trong đó máy tính điện tử được sử dụng để thực hiện một số chức năng nhất
định. CAD/CAM - CNC tạo mối quan hệ mật thiết giữa hai dạng hoạt động là thiết kế và
chế tạo.

Tự động hoá 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 hoá chế tạo là dùng máy tính điện tử để kế hoạch hố, điều khiển và kiểm
tra các nguyên công gia công.
Xu thế phát triển chung của các ngành công nghiệp chế tạo theo công nghệ tiến
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).
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 q trình CAD.
1.1.3. Vai trị của CAD/CAM - CNC trong chu kỳ sản xuất:
Người ta dùng khái niệm chu kỳ sản xuất để mô tả sự hình thành của sản phẩm
cơng nghiệp thơng qua hai q trình thiết kế và chế tạo.
- Quá trình thiết kế bao gồm các công việc nhƣ 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 mơ hình phân tích
 Lập bản thiết kế
 Phân tích và tối ưu hoá thiết kế
 Đánh giá thiết kế

6


 Lập hồ sơ thiết kế.
- Trong đó q trình chế tạo bao gồm các cơng việc khác, đó là:
 Thiết lập quá trình sản xuất
 Quy hoạch sản xuất
 Thiết kế và mua dụng cụ mới

 Phân phối vật tư
 Lập trình gia cơng
 Sản xuất
 Điều khiển chất lượng
 Bao gói.
Khái niệm sản
phẩm mới

Thiết kế
sản phẩm

Nhu cầu
thị trường

Kiểm tra
chất lượng

Vẽ
chi tiết

Nhu cầu thị
trường mới

Kế hoạch
hố q
trình 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

7


Tự động hoá
Thiết kế

Khái niệm sản
phẩm mới

Nhu cầu
thị trường

Vẽ bằng
máy tính

Thiết kế
sản phẩm

Vẽ
chi tiết

Nhu cầu thị
trường mới

Kiểm tra
chất lượng

Tự động hố kiểm
tra chất lượng

Kế hoạch
hố q trình
sản xuất

Sản xuất
sản phẩm

Tự động
hố, Kế
hoạch hố
q trình
sản xuất

Lập biểu
đồ sản xuất

Thiết bị điều khiển
bằng máy tính

Vẽ biểu đồ, lập nhu
cầu ngun 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 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. Các mức tiếp cận của kỹ thuật CAD/CAM – CNC:
Hãng DENFORD (Anh Quốc) đã 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 …

8


 Tạo lập tự động các lệnh G - M code với hệ CAM rồi chạy mơ phỏng
chương trình gia cơng CNC đã lập trên màn hình máy tính.
Đĩa cài đặt
CAD/CAM - CNC

Khố cứng
CAD/CAM - CNC

Máy tính + bàn phím
+ chuột

Hình 1.4. Mức tiếp cận 1
1.1.4.2. Mức tiếp cận 2:
Mức này được trang bị như mức 1, nhưng có thêm hệ xử lý thích nghi
(Postprocessor) dùng cho bàn phím CNC của hãng DENFORD để lập trình gia cơng
CNC, rồi chạy mơ phỏng chương trình gia cơng CNC trên màn hình của máy tính PC mà
khơng dùng bàn phím của máy tính.

Đĩa cài đặt
CAD/CAM - CNC

Khố cứng
CAD/CAM - CNC

Bàn phím CNC
(Desktop - Tutor)

Máy tính + bàn phím +
chuột

Hình 1.5. Mức tiếp cận 2
1.1.4.3. Mức tiếp cận 3:
Mức này có thêm máy thực hành gia công CNC bổ xung vào mức 2, theo hai
phương án như sau:

9


Phương án 1

Phương án 2

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

Đĩa cài đặt CAD/CAM–CNC

để thiết kế, lập trình CNC

Máy tính PC
+
Bàn phím CNC (FANUC)

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

Máy thực hành gia công
CNC
Chi tiết gia công
CNC
Chi tiết gia cơng
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 cơng, rồi lập trình gia cơng CNC với bàn phím máy tính (lập
trình thủ cơng hoặc tự động), 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:
Mức 5 gồm mức 4 có bổ xung thêm một máy thực hành gia cơng CNC và có khả
năng như sau: thiết kế chi tiết gia công rồi lập trình gia cơng CNC trên máy tính (thủ cơng
hoặc tự động), hoặc lập trình thủ cơng với bàn phím CNC, sau đó chạy mơ phỏng chương

10


trình gia cơng CNC đã lập trên màn hình của máy tính, cuối cùng là thực hiện chương
trình gia cơng trên máy thực hành CNC để cắt phôi tạo ra chi tiết đã thiết kế và lập trình.

Đĩa cài đặt + khố cứng
CAD/CAM - CNC

Máy tính PC + bàn phím
máy tính + chuột + bàn
phím CNC

Hệ dao cụ CNC

Máy thực hành gia cơng
CNC

Chi tiết gia cơng

Hình 1.7. Mức tiếp cận 5
1.1.4.6. Mức tiếp cận 6:
Mức này là mức dựa trên sự phát triển phần mềm cơng 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 công CNC rồi
truyền trực tiếp tới máy gia công CNC.
CAD

CAM

Máy tính + bàn phím
CNC (Desktop Tutor)

Máy tính + bàn phím
CNC
Đĩa cài đặt + khoá cứng
CAD/CAM – CNC như các mức
trên

Máy thực hành gia
cơng CNC

Hình 1.8. Mức tiếp cận 6
1.1.5. Giao diện CAD/CAM:
Để đảm bảo các tính chất tương thích, tích hợp, liên thơng, linh hoạt của các hệ
CAD/CAM phải có giải pháp chuyển tiếp giữa các phân hệ trong phạm vi của từng hệ và
giữa các hệ CAD/CAM được kết nối với nhau thông qua các giao diện CAD/CAM.

11


Giao diện xét theo hai phần là phần cứng và phần mềm có các chức năng sau đây:
 Giao diện quá trình
 Giao diện hệ thống
 Giao diện nối tiếp với các thiết bị dữ liệu bên ngoài
 Giao diện với người vận hành.
Giao diện xét về chức năng trao đổi dữ liệu gọi là giao diện dữ liệu, để chuyển đổi
dạng dữ liệu của một hệ CAD/CAM này sang dạng dữ liệu của một hệ CAD/CAM khác
khi tích hợp hai hệ CAD/CAM đó với nhau. Các hệ CAD/CAM khác nhau có cấu trúc dữ
liệu khác nhau về đối tượng xử lý (chi tiết, sản phẩm).

Chuyển giao dữ liệu có nghĩa là dịch dữ liệu theo hai cách như sau:
 Dịch trực tiếp
 Dịch gián tiếp thông qua quy cách trung gian tiêu chuẩn như IGES, DXF,
STEP, PDES…
Các thành phần của CIM có mục đích cơ bản là tạo lập mối quan hệ tích hợp giữa
các hệ thống có máy tính trợ giúp khác nhau trong nội bộ hãng. Mục đích đó được qn
triệt ngay từ khâu trao đổi dữ liệu nhờ các chương trình chuyển đổi cho tới khâu tạo lập
các ngân hàng dữ liệu sản phẩm chung.
Ở cách dịch trực tiếp cần phải có hai bộ dịch trực tiếp cho từng cặp hệ thống có
quan hệ giao tiếp dữ liệu với nhau theo hai chiều. Như vậy khi có n hệ thống khác nhau
thì phải có n(n - 1) bộ dịch, bởi vì sẽ có n(n - 1)/2 cặp hệ thống. Ví dụ nếu có 10 hệ thống
(n = 10) thì cần phải có n(n - 1) bộ dịch trực tiếp để chuyển giao dữ liệu khi chúng tích
hợp với nhau. Nếu ghép thêm chỉ một hệ nữa vào n hệ có sẵn thì phải có thêm 2n bộ dịch
trực tiếp khác nhau để chuyển giao dữ liệu.
Ở cách dịch gián tiếp người ta sử dụng hệ chuyển giao dữ liệu gián tiếp thông qua
tệp trung gian. Tệp trung gian có cấu trúc cơ sở dữ liệu trung gian, không phụ thuộc vào
một hệ thống nào riêng biệt. Hiện tại có nhiều tệp trung gian khác nhau được dùng mà
điển hình là IGES, DXF, STEP. Tệp trung gian còn được gọi là giao diện dữ liệu tiêu
chuẩn. Đây là cách chuyển giao dữ liệu gián tiếp giữa các hệ cơ sở dữ liệu khác nhau. Tuy
vậy ở cách này, từng hệ thống phải có một cặp bộ xử lý để chuyển đổi dữ liệu riêng của
nó thành quy cách tệp trung gian và ngược lại từ quy cách tệp trung gian thành quy cách

12