- Trang Chủ
- Điện - Điện tử
- 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
Xem mẫu
- 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
nguon tai.lieu . vn