Tài liệu Nghiên cứu ứng dụng nx 7.0 trong thiết kế chế tạo khuôn mẫu.

MỤC LỤC MỤC LỤC 1 LỜI CAM ĐOAN 4 LỜI CẢM ƠN 5 CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 6 HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 8 PHẦN MỞ ĐẦU 10 Chương I:TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM-CNC 13 1.1. Lịch sử phát triển của công nghệ CAD/CAM 13 1.2. Nguyên lý của CAD/CAM/CNC 14 1.3. Tích hợp CAD và CAM 16 1.3. Tình hình ứng dụng công nghệ CAD/CAM ở Việt Nam. 25 1.3.1 Ứng dụng CAD/CAM trong chế tạo khuôn mẫu 26 1.3.2 Ứng dụng CAD/CAM trong thiết kế ngƣợc- Reverse Engineering 26 1.5. Kết luận 29 Chương II: TỔNG QUAN VỀ CHẤT DẺO VÀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHẤT DẺO 31 2.1. Tổng quan về ngành công nghiệp nhựa 31 2.1.1. Tổng quan về ngành nhựa thế giới trong những năm gần đây. 31 2.1.2 Thực trạng ngành nhựa ở Việt Nam. 33 2.1.3 Xu hƣớng phát triển và triển vọng của ngành nhựa. 35 2.2 Tổng quan về chất dẻo 35 2.2.1. Khái niệm về chất dẻo 35 2.2.2. Đặc tính chung của polymer 36 2.2.3. Phƣơng pháp tổng hợp polymer 36 2.2.4. Phân loại polymer. 37 1 2.2.5. Nhận biết các chất dẻo thông thƣờng 37 2.2.6. Các loại chất dẻo dùng trong máy ép đúc 38 2.2.7. Những ứng dụng của chi tiết nhựa nhiệt dẻo. 41 2.3. Máy đúc áp lực 44 2.3.1. Phân loại 44 2.3.2. Cấu tạo 44 2.3.3. Chu trình đúc phun 47 2.3.4. Các thông số cơ bản của máy đúc phun 49 2.4 Khuôn ép nhựa 51 2.4.1. Khái quát về khuôn 51 2.4.2 Cấu tạo chung của khuôn 52 2.4.3. Các yêu cầu kỹ thuật đối với khuôn ép nhựa. 54 2.4.4. Các cơ sở dữ liệu cần thiết khi thiết kế khuôn. 54 2.4.5. Các loại khuôn phổ biến. 54 2.4.6. Số lƣợng sản phẩm trên một khuôn. 57 2.4.7 Các hệ thống của khuôn. 57 2.4.8. Trình tự thiết kế và bảo quản khuôn. 67 2.4.9. Vật liệu làm khuôn. 68 2.4.10. Các chi tiết tiêu chuẩn của khuôn 72 Chương III: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CAD/CAM -NX 74 3.1 Giới thiệu về phần mềm NX 74 3.2 Các chức năng trong phần mềm NX 7.0 75 3.3 Giao diện phần mềm NX 77 3.4. Công cụ thiết kế mô hình – NX Modeling 81 3.4.1 Khởi động NX modeling. 81 3.4.2 Thiết kế sản phẩm thìa nhựa trên NX Modeling 84 2 3.5. Phân tích và thiết kế khuôn cho sản phẩm 88 3.5.1. Thiết kế lòng và lõi khuôn 89 3.5.2 Thiết kế hoàn chỉnh bộ khuôn 94 Chương IV:LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO LÒNG VÀ LÕI KHUÔN 97 4.1. Đặc điểm của quá trình gia công khuôn mẫu trên máy CNC 97 4.2. Một số trang thiết bị đƣợc sử dụng khi gia công. 97 4.2.1. Máy sử dụng cho nguyên công chuẩn bị phôi 97 4.2.2. Dụng cụ cầm tay các loại. 97 4.2.3. Dụng cụ đo. 97 4.3. Lập quy trình công nghệ gia công 98 4.3.1. Quy trình công nghệ gia công lòng khuôn. 98 4.3.2. Quy trình công nghệ gia công lõi khuôn 105 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 111 TÀI LIỆU THAM KHẢO 112 3 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Trừ các phần tham khảo đã được nêu rõ trong Luận văn. Tác giả Hoàng Xuân Huân 4 LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trần Xuân Việt, ngƣời đã hƣớng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hƣớng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến quá trình viết và hoàn chỉnh Luận văn. Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo và khoa Sau đại học của trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành bản Luận văn này. Tác giả cũng chân thành cảm ơn ban lãnh đạo nhà trƣờng và các thầy cô khoa Cơ khí, Trung tâm Thực hành Điện, Điện tử - Cơ khí Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Nam Định đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện luận văn này. Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các thầy (cô) giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp. Tác giả Hoàng Xuân Huân 5 CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT NC (Number Control) – Điều khiển số CNC (Computer Numerical Control) – Điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính MCU (Machine Control Unit) – Hệ điều khiển máy 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 PHICS – Programers Hierarchica Graphic System GKS-3D – Graphic Kernel System CGI – Computer Graphic Interface CGM – Computer Graphic Metafile IGES – Initial Graphic Exchange Specification SET – Standard Exchange transport VDAFS-VAD – Flachenschnitt PDES – Produce Data Exchange Specification STEP – Standard for Exchange of Product Model Data CAD-NT-CAD – Normteile 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 6 PP - Polypropylen PS - Polystyren PVC - Polyvinilclorit PVA – Polyvinylacetat PVAL - Polyvinylalcol PA - Polyamit SX – Sản xuất 7 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. Quy trình xử lý thông tin trong kỹ thuật CAD/CAM-CNC ................................ 15 Hình 1.3. Mức tiếp cận CAD/CAM với hệ phần cứng ........................................................ 16 Hình 1.4 – Nguyên lý kỹ thuật CAD/ CAM-CNC .............................................................. 17 Hình 1.5 - Hệ chuyển giao dữ liệu gián tiếp thông qua tệp trung gian ................................ 19 Hình1.6 - Các giao diện dùng trong lĩnh vực Cơ khí........................................................... 19 Hình 1.7- Quá trình truyền dữ liệu qua hai hệ CAD/CAM ................................................. 21 Hình 1.8 - Các phƣơng án triển khai kết nối CAD – NC..................................................... 22 Hình 1.9 – Sơ đồ chế tạo Socket .......................................................................................... 24 Hình 1.10 – Nguyên lý tạo mẫu nhanh ................................................................................ 24 Hình 1.11 – Nguyên lý kỹ thuật ngƣợc ................................................................................ 25 Hình 1.12: Thiết bị quét 3D ................................................................................................. 27 Hình 1.13: Máy quyét 3D Vivid 9i và sản phẩm ................................................................ 27 Hình 1.14: Một số sản phẩm quét của trên máy Scan 3D .................................................... 28 Hình 1.15: Tái tạo các mẫu vật khảo cổ .............................................................................. 29 Hình 1.16: Sử dụng công nghệ CAD/CAM trong y tế ........................................................ 29 Hình 2.1: Sản lƣợng nhựa sản xuất/tiêu thụ trên thế giới .................................................... 32 Hình 2.2:Cơ cấu ngành nhựa thế giới theo sản phẩm .......................................................... 33 Hình 2.3: Cơ cấu sản phẩm nhựa Việt Nam năm 2009 ....................................................... 34 Hình 2.4: Giá trị xuất khẩu sản phẩm nhựa ......................................................................... 34 Hình 2.5 : Mô hình máy ép phun ........................................................................................ 45 Hình 2.6 :Hệ thống kẹp ........................................................................................................ 45 Hình 2.7 :Mô hình khuôn nhựa ............................................................................................ 46 Hình 2.8: Mô hình trục vít ................................................................................................... 46 Hình 2.9: Quá trình nhựa hóa .............................................................................................. 48 Hình 2.10: Giai đoạn bơm nhựa........................................................................................... 48 Hình 2.11: Giai đoạn làm nguội........................................................................................... 49 Hình 2.12: Giai đoạn lấy sản phẩm...................................................................................... 49 Hình 2.13: Cấu tạo chung của khuôn .................................................................................. 53 Hình 2.14: Khuôn 2 tấm ...................................................................................................... 55 8 Hình 2.15: Khuôn 3 tấm ...................................................................................................... 55 Hình 2.16: Khuôn nhiều tầng ............................................................................................... 56 Hình 2.17: Khuôn 2 tấm có kênh dẫn nóng ........................................................................ 56 Hình 2.18: Khuôn có chốt tháo ngang ................................................................................. 57 Hình 2.19: Môt số loại chốt đẩy .......................................................................................... 59 Hình 2.20: Hệ thống cấp nhựa ............................................................................................. 60 Hình 2.21: Kênh dẫn nhựa cho bố trí lòng khuôn dạng hình chữ nhật. ............................... 61 Hình 2.22: Kênh dẫn nhựa cho bố trí lòng khuôn dạng vòng tròn. ..................................... 61 Hình 2.23: Một số dạng miệng phun thƣờng dùng .............................................................. 63 Hình 2.24: Hệ thống làm nguội khuôn bằng nƣớc ............................................................... 64 Hình 2.25: Tháo lõi mặt bên bằng cam chốt xiên. ............................................................... 65 Hình 2.26: Tháo lõi mặt bên bằng hệ thống thủy lực .......................................................... 65 Hình 2.27: Tháo lõi mặt bên bằng cam chốt xiên ................................................................ 66 Hình 2.28: Tháo lõi mặt bên bằng hệ thống đƣờng dẫn ...................................................... 66 Hình 2.29: Hình ảnh một số lòng và lõi khuôn thông dụng................................................. 66 Hình 2.30: Hệ thống dẫn hƣớng khuôn ............................................................................... 67 Hình 2:31: Một số thép dùng làm thân khuôn ..................................................................... 69 Hình 2.32: Một số thép làm lòng khuôn và lõi khuôn ......................................................... 71 Hình 3.1. Hình ảnh giao diện của NX.................................................................................. 74 Hình 3.2. Sơ đồ cấu trúc của phần mềm NX ....................................................................... 75 Hình 3.3. Hình ảnh giao diện của NX.................................................................................. 77 Hình 3.4. Hình ảnh giao diện của NX-Modeling ................................................................. 81 Hình 3.5: Một số mô hình thiết kế trên NX ......................................................................... 84 Hình 3.6: Thiết kế thìa nhựa trên NX-Modeling ................................................................. 88 Hình 3.7: Thanh công cụ thiết kế khuôn .............................................................................. 89 Hình 3.8: Lòng khuôn và lõi khuôn ..................................................................................... 94 Hình 3.9: Bộ khuôn hoàn chỉnh ........................................................................................... 96 Hình 4.1: Hình ảnh lòng khuôn sau khi thiết kế .................................................................. 98 Hình 4.2: Lòng khuôn sau khi gia công ............................................................................. 104 Hình 4.3: Hình ảnh lõi khuôn sau khi thiết kế ................................................................... 105 Hình 4.4: Lõi khuôn sau khi gia công ................................................................................ 110 Hình 4.5: Sản phẩm sau khi hoàn thành ............................................................................ 110 9 PHẦN MỞ ĐẦU Trong sự phát triển mọi mặt của đời sống xã hội, ngành cơ khí chế tạo luôn là một trong những ngành trọng điểm đƣợc ƣu tiên phát triển của những nhà hoạch định chính sách. Theo quyết định số 2/2011/QĐ-TTg năm 2011 của Thủ tƣớng Chính phủ về ƣu tiên phát triển các ngành công nghiệp phụ trợ, trong đó việc cung cấp các linh kiện, bán thành phẩm cho các nhà máy lắp ráp, các cụm công nghiệp đƣợc ƣu tiên phát triển. Theo đó, Chính phủ cũng khuyến khích việc phát triển các dự án sản xuất sản phẩm công nghiệp hỗ trợ. Trong nền kinh tế toàn cầu hóa, sự hợp tác trong sản xuất giữa các nƣớc, các khu vực khác nhau trên thế giới ngày càng trở nên khăng khít. Quá trình sản xuất xe hơi là một ví dụ điển hình, các nhà sản xuất xe hơi nhƣ Mercedes, Toyota, BMW.... họ cũng chỉ chiếm 30-35% giá trị gia tăng của xe. Giá trị đó nằm ở những bộ phận quan trọng nhất của xe nhƣ các các hệ thống truyền động, thiết kế...phần còn lại, họ hợp tác với các nhà sản xuất linh kiện phụ trợ để sản xuất nội thất của xe, các chi tiết nhỏ nhƣ lốp, các đinh ốc....Xu hƣớng này ngày càng tăng, thậm chí giá trị gia tăng mà các nhà sản xuất phụ trợ sẽ nhiều hơn các nhà sản xuất xe trong tƣơng lai. Tại Việt Nam, trong một vài năm trở lại đây chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của các nguồn đầu tƣ từ nƣớc ngoài, đó cũng là cơ hội và thách thức không nhỏ với nền sản xuất phụ trợ trong nƣớc vốn còn non trẻ. Xu hƣớng sử dụng vật liệu nhựa thay thế các nguồn nguyên liệu truyền thống nhƣ sắt thép, các vật liệu kim loại ngày càng phổ biến trên thế giới. Việc sử dụng vật liệu nhựa đƣợc thấy ở hầu hết các sản phẩm từ ô tô, xe máy, điện thoại... đến các đồ dùng vật dụng khác. Chính điều này đã kéo theo sự phát triển của ngành công nghiệp sản xuất, gia công nhựa ở Việt Nam. Tại các doanh nghiệp sản xuất, gia công nhựa nhựa có vốn đầu tƣ nƣớc ngoài thƣờng ứng dụng các thành tựu mới nhất của khoa học kỹ thuật vào sản xuất, một trong số đó là các công cụ thiết kế, gia công các sản phẩm nhựa. Các công cụ nhƣ 10 vậy cũng vì thế mà phát triển tại Việt Nam, đƣợc các nhà sản xuất Việt Nam sử dụng để nâng cao hiệu quả trong sản xuất cũng nhƣ tăng cƣờng năng lực cạnh tranh. Phần mềm NX cũng là một công cụ nhƣ trên, NX là sự phát triển cao hơn của Unigraphics.Tại các khu công nghiệp ở miền Bắc, NX đƣợc sử dụng trong các doanh nghiệp sản xuất, chế tạo khuôn mẫu của Trung Quốc, Nhật Bản... Nghiên cứu về thiết kế, chế tạo khuôn nhựa đã đƣợc đề cập tới ở nhiều luận văn trƣớc đó, tuy nhiên cùng với sự phát triển của các phần mềm CAD/CAM, công nghệ làm khuôn đã có những bƣớc phát triển mới. Tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu ứng dụng NX 7.0 trong thiết kế chế tạo khuôn mẫu” nhằm tiếp cận kỹ thuật sản xuất, tìm hiểu các tính năng mới trong công nghệ thiết kế, chế tạo khuôn mẫu. Trong đề tài luận văn tốt nghiệp này tác giả sẽ tiến hành thiết kế khuôn trên phần mềm NX- Modeling, NX – Mold Winzard và lập trình gia công lòng, lõi khuôn trên NX-Manufacturing. Lịch sử nghiên cứu: NX là một phần mềm còn khá mới mẻ ở Việt Nam. Việc ứng dụng NX trong sản xuất, chế tạo khuôn mẫu chƣa rộng rãi. Nghiên cứu về ứng dụng phần mềm tích hợp CAD/CAM trong thiết kế, chế tạo và gia công khuôn mẫu còn khá mới ở Việt Nam. Chƣa có nhiều doanh nghiệp sử dụng phần mềm này cũng nhƣ chƣa có các ấn phẩm viết về NX. Mục đích nghiên cứu: Các nghiên cứu về lý thuyết về CAD/CAM đƣợc đề cập ở phần đầu của luận văn nhằm đƣa ra các vấn đề mang tính lý luận, là cơ sở để nghiên cứu, ứng dụng trong thực tiễn sản xuất. Phần nghiên cứu ứng dụng đề cập đến các vấn đề liên quan đến chất dẻo cũng nhƣ tình hình thực tế, xu hƣớng, triển vọng phát triển của lĩnh vực gia công chất dẻo tại Việt Nam cùng với phần gia công thực nghiệm để kiểm chứng các kết quả nghiên cứu lý thuyết, tìm ra các tính năng, cơ hội ứng dụng NX vào thực tế sản xuất. Đối tượng nghiên cứu: Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài là máy công cụ CNC, lập trình gia công khuôn trên các máy CNC, phần mềm tích hợp CAD/CAM NX 7.0 cho thiết kế và gia công khuôn mẫu trên máy tính. Ý nghĩa đề tài: 11 - Tiếp cận việc nghiên cứu CAD/CAM bằng một công cụ mới, mạnh mẽ và hiệu quả. - Đƣa phần mềm CAD/CAM tích hợp NX vào sử dụng ở nhiều doanh nghiệp hơn nữa tại Việt Nam. - Sơ lƣợc về cách tiếp cận và sử dụng phần mềm tích hợp CAD/CAM – NX. Phương pháp nghiên cứu: - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về công nghệ chất dẻo, công nghệ ép phun, máy ép phun, các bộ phận cơ bản của khuôn nhựa, tiếp cận phần mềm NX. - Sử dung các công cụ thiết kế khuôn của NX – Modeling để thiết kế, lập trình gia công tấm lòng khuôn, lõi khuôn với NX- Manufacturing - Gia công hoàn thiện hai tấm lòng khuôn và lõi khuôn trên máy phay CNC. 12 Chương I:TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM-CNC 1.1. Lịch sử phát triển của công nghệ CAD/CAM Vào đầu những năm 1960 đánh dấu những bƣớc phát triển đầu tiên của công nghệ CAD/CAM/CNC trong nghành công nghiệp máy bay và ô tô, trong lĩnh vực thiết kế cấu trúc bề mặt 3D và chƣơng trình NC. Trƣớc đó, các nghiên cứu về các đƣờng cong đƣợc phát triển vào thập niên 1940 bởi Isacc Jacob Schoenberg, Apalatequui (hãng máy bay Douglas) và Roy Liming (hãng máy bay North American), đặc biệt các nghiên cứu về quá trình tạo hình bề mặt của Pierre Bezier, Paul de Casteljiau, S.S.Coons, James Ferguson,Carl de Boor, Birkhoff và Gara Bedian vào thập niên 1960 và W.Gordon và R.Riesenfeld thập niên 1970 có một ý nghĩa to lớn . Hình 1.1. Sơ đồ lịch sử phát triển của hệ thống CAD/CAM [13] Bên cạnh đó, việc xây dựng hệ thống SKETCHPAD nhƣ là một phần trong luận án tiến sĩ của Ivan Sutherland ở Học viện kỹ thuật Massachusettes vào năm 1963 cũng đƣợc cho rằng là một bƣớc ngoặt và đƣợc coi là phần mềm CAD nguyên thủy. Tính ƣu việt của SKETCHPAD là cho phép ngƣời dùng tƣơng tác với máy tính: các thiết kế trên máy tính đƣợc tạo ra bằng cách vẽ trực tiếp trên màn hình CRT với 13 một bút ánh sáng (light pen) tạo ra mô hình của các sản phẩm và là tính năng cho các chƣơng trình CAD hiện đại. Nếu nhƣ SKETCHPAD đƣợc coi là phần mềm CAD đầu tiên trên thế giới thì hệ thống phần mềm CAM đầu tiên đã đƣợc phát triển vào năm 1957 bởi tiến sĩ Patrick J. Hanratty – Ngƣời xây dựng công cụ lập trình điều khiển số đầu tiên có tên là PRONTO. Vì lý do đó tiến sĩ Hanratty thƣờng đƣợc gọi là "cha đẻ của CAD CAM". 1.2. Nguyên lý của CAD/CAM/CNC - CAD (Computer Aided Design) – Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính là việc sử dụng hệ thống máy tính để hỗ trợ trong việc tạo, sửa đổi, phân tích, hoặc tối ƣu hóa một thiết kế. Máy tính hỗ trợ việc thiết kế để cho ra một bản vẽ kỹ thuật bằng việc sử dụng các phần mềm tích hợp. Các phần mềm thiết kế (CAD) đƣợc sử dụng để tăng năng suất thiết kế, tăng chất lƣợng thiết kế cũng nhƣ cải thiện quá trình truyền tải thông tin qua các tài liệu, bản vẽ và để tạo ra một cơ sở dữ liệu cho sản xuất.Dữ liệu đầu ra của CAD thƣờng là các file lƣu trữ để in ấn hoặc các thông số gia công. CAD thƣờng đƣợc sử dụng không chỉ ở việc thiết kế hình dáng của sản phẩm. Trong các bản vẽ kỹ thuật, đầu ra của bản vẽ CAD còn cung cấp những thông tin về vật liệu, quy trình gia công, kích thƣớc, dung sai. CAD đƣợc sử dụng để thiết kế các đƣờng cong trong không gian 2 chiều (2D), hoặc đƣờng cong, bề mặt và dạng khối trong không gian 3 chiều (3D). Các ứng dụng của CAD đƣợc sử dụng rộng rãi trong các nghành công nghiệp ô tô, đóng tàu, hàng không vũ trụ, thiết kế công nghiệp và kiến trúc, thiết kế trong lĩnh vực y tế…Ngoài ra CAD còn đƣợc sử dụng rộng rãi để sản xuất phim hoạt hình cho các hiệu ứng đặc biệt trong phim ảnh, quảng cáo. 14 Hình 1.2. Quy trình xử lý thông tin trong kỹ thuật CAD/CAM-CNC [13] Khi quá trình thiết kế mô hình sản phẩm hoàn thành, dữ liệu CAD đƣợc chuyển trực tiếp hoặc qua các file dữ liệu trung gian. Ngƣời lập trình CAM sẽ thiết lập các chế độ công nghệ, dụng cụ cắt, thông số của quỹ đạo chạy dao…Các thông số này đƣợc thể hiện bằng các chƣơng trình NC với các câu lệnh G – M code…Thông qua các chƣơng trình này, máy CNC sẽ thực hiện quá trình gia công, tạo hình sản phẩm. Các yếu tố về chế độ công nghệ, chiến lƣợc chạy dao cũng nhƣ các điều kiện về gia công …sẽ quyết định đến giá thành, năng suất cũng nhƣ chất lƣợng sản phẩm. - CAE (Computer Aided Engineering) Để hỗ trợ cho việc mô phỏng, tính toán,phân tích, kiểm tra các thiết kế trong quá trình CAD, quá trình CAE gồm các lĩnh lực: + Phân tích ứng suất trong các kết cấu. 15 + Phân tích chuyển động của các dòng khí , chất lỏng. + Mô phỏng, tính toán các quá trình cơ khí nhƣ: biến dạng, đúc….. CNC (Computerized Numerical Control – Điều khiển số bằng máy tính) - CNC là khái niệm để chỉ một trong các chức năng của máy công cụ điều khiển số thông qua các thông tin đƣợc lập trình trong các chƣơng trình NC. Quá trình điều khiển này có thể thực hiện các chuyển động với đối tƣợng là dụng cụ cắt hoặc phôi thông qua việc nhập các thông số nhƣ lƣợng chạy dao, tốc độ trục chính, chiều sâu cắt và các yếu tố nhƣ bật, tắt dung dịch trơn nguội, chiều quay trục chính…. Điều khiển số với sự hỗ trợ của máy tính đƣợc áp dụng rộng rãi trên các máy công cụ nhƣ máy tiện, máy phay, máy khoan, máy mài….hoặc các trung tâm gia công. 1.3. Tích hợp CAD và CAM  Các mức tiếp cận của kỹ thuật CAD/CAM-CNC: CAD/CAM với hệ phần cứng và phần mềm đƣợc kết nối theo sơ đồ sau: CAM CAD Hardware Software Hardware Software + Scanner + Auto CAD Máy công cụ CNC + Cimatron + Digital + De+ Cimatron Robot (IR) + DENFORD + Camera + DENFORD Trung tâm tế bào gia + Auto CAD + Master CAM công CNC. + Designer + Heidenhain FMS DESK…) + Master CAM …… FMS DESK…) + Heidenhain Hình 1.3. Mức tiếp cận CAD/CAM với hệ phần cứng[13] 16  Nguyên lý CAD/CAM – CNC Sơ đồ nguyên lý của kỹ thuật CAD/CAM: Giao diện dữ liệu Giao diện dữ liệu (tiêu chuẩn/chuyên (tiêu chuẩn/chuyên Nhu cầu sx, tiêu dùng CAD CAM CNC Đối tƣợng sx (Chi tiết, sản phẩm) Hình 1.4 – Nguyên lý kỹ thuật CAD/ CAM-CNC[13]  Giao diện CAD/CAM: Để đảm bảo tính chất tƣơng thích, tích hợp liên thông, linh hoạt của các hệ CAD/CAM phải có giải pháp chuyển tiếp giữa các phân hệ trong phạm vi của từng hệ và giữa các hệ CAD/CAM đƣợc kết nối với nhau thông qua giao diện CAD/CAM. Giao diện xét theo hai phần là phần cứng và phần mềm có những chức năng: Giao diện quá trình, giao diện hệ thống, giao diện nối tiếp với các thiết bị dữ liệu ngoài, giao diện với ngƣời vận hành. Giao diện xét về chức năng trao đổi dữ liệu gọi là giao diện dữ liệu, để chuyển đổi dạng dữ liệu của một hệ CAD/CAM này sang dạng dữ liệu của một hệ CAD/CAM khác khi tích hợp hai hệ CAD/CAM với nhau. Các hệ CAD/CAM khác nhau có các cấu trúc dữ liệu khác nhau về đối tƣợng xử lý (chi tiết, sản phẩm). Chuyển giao dữ liệu có nghĩa là dịch dữ liệu theo hai cách: Dịch trực tiếp và dịch gián tiếp thông qua quy cách trung gian tiêu chuẩn nhƣ IGES, DXF, STEP, PDES… Các thành phần của CIM có mục đích cơ bản là tạo lập mối quan hệ tích hợp giữa các hệ thống có máy tính trợ giúp khác nhau trong nội bộ hãng. Mục đích đó đƣợc quán triệt ngay từ khâu trao đổi dữ liệu nhờ các chƣơng trình chuyển đổi cho tới khâu tạo lập các ngân hàng dữ liệu sản phẩm chung. 17 Ở cách dịch trực tiếp cần có hai bộ phận dịch trực tiếp cho từng cặp hệ thống có quan hệ giao tiếp dữ liệu với nhau theo hai chiều. Nhƣ vậy khi có n hệ thống khác nhau thì phải có (n-1) bộ dịch, bởi vì có n/2 cặp hệ thống. Ví dụ: có 5 hệ thống (n=10) thì cần phải có 5(5-1) = 20 bộ dịch trực tiếp để chuyển giao dữ liệu khi chúng tích hợp với nhau. Nếu ghép thêm chỉ một hệ dữ liệu vào n hệ có sẵn thì phải có thêm 2n bộ dịch trực tiếp khác nhau để chuyển giao dữ liệu. Ở cách dịch gián tiếp ngƣời ta sử dụng hệ chuyển giao dữ liệu gián tiếp thông qua tệp trung gian. Tệp trung gian có cấu trúc cơ sở dữ liệu trung gian, không phụ thuộc vào hệ thống nào riêng biệt. Hiện tại có nhiều tệp trung gian khác nhau đƣợc dùng, mà điển hình là: IGES, DXF, STEP. Tệp trung gian còn đƣợc gọi là giao diện dữ liệu tiêu chuẩn, đây là cách chuyển giao dữ liệu gián tiếp giữa các hệ cơ sở dữ liệu khác nhau. Tuy vậy ở cách này, từng hệ thống phải có một cặp bộ xử lý để chuyển đổi dữ liệu riêng của nó thành quy cách tệp trung gian và ngƣợc lại từ quy cách tệp trung gian thành quy cách tệp gốc của nó. Bộ dịch có chức năng chuyển giao dữ liệu từ quy cách cơ sở dữ liệu gốc của một hệ thống thành một quy cách trung gian đƣợc gọi là bộ tiền xử lý (pre – processor). Ngƣợc lại bộ dịch có chức năng chuyển giao dữ liệu từ quy cách trung gian thành quy cách cơ sở dữ liệu của một hệ thống nào đó đƣợc gọi là bộ hậu xử lý (post – processor). Nhƣ vậy cần có 2n bộ xử lý cho n hệ thống đƣợc nối ghép với nhau và nếu thêm một hệ thống mới thì chỉ cần có thêm 2 bộ xử lý nữa . Khâu trao đổi thông tin giữa các phòng kỹ thuật hiện tại còn phổ biến dƣới phƣơng thức chuyển giao các bản vẽ kỹ thuật đã đƣợc xây dựng theo quy chuẩn. Với việc ứng dụng giải pháp dùng máy tính trong nội bộ để diễn tả các sản phẩm kỹ thuật, điều cần hƣớng tới là trao đổi các mô hình có máy tính trợ giúp giữa các hệ thống CAD và các hệ thống khác nối tiếp sau chúng (CAM/CAE…) Việc triển khai các mô hình kỹ thuật đối với các quá trình nối tiếp trong hệ CAD có những ƣu điểm nhƣ: tránh đƣợc công việc trùng lặp nhờ khâu nạp dữ 18 liệu, loại trừ nguồn gốc phát sinh sai số, sử dụng nhiều lần dữ liệu, tăng tốc trao đổi dữ liệu, tích hợp hoá các thành phần có ứng dụng máy tính… Các cơ sở dữ liệu gốc (A) Bộ tiền xử lý (pro-processor) Tệp trung gian tiêu chuẩn Cơ sở dữ liệu riêng (B) Bộ hậu xử lý post- processor Hình 1.5 - Hệ chuyển giao dữ liệu gián tiếp thông qua tệp trung gian[13] Trong phạm vi chuyển giao dữ liệu giữa hai hệ thống CAD/CAM, khâu trao đổi dữ liệu chỉ có thể thông qua cách diễn tả dữ liệu trung gian. Công cụ để thực hiện trao đổi hiện nay đối với các dữ liệu kỹ thuật và các bản vẽ CAD trong lĩnh vực Cơ khí trƣớc hết phải kể đến các giao diện VDAFS và IGES. Những thông tin dữ liệu sản phẩm đƣợc tập hợp thành nhiều giao diện khác nhau. Những giao diện này đƣợc quy chuẩn hoá theo quốc gia, cũng nhƣ do các hãng tạo lập CAD/CAM cung cấp thông qua các chƣơng trình chuyển đổi dữ liệu. Các hãng sẽ cung cấp cho nơi sử dụng, ứng với hệ thống CAD/CAM của từng hãng hai loại chƣơng trình chuyển đổi ở dạng hai hệ vi xử lý là tiền xử lý và hậu xử lý. Các giao diện Đồ hoạ: PHIGS, GKS – 3D, CGI, CGM … Bản vẽ hh IGES, SET, VDAFS … Mô hình sp: PDES, STEP, CAD - NT … Điều khiển máy: IRDATA, APT, CLDATA … Hệ thống tự động: MAP, TOP, … Hình1.6 - Các giao diện dùng trong lĩnh vực Cơ khí[13] 19 + Hệ tiền xử lý có chức năng là trợ giúp chuyển đổi các dạng dữ liệu chuyên dụng và đặc trƣng của hệ thống thành dạng trung gian, sau đó hệ hậu xử lý sẽ chuyển đổi tiếp dạng trung gian thành dạng phù hợp, có giá trị phù hợp với hệ thống nhập vào. PHICS – Programers Hierarchica Graphic System GKS-3D – Graphic Kernel System CGI – Computer Graphic Interface CGM – Computer Graphic Metafile IGES – Initial Graphic Exchange Specification SET – Standard Exchange transport VDAFS-VAD – Flachenschnitt PDES – Produce Data Exchange Specification STEP – Standard for Exchange of Product Model Data CAD-NT-CAD – Normteile APT – Automatically Programmed Tools MAP – Manufacturing Automation Protocol TOP – Technical and Office Protocol Khi thực hiện giải pháp này cần có sự thoả thuận giữa các đối tác về thể thức cung cấp các dữ liệu CAD/CAM, cụ thể là hình thức diễn đạt và mô hình gốc nhằm đảm bảo tính ổn định của dữ liệu, cũng nhƣ đảm bảo tuỳ chọn tại mọi thời điểm , nghĩa là không phụ thuộc vào sự lựa chọn hệ thống và cấu trúc hệ thống. Ngày nay dạng trung gian của dữ liệu đƣợc tạo lập theo nhiều hƣớng khác nhau và có hàm lƣợng thông tin khác nhau. Ngoài ra dạng giao diện dữ liệu trung gian có có giao diện dữ liệu trực tiếp ở dạng các hệ chuyển đổi chuyên dụng - phụ thuộc hệ thống để hỗ trợ quá trình trao đổi dữ liệu giữa hai hệ thống CAD/CAM. Dƣới đây là sơ đồ về quá trình chuyển đổi dữ liệu giữa hai hệ thống CAD/CAM A và B 20