124
CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CAD/CAM
CIMATRON TRONG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO KHUÔN MẪU
Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng trong lĩnh vực thiết kế và gia công. Nhiều
công ty phát triển phần mềm và các viện nghiên cứu trên thế giới đã đưa ra hàng
loạt các phần mềm trợ giúp trong lĩnh vực này và không ngừng phát triển chúng
để tăng cường thêm các chức năng cho chúng cũng như làm cho việc sử dụng
chúng trở nên thuận tiện hơn.
Các hệ thống phần mềm trợ giúp việc thiết kế và gia công được phát triển theo
hai hướng chính:
 Các phần mềm thuộc nhóm " Best in Class"
 Các phần mềm tích hợp " Integrated System "
1. Các phần mềm " Best in Class"
Các phần mềm thuộc nhóm này thường thực hiện một chức năng trợ giúp
cụ thể ví dụ như : Thiết kế các mô hình hình học, phân tích các phần tử hữu hạn,
Tính toán động học và động lực học cơ cấu. Các phần mềm này có hàng loạt các
ưu điểm sau:
Giá thành rẻ hơn nhiều so với các hệ tích hợp
 Việc khai thác các tính năng của chúng tương đối đơn giản
 Không đòi hỏi cấu hình của máy tính cao
Chính vì những lý do này chúng được đưa vào sử dụng khá rộng rãi. Tuy
nhiên các phần mềm loại này cũng có một số các hạn chế sau:
 Do mỗi phần mềm chỉ thực hiện được một chức năng trợ giúp, nên để
thực hiện toàn bộ quy trình từ thiết kế đến chế tạo một sản phẩm ta phải
sử dụng nhiều phần mềm khác nhau và yêu cầu các phần mềm này phải
có tính tương thích cao để có thể trao đổi dữ liệu một cách dễ dàng
Do không dùng chung một cơ sở dữ liệu nên các việc cập nhật các thay
đổi của một khâu bất kỳ trong quá trình tạo ra sản phẩm tương đối khó
khăn.
Các hạn chế này của hệ phần mềm " Best in Class " sẽ được giải quyết
bằng các hệ thống tích hợp
2. Các phần mềm tích hợp
125
Các phần mềm tích hợp được hình thành bởi việc liên kết nhiều mô đul
khác nhau trong một hệ thống thống nhất. Mỗi mô đul thực hiện một công đoạn
của quá trình thiết kế - chế tạo.
Trong những năm gần đây các hệ thống tích hợp được nhiều nhà thiết kế -
chế tạo hàng đầu trên thế giới quan tâm và đưa vào sử dụng nhờ các lý do sau:
 Các hệ thống tích hợp dùng chung một cơ sở dữ liệu tạo điều kiện cho
việc nhanh chóng cập nhật các thay đổi
 Một trong những ưu điểm nổi bật của các hệ tích hợp là khả năng kiểm
tra độ tương thích của các chi tiết thiết kế trong một khối lắp ráp tổng
thể và thực hiện các hiệu chỉnh nếu cần thiết
Ở Việt nam, trong những năm gần đây các phần mềm trợ giúp trong thiết kế
- chế tạo đã được biết đến và đưa vào áp dụng ở các mức độ khác nhau. Tuy
nhiên các phần mềm này chủ yếu thuộc nhóm " Best in Class " với các tính năng
tương đối hạn chế ví dụ như:
 Trong lĩnh vực thiết kế hình học Autocad của Autodesk đã được đưa
vào sử dụng khá rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như Chế tạo
máy, Xây dựng, Kiến trúc. .. Tuy nhiên Autocad chỉ hạn chế ở mức độ
đưa ra các bản vẽ phẳng và in ấn chúng, còn khả năng xây dựng mô
hình không gian của nó còn rất nhiều hạn chế
 Trong lĩnh vực phân tích các phần tử hữu hạn, các phần mềm khác nhau
như SHAP 90, ANSYS ... cũng được nhiều người biết tới
 Phần mềm ALASKA của đức được đưa vào sử dụng khá rộng rãi ở các
viện nghiên cứu và trường đại học trong cả nước, đặc biệt trong lĩnh vực
phân tích động học và động lực học của cơ hệ nhiều vật
Các hệ tích hợp mặc dù có những tính năng hết sức mạnh mẽ nhưng vẫn
còn hết sức mới mẻ đối với chúng ta. Trong số các hệ thống tích hợp khác nhau
trên thế giới, CIMATRON được biết đến như là một trong những hệ thống thành
công nhất:
CIMATRON là hệ thống tích hợp đặc sắc nhất được dùng trong lĩnh vực
thiết kế và gia công cơ khí do nhóm chuyên gia của Nhật và Israel hợp tác xây
dựng từ năm 1990. Nó nối kết CAD - CAM thành một hệ thống hoàn chỉnh,
ngoài ra CIMATRON còn cho phép chúng ta tạo ra mô hình các phần tử hữu hạn
từ mô hình hình học dựng được trong CAD dùng trong việc tính toán trạng thái
vật lý của chi tiết ví dụ như: tính nhiệt (tính toán quá trình truyền nhiệt, ứng suất
nhiệt), tính bền ...
Toàn bộ hệ thống Cimatron bao gồm bốn Modul:
126
CIMATRON - MODELING
CIMATRON - DRAFTING
CIMATRON - FEM
CIMATRON - NC
Tạo ra một chu trình tích hợp khép kín trợ giúp chúng ta trong các bước
khác nhau của quá trình Thiết kế - Gia công :
1. THIẾT KẾ
Trong lĩnh vực thiết kế mô hình, Cimatron cung cấp cho chúng ta các công
cụ hiệu quả để xây dựng các kiểu mô hình hình học khác nhau như:
Mô hình khung dây ( Wire - Frame )
Mô hình bề mặt ( Surfaces )
Mô hình thể đặc ( Solid )
Với các công cụ này, cho dù bạn làm việc với các mô hình khung dây, bề
mặt hoặc mô hình thể đặc, Cimatron cho phép bạn xây dựng hầu như tất cả
những gì mà bạn có thể tưởng tượng ra. Làm việc theo trình tự từ trên xuống
hoặc từ dưới lên, sao cho phù hợp nhất đối với công việc đang thực hiện. Tính
thống nhất của các phép toán lô gíc, một giao diện đồ hoạ trực quan và một cơ sở
dữ liệu dùng chung xúc tiến việc chuẩn bị cho việc gia công mô hình của bạn
Mô hình khung dây và bề mặt
Mô hình khung dây và bề mặt của cimatron cung cấp đầy đủ các phần tử
hình học bao gồm cả các mặt Bezie, Gregory và Nurbs. Tạo ra thậm chí cả các bề
mặt điêu khắc phức tạp một cách dễ dàng. Các lệnh thiết kế, một bộ công cụ
mềm dẻo, mạnh mẽ và toàn diện chứa đựng cả những phép pha trộn tinh xảo, vê
tròn và cắt tỉa nhiều mặt. Một số lượng lớn các công cụ thẩm tra và hiệu chỉnh
cho phép các thay đổi nhanh chóng và đảm bảo một độ chính xác tuyệt đối.
Mô hình thể rắn
Việc mô hình hoá bằng phương thức khối thuộc tính cơ sở thiết kế được
những mô hình tự do và trực quan.
Hệ thống sẽ hướng dẫn bạn một cách trực quan, tự động gọi ra công cụ vẽ
phác trong khi hiển thị ra một cách thích hợp các đường trợ giúp thiết kế để bắt
các đối tượng hoặc nhắc bạn khi đối tượng vượt ra hoặc bên trong các ràng buộc.
Định nghĩa các ràng buộc khi bạn vẽ phác, hoặc thêm vào nó sau này. Bạn luôn
duy trì được một sự kiểm soát một cách hoàn toàn các mối quan hệ thông số với
khả năng thay đổi ở bất kỳ thời điểm nào.
127
2. DỰNG BẢN VẼ
Cimatron Draft được thiết kế để mở rộng tối đa chất lượng của bản thiết kế
cơ khí. Nó cung cấp các bản vẽ một cách nhanh chóng và thông minh, trong khi
vẫn duy trì các mối quan hệ với mô hình hình học
Các hình chiếu và hình chiếu riêng phần được chiếu tự động từ mô hình 2D
và 3D của bạn ở bất kỳ một góc chiếu nào mà bạn muốn. Các hình chiếu được
nối kết với mô hình được tự động cập nhật khi mô hình bị thay đổi. dễ dàng tạo
ra các bản vẽ phức hợp chứa đựng nhiều hình chiếu, mà chúng có thể xếp xắp
thẳng hàng với nhau và hiệu chỉnh một cách riêng rẽ. Tất cả các kích thước, dung
sai, mặt cắt, chú thích có thể được hiệu chỉnh mà không cần nhập lại các dữ liệu
đưa vào trước đó
3. TRONG LĨNH VỰC TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH
ứng dụng FEM trong Cimatron là công cụ giúp chúng ta phân tích trạng
thái vật lý của chi tiết thiết kế, quá trình này được thực hiện qua 3 bước:
 Pre-Processing (Tiền sử lý )
Analyze ( phân tích )
Post - Processing ( quá trình hậu sử lý )
Trong đó Cimatron sẽ trợ giúp chúng ta trong hai bước phức tạp nhất đó là bước
tiền sử lý và hậu sử lý.
Pre-Processing
Trong quá trình phân tích, tính toán bước tiền sử lý thực chất là việc tạo ra mô
hình các phần tử hữu hạn. ở đây bề mặt của mô hình hình học sẽ được chia ra
thành lưới phần tử, các khối thể đặc sẽ được phân ra thành một số lớn các phần
tử, Ngoại lực, vật liệu cũng như các điều kiện biên ràng buộc sẽ được gán cho
mô hình. Đây là một công việc hết sức tỉ mỉ và mất thời gian. Tuy nhiên trong
Cimatron FEM, hầu như mọi việc được thực hiện một cách nhẹ nhàng và nhanh
chóng:
Trên cơ sở của mô hình hình học đã tạo dựng trong CIM - Modeling, việc chia
các phần tử được tiến hành một cách tự động theo một độ chính xác yêu cầu, hệ
thống sẽ tự động tính cho ta được toạ độ các điểm nút.
Hệ thống cung cấp sẵn cho chúng ta một thư viện các loại phần tử, vật liệu, các
kiểu tác dụng của ngoại lực để chúng ta có thể dễ dàng gán hoặc đặt chúng lên
mô hình.
128
CIMATRON
MODELINGDRAFTINGCIMATRON-NC CIMATRON-FEM
PRE-
PROCESSING
POST-
PROCESSING SOLID WIRE-FRAME
SURFACES
ANALYZE
CSDL
Hình 3.1. Sơ đồ tổng quan các chức năng của Cimatron
Ngoài ra các khả năng sau đây của công cụ biên tập trong Cimatron - FEM cho
phép ta đạt được một lưới tối ưu các phần tử:
 Nối tự động hoặc trực quan các điểm nút
 Trộn, nhập các lưới có mật độ khác nhau
 Thay đổi vị trí các điểm nút cùng với việc tự động cân đối các phần tử
liên kết với điểm nút đó.
 Thay đổi vị trí, sao chép, xoá, xoay bất kỳ một phần nào của lưới đã
được tạo ra.
Post - Processing
129
Cho phép chúng ta hiển thị các kết quả tính toán khác nhau như ứng suất,
nhiệt độ, biến dạng, phản lực, Gradient ứng suất .... ở đây chúng ta có thể lựa
chọn:
 Kết quả đưa ra dạng số hay đồ hoạ
 Hiển thị riêng hay đồng thời mô hình bị biến dạng và mô hình nguyên
thuỷ
 Lựa chọn các màu sắc và tỷ lệ xích khác nhau để dễ dàng quan sát
Nếu kết quả đưa ra ở dạng đồ hoạ, ta có thể lưu lại nó dưới dạng một tấm
ảnh để dễ dàng có thể sử dụng lại nó khi cần phải so sánh các kết quả khác nhau
trong quá trình hiệu chỉnh, cải tiến mô hình
Mô hình hình học và mô hình các phần tử hữu hạn có thể được hiệu chỉnh
ngay trong Post - Processing. Như vậy với sự trợ giúp của các công cụ mà
Cimatron cung cấp chúng ta hoàn toàn có thể kiểm tra các kết quả tính toán, cô
lập được các vùng nguy hiểm, đưa ra các hiệu chỉnh cần thiết và thông qua cơ sở
dữ liệu dùng chung để cập nhật kịp thời các thay đổi.
4. GIA CÔNG
Trong nền công nghiệp không có gì được coi là hiển nhiên, tuy nhiên
Cimatron là một ngoại lệ. Các thao tác trực tiếp trên cơ sở dữ liệu của mô hình
thiết kế, Cimatron NC tạo ra một đường chạy dao chính xác cho bất kỳ một bộ
điều khiển số quá trình gia công nào. Nó cung cấp một giải pháp toàn diện cho
các máy tiện, phay, khoan, dập và máy cắt xung điện từ 2.5 đến 5 trục. Công cụ
quản lý các đường chạy dao cung cấp khả năng kiểm soát một cách tổng thể việc
tạo ra, thay đổi và hiển thị tất cả các thao tác NC.
Với những đặc tính tiện dụng và sức mạnh của mình, mặc dù yêu cầu các
cấu hình về phần cứng khá cao: Tối thiểu là máy 486, bộ nhớ trong 16 MB , Card
màn hình 1MB, không gian tự do trên đĩa cứng lớn hơn 150 MB , giá thành của
phần mềm khá đắt, nhưng chỉ sau một thời gian ngắn hệ thống phần mềm này đã
được các công ty hàng đầu trên thế giới sử dụng. Theo số liệu thống kê của hãng
SEILO, khoảng 85 % sản phẩm của ngành công nghệ cao được tạo ra bởi sự trợ
giúp của CIMATRON.
3.1. Giao diện của CIMATRON
3.1.1. Màn hình đồ hoạ của Cimatron
Màn hình đồ hoạ của Cimatron không những giúp chúng ta dễ dàng thực
hiện các lệnh khác nhau mà còn cung cấp cho ta các thông tin khác nhau về chế
130
độ làm việc hiện thời và những thông báo, các dòng nhắc trực tuyến mà màn hình
cung cấp sẽ chỉ dẫn cho chúng ta biết cần phải làm gì ở bước công việc tiếp theo.
Các khối lệnh của Cimatron được bố trí theo cấu trúc hình cây mà ta dễ
dàng tiếp cận với nó thông qua chuột cũng như bàn phím, Màn hình đồ hoạ của
Cimatron được chia ra một số vùng thực hiện một chức năng xác định như trên
hình vẽ :
1. Dòng nhắc (Prompt Area):
Trong khi thực hiện các lệnh của Cimatron ở vùng này luôn hiện ra lời
nhắc, hướng dẫn người sử dụng phải làm những việc gì trong bước tiếp theo. Đôi
khi ở vùng này xuất hiện các dòng nhắc mô tả việc lựa chọn các thông số,
phương án, trong trường hợp này ta phải thay đổi các lựa chọn khi cần thiết và
sau đó ấn Enter
Vïng tr¹ng
th¸i
Dßng h−íng dÉn
Vïng quan hÖ
Dßng nh¾c
Dr af t i ng
No t e
EXIT
UNDO
Vïng c¸c hµm tham
chiÕu tøc thêi
C¸c hµm cña øng dông
hiÖn thêi
C¸c hµm dïng chung
Hình 3.2. Cấu trúc giao diện đồ hoạ của Cimatron
2. Vùng quan hệ :
Vùng này hiện ra các lựa chọn, các tham số hình thức của lệnh đang thực
hiện
3. vùng trạng thái:
131
Thông báo một số tình trạng hiện thời của bản vẽ như : phương pháp xác
định điểm (END, SCREEN, MID, ...), Màu sắc của nét vẽ, lớp hiện thời ...
4. Vùng hàm số (bảng điều khiển)
Bảng điều khiển nằm ở bên lề phải của màn hình chứa các lệnh dùng trong
Cimatron, bao gồm các vùng sau:
Các hàm truy xuất tức thời: gồm những hàm dùng để điều khiển màn
hình, các lớp của bản vẽ. các hàm này có thể được gọi ở bất kỳ thời điểm nào khi
mà hệ thống đang ở trạng thái chờ tín hiệu điều khiển từ chuột
Vùng đường dẫn hiện thời : có 3 phím hiển thị ứng dụng hiện thời, hàm
đang thực hiện và lựa chọn (option) đang được thực hiện.
Vùng các hàm ứng dụng riêng: vùng này hiện ra tên của các hàm
Cimatron ở một ứng dụng xác định. Do không gian bị hạn chế nên chỉ một phần
tên các hàm này được hiện ra để hiển thị phần tiếp theo hoặc phần phía trước của
danh sách tên hàm ta dùng chức năng <SUBMENU> và chức năng <REJECT>
của chuột. Để hiển thị toàn bộ danh sách tên hàm của ứng dụng đang hoạt động
ta dùng chức năng <GLOBAL> của chuột. Các hàm này chỉ có thể truy xuất
được khi lời nhắc <SELECT FUNCTION> xuất hiện.
Vùng các hàm hệ thống dùng chung: nhóm hàm này bao gồm các hàm
dùng để quản lý và điều khiển, các hàm này chung cho tất cả các ứng dụng của
Cimatron và có thể tiếp cận được khi xuất hiện lời nhắc <Select function>
5. Vùng vẽ:
Đó là vùng dành cho việc hiển thị các đối tượng vẽ và ta không thể tiếp cận
được vùng này khi một menu nào đó xuất hiện ở vùng quan hệ
6. Con trỏ :
Mặc định nó là một dấu cộng và xuất hiện chỉ trong vùng vẽ. ta có thể thay
đổi hình dạng của con trỏ nhờ lệnh DISPLAY
7. Dòng thông báo:
Nằm ở phần dưới của màn hình và thường xuyên đưa ra các thông tin trợ
giúp hoặc báo lỗi. trong úng dụng NC ở đây sẽ xuất hiện 2 dòng thông báo về
toạ độ hiện thời của dụng cụ cắt và tốc độ, tên dụng cụ cắt.
3.1.2. Sử dụng chuột trong Cimatron
Cimatron sử dụng chuột 3 phím và nó là thiết bị chủ yếu để thực hiện các
thao tác vẽ cũng như lựa chọn các hàm và Option của nó. Trong Cimatron ta có
thể sử dụng từng phím chuột một cách riêng rẽ hoặc phối hợp chúng với nhau:
132
Phím trái chuột : Thực hiện các chức năng sau:
 Lựa chọn các hàm và Option của hàm,
 Chỉ ra một vị trí xác định trên vùng đồ hoạ
 Chọn các đối tượng vẽ (Entity)
Phím giữa của chuột: Thực hiện chức năng thoát (Exit) trong các tình huống sau:
 Kết thúc việc chọn các đối tượng và thực hiện bước tiếp theo
 Thoát khỏi lựa chọn hiện thời và trở về bước đầu tiên hoặc bước trước
đó của hàm
 Thoát khỏi hàm hiện thời
Phím F5 có chức năng tương đương phím giữa
Phím phải chuột: Thực hiện chức năng <SUBMENU> trong các tình huống sau:
 Gọi các menu con
Để lật trang tiếp theo khi có một danh sách dài
Phím trái kết hợp với phím giữa: Thực hiện chức năng <REJECT> để:
 Huỷ bỏ thao tác vừa thực hiện và trở về trạng thái trước đó
 Cuốn ngược, ví dụ như hiển thị ra màn hình danh sách trước đó của các
hàm trong ứng dụng hiện thời
Phím F6 có chức năng tương đương.
Phím giữa kết hợp với phím phải : Dùng để gọi các hàm truy xuất tức thời.
Phím F8 có tính năng tương tự.
Phím trái kết hợp với phím phải :Dùng để gọi Menu điều khiển chế độ
màn hình như sau:
INDICATE & EXIT INDICATE/ CROSS/ MARK/ CLEAR
PICK CROSS-HAIR NO MARK
Những lựa chọn này rất tiện ích cho việc trình bày ở vùng đồ hoạ của màn
hình mà không phải chọn bất cứ một hàm nào
ở đây:
NIDICATE chỉ ra một điểm ở một vị trí bất kỳ trên màn hình
 PICK chọn và làm sáng đối tượng,
 CROSS hiển thị con trỏ ở dạng dấu chữ thập
CROSS- HAIR Hiển thị con trỏ giống như hai đường thẳng giao nhau
133
 MARK Tạo ra các chấm điểm tại điểm mà ta nháy chuột
NO-MARK không tạo ra các chấm điểm
CLEAR xoá tất cả các dấu chấm điểm tạo ra trong quá trình vẽ
Phối hợp cả 3 phím chuột <GLOBAL> : Sẽ hiển thị danh sách tất cả các
hàm có trong ứng dụng hiện thời
3.1.3. Bàn phím
Trong Cimatron bàn phím được dùng để nhập các dữ liệu dạng ký tự hoặc
số hoặc tiếp cận và sửa đổi các tham số hình thức. Đôi khi bàn phím cũng được
dùng để thực hiện các lệnh khác nhau khi chuột không hoạt động. Thêm vào đó
một số phím có các chức năng đặc biệt sau:
 Các phím mũi tên dùng để dịch chuyển trong màn hình cũng như giữa
các hàm trong danh sách các hàm. Ở đây các phím này có thể dùng thay
chức năng của chuột
Phím xoá lùi (Back space) dùng để xoá một ký tự về phía trước
Phím ENTER dùng để kết thúc việc nhập các dữ liệu số/chữ và khẳng
định một thao tác nào đó
 CTRL giữ chức năng như 1 phím điều khiển và luôn được phối hợp với
một phím khác
CTRL + B gọi tiện ích COLOR SETUP, cho phép xác định màu của
các menu và đối tượng vẽ
CTRL + D xoá điểm, đường thẳng, đường tròn hoặc bề mặt vừa vẽ xong
khi mà hàm dùng để vẽ chúng vẫn còn hoạt động. khoảng 100 đối tượng
vẽ có thể xoá bằng cách này
CTRL + F dùng để làm tươi toàn bộ màn hình, chức năng này không
dùng được khi hệ thống đang chờ nhập văn bản
CTRL + G tạo ra GIF file từ toàn bộ màn hình hiện thời. File này sẽ có
phần mở rộng là GIF
CTRL + X ngừng hoạt động của hàm hiện thời
 ESC thoát khỏi hàm đang hoạt động và trở về lời nhắc <Select
Function>
F10 thoát tạm thời khỏi Cimatron và về DOS. Để trở lại Cimatron ta gõ
EXIT