C1 CAD-CAM> TONGQUAN 1 GVC NGUYỄN THẾ TRANH
Chương 1.
TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM
1.1 VAI TRÒ VÀ CHỨC NĂNG CỦA CAD/CAM
TRONG NỀN SX HIỆN ĐẠI.
1.1.1 Giới thiệu về CAD/CAM hay CAO/FAO.
Thiết kế và chế tạo có sự tham gia của máy vi tính (CAD/CAM hay
CAO/FAO) thường được trình bày gắn liền với nhau. Thật vậy, hai lĩnh vực ứng
dụng tin học trong ngành cơ khí chế tạo này có nhiều điểm giống nhau bởi
chúng đều dựa trên cùng các chi tiết cơ khí và sử dụng dữ liệu tin học chung: đó
là các nguồn đồ thị hiển thị và dữ liệu quản lý.
Thực tế, CAD và CAM tương ứng với các hoạt động của hai quá trình hỗ
trợ cho phép biến một ý tưởng trừu tượng thành một vật thể thật. Hai quá trình
này thể hiện rõ trong công việc nghiên cứu (bureau d’étude) và triển khai chế
tạo (bureau des méthodes).
Xuất phát từ nhu cầu cho trước, việc nghiên cứu đảm nhận thiết kế một
mô hình mẫu cho đến khi thể hiện trên bản vẽ biễu diễn chi tiết. Từ bản vẽ chi
tiết, việc triển khai chế tạo đảm nhận lập ra quá trình chế tạo các chi tiết cùng
các vấn đề liên quan đến dụng cụ và phương pháp thực hiện.
Hai lĩnh vực hoạt động lớn này trong ngành chế tạo máy được thực hiện
liên tiếp nhau và được phân biệt bởi kết quả của nó.
* Kết quả của CAD là một bản vẽ xác định, một sự biểu diễn nhiều hình chiếu
khác nhau của một chi tiết cơ khí với các đặc trưng hình học và chức năng. Các
phần mềm CAD là các dụng cụ tin học đặc thù cho việc nghiên cứu và được
chia thành hai loại: Các phần mềm thiết kế và các phần mềm vẽ.
* 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 vật thể, cắt gọt vật liệu, công suất của
trang thiết bị, các điều kiện sản xuất khác nhau có giá thành nhỏ nhất, với việc
tối ưu hoá đồ gá và dụng cụ cắt nhằm đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết
cơ khí.
Nhằm khai thác các công cụ hữu ích, những ứng dụng tin học trong chế
tạo không chỉ hạn chế trong các phần mềm đồ hoạ hiển thị và quản lý mà còn sử
dụng việc lập trình và điều khiển các máy công cụ điều khiển số, do vậy đòi hỏi
khi thực hiện phải nắm vững các kiến thức về kỹ thuật gia công.
C1 CAD-CAM> TONGQUAN 2 GVC NGUYỄN THẾ TRANH
Trong chế tạo, việc sử dụng các dữ liệu tin học phải lưu ý đến nhiều mối
quan hệ ràng buộc. Các ràng buộc này nhiều hơn trong thiết kế. Việc cắt gọt vật
liệu trên một máy công cụ điều khiển số hay một máy công cụ vạn năng thông
thường là như nhau, trong hai trường hợp vật liệu không thay đổi về tính chất.
Trong khi đó các dữ liệu tin học có trong môi trường công nghiệp cũng có
trong các xưởng gia công. Các nguồn dữ liệu này cải thiện kỹ thuật chế tạo,
chuyển đổi phương pháp và dẫn đến thay đổi quan trọng trong các công việc
hoàn thành khi lập qui trình công nghệ cũng như trên vị trí làm việc. Ngoài công
việc cho phép điều khiển số các nguyên công gia công, việc thiết lập các dữ liệu
tin học mang lại nhiều sự cải thiện về kết cấu liên quan đến cấu trúc máy và đồ
gá, các phương pháp chế tạo và kiểm tra sản phẩm, thiết kế dụng cụ cắt và các
cơ cấu tự động khác. Mặt khác, các ứng dụng tin học này cũng cho phép khai
thác tốt hơn các khả năng mới của máy và dụng cụ.
Ngày nay việc chuyển biến từ một ý tưởng trừu tượng thành một sản
phẩm thực tế có thể theo một quá trình hoàn toàn được chi phối bởi máy tính
điện tử, như sơ đồ hình 1.1 đã chỉ rõ.
BUREAUTIQUE
ET COMMUNICATION
CONCEPTION, MODELISATION,
ANALYSE ET INGENIERIE ASSISTE PAR
ORDINATEUR (CAO - IAO)
DESSIN ASSISTE PAR
ORDINATEUR
(
DAO
)
PROCEDES, SIMULATION, PROGRAMMATION
MOCN ROBOTAUTOMATMOCN
CAO
FA
O
CONTRÔLE DE QUALITÉ
INVENTAIRE ET MANUTENTION
FABRICATION
INTEGREE
SUR
ORDINATEUR
(FIO)
ADMINISTRATION
ET GESTION
BUREAU
D
’ETUDE
BUREAU
DE
METHODES
ADMINISTRATION ET
GESTION
Hình 1.1 - Sơ đồ CAO - FAO - FIO
C1 CAD-CAM> TONGQUAN 3 GVC NGUYỄN THẾ TRANH
Ta phân biệt hai loại dụng cụ tin học trong nghiên cứu thiết kế:
- Các phần mềm vẽ có sự tham gia của máy tính điện tử
(Dessin Assisté par Ordinateur-DAO hay Computer Aided Drawing - CAD).
- Các phần mềm thiết kế có sự tham gia của máy tính điện tử
(Conception Assistée par Ordinateur-CAO hay Computer Aided Design-CAD).
Trong tiếng Anh ta sử dụng từ CAD chung cho cả hai phần mềm này.
Trong triển khai chế tạo ra sản phẩm từ bản vẽ thiết kế, ngày nay có các phần
mềm ứng dụng đó là các phần mềm chế tạo có sự tham gia của máy tính điện tử
( Fabrication Assistée par Ordinateur - FAO
hay Computer Aided Manufacturing - CAM)
Khi sự tích hợp trên máy tính điện tử cho các hoạt động thiết kế và chế
tạo được thực hiện, tức là khi việc thực hiện có thể trực tiếp dựa vào các dữ liệu
số được tạo ra bởi việc thiết kế, tập hợp các hoạt động đặc trưng của CAD/CAM
được mô tả dưới khái niệm chế tạo được tích hợp bởi máy tính điện tử
( Fabrication Intégrée par Ordinateur - FIO
hay Computer integrated Manufacturing - CIM).
Do vậy CIM biểu diễn các hoạt động tương ứng với thiết kế, vẽ, chế tạo
và kiểm tra chất lượng của một sản phẩm cơ khí.
1.1.2 Đối tượng phục vụ của CAD/CAM.
Xu thế phát triển chung của các ngành công nghiệp chế tạo theo công
nghệ tiên tiến là liên kết các thành phần của qui trình sản xuất trong một hệ
thống tích hợp điều khiển bởi máy tính điện tử (Computer Integrated
Manufacturing - CIM).
Các thành phần của hệ thống CIM được quản lý và điều hành dựa trên cơ
sở dữ liệu trung tâm với thành phần quan trọng là các dữ liệu từ quá trình CAD.
Kết quả của quá trình CAD không chỉ là cơ sở dữ liệu để thực hiện phân
tích kỹ thuật, lập qui 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, người máy,
tay máy công nghiệp và các thiết bị phụ trợ khác.
Công việc chuẩn bị sản xuất có vai trò quan trọng trong việc hình thành
bất kỳ một sản phẩm cơ khí nào.
C1 CAD-CAM> TONGQUAN 4 GVC NGUYỄN THẾ TRANH
Công việc này bao gồm:
- Chuẩn bị thiết kế ( thiết kế kết cấu sản phẩm, các bản vẽ lắp chung
của sản phẩm, các cụm máy.v.v...)
- Chuẩn bị công nghệ (đảm bảo tính năng công nghệ của kết cấu,
thiết lập qui trình công nghệ)
- Thiết kế và chế tạo các trang bị công nghệ và dụng cụ phụ v.v...
- Kế hoạch hoá quá trình sản xuất và chế tạo sản phẩm trong thời
gian yêu cầu.
Hiện nay, qua phân tích tình hình thiết kế ta thấy rằng 90% thời lượng
thiết kế là để tra cứu số liệu cần thiết mà chỉ có 10% thời gian dành cho lao động
sáng tạo và quyết định phương án, do vậy các công việc trên có thể thực hiện
bằng máy tính điện tử để vừa tiết kiệm thời gian vừa đảm bảo độ chính xác và
chất lượng.
CAD/CAM là lĩnh vực nghiên cứu nhằm tạo ra các hệ thống tự động thiết
kế và chế tạo trong đó máy tính điện tử được sử dụng để thực hiện một số
chức năng nhất định.
CAD/CAM tạo ra mối quan hệ mật thiết giữa hai dạng hoạt động: Thiết
kế và Chế tạo.
Tự động hoá thiết kế là dùng các hệ thống và phương tiện tính toán giúp
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 và kiểm tra các nguyên công gia công.
1.1.3 Vai trò của CAD/CAM trong chu kỳ sản xuất.
Khái niệm
SP mới
Vẽ
chi tiết
Lập
biểu đồ SX
Sản xuất
sản phẩm
Kiểm tra
chất lượng
Nhu cầu
thị trường
Thiết kế
sản phẩm
Nhu cầu
TTB mới
Kế hoạch hoá
QTSX
Hình 1.2- Sơ đồ chu kỳ sản xuất
C1 CAD-CAM> TONGQUAN 5 GVC NGUYỄN THẾ TRANH
Rõ ràng 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 toán ngày càng phát huy tác dụng và là nhu cầu không thể
thiếu được.
1.1.4 Chức năng của CAD.
Khác biệt cơ bản với qui trình thiết kế theo công nghệ truyền thống, CAD
cho phép quản lý đối tượng thiết kế dưới dạng mô hình hình học số trong cơ sở
dữ liệu trung tâm, do vậy CAD có khả năng hỗ trợ các chức năng kỹ thuật ngay
từ giai đoạn phát triển sản phẩm cho đến giai đoạn cuối của quá trình sản xuất,
tức là hỗ trợ điều khiển các thiết bị sản xuất bằng điều khiển số.
Hệ thống CAD được đánh giá có đủ khả năng để thực hiện chức năng yêu
cầu hay không, phụ thuộc chủ yếu vào chức năng xử lý của các phần mềm thiết
kế. Ngày nay những bộ phần mềm CAD/CAM chuyên nghiệp phục vụ thiết kế
và gia công khuôn mẫu có khả năng thực hiện được các chức năng cơ bản sau:
TĐH
thiết kế
Vẽ bằng
MTĐT
Nhu cầu
TTB mới
Nhu cầu
thị trường
Vẽ chi tiết Thiết kế
SP
Khái niệm
SP mới
Sản xuất
sản phẩm
Kiểm tra
chất lượng
TĐH KHH
QTSX
KHH
QTSX
TB ĐK bằng
MTĐT
TĐH
KTCL
Lập biểu đồ
SX
Vẽ BĐ, lập nhu cầu
NVL KT
Hình 1.3 - Sơ đồ chu kỳ sản xuất khi dùng CAD/CAM