Giáo trình Lập trình CAD/CAM (Nghề: Cơ điện tử - Cao đẳng): Phần 1 - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội

Chia sẻ: Hoatudang09 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:64

Thêm vào BST

Báo xấu

39
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(NB) Giáo trình Lập trình CAD/CAM với mục tiêu giúp các bạn có thể trình bày được nguyên lý công nghệ CAD/CAM; Thiết kế được các mô hình 2D; 3D và mô hình dạng mặt; Thực hiện quá trình lập trình tự động cho CAD/CAM tiện và CAD/CAM phay; Mô phỏng CNC tiện và phay; Vận dụng được những kiến thức của môn học, mô đun đã học để tiếp thu các mô-đun chuyên môn nghề. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung giáo trình phần 1 dưới đây.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Lập trình CAD/CAM (Nghề: Cơ điện tử - Cao đẳng): Phần 1 - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI LƯU HUY HẠNH(Chủ biên) NGUYỄN ANH DŨNG – TRƯƠNG VĂN HỢI GIÁO TRÌNH LẬP TRÌNH CAD/CAM Nghề: Cơ điện tử Trình độ: Cao đẳng (Lưu hành nội bộ) Hà Nội - Năm 2019
LỜI GIỚI THIỆU Từ những năm cuối thế kỷ 20 cho đến nay việc ứng dụng công nghê CAD/CAM trong thiết kế, chế tạo các sản phẩm cơ khí ngày càng phổ biến ở Việt Nam.. Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, CAD/CAM đã được ứng dụng nhanh chóng trong công nghiệp, CAD (Computer aided design) là máy tính trợ giúp thiết kế, CAM (Computer aided Manufacturing) là máy tính trợ giúp chế tạo vì nó là công cụ giúp 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 và hạ giá thành sản phẩm. Hiện nay với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin, hệ thống CAD/CAM tích hợp được phát triển rất nhanh chóng. Nó đã tạo nên sự liên thông từ quá trình thiết kế cho đến chế tạo trong lĩnh vực cơ khí. Xu thế hiện nay các nhà kỹ thuật phát triển chủ yếu là hệ thống CAD/CAM tích hợp. Những phần mềm CAD/CAM tích hợp được sử dụng phổ biến hiện nay như: Mastercam, Solidcam, Delcam, Cimatron, CATIA, NXcam, Pro/Engenieer, v.v... Mastercam là một phần mềm CAD/CAM tích hợp được sử dụng rộng rãi trên thế giới, đồng thời nó cũng được sử dụng rất phổ biến ở Việt Nam. 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... Để Học sinh- Sinh viên tiếp cận với các máy móc hiện đại, tăng cường vốn hiểu biết và đáp ứng phần nào với đòi hỏi của doanh nghiệp chúng tôi biên soạn giáo trình Công nghệ CAD/CAM. Trong đó với nội dung chính là khai thác, sử dụng phần mềm MASTERCAM. Xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày…….tháng…….năm 2019 Chủ biên: Lưu Huy Hạnh 1
MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU ............................................................................................... 1 MỤC LỤC ............................................................................................................ 2 GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN ................................................................................ 3 Bài 1: Khái quát về công nghệ CAD/CAM ................................................... 4 1.1 Lịch sử phát triển của công nghệ CAD/CAM ........................................ 4 1.2 Một số khái niệm cơ bản ......................................................................... 6 1.3 Mối quan hệ CAD/CAM trong quá trình sản xuất ................................ 14 1.4 Phần cứng, phân mềm và cơ sở dư liệu CAD/CAM............................. 17 1.5 Khả năng công nghệ của phần mềm CAD/CAM ................................. 34 Bài 2: Giao diện phần mềm CAD/CAM ..................................................... 41 2.1 Giao diện phần mềm ............................................................................. 41 2.2 Sử dụng chuột và bàn phím................................................................... 49 2.3 Môi trường làm việc 2D và 3D ............................................................. 51 2.4 Quản lý đối tượng ................................................................................. 54 Bài 3: Thiết kế mô hình CAD ....................................................................... 64 3.1 Các lệnh dựng hình, hỗ trợ dựng hình và biến đổi hình học ................ 64 3.2. Thiết kế mô hình chi tiết dạng mặt .................................................... 105 3.3 Thiết kế mô hình chi tiết dạng đặc (solid) .......................................... 114 Bài 4: Cam Tiện ........................................................................................... 124 4.1 Phương pháp khai báo máy, phôi, dao ................................................ 124 4.2 Lập trình CAD/CAM tiện mặt đầu, tiện ngoài ................................... 126 4.3 Lệnh tiện rãnh (Grove) ........................................................................ 135 4.4 Lệnh tiện ren (Thread) ........................................................................ 139 Bài 5: Cam Phay .......................................................................................... 143 5.1 Phương pháp khai báo máy, phôi, dao ................................................ 143 5.2 Lập trình CAD/CAM phay mặt phẳng................................................ 145 5.3 Lập trình CAD/CAM phay contour .................................................... 150 2
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: Lập trình CAD/CAM Mã số mô đun:MĐ46 Thời gian của mô đun: 60giờ I.Vị trí, tính chất mô đun Vị trí: Lập trình CAD/CAM là mô đun chuyên nghề đầu tiên trong lĩnh vực thiết kế, lập trình gia công CNC tự động. Mô đun được thực hiện sau khi đã học các môn kỹ thuật cơ sở,các môn học chuyên ngành và các mô đun nghề. Tính chất: Mô đun Lập trình CAD/CAM giúp cho người học tiếp cận với công nghệ lập trình tự động tiên tiến; nâng cao kỹ năng thực hành thiết kế và lập trình gia công CNC tiện và phay. Mặt khác mở rộng năng lực sáng tạo trong khai thác thiết bị, đặc biệt trong việc lập trình gia công các chi tiết có hình dạng bề mặt gia công phức tạp. II. Mục tiêu của mô đun: + Trình bày được nguyên lý công nghệ CAD/CAM + Thiết kế được các mô hình 2D; 3D và mô hình dạng mặt. + Thực hiện quá trình lập trình tự động cho CAD/CAM tiện và CAD/CAM phay. + Mô phỏng CNC tiện và phay + Vận dụng được những kiến thức của môn học, mô đun đã học để tiếp thu các mô-đun chuyên môn nghề. + Có ý thức trách nhiệm, chủ động học tập Nội dung mô đun: 1. Nội dung tổng quát và phân phối thời gian: TT Phân phối thời lượng (giờ) Tên các bài trong mô đun Tổng Lý Thực Kiểm số thuyết hành tra 1. Khái quát về công nghệ CAD/CAM 1 1 0 0 2. Giao diện phần mềm CAD/CAM 6 1 5 0 3. Thiết kế mô hình CAD 15 5 9 1 4. CAM tiện 25 7 16 2 5 CAM phay 13 2 10 1 Cộng 60 16 40 4 3
Bài 1: Khái quát về công nghệ CAD/CAM Mục tiêu: Trình bày được khái quát về lịch sử phát triển CAD/CAM và những ứng dụng cơ bản. Phân biệt được những khái niệm cơ bản. Nhận biết được phần cứng, phần mềm và khả năng công nghệ CAD/CAM. Có ý thức tự học, tự nghiên cứu để mở rộng kiến thức, kỹ năng nghề nghiệp. Nội dung : 1.1 Lịch sử phát triển của công nghệ CAD/CAM 1.1.1 Tổng quan về CAD/CAM Những năm cuối thế kỷ 20, công nghệ CAD/CAM đ trở thnh một lĩnh vực đột phá trong thiết kế, chế tạo và sản xuất sản phẩm công nghiệp. CAD (Computer Aided Design) là thiết kế trợ giúp bằng máy tính. CAM (Computer Aided Manufacture) là sản xuất với sự trợ gip của my tính. Hai lnh vực ny ghp nối với nhau đ trở thnh một loại hình cơng nghệ cao, một lnh vực khoa học tổng hợp của sự lin ngnh Cơ khí – Tin học – Điện tử – Tự động hóa. Cùng với sự phát triển của khoa học máy tính, CAD/CAM đ được nhận thức và chấp nhận nhanh chóng trong công nghiệp (công nghiệp dệt – may, công nghiệp nhựa, công nghiệp cơ khí chế tạo ...) vì nĩ l hạt nhn chính để sáng tạo và sản xuất sản phẩm, để tăng năng xuất lao động, giảm cường độ lao động và tự động hóa quá trình sản xuất, nâng cao độ chính xác chi tiết và đạt hiệu quả kinh tế cao. Công việc chuẩn bị sản xuất có vai trò vô cùng quan trọng trong việc hình thành bất kỳ một sản phẩm cơ khí nào. Công việc này bao gồm các khâu chuẩn bị thiết kế (thiết kế kết cấu sản phẩm, các bản vẽ lắp chung của sản phẩm, các cụm máy...), chuẩn bị công nghệ (đảm bảo tính năng công nghệ của kết cấu, thiết lập quy trình công nghệ), thiết kế và chế tạo các trang bị công nghệ và d ng cụ phụ ... kế hoạch hóa quá trình sản xuất và chế tạo sản phẩm trong thời gian ấn định. Ngày nay khoa học kỹ thuật phát triển như vũ bão đòi hỏi người kỹ sư phải không ngừng nâng cao lượng thông tin trong tất cả các khâu của quá trình chuẩn bị sản xuất. Theo các nhà khoa học đã phân tích thì tình hình thiết kế hiện nay cho thấy 90% khối lượng thời gian thiết kế là để tra cứu số liệu cần thiết cho việc tính toán , chỉ có 10% thời gian giành cho lao động sáng tạo và quyết định. Cho nên khoảng 90% khối lượng công việc trên có thể thực hiện bằng máy tính 4
điện tử hoặc máy vẽ tự động. Việc làm này vừa chính xác hơn, vừa chất lượng hơn. Trong sản xuất hàng loạt nhỏ, do đặc điểm là số lượng chi tiết trong loạt ít , số chủng loại lại nhiều cho nên khối lượng thời gian chuẩn bị cho sản xuất rất lớn, mà dạng sản xuất này hiện đang chiếm ưu thế trong nền kinh tế thị trường hiện nay. Tất cả điều đó phải đòi hỏi tạo ra phương pháp thiết kế mới nhờ máy tính điện tử. CAD/CAM là một lĩnh vực nghiên cứu nhằm tạo ra các hệ thống tự động thiết kế và chế tạo. Nó dùng máy tính điện tử để thực hiện một chức năng nhất định để thiết kế và chế tạo sản phẩm. Tự động hóa chế tạo là dùng máy tính điện tử để kế hoạch hóa, điều khiển quá trình sản xuất, điều khiển quá trình cắt gọt kim loại và kiểm tra nguyên công gia công. CAD/CAM kết nối với nhau tạo ra mối quan hệ mật thiết giữa hai dạng hoạt động là thiết kế và chế tạo mà lâu nay người ta coi là khác nhau và không phục thuộc vào nhau. Tự động hóa thiết kế là dùng các hệ thống và phương tiện tính toán giúp người kỹ sư để thiết kế mô phỏng, phân tích và tối ưu hóa giải pháp thiết kế. Phương tiện bao gồm máy tính điện tử, các máy vẽ, máy in, thiết bị đục lỗ băng ...phương tiện lập trình bao gồm chương trình máy,cho phép đảm bảo giao tiếp với máy vẽ và các chương trình ứng dụng để thực hiện chức năng thiết kế. Ví du: Chương trình ứng dụng có thể là chương trình phân tích lực và ứng suất trong kết cấu, chương trình tính toán đặc tính động lực học của máy hoặc chương trình gia công chi tiết trên máy điều khiển theo chương trình số NC hay CNC Mỗi một hãng, viện nghiên cứu hoặc cơ sở sản xuất có những tập hợp chương trình ứng dụng khác nhau tuỳ thuộc vào điều kiện sản xuất ... Hệ thống CAD/CAM là một sản phẩm của CIM (Computer Integrated Manufacturing). Hệ thống này được quản lý và điều hành dựa trên cơ sở dữ liệu trung tâm, hệ thống còn được dùng để lập kế hoạch , biểu đồ , đưa ra các chỉ dẫn và thông tin đảm bảo mục đích kế hoạch sản xuất của nhà máy… 1.1.2 Lịch sử phát triển của CAD/CAM Lúc đầu CAD/CAM là hai ngành phát triển tách biệt nhau, độc lập với nhau trong khoảng 30 năm. Hiện nay chúng được tích hợp thành một hệ, trong đó thiết kế có thể lựa chọn phương án tối ưu và quá trình sản xuất có thể được giám sát và điều khiển từ khâu đầu đến khâu cuối. 5
Phần mềm CAD đầu tiên là SKETCHPAD xuất hiện vào năm 1962 được viết bởi Ivan Sutherland thuộc trường kỹ thuật Massachusetts (MIT – Massachusetts Institute of Technology). Hiện nay trên thế giới đã có hàng ngàn phần mềm CAD và một trong những phần mềm thiết kế nổi tiếng nhất là AutoCAD. AutoCAD phiên bản đầu tiên (Release 1) được công bố tháng 12 – 1982. Cho đến năm 1997 thì đã có phiên bản thứ 14 (Release 14). Từ năm 2000 đến nay, gần như mỗi năm đều có ra đời phiên bản mới. Cũng như hệ CAD, hệ CAM được phát triển ứng dụng đầu tiên tại MIT cho các máy gia công điều khiển số CNC (Computer Numerical Control) bằng máy vi tính vào đầu những năm 1970.Hệ tích hợp CAD/CAM ra đời vào giữa những năm 1970 và 1980. Hình 1.1:Sơ đồ phát triển của hệ thống CAD/CAM. 1.2 Một số khái niệm cơ bản 1.2.1 Khái niệm về công cụ CAD/CAM CAD/CAM là từ viết tắt của thiết kế/ sản xuất có sự trợ giúp của máy tính (Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing) và có nghĩa là sử dụng máy tính để thiết kế và sản xuất. Sản xuất hàng hóacó nghĩa là hàng hóa được sản xuất vì mục đích trao đổi và đáp ứng các yêu cầu của con người trong xã hội. Nhà thiết kế hoặc người lập kế hoạch vẽ hình dáng sản phẩm với những tính năng và chức năng đặc trưng, các phác thảo ban đầu được thực hiện bằng bút chì, giấy, thước và tẩy để quyết định hình dáng và chức năng cần thiết để đưa chúng trong sản phẩm thật. Đây được gọi là thiết kế sản phẩm. 6
Sản phẩm mẫu sẽ được sản xuất để đánh giá và kiểm tra sự thích hợp của sản phẩm cũng như kiểm tra cấu hình sản phẩm trong lĩnh vực sản xuất và các trình tự lặp lại trong sản xuất, kiểm tra và đo lường bởi chính các nhà thiết kế hoặc công nhân. Tuy nhiên, máy tính đã thay thế tất cả các thiết kế, gia công và công việc được thực hiện bởi công cụ gia công như giấy, bút chỉ, thước và thiết bị cắt theo bản nâng cấp trình tự công việc, thiết kế và gia công trong máy tính. Quá trình thực hiện thiết kế và sản xuất hàng hóa bởi CAD/ CAM được hiện thực hóa bằng phát triển các phần mềm gia công có khả năng tương thích với phần cứng máy tính và dữ liệu đồ họa. Ý nghĩa cơ bản của CAD/ CAM là sử dụng máy tính trong thiết kế, sản xuất, chế tạo và gia công trong xã hội công nghiệp hiện đại để đương đầu với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, tự động hóa thiết kế, lĩnh vực chế biến và chế tạo và cuối cùng đạt tới tự động hóa không người lái, tích hợp công nghệ tự động hóa bất chấp sự khác biệt trong việc các mục tiêu cho con người trong ngành công nghiệp. Kết quả mô hình hóa từ hệ thống CAD/CAM (Autodesk Inventor) (HP Designjet T3500) (Projet 460 Plus-Full CMY) (Dongbu Lightec FA-753) Máy in 2D Máy in 3D Máy CNC Thiết bị đầu ra cho hệ thống CAD/ CAM Hình 1.2: Ví dụ về sử dụng hệ thống CAD/ CAM Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính (CAD) có thể được định nghĩa như là khái niệm phát triển thiết kế sản phẩm bằng việc áp dụng công nghệ máy tính trong thiết kế và thiết kế bằng máy tính từ giai đoạn khái niệm cơ bản đến định hình và mô hình sản xuất, giai đoạn cuối của quá trình sản xuất. Đặc biệt, nó là 7
khái niệm của tự động hóa thiết kế để biểu diễn các bản vẽ 2D, mô hình 3D, giai đoạn thiết kế và kiểm tra. Tuy nhiên, CAD đóng vai trò trong việc thiết kế sản phẩm một cách hiệu quả cho người dùng hoặc nhà thiết kế bằng cách biểu thịdữ liệu cho thiết kế bằngmô hình 2D và 3D với khả năng xử lý các dữ liệu khác nhau định dạng bởi máy tính. Ứng dụng CAD với những khái niệm như vậy được phân loại như sau: Phác thảo bằng máy tính Trong quá khứ, người ta phác họa các bản vẽ bằng thước và bút chì nhưng nay, các bản vẽ được thực hiện bởi các phẫn mềm vẽ và máy tính và nó là bản mô phỏng theo các bản vẽ hiện hành. (a) Hình dáng 2D của xe bus (b) Bề mặt 3D của xe bus Hình 1.3: Hình 2D và mô hình 2D (hệ thống VX) Thiết kế bằng máy tính Đây là giai đoạn áp dụng CAD với ứng dụng rộng nhất trong xã hội công nghiệp và nó là giai đoạn gia côngtính toán thiết kế khác nhau và lựa chọn dữ liệu từ giới thiệu sản phẩm cho đến quá trình sản xuất (phần cứng/ phần mềm) Kỹ thuật/ phân tích Nó dành cho nhóm nghiên cứu và thiết kế (R&D) trong thử nghiệm sản phẩm hoặc trong phòng thí nghiệm và thay đổi từ đánh giá tính ổn định, hiệu quả và sự phù hợp của sản phẩm với các sản phẩm thí điểm tới sử dụng máy tính và phầm mềm, áp dụng cho các tình huống tương tự cho kiểm tra, hiểu tình trạng sản phẩm và xử lý bằng hình ảnh. Đây là công nghệ yêu cầu dữ liệu để xử lý và sản xuất sản phẩm với mô hình máy tính dựa trên khái niệm chế tạo sản xuất có sự trợ giúp của máy tính (CAM) nghĩa là gia công với máy CNC, lập kế hoạch quy trình (quyết định phương thức và quy trình sản xuất), quản lý sản xuất và lập kế hoạch vật liệu yêu cầu (MRP: kế hoạch để tối ưu hóa quá trình sản xuất bằng cách kiểm soát dòng nguyên liệu từ đặt hàng các nguyên liệu thô đến sản xuất sản phẩm cuối 8
cùng), quá trình và ứng dụng công nghệ máy tính trong toàn bộ quá trình như kiểm tra, lắp ráp và sản xuất. -Lập trình CNC bằng máy tính Viết chương trình để điều khiển máy CNC -Kế hoạch tự động hóa quy trình bằng máy tính Tạo lệnh gia công để sản xuât sản phẩm hoặc bộ phận. -Thiết lập tiêu chuẩn làm việc bằng máy tính Thiết lập tiêu chuẩn thời gian cho từng trình tự bởi quy trình sản xuất dựa trên tiêu chuẩn thời gian làm việc. -Lập kế hoạch tiến độ sản xuất bằng máy tính Thiết lập tiến độ dựa trên kế hoạch quá trình trong nhà máy bằng máy tính. -Lập kế hoạch cung cấp nguyên liệu bằng máy tính Thiết lập kế hoạch cung cấp và quản lý đối với các nguyên liệu cần thiết và nguyên liệu dư thừa để đạt được kế hoạch quy trình và tiến độ sản xuất. -Kiểm soát luồng quy trình Kiểm soát dây chuyền sản xuất và vị trí thiết bị bằng máy tính để duy trì hệ thống quy trình đúng giờ cho sản xuất linh hoạt. Tuy nhiên cuốn sách này chỉ đề cập đến sản xuất có sự trợ giúp của máy tính trong quá trình gia công cơ khí với CNC bởi sự hạn chế về thời gian và khối lượng công việc quá lớn để có thể bao quát được kỹ thuật sản xuất. Ngoài ra, quy trình thiết kế sản phẩm và phân tích trước đótrực tiếp sản xuất để kiểm tra, xem xét và đánh giá về độ bền và khả năng của sản phẩm, gây ra một sự lãng phí lớn về tiền bạc và thủ tục cho công ty. Hình 1.4: Ví dụ về CAM (máy móc sản xuất) (Hệ thống NX, tập đoàn SIEMENS) 9
Hình 1.5: Ví dụ về hệ thống CAE (hệ thống NX, tập đoàn SIEMENS) Tuy nhiên, nhờ sự phát triển trong việc áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn, một lĩnh vực của phân tích kỹ thuật với kỹ thuật lập trình máy tính từ những năm 1950, các thử nghiệm mô phỏng và đánh giá đã được thực hiện bởi máy tính giúp phân tích trước và tiết kiệm được thời gian, chi phí sản xuất sản phẩm sau khi đánh giá rằng không có vấn đề từ các mô phỏng máy tính. Đây được gọi là phân tích kỹ thuật có sự trợ giúp của máy tính (Computer Aided Engineering) Hình 1.6: Quy trình CAE 10
Hình 1.7: Biểu đồ giữa CAD/CAM và quy trình sản xuất sản phẩm 1.2.2 Các phương pháp điều khiển Điều khiển điển (hay điều khiển theo vị trí) được dùng để gia công các lỗ bằng các phương pháp khoan, khoét, doa và cắt ren lỗ. Ở đây chi tiết gia công được gá cố định trên bàn máy, dụng cụ cắt thực hiện chạy dao nhanh đến các vị trí đã lập trình. Khi đạt tới các điểm đích dao bắt đầu cắt (hình 1-8a), tuy nhiên cũng có trường hợp dao không dịch chuyển.mà bàn máy dịch chuyển. mục đích chính cần đạt là các kích thước vị trí của các lỗ phải chính xác, còn quĩ đạo chuyển động là của dao hay của bàn máy điều không có ý Kiểm tra thiết kế nghĩa lắm. Vị trí của các lỗ có thể được điều khiển đồng thời theo hai trục hoặc điều khiển kế tiếp nhau. 11
Làm sản phẩm thử Xây dựng dây chuyền cho sản xuất hàng loạt Quyết định chất lượng thiết kế Tài liệu toàn bộ quá trình thiết kế Quyết định quy trình sản xuất Hình 1.8a: Điều khiển điểm - điểm Điều khiển đường thẳng (hình1-8b) là dạng điều khiển mà khi gia công dụng cụ cắt thực hiện lượng chạy dao theo một đường thẳng nào đó song song với một trục tọa độ. Dạng điều khiển này được dùng cho các máy phay và máy tiện đơn giản. Hình 1.8b: Điều khiển theo đường Điều khiển theo đường viền (theo contour, hình 1-8c) cho phép thực hiện chạy dao trên nhiều trục cùng lúc. Hình 1.8c: Điều khiển theo contuor Tùy theo số trục được điều khiển đồng thời khi gia công người ta phân biệt: điều khiển đường viền 2D, điều khiển đường viền 2.5D và điều khiển đường viền 3D, 4D, 5D. Điều khiển đường viền 2D cho phép thực hiện chạy dao theo hai trục đồng thời trong một mặt phẳng gia công, ví dụ, trong mặt phẳng XZ hoặc XY trên hình 1-8a. Trục thứ ba được điều khiển hoàn toàn độc lập với hai trục kia. 12
a) b) Điều khiển 2D b)Điề khiển 2.1/2D Hình 1.10: Điều khiển theo đường viền Điều khiển đường viền 2.5D (hình 1-10) cho phép ăn dao đồng thời theo hai trục nào đó để gia công bề mặt trong một mặt phẳng nhất định. Trên máy CNC có 3 trục X, Y, Z ta sẽ điều khiển được đồng thời X và Y; X và Z hoặc Y và Z. Điều khiển đường viền 3D cho phép đồngthời chạy dao theo cả 3 trục X, Y, Z. Cả ba trục chuyển động hòa hợp với nhau hay có quan hệràng buộc hàm số, (hình 1-11).Ta thấy đường viền được gia công do cả3 lượng chạy dao theo trục X, Y, Z tạo thành.Điều khiển đường viền 3D được ứng dụng đểgia công các khuôn mẫu, gia công các chi tiếtcó bề mặt không phức tạp. Hình 1.11: Điều khiển 3D Điều khiển 4D (hình 1-12a)và điều khiển 5D (hình 1-12b): Ngoài các trục tịnh tiến X, Y và Z ở đây còn các trục quay cũng được điều khiển số. Nhờ điều khiển 4D và 5D người ta có thể gia công các chi tiết phức tạp như các khuôn rèn dập, các khuôn đúc áp lực hoặc các cánh tuabin. 13
a) b) Hình 1-12a Điều khiển đường viền 4D. Hình 1-12b Điều khiển đường viền 5D. 1.3 Mối quan hệ CAD/CAM trong quá trình sản xuất Quá trình sản xuất sản phẩm là quá trình mà ở đó sản phẩm được lên kế hoạch, thiết kế, sản xuất và chuyển đến tay khách hàng và chúng ta cần phải hiểu rõ vị trí của CAD/CAM trong quá trình này. Hình 1.6 cho thấy mỗi quan hệ giữa chu kỳ sản xuất và CAD/CAM. Dù rằng có vẻ như quá trình sản xuất chỉ dựa trên một nguyên tắc đơn giản là theo nhu cầu của khách hàng đối với sản phẩm (nhu cầu thị trường), nhưng quá trình sản xuất thực sự được quyết định bởi các yếu tố phức tạp như trình độ kỹ thuật và sự thay đổi của thị trường tiêu thụ. Rất khó để phân biệt rõ CAD và CAM cho đến khi một sản phẩm được tung ra nhưng trong hình 1.6 đã phần nào thể hiện được sự khác biệt. Như trong hình 1.6, hình ảnh hoặc ý tưởng về sản phẩm sẽ được thực hiện bởi con người, CAD bao gồm thiết kế, kiểm tra thiết kế và các thay đổi trong thiết kế bởi các kết quả phân tích và CAM là làm thế nào để đẩy nhanh quá trình lắp ráp ngoài thiết kế như thiết kế sản xuất và lập kế hoạch sản xuất. Do đó, chúng ta phải suy nghĩ về việc phải chăng hệ thống sản xuất hiện tại sử dụng hệ thống CAD/CAM trong thiết kế và sản xuất và hệ thống sử dụng có hiệu quả máy tính và con người trong công ty sản xuất hay các bộ phận liên quan sẽ hiểu được toàn bộ các vấn đề của hệ thống CAD/CAM như ứng dụng, toàn cảnh và định nghĩa hay không. 1.3.1 Sự cần thiết của CAD/CAM Sự đổi mới trong lĩnh vực thiết kế và sản xuất như tự động hóa văn phòng (OA) là lý do khiến hệ thống CAD/CAM tỏa sáng trong xã hội công nghiệp. Chính hệ thống CAD/CAM tạo nên cơ hội đột phá cho các nước công nghiệp phát triển đạt được xóa bỏ lao động, hợp lý hóa và tiêu chuẩn hóa. Nó tập trung 14
vào sự cần thiết đối với các ứng dụng hệ thống CAD/CAM. Ở đây, nó bao gồm nền tảng cho hệ thống CAD/ CAM trong xã hội công nghiệp. 1.3.1.1 Sự thay đổi của thị trường - Yêu cầu tiêu dùng đa dạng Khi nền kinh tế phát triển cuộc sống của con người trở nên tốt hơn yêu cầu tiêu dùng cũng trở nên đa dạng. Điều này dẫn đến các công ty sản xuất cần phải phát triển nhiều sản phẩm khác nhau để đáp ứng cho từng đối tượng khách hàng khác nhau. - Cạnh tranh khốc liệt về giá Rất nhiều nhà máy và công ty đã được xây dựng bởi sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp. Nhiều công ty khác nhau lại bán những sản phẩm tương tự nhau. Khi đó, sự cạnh tranh về giá xuất hiện và các sản phẩm với mức giá thấp hơn nhưng với chất lượng tương đương sẽ được tiêu thụ. - Cạnh tranh quốc tế Mở rộng trường hợp nêu trên trong khu vực quốc tế, sản phẩm với mức giá thấp và chất lượng như nhau tự nhiên làm tăng thêm tính cạnh tranh trong mức giá và chất lượng sản phẩm quốc tế. - Cụm sản phẩm Một sản phẩm hướng đến khách hàng ở những tầng lớp khác nhau tự nhiên mang đến nhiều loại sản phẩm hoặc mô hình sản xuất. Cần phải đơn giản hóa và gộp kiến thức về các sản phẩm khác nhau. - Rút ngắn vòng đời sản phẩm Bởi vì nhu cầu của khách hàng về kiểu cách thay đổi nhanh chóng từ màu sắc, chức năng, hình dáng, kích thước và các công ty đáp ứng xu hướng. 1.3.1.2 Thay đổi trong thiết kế - Cạnh tranh gay gắt trong phát triển sản phẩm mới - Các công ty phải đa dạng hoá sản phẩm để đáp ứng nhu cầu khác nhau của khách hàng, chắc chắn sẽ tạo ra những đối thủ để phát triển sản phẩm mới hợp xu hướng. - Nhiều yêu cầu hơn đối với sản phẩm chất lượng cao và mức giá thấp - Trong môi trường cạnh tranh gay gắt, người tiêu dùng thường so sánh chất lượng và giá cả sản phẩm dựa trên mong muốn khác nhau, nó làm tăng mức độ tiêu dùng và tính cạnh tranh của sản phẩm, điều này khiến các công ty phát triển sản phẩm với chất lượng cao và giá thấp. 15
- Rút ngắn chu trình thiết kế - Các điều 1 và 2 phía trên rút làm ngắn vòng đời sản phẩm cũng như giai đoạn phát triển sản phẩm mới - Gia tăng công việc thiết kế bởi sự đa dạng đặc điểm kỹ thuật sản phẩm Việc rút ngắn chu trình thiết kế và đa dạng hoá mẫu tăng chất lượng sản phẩm đã được phát triển và quản lý bởi các công ty và mở rộng mức phổ biến của đặc điểm kỹ thuật của sản phẩm trong thiết kế và phát triển. 1.3.1.3 Thay đổi môi trường sản xuất - Sản xuất hàng loạt số lượng nhỏ Chu kỳ sản phẩm ngắn hơn dẫn điến việc thay đổi liên tục về mẫu và thiết kế, nhanh chóng thay đổi dây chuyền sản xuất và phát triển các sản phẩm khác nhau nhằm đáp ứng nhu cầu của khách hàng. Do đó, các nhà máy sản xuất sẽ sản xuất đủ loại sản phẩm. - Mở rộng tự động hóa sản xuất Sự gia tăng áp dụng tự động hoá nhà máy làm giảm đáng kể chi phí lao động và nâng cao năng suất. - Tăng tỷ lệ hoạt động của máy móc Công ty tự động hoá thiết bị nhằm sử dụng hết các thiết bị và ngăn ngừa lỗi trong các trong thử nghiệm. Nó có nghĩa loại bỏ những hạn chế trong sản xuất bởi các sự cố. 1.3.1.4 Thay đổi về nguồn nhân lực - Trình độ cao Khi mà chi phí cho những lao động có trình độ cao gia tăng thì việc áp dụng tự động hoá vào trong những công việc chỉ yêu cầu về số lượng nhân công góp phần làm giảm sự gia tăng lao động. - Tuổi tác Thật là khó để đảm bảo cho những người mới bởi sự gia tăng tỷ lệ lao động trẻ những người đang làm việc và trên phạm vi công việc lớn so với sự bùng nổ và mở rộng của các công ty hay ngành công nghiệp. - Giảm giờ làm thêm và công việc ban đêm Cuộc sống thuận lợi của người lao động, sự phát triển của xã hội và sự gia tăng trong chi phí nhân công có xu hướng khiến họ muốn có nhiều thời gian rảnh rỗi càng nhiều càng tốt trong khi đó các công ty lại phải chịu gánh nặng về 16
việc chi trả chi phí làm thêm giờ cho những việc tăng thêm. Điều này khiến các công ty phải giải quyết một khối lượng công việc lớn trong giờ làm. - Hướng tới công việc sáng tạo Con người cảm thấy buồn chán và mệt mỏi khi làm một công việc lặp đi lặp lại mỗi ngày. Con người luôn muốn tìm kiếm những gì mới mẻ. Điều này tạo nền tảng cho máy móc làm các công việc thủ công bởi con người luôn mong muốn được sáng tạo với bộ não của mình thoát khỏi sự nhàm chán bởi sự lặp đi lặp lại. - Thiếu kỹ thuật viên kinh nghiệm Như đã nói ở trên, khi mà con người tránh các công việc thủ công sẽ gây ra sự thiếu hụt về số lượng kỹ thuật viên giàu kinh nghiệm. Đây là lý do thay thế các công việc vốn được thực hiện những công nhân giàu kinh nghiệm bằng máy móc và tự động hoá. 1.4 Phần cứng, phân mềm và cơ sở dư liệu CAD/CAM 1.4.1 Giới thiệu CAD/CAM có thể được phân loại như các ngành công nghiệp thứ cấp với sự hài hòa của các phần cứng và phần mềm máy tính. Đặc biệt, các máy tính đã được sử dụng một cách hiệu quả trong việc quản lý trong lĩnh vực quản lý và đã được mở rộng đến CAD / CAM. Bởi thế, máy tính là yếu tố quan trọng nhất trong CAD/CAM và nội dung chương này bao gồm phần cứng và phần mềm CAD/CAM sau khi đã hiểu rõ các khái niệm, nguyên tắc hoạt động và công nghệ của máy tính Đặc biệt, phần mềm CAD/CAM đã được sử dụng trong một hệ thống lớn hơn là một chiếc máy tính nhỏ bé nhưng sự phát triển nhanh chóng của máy tính cá nhân (PC) đã dẫn đến việc sử dụng phần mềm CAD/CAM bằng máy tính và người bình bình thường có thể dễ dàng truy cập vào lĩnh vực này. Trong những năm 1990, sự phát triển nhanh chóng của phần cứng máy tính cho CAD/CAM, hệ thống 3D CAD/CAM hay các kỹ thuật mô hình hóa 3D được thực hiện tại các trạm làm việc kỹ thuật hay các tính năng kỹ thuật cao hơn đã được thực hiện ở cấp độ máy tính. 17
Hình 1.13: Mối liên hệ giữa máy tính và người dùng Hiện nay, có thể nói rằng máy tính là thiết bị điện tử được vận hành và sử dụng dựa trên nền tảng toán học và logic. Các phần cứng của máy tính bao gồm: - Đơn vị xử lý trung tâm (CPU) - Bộ nhớ phụ hoặc bộ phận lưu trữ tập tin (file) Hình 1.14: Sơ đồ khối và dòng dữ liệu Ở đây, như trong hình 1.14, CPU bao gồm bộ điều khiển, bộ số học – logic và đơn vị xử lý trung tâm, các tín hiệu qua lại trao đổi bên trong các thiết bị của máy tính, tín hiệu và các lệnh giữa thiết bị đầu vào và đầu ra. 1.4.2 Đơn vị xử lý trung tâm (CPU) CPU là phần cốt lõi của hệ thống máy tính. CPU nhận dữ liệu từ thiết bị đầu vào và lưu trữ tập tin, xử lý số liệu, thực hiện quy trình toán học và gửi chúng đến hệ thống lưu trữ tập tin cho thiết bịđầu ra hoặc để lưu trữ. CPU được xây dựng như dưới đây để thực hiện các công việc nêu trên. 18
- Bộ nhớ - ALU: Bộ số học và logic - Bộ điều khiển - Bộ nhớ chính 1.4.2.1 Bộ nhớ Bộ nhớ là hoàn toàn khác với đơn vị lưu trữ tập tin hoặc bộ nhớ phụ. Hai đơn vị bộ nhớ này lưu trữ dữ liệu được thể hiện như những con số được mã hóa hoặc các ký tự và được xử lý dữ liệu bằng cách nhóm các số hoặc ký tự được mã hóa như mong muốn. Ở đây, mỗi nhóm được lưu trữ vào một phần của bộ nhớ với nhận dạng duy nhất và được gọi là địa chỉ. Mục tiêu chính của bộ nhớ là để giữ và lưu trữ dữ liệu. Các con số hoặc các ký tự từ thiết bị đầu vào được gửi đến đơn vị xử lý để phân tích và kết quả sẽ được gửi trở lại bộ nhớ. Ở đây, dữ liệu tạm thời được lưu trữ vào bộ nhớ trước khi nó được truyền đển thiết bị đầu ra. Mục đích thứ hai của bộ nhớ là để giữ các hướng dẫn chương trình cần thiết để máy tính hoạt động. Các hướng dẫn này thường được mã hóa bằng số, đọc lệnh từ thiết bị đầu vào như bàn phím hoặc chuột vào bộ nhớ và thực hiện công việc bởi bộ số học – logic và bộ điều khiển. 1.4.2.2 Bộ số học – logic Bộ bao gồm các bộ số học thực hiện các phép tính (cộng, trừ, nhân, chia) và bộ logic để phân biệt tăng hoặc giảm và lựa chọn đường dẫn phụ thuộc vào chạy chương trình. Bộ đơn vị số học – logic bao gồm hơn 1 thanh ghi. Ở đây, mỗi thanh ghi bao gồm các mạch điện. Chức năng như sau. Thanh ghi là việc lưu trữ dữ liệu đặc biệt trong CPU. Kích thước mỗi thanh ghi phụ thuộc vào số bit nhị phân của dữ liệu với các thiết bị điện. Hầu hết các bit được tạo thành từ 4 đến 64 mã nhị phân. Nó là hệ nhị phân 0 và 1 cho dữ liệu 4 bit, nó thể hiện dữ liệu 16 và trở thành chuẩn mực cho việc xử lý dữ liệu của máy tính. 1.4.2.3 Bộ điều khiển Nó là một phần của CPU và khiến máy hoạt động dựa trên các chỉ dẫn trong chương trình. Ở đây, chỉ dẫn liên tục được từ bộ nhớ đến bộ điều khiển, bộ điều khiển chuyển các lệnh để kích hoạt các thiết bị và đưa ra các tín hiệu tương ứng. 1.4.2.4 Bộ nhớ chính (bộ nhớ trong) 19