Giáo trình Công nghệ CAD CAM

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KINH TẾ - KỸ THUẬT VINATEX THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH GIÁO TRÌNH CƠNG NGHỆ CAD CAM Thành phố Hồ Chí Minh Năm 2018 LỜI MỞ ĐẦU Trong chiến lược phát triển đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao phục vụ cho nghiệp công nghiệp hóa đại hóa đất nước Đào tạo nguồn nhân lực phục vụ cho cơng nghiệp hóa lĩnh vực khí – Nghề cắt gọt kim loại nghề đào tạo nguồn nhân lực tham gia chế tạo chi tiết máy móc đòi hỏi sinh viên học trường cần trang bị kiến thức, kỹ cần thiết để làm chủ công nghệ sau trường tiếp cận điều kiện sản xuất doanh nghiệp nước Khoa Cơ điện Trường Cao đẳng Cơng nghệ Thành phố Hồ Chí Minh biên soạn giáo trình mơ đun CAD – CAM – CNC Nội dung mô đun để cập đến công việc, tập cụ thể phương pháp trình tự gia cơng chi tiết Căn vào trang thiết bị trường khả tổ chức học sinh thực tập công ty, doanh nghiệp bên mà nhà trường xây dựng tập thực hành áp dụng cụ thể phù hợp với điều kiện hoàn cảnh Mặc dù cố gắng q trình biên soạn, song khơng tránh khỏi sai sót Người biên soạn mong nhận đóng góp ý kiến bạn đồng nghiệp để giáo trình hồn thiện Trân trọng cảm ơn! i MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ iv VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT, MỤC TIÊU CỦA MƠ ĐUN v NỘI DUNG TỔNG QUÁT VÀ PHÂN BỐ THỜI GIAN vi Chương 1: Tổng quan CAD/CAM 1 Vai trò chức cad/cam sx đại 1.1 Giới thiệu CAD/CAM hay CAO/FAO 1.2 Đối tượng phục vụ CAD/CAM Thiết kế gia cơng tạo hình 2.1 Thiết kế gia cơng tạo hình theo cơng nghệ truyền thống 2.2 Thiết kế gia cơng tạo hình theo cơng nghệ CAD/CAM 2.3 Thiết kế gia cơng tạo hình theo cơng nghệ tích hợp (CIM) Chương Thiết kế với hổ trợ máy tính-CAD 10 2.1 Nội dung CAD 10 2.2 Công cụ CAD 11 Chương PHẦN CỨNG CAD CAM 12 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG 12 3.2 CẤU HÌNH PHẦN CỨNG CỦA MỘT HỆ CAD ĐIỂN HÌNH 12 3.3 TRẠM THIẾT KẾ 12 3.4 THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI ĐỒ HỌA 13 3.5 BẢN MẠCH GHÉP NỐI ĐỒ HOẠ 14 3.6 CÁC THIẾT BỊ NHẬP (INPUT) 14 3.7 CÁC THIẾT BỊ XUẤT (OUPUT) 15 Chương PHẦN MỀM CAD CAM 16 4.1 Phần mềm đồ hoạ 16 4.2 Phần mềm ứng dụng 16 4.3 CẤU HÌNH PHẦN MỀM CỦA MỘT HỆ THỐNG ĐỒ HOẠ TƯƠNG TÁC (ICG) 16 4.4 CÁC CHỨC NĂNG CỦA MỘT GÓI PHẦN MỀM ĐỒ HOẠ 18 4.5 XÂY DỰNG HÌNH HỌC 20 4.6 CÁC PHÉP CHUYỂN ĐỔI 22 4.7 TỔ CHỨC VÀ NỘI DUNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỒ HOẠ 22 4.8 MƠ HÌNH KHUNG DÂY VÀ MƠ HÌNH ĐẶC 22 Chương MƠ HÌNH HỐ HÌNH HỌC 23 5.1 Phương pháp mô tả đường cong 23 5.2 Phương pháp mô tả mặt cong 24 5.3 Phương pháp mơ tả khối hình học 24 5.4 Phương pháp mơ hình hố hình học 24 5.5 Cơ sở mơ hình hố hình học 25 ii 5.5.1 Hình học đường cong 25 5.5.2 Biểu diễn đường cong 25 5.5.3 Đặc tính đường cong 26 5.6 Hình học mặt cong 27 Chương KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN SỐ - NC 31 6.1 Khái niệm 31 6.2 Quá trình hình thành phát triển 31 6.3 Điều khiển số trực tiếp (Direct Numerical Control - DNC) 31 6.4 Điều khiển số máy tính (Computer Numerical Control - CNC) 32 6.5 Điều khiển số phân phối (Distributive Numerical Control) 32 Chương 7: PHẦN MỀM MASTERCAM 34 7.1 Các lệnh vẽ lập trình 2D 34 7.2 Các lệnh hiệu chỉnh 46 7.3 Mô 54 iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ CAO - FAO - FIO Hình 1.2 Sơ đồ chu kỳ sản xuất Hình 1.3 Sơ đồ chu kỳ sản xuất dùng CAD/CAM Hình 1.4 Qui trình thiết kế gia cơng tạo hình theo cơng nghệ truyền thống Hình 1.5 Qui trình thiết kế gia cơng tạo hình theo cơng nghệ CAD/CAM Hình Qui trình thiết kế gia cơng tạo hình theo cơng nghê tích hợp Hình 2.1 Quy trình CAD 10 Hình 3.1 Cấu hình phần cứng hệ CAD điển hình 12 Hình 4.1 Cấu hình hệ phần mềm đồ hoạ 17 Hình 5.1 Tham số hố đường trịn đơn vị 25 Hình 5.2 Vectơ pháp tuyến 26 Hình 5.3 Hình học mặt cong 28 Hình 5.4 Đường cong mặt cong mặt phẳng tiếp tuyến 28 Hình 6.2 Điều khiển số phân phối 33 iv VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT, MỤC TIÊU CỦA MƠ ĐUN I VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MƠ ĐUN: - Vị trí: Trước học mơ đun sinh viên phải hồn thành: Vẽ kỹ thuật; Autocad; ; Dung sai – Đo lường kỹ thuật; An toàn lao động; Phay mặt phẳng ngang, song song, vng góc, nghiêng - Tính chất: Là mơ đun chuyên môn nghề thuộc mô đun đào tạo nghề II MỤC TIÊU MÔN HỌC - Khái niệm CAD/CAM Các ứng dụng CAD/CAM thực tế sản xuất Các phương pháp mơ hình hóa hình học Thiết kế sản phẩm máy tính phần mềm CAD/CAM Mơ đường chạy dao máy tính phần mềm CAD/CAM v NỘI DUNG TỔNG QUÁT VÀ PHÂN BỐ THỜI GIAN TT Nội dung Chương 1: Tổng quan CAD/CAM Chương 2: Thiết kế với hổ trợ máy tính-CAD Chương 3: Phần cứng CAD/CAM Chương 4: Phần mềm CAD/CAM Chương 5: Mơ hình hóa hình học Chương 6: Kỹ thuật điều khiển số NC Chương 7: Môi trường làm việc MASTERCAM Tổng số Số tiết 1 Phân bố thời gian Lý Thực thuyết hành 1 Tự học 2 1 1 0 0 2 2 65 15 50 10 75 25 50 Ghi vi Chương 1: Tổng quan CAD/CAM Vai trò chức cad/cam sx đại 1.1 Giới thiệu CAD/CAM hay CAO/FAO Thiết kế chế tạo có tham gia máy vi tính (CAD/CAM hay CAO/FAO) thường trình bày gắn liền với Thật vậy, hai lĩnh vực ứng dụng tin học ngành khí chế tạo có nhiều điểm giống chúng dựa chi tiết khí sử dụng liệu tin học chung: nguồn đồ thị hiển thị liệu quản lý Thực tế, CAD CAM tương ứng với hoạt động hai trình hỗ trợ cho phép biến ý tưởng trừu tượng thành vật thể thật Hai trình thể rõ công việc nghiên cứu (bureau d’étude) triển khai chế tạo (bureau des méthodes) Xuất phát từ nhu cầu cho trước, việc nghiên cứu đảm nhận thiết kế mơ hình mẫu thể vẽ biễu diễn chi tiết Từ vẽ chi tiết, việc triển khai chế tạo đảm nhận lập trình chế tạo chi tiết vấn đề liên quan đến dụng cụ phương pháp thực Hai lĩnh vực hoạt động lớn ngành chế tạo máy thực liên tiếp phân biệt kết * Kết CAD vẽ xác định, biểu diễn nhiều hình chiếu khác chi tiết khí với đặc trưng hình học chức Các phần mềm CAD dụng cụ tin học đặc thù cho việc nghiên cứu chia thành hai loại: Các phần mềm thiết kế phần mềm vẽ * Kết CAM cụ thể, chi tiết khí Trong CAM không truyền đạt biểu diễn thực thể mà thực cách cụ thể công việc Việc chế tạo bao gồm vấn đề liên quan đến vật thể, cắt gọt vật liệu, công suất trang thiết bị, điều kiện sản xuất khác có giá thành nhỏ nhất, với việc tối ưu hoá đồ gá dụng cụ cắt nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật chi tiết khí Nhằm khai thác cơng cụ hữu ích, ứng dụng tin học chế tạo không hạn chế phần mềm đồ hoạ hiển thị quản lý mà cịn sử dụng việc lập trình điều khiển máy cơng cụ điều khiển số, địi hỏi thực phải nắm vững kiến thức kỹ thuật gia công Trong chế tạo, việc sử dụng liệu tin học phải lưu ý đến nhiều mối quan hệ ràng buộc Các ràng buộc nhiều thiết kế Việc cắt gọt vật liệu máy công cụ điều khiển số hay máy công cụ vạn thông thường nhau, hai trường hợp vật liệu không thay đổi tính chất Trong liệu tin học có mơi trường cơng nghiệp có xưởng gia công Các nguồn liệu cải thiện kỹ thuật chế tạo, chuyển đổi phương pháp dẫn đến thay đổi quan trọng cơng việc hồn thành lập qui trình cơng nghệ vị trí làm việc Ngồi cơng việc cho phép điều khiển số nguyên công gia công, việc thiết lập liệu tin học mang lại nhiều cải thiện kết cấu liên quan đến cấu trúc máy đồ gá, phương pháp chế tạo kiểm tra sản phẩm, thiết kế dụng cụ cắt cấu tự động khác Mặt khác, ứng dụng tin học cho phép khai thác tốt khả máy dụng cụ Ngày việc chuyển biến từ ý tưởng trừu tượng thành sản phẩm thực tế theo q trình hồn tồn chi phối máy tính điện tử, sơ đồ hình 1.1 rõ BUREAUTIQUE ET COMMUNICATION ADMINISTRATION ET GESTION CONCEPTION, MODELISATION, ANALYSE ET INGENIERIE ASSISTE PAR ORDINATEUR (CAO - IAO) BUREAU D’ETUDE CAO FABRICATION INTEGREE SUR ORDINATEUR (FIO) DESSIN ASSISTE PAR ORDINATEUR (DAO) PROCEDES, SIMULATION, PROGRAMMATION FAO MOCN MOCN AUTOMAT BUREAU DE METHODES ROBOT CONTRÔLE DE QUALITÉ INVENTAIRE ET MANUTENTION ADMINISTRATION ET GESTION Hình 1.1 - Sơ đồ CAO - FAO - FIO Ta phân biệt hai loại dụng cụ tin học nghiên cứu thiết kế: - Các phần mềm vẽ có tham gia máy tính điện tử (Dessin Assisté par Ordinateur-DAO hay Computer Aided Drawing - CAD) - Các phần mềm thiết kế có tham gia máy tính điện tử (Conception Assistée par Ordinateur-CAO hay Computer Aided Design-CAD) Trong tiếng Anh ta sử dụng từ CAD chung cho hai phần mềm Trong triển khai chế tạo sản phẩm từ vẽ thiết kế, ngày có phần mềm ứng dụng phần mềm chế tạo có tham gia máy tính điện tử ( Fabrication Assistée par Ordinateur - FAO hay Computer Aided Manufacturing - CAM) Khi tích hợp máy tính điện tử cho hoạt động thiết kế chế tạo thực hiện, tức việc thực trực tiếp dựa vào liệu số tạo việc thiết kế, tập hợp hoạt động đặc trưng CAD/CAM mơ tả khái niệm chế tạo tích hợp máy tính điện tử ( Fabrication Intégrée par Ordinateur - FIO hay Computer integrated Manufacturing - CIM) Do CIM biểu diễn hoạt động tương ứng với thiết kế, vẽ, chế tạo kiểm tra chất lượng sản phẩm khí 1.2 Đối tượng phục vụ CAD/CAM Xu phát triển chung ngành công nghiệp chế tạo theo công nghệ tiên tiến liên kết thành phần qui trình sản xuất hệ thống tích hợp điều khiển máy tính điện tử (Computer Integrated Manufacturing - CIM) Các thành phần hệ thống CIM quản lý điều hành dựa sở liệu trung tâm với thành phần quan trọng liệu từ q trình CAD Kết q trình CAD khơng sở liệu để thực phân tích kỹ thuật, lập qui trình chế tạo, gia cơng điều khiển số mà liệu điều khiển thiết bị sản xuất điều khiển số loại máy công cụ, người máy, tay máy công nghiệp thiết bị phụ trợ khác Công việc chuẩn bị sản xuất có vai trị quan trọng việc hình thành sản phẩm khí - Hộp thoại Chaining xuất hiện, ta chọn biên dạng hốc trịn hình Nhấn OK sau chọn xong - Chọn dụng cụ gia công hộp thoại 2D Toolpaths - Pocket Ở đây, để tiết kiệm dao, ta tiếp tục sử dụng Flat Endmill Ø15mm - Tại tab Cut parameters, ta thiết lập thông số cắt 49 Machine direction : Kiểu phay thuận hay phay nghịch Pocket Type : Kiểu pocket, ta chọn kiểu Standard Stock to leave on walls Stock to leave on floors : Lượng dư chừa thành đáy - Tại tab Roughing, ta chọn phương pháp cắt (Trong ví dụ ta chọn kiểu Spiral) Stepover percentage : xác định khoảng dịch dao theo tỷ lệ với đường kính dụng cụ Stepover distance : xác định khoảng dịch dao số cho trước 50 Spiral inside to outside : dao di chuyển từ tâm vịng xoắn ngồi - Tại tab Finishing Finish outer boundary : gia công tinh biên dạng Start finish pass at closest entity : bắt đầu bước gia công tinh điểm gần Keep tool down : Luôn giữ dao xuống - Thiết lập chiều sâu cắt tab Depth Cuts - Tại tab Linking Parameters Retract : Mặt phẳng rút dao lên sau gia công xong 51 Feed Plane : Mặt phẳng bắt đầu gia công Top stock : Mặt đỉnh phôi Depth : Chiều sâu cắt Nhấn OK xuất đường chạy dao sau : * Gia công hốc chữ nhật hở : - Chọn Toolpaths/ Pocket - Chọn biên dạng gia cơng hình, OK 52 - Chọn dao tab Tool Ở ta chọn dao Flat Endmill Ø10mm - Tại tab Cut Parameters, ta thiết lập thông số cắt Pocket type : ta chọn Open để gia công biên dạng hở Use Standard pocket for closed chains : Sử dụng đường chạy dao kiểu Standard để gia công Use open pocket cutting method : Sử dụng đường chạy dao kiểu biên dạng hở để gia công 53 - Thiết lập chiều sâu cắt Depth Cuts - Thiết lập thông số Linking Parameters Kết : Mô nguyên công, ta có kết đường chạy dao hình : 7.3 Mơ Chu trình SURFACE ROUGH POCKET & DRILL TOOLPATH Cho vẽ chi tiết hình : 54 Pocket toolpath : Chọn dao Flat Endmil Ø10mm để gia cơng biên dạng contour 55 Contour toolpath : Có nhiều cách gia công biên dạng (2), ta tiến hành gia công kiểu Contour Chọn dao Flat Endmill Ø10mm Surface Rough Pocket : Để gia công hốc (3), ta dùng kiểu chạy dao Surface Rough Pocket 56 Sau chọn kiểu Pocket, phần mềm yêu cầu Select Drive Surface : chọn mặt cần gia công Ta chọn mặt hình : Tiếp theo đó, bảng thông số Surface Rough Pocket xuất để ta thiết lập - Tại tab Toolpath parameters, ta chọn dao Flat Endmill Ø5mm 57 - Tại tab Surface Parameters : ta thiết lập thông số bề mặt gia cơng Clearance : Mặt phẳng an tồn Là mặt phẳng sau kết thúc gia cơng dao đó, dao rút lên vị trí Tip : Kiểu bù dao Retract : Mặt phẳng lùi dao lên sau lần chuyển dao để gia công lát cắt Feed Plane : Mặt phẳng bắt đầu gia công 58 Top stock : Mặt đỉnh phôi Regen : Xuất lại thông số bề mặt - Tại tab Rough Parameter : thiết lập thông số gia công thô Total tolerance : Dung sai tổng bề mặt sau gia công thô Maximum stepdown : Chiều sâu cắt lớn cho lát cắt Use entry point : Sử dụng chức vào dao Plunge outside containment boundary : Xuống dao từ bên đường biên giới hạn vùng gia công Align plunge entries for start holes : Chỉnh hướng xuống dao theo lỗ khoan bắt đầu - Tại tab Pocket parameters : 59 Cutting method : Chọn phương pháp cắt gọt Stepover percentage : Xác định khoảng dịch dao theo tỷ lệ với đường kính dụng cụ Stepover distance : Xác định khoảng dịch dao số cho trước Spiral inside to outside : Vòng xoắn đường dụng cụ có hướng từ ngồi Use quick zigzag : Sử dụng kiểu chạy zigzag nhanh Roughing angle : Góc cắt thơ so với phương X Kết : Drill : - Chọn Toolpath/ Drill - Chọn vị trí tâm lỗ cần khoan 60 - Tại tab Tool, ta chọn mũi khoan Ø5mm thiết lập thơng số lượng chạy dao, tốc độ trục - Tại tab Cut Parameters : ta thiết lập kiểu chu trình gia cơng khoan mục Cycle 61 Drill/ Counterbore : Khoan theo chu trình G81 Peck Drill : Khoan theo chu trình G83 Chip Break : Khoan theo chu trình G73 - Tại tab Linking Parameters Mơ ngun cơng, ta có kết đường chạy dao hình : 62 63 ... thay gia công điều khiển số (CAM) Về công nghệ, khác biệt gia cơng tạo hình theo công nghệ truyền thống công nghệ CAD/ CAM thay tạo hình theo mẫu mơ hình hố hình học Kết mẫu chép hình cơng nghệ gia... sản xuất dùng CAD/ CAM Hình 1.4 Qui trình thiết kế gia cơng tạo hình theo cơng nghệ truyền thống Hình 1.5 Qui trình thiết kế gia cơng tạo hình theo cơng nghệ CAD/ CAM Hình Qui trình thiết... THỜI GIAN vi Chương 1: Tổng quan CAD/ CAM 1 Vai trò chức cad/ cam sx đại 1.1 Giới thiệu CAD/ CAM hay CAO/FAO 1.2 Đối tượng phục vụ CAD/ CAM Thiết kế gia cơng tạo