1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
=== *** ===
LÊ DIÊN HÙNG
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TOPSOLID TRONG THIẾT KẾ VÀ
GIA CÔNG KHUÔN ÉP NHỰA
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS TĂNG HUY
HÀ NỘI - 2015
1
MỤC LỤC
MỤC LỤC ................................................................................................................... 1
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... 3
CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................ 5
HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ............................................................... 6
HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ........................................................ 10
PHẦN MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 11
CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM-CNC ......................... 13
1.1. Lịch sử phát triển của công nghệ CAD/CAM-CNC ...................................... 13
1.2. Nguyên lý của CAD/CAM-CNC ................................................................... 14
1.2.1. CAD (Computer Aided Design) ............................................................. 14
1.2.2. CAM (Computer Aided Manufacture) ................................................... 15
1.2.3. CNC (Computerized Numerical Control) .............................................. 17
1.3. Tích hợp CAD và CAM ................................................................................. 17
1.4. Tình hình ứng dụng công nghệ CAD/CAM-CNC ở Việt Nam ..................... 20
1.4.1. Ứng dụng CAD/CAM trong chế tạo khuôn mẫu ................................... 20
1.4.2 Ứng dụng CAD/CAM-CNC trong thiết kế ngƣợc .................................. 21
1.5. Kết luận .......................................................................................................... 23
CHƢƠNG II. CHẤT DẺO VÀ KHUÔN GIA CÔNG CHẤT DẺO ........................ 24
2.1. Tổng quan về chất dẻo ................................................................................... 24
2.1.1. Khái niệm về chất dẻo ............................................................................ 24
2.1.2. Đặc tính chung của Polymer ................................................................... 24
2.1.3. Phân loại Polymer ................................................................................... 25
2.1.4. Các loại chất dẻo dùng trong máy ép đúc .............................................. 25
2.1.5. Những ứng dụng của chi tiết nhựa nhiệt dẻo .......................................... 28
2.2. Khuôn ép nhựa ............................................................................................... 30
2.2.1. Khái quát về khuôn ................................................................................. 30
2.2.2. Cấu tạo chung của khuôn ....................................................................... 31
2.2.3. Các yêu cầu kỹ thuật đối với khuôn ép nhựa ......................................... 32
2
2.2.4. Các loại khuôn phổ biến ......................................................................... 32
2.2.5. Các hệ thống của khuôn ......................................................................... 36
2.2.6. Trình tự thiết kế và bảo quản khuôn ....................................................... 54
2.2.7. Vật liệu làm khuôn ................................................................................. 55
2.2.8. Các chi tiết tiêu chuẩn của khuôn ........................................................... 60
2.3. Kết luận .......................................................................................................... 60
CHƢƠNG III. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TOPSOLID TRONG THIẾT KẾ VÀ
CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NHỰA ................................................................................ 61
3.1. Tổng quan về phần mềm TopSolid ................................................................ 61
3.2. Thiết kế sản phẩm trên TopSolid'Design ....................................................... 64
3.2.1. Thiết kế mô hình 3D (Part design) ......................................................... 64
3.2.2. Thiết kế 2D và tạo bản vẽ kỹ thuật (Draft) ............................................. 65
3.2.3. Lắp ghép các chi tiết (Assembly) ........................................................... 66
3.2.4. Thiết kế Surface ...................................................................................... 66
3.2.5. Chuyển đổi thiết kế từ 2D sang 3D ........................................................ 67
3.2.6. Thƣ viện chi tiết khổng lồ ...................................................................... 67
3.2.7. Mô phỏng động lực học (Kinematics) .................................................... 67
3.2.8. Mô phỏng động lực học (Dynamic) ....................................................... 67
3.3. Thiết kế khuôn với TopSolid'Mold ................................................................ 68
3.4. Lập trình gia công trên TopSolid'Cam........................................................... 70
3.5. Ứng dụng phần mềm TopSolid trong thiết kế và chế tạo khuôn ép nhựa cho
sản phẩm kéo cắt giấy ........................................................................................... 74
3.5.1. Thiết kế sản phẩm ................................................................................... 74
3.5.2. Phân tích và thiết kế khuôn cho sản phẩm ............................................. 75
3.5.3. Lập trình gia công lòng và lõi khuôn ..................................................... 81
3.6. Kết luận .......................................................................................................... 94
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU .............................................................. 95
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 96
3
LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đề tài: “Ứng dụng phần mềm TopSolid trong thiết kế và
gia công khuôn ép nhựa” là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân tác giả,
đƣợc thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của PGS.TS Tăng Huy. Các số liệu,
những kết luận nghiên cứu đƣợc trình bày trong luận văn này trung thực và chƣa
từng đƣợc công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Trừ các phần tham khảo
đã đƣợc nêu rõ trong luận văn.
Tác giả
Lê Diên Hùng
4
LỜI CẢM ƠN
Trƣớc tiên, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS Tăng Huy, ngƣời hƣớng dẫn và
giúp đỡ để tác giả có thể hoàn thành tốt luận văn này. Sự hiểu biết sâu sắc về khoa
học, cũng nhƣ kinh nghiệm của thầy chính là tiền đề giúp tôi đạt đƣợc những thành
tựu và kinh nghiệm quý báu.
Tác giả cũng bày tỏ lòng biết ơn tới Ban lãnh đạo và Khoa Sau đại học - Trƣờng
Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành bản
luận văn này.
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những
thiếu sót, tác giả mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các Thầy (Cô) giáo và các
bạn đồng nghiệp.
Tác giả
Lê Diên Hùng
5
CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
NC (Number Contral) - Điều khiển số.
CNC (Computer Numerical Control) - Điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính
CAD (Computer Aided Design) - Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính.
CAM (Computer Aided Manufacturing) - Chế tạo có sự trợ giúp của máy tính.
CAE (Computer Aided Enginering) - Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính.
CIM (Computer Intergrated Manufacturing) - Hệ thống sản xuất tích hợp.
CAPP - Computer Aided Process Planning.
IGES - Initial Graphic Exchange speciílcation.
SET - Standard Exchange transport.
STEP - Standard for Exchange of Product Model Data.
APT - Automatically Programmed Tools.
MAP - Manufacturing Automation Protocol.
TOP - Technical and Office Protocol.
DNC - Direct Numerical Control.
PPC - Production Planning Control.
RP - Rapid Prototyping.
IR- Industry Robot.
PS - Power Shape.
PE – Polyetylen.
PP – Polypropylen.
PS – Polystyren.
PVC - Polyvinilclorit.
PVA - Polyvinylacetat.
PVAL - Polyvinylalcol.
PA - Polyamit.
SX - Sản xuất.
6
HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ lịch sử phát triển của hệ thống CAD/CAM .................................... 13
Hình 1.2 Các giai đoạn chính của quá trình thiết kế ................................................. 15
Hình 1.3. Các lĩnh vực ứng dụng trong hệ CAM ...................................................... 16
Hình 1.4. Mô hình công cụ CAD/CAM .................................................................... 17
Hình 1.5. Mối quan hệ CAD/CAM và tự động hóa sản xuất .................................... 18
Hình 1.6. Các công việc và chức năng của CAD/CAM trong chu kỳ sản xuất ........ 19
Hình 1.7. Ứng dụng RE trong ngành công nghiệp ô tô ............................................ 22
Hình 1.8. Dùng máy scan 3D để lấy mẫu khuôn ép nhựa ........................................ 23
Hình 2.1. Kết cấu của một bộ khuôn hai tấm ép sản phẩm nhựa .............................. 31
Hình 2.2. Kết cấu khuôn hai tấm .............................................................................. 33
Hình 2.3. Kết cấu khuôn ba tấm ................................................................................ 34
Hình 2.4. Khuôn nhiều tầng ...................................................................................... 34
Hình 2.5. Kết cấu cơ bản của khuôn cho sản phẩm nhiều màu ................................ 35
Hình 2.6. Sản phẩm của khuôn nhiều màu ............................................................... 36
Hình 2.7. Cấu tạo chung của hệ thống đẩy ............................................................... 36
Hình 2.8. Một số loại chốt đẩy .................................................................................. 37
Hình 2.9. Hệ thống dùng lƣỡi đẩy ............................................................................. 38
Hình 2.10. Hệ thống dùng ống đẩy ........................................................................... 38
Hình 2.11. Ống đẩy ................................................................................................... 38
Hình 2.12. Hệ thống đẩy dùng tấm tháo ................................................................... 39
Hình 2.13. Hệ thống cấp nhựa .................................................................................. 39
Hình 2.14. Bạc cuống phun dùng bốn bu lông ......................................................... 40
Hình 2.15. Lắp ghép giữa bạc cuống phun và vòng định vị ..................................... 40
Hình 2.16. Kích thƣớc hợp lý của cuống phun ......................................................... 41
Hình 2.17. Kênh dẫn nhựa ........................................................................................ 42
Hình 2.18. Một số tiết diện kênh dẫn nhựa ............................................................... 42
Hình 2.19. Miệng phun trực tiếp ............................................................................... 43
Hình 2.20. Miệng phun cạnh ..................................................................................... 44
7
Hình 2.21. Miệng phun kiểu then ............................................................................. 44
Hình 2.22. Thành phần hệ thống làm nguội .............................................................. 45
Hình 2.23. Hệ thống dẫn hƣớng và định vị ............................................................... 47
Hình 2.24. Chốt dẫn hƣớng có vai ............................................................................ 48
Hình 2.25. Bạc dẫn hƣớng ........................................................................................ 48
Hình 2.26. Cơ cấu định vị mặt côn ........................................................................... 49
Hình 2.27. Mặt vát đơn định vị chính xác................................................................. 49
Hình 2.28. Mặt vát đôi định vị chính xác.................................................................. 49
Hình 2.29. Hình dạng sản phẩm có undercut ............................................................ 51
Hình 2.30. Một số undercut điển hình ...................................................................... 51
Hình 2.31. Nguyên lý tháo undercut ......................................................................... 52
Hình 2.32. Tháo undercut mặt ngoài sử dụng lõi trƣợt ............................................. 52
Hình 2.33. Tháo undercut mặt trong sử dụng chốt đẩy xiên ..................................... 53
Hình 2.34. Các thành phần cơ bản của một hệ thống chốt đẩy xiên ......................... 54
Hình 2.35. Khuôn làm bằng thép NAK 80 ............................................................... 58
Hình 3.1. Thiết kế các chi tiết bằng TopSolid'Design .............................................. 64
Hình 3.2. Mô hình chuyển từ bản vẽ thiết kế sang bản vẽ kỹ thuật .......................... 65
Hình 3.3. Mô hình chuyển đổi từ bản vẽ lắp ghép sang bản vẽ kỹ thuật .................. 65
Hình 3.4. Lắp ráp các chi tiết trong TopSolid ........................................................... 66
Hình 3.5. Thiết kế mô hình surface ........................................................................... 66
Hình 3.6. Mô phỏng động lực học ............................................................................ 67
Hình 3.7. Modul TopSolid'Mold- thiết kế khuôn ép nhựa ........................................ 68
Hình 3.8. Thƣ viện khuôn mẫu tiêu chuẩn trong Topsolid ....................................... 68
Hình 3.9. Hệ thống làm mát đƣợc thiết kế trong Topsolid ....................................... 69
Hình 3.10. Lòng, lõi khuôn đƣợc chuyển sang Topsolid’Cam để gia công ............. 69
Hình 3.11. Phân tích dòng chảy với Mold Flow ....................................................... 70
Hình 3.12. Lập trình gia công với TopSolid'Cam ..................................................... 70
Hình 3.13. Thƣ viện máy .......................................................................................... 71
Hình 3.14. Thƣ viện dao ........................................................................................... 71
8
Hình 3.15. Mô phỏng phay 2D ................................................................................. 72
Hình 3.16. Mô phỏng phay contuor 3D .................................................................... 72
Hình 3.17. Phay mặt trên máy 4 trục ........................................................................ 72
Hình 3.18. Chuyển đổi gia công từ 3 trục sang 5 trục .............................................. 73
Hình 3.19. Mô phỏng gia công trên máy phay tiện phức hợp .................................. 73
Hình 3.20. Thực hiện nguyên công khoan, tiện trong TopSolid ............................... 74
Hình 3.21. Tiện nhiều đầu dao .................................................................................. 74
Hình 3.22. Hình ảnh thân kéo đƣợc thiết kế ............................................................. 75
Hình 3.23. Đƣờng phần khuôn đƣợc tạo ra ............................................................... 75
Hình 3.24. Mặt phân khuôn ...................................................................................... 76
Hình 3.25. Khuôn trên ............................................................................................... 76
Hình 3.26. Khuôn dƣới ............................................................................................. 76
Hình 3.27. Nhân ra nhiều lòng khuôn ....................................................................... 76
Hình 3.28. Chọn khuôn tiêu chuẩn ........................................................................... 77
Hình 3.29. Khuôn tiêu chuẩn đƣợc tạo ..................................................................... 78
Hình 3.30. Tạo rãnh dẫn nhựa ................................................................................... 78
Hình 3.31. Thiết kế hệ thống chốt đẩy sản phẩm ...................................................... 79
Hình 3.32. Chọn hệ thống cổng phun cho sản phẩm ................................................ 79
Hình 3.33. Hệ thống làm mát .................................................................................... 80
Hình 3.34. Hệ thống chốt đỡ ..................................................................................... 80
Hình 3.35. Hệ thống chốt hồi .................................................................................... 81
Hình 3.36. Hệ thống khuôn hoàn chỉnh .................................................................... 81
Hình 3.37. Chọn máy pháy phay CNC kí hiệu HAAS-VMC VFA4 SS .................. 82
Hình 3.38. Gọi chi tiết vào môi trƣờng gia công ...................................................... 83
Hình 3.39. Tạo phôi cho chi tiết gia công ................................................................. 83
Hình 3.40. Nhận dạng chi tiết gia công và phôi ........................................................ 84
Hình 3.41. Mô phỏng phay mặt phẳng...................................................................... 87
Hình 3.42. Mô phỏng phay hốc phía trên ................................................................. 89
Hình 3.43. Mô phỏng phay thô lòng khuôn .............................................................. 90
9
Hình 3.44. Mô phỏng phay tinh lòng khuôn ............................................................. 92
Hình 3.45. Xuất mã NC sang máy phay CNC .......................................................... 93
Hình 3.46. Học viên Lê Diên Hùng đang vận hành gia công sản phẩm ................... 93
Hình 3.47. Sản phẩm sau khi hoàn thiện................................................................... 94
10
HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Ký hiệu vật liệu ........................................................................................ 57
Bảng 2.2 Thông số thép 1055 .................................................................................. 57
Bảng 2.3 Thông số thép 2083 .................................................................................. 58
Bảng 2.4 Thông số thép NAK 80 ............................................................................ 58
Bảng 2.5 Thành phần nhôm 6061 ............................................................................ 59
Bảng 2.6 Thành phần nhôm 7005 ............................................................................ 60
11
PHẦN MỞ ĐẦU
Công nghệ CAD/CAM-CNC đã và đang đi sâu vào trong các lĩnh vực sản xuất
cơ khí, chế tạo máy nhƣ một yêu cầu tất yếu của nền sản xuất hiện đại nhằm mục
đích nâng cao năng xuất lao động, giảm giá thành và tạo ra các sản phẩm đạt chất
lƣợng cao. Với những ƣu điểm đó, công nghệ CAD/CAM-CNC ngày càng đƣợc
ứng dụng rộng rãi và chuyên sâu trong các ngành công nghiệp trọng điểm của một
quốc gia nhƣ: chế tạo ô tô, máy bay, công nghiệp đóng tầu, chế tạo khuôn mẫu, thiết
kế các sản phẩm dân dụng v..v.
Trong một hệ CAD/CAM, các phần mềm CAD/CAM-CNC là một yếu tố cấu
thành hết sức quan trọng giữ vai trò quyết định tới chất lƣợng cũng nhƣ thành công
khi ứng dụng hệ CAD/CAM trong quá trình sản xuất. Cùng với tiến trình phát triển
mạnh mẽ của công nghệ CAD/CAM, các phần mềm CAD/CAM cũng ngày càng
đƣợc cập nhật, bổ xung và hoàn thiện nhằm đáp ứng thực tiễn sản xuất. Có thể kể
đến một loạt các hệ phần mềm nổi tiếng, mạnh mẽ và đƣợc ứng dụng rộng rãi trên
thị trƣờng hiện nay nhƣ: Catia, Unigraphic, Pro Engineer, TopSolid, Cimatron…
TopSolid là một trong những phần mềm CAD/CAM nổi tiếng nhất hiện nay của
hãng Missler, Pháp. TopSolid cung cấp giải pháp tổng thể CAD/CAM/CNC tạo khả
năng liên kết linh hoạt giữa các khâu trong quá trình sản xuất từ thiết kế CAD mô
phỏng gia công CAM do đó TopSolid đƣợc các tập đoàn lớn trên thế giới sử dụng.
Tại Việt Nam, việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM-CNC cùng các phần mềm
CAD/CAM trong sản xuất ngày càng phát triển rộng rãi và đƣợc coi nhƣ chìa khoá
để nền sản xuất cơ khí nói chung cũng nhƣ công nghệ chế tạo máy nói riêng đón
đầu và tiếp cận với trình độ sản xuất tiên tiến trên thế giới.
Là một học viên cao học ngành Chế tạo máy niên khoá 2013 – 2015 trƣờng Đại
học Bách khoa Hà Nội. Tác giả lựa chọn đề tài luận văn thạc sĩ “Ứng dụng phần
mềm TopSolid trong thiết kế và gia công khuôn ép nhựa” nhằm mục đích tiếp
cận, tìm hiểu cũng nhƣ ứng dụng công nghệ CAD/CAM-CNC trong gia công chế
tạo các chi tiết khuôn mẫu thông qua phần mềm TopSolid. Từ đây cung cấp một
12
nhìn khái quát nhƣng cũng chi tiết và cụ thể về công nghệ CAD/CAM. Luận văn
đƣợc chia thành 3 chƣơng cụ thể nhƣ sau:
Chƣơng I. Tổng quan về công nghệ CAD/CAM-CNC
Chƣơng II. Chất dẻo và khuôn gia công chất dẻo
Chƣơng III. Ứng dụng phần mềm Topsolid trong thiết kế và chế tạo khuôn mẫu
* Mục đích nghiên cứu: Phần đầu của đề tài là các nghiên cứu lý thuyết về
CAD/CAM-CNC nhằm đƣa ra các vấn đề mang tính lý luận, là cơ sở để nghiên
cứu, ứng dụng trong thực tế sản xuất. Nội dung tiếp theo là các vấn đề liên quan tới
chất dẻo cũng nhƣ đặc điểm, cấu tạo của khuôn ép các sản phẩm chất dẻo. Phần
nghiên cứu ứng dụng đi sâu vào việc thiết kế cũng nhƣ gia công khuôn ép cho các
sản phẩm nhựa trên phần mềm TopSolid. Từ đó góp phần vào việc nâng cao hiệu
quả khai thác, sử dụng phần mềm Topsolid trong các Công ty cơ khí nói chung và
đối với Trƣờng Cao đẳng Cơ khí Luyện kim nói riêng.
* Đối tƣợng nghiên cứu: Đề tài tập trung nghiên cứu việc thiết kế và lập trình
gia công khuôn ép nhựa trên phần mềm TopSolid, tích hợp việc gia công khuôn đó
trên máy CNC.
* Ý nghĩa của đề tài
- Tiếp cận việc nghiên cứu CAD/CAM-CNC bằng một công cụ mới nhƣng mạnh
mẽ và hiệu quả cao.
- Nâng cao hiệu quả khai thác công nghệ CAD/CAM-CNC mà cụ thể là phần
mềm TopSolid tại đơn vị công tác (Trƣờng Cao đẳng Cơ khí Luyện kim), cùng với
đó là đƣa phần mềm TopSolid vào sử dụng nhiều ở các doanh nghiệp tại Việt Nam.
* Phƣơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về công nghệ chất dẻo, công nghệ ép phun, các bộ
phận cơ bản của khuôn nhựa, tiếp cận phần mềm TopSolid.
- Sử dụng các công cụ thiết kế khuôn của TopSolid’ Mold để thiết kế một bộ
khuôn ép nhựa, sau đó lập trình gia công tấm lòng, lõi khuôn trên TopSolid’ Cam
- Gia công hoàn thiện tấm lòng và lõi khuôn trên máy phay CNC.
13
CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM-CNC
1.1. Lịch sử phát triển của công nghệ CAD/CAM-CNC
Những năm cuối thế kỷ 20, công nghệ CAD/CAM đã trở thành 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 giúp của máy tính. Hai lĩnh vực này ghép nối
với nhau đã trở thành một loại hình công nghệ cao, một lĩnh vực khoa học tổng hợp
của sự liên ngành Cơ khí - Tin học - Điện tử - Tự động hóa. Cùng với sự phát triển
của khoa học máy tính, CAD/CAM đã đƣợc nhận thức và chấp nhận nhanh chóng
trong công nghiệp (công nghiệp dệt - may, công nghiệp nhựa, công nghiệp cơ khí
chế tạo...) vì nó là hạt nhân chính để sáng tạo và sản xuất sản phẩm, để tăng năng
xuất lao động, giảm cƣờng độ lao động và tự động hóa quá trình sản xuất, nâng cao
độ chính xác của chi tiết và đạt hiệu quả kinh tế cao.
Lúc đầu CAD/CAM là hai ngành phát triển tách biệt nhau, độc lập với nhau
trong khoảng 30 năm. Hiện nay chúng đƣợc tích hợp thành một hệ thống, trong đó
quá trình thiết kế có thể lựa chọn đƣợc phƣơng án tối ƣu và quá trình sản xuất có
thể đƣợc giám sát và điều khiển từ khâu đầu đến khâu cuối. Phần mềm CAD đầu
tiên là SKETCHPAD xuất hiện vào năm 1962 đƣợc viết bởi Ivan Sutherland thuộc
trƣờng kỹ thuật Massachusetts (MIT – Massachusetts Institute of Technology).
Hình 1.1. Sơ đồ lịch sử phát triển của hệ thống CAD/CAM [13]
14
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)
đƣợc công bố tháng 12 - 1982. Cho đến năm 1997 thì đã có phiên bản thứ 14
(Release 14). Từ năm 2000 đến nay, gần nhƣ mỗi năm đều có ra đời phiên bản mới.
Cũng nhƣ hệ CAD, hệ CAM đƣợc 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 70.
Hệ tích hợp CAD/CAM ra đời vào giữa những năm 70 và 80 của thế kỷ trƣớc.
1.2. Nguyên lý của CAD/CAM-CNC
1.2.1. CAD (Computer Aided Design) - Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính
Để tạo thành một sản phẩm hoàn chỉnh cần thực hiện hai công đoạn chính là:
thiết kế và chế tạo. Ở công đoạn thiết kế trên cơ sở thu thập thông tin, xử lý dữ liệu
và kết hợp với khả năng sáng tạo ngƣời thiết kế phân tích toàn bộ tập hợp các
phƣơng án và chọn ra một phƣơng án thiết kế tối ƣu. Đối với sản phẩm có cấu trúc
phức tạp, đòi hỏi những chỉ tiêu cao về thông số kỹ thuật cũng nhƣ kinh tế, để đạt
đƣợc giải pháp tối ƣu, trong nhiều trƣờng hợp công việc thiết kế và chế tạo không
thể thực hiện một cách hoàn chỉnh bởi những phƣơng pháp và công cụ thông
thƣờng. Thiết kế với sự hỗ trợ của máy tính điện tử - CAD là sự ứng dụng có hiệu
quả các phƣơng tiện công nghệ của kỹ thuật tin học, điện tử... để giải quyết các
công việc liên quan tới công việc thiết kế. Quá trình thiết kế nói chung bao gồm
việc xác định và mô tả các giải pháp kỹ thuật cụ thể thỏa mãn tất cả các yêu cầu kỹ
thuật, chỉ tiêu kinh tế và có thể phân chia làm 6 giai đoạn chính (Hình 1.2).
Việc sử dụng công cụ tin học và điện tử trong công việc thiết kế với sự trợ giúp
của máy tính điện tử (CAD) có thể chia thành bốn công đoạn chính bao gồm:
- Mô hình hóa hình học
- Tính toán kỹ thuật
- Thiết kế tối ƣu
- Lập tài liệu kỹ thuật tự động từ mô hình đã đƣợc thiết kế
15
Hình 1.2 Các giai đoạn chính của quá trình thiết kế [8]
1.2.2. CAM (Computer Aided Manufacture) - Sản xuất (gia công) với sự trợ giúp
của máy tính
Thực hiện quy trình sản xuất với sự trợ giúp của máy tính điện tử là sử dụng máy
tính để lập kế hoạch sản xuất và điều khiển sản xuất. Sơ đồ các lĩnh vực ứng dụng
trong hệ CAM có thể đƣợc biểu diễn theo sơ đồ trên hình 1.3
Lập kế hoạch sản xuất đƣợc thực hiện cho các công việc cụ thể sau đây:
- Tự động hóa thiết kế quy trình công nghệ, có nghĩa là hình thành các trình tự
nguyên công để gia công chi tiết cụ thể. Muốn thực hiện đƣợc công việc này, ngoài
các dữ liệu về hình học (bên CAD cung cấp), còn cần các dữ liệu về công nghệ nhƣ:
thông số kỹ thuật của máy, thông số về dao cắt, thông số về gá lắp, thông số chế độ
cắt và tiêu chuẩn hoá các nguyên công.
- Tự động lập chƣơng trình gia công cho máy điều khiển theo chƣơng trình số.
Ngôn ngữ lập trình của CAM là APT (Automatically Programed Tool). Với APT
ngƣời lập trình có thể xác định dung sai, quỹ đạo chuyển động của dụng cụ.
