Tổng quan về cadcamcnc lesson cad cam cnc1

Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM Khoa Cơ Khí Mơn học: CAD/CAM/CNC Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC MỤC ĐÍCH MƠN HỌC Giúp sinh viên: Hiểu biết CAD/CAM/CNC cần thiết sản xuất đại Nắm cách xây dựng mơ hình nhờ máy tính (CAD) Nắm cách tạo chương trình NC nhờ hệ thống CAD/CAM (CAM) Nắm cách lập chương trình NC tay để điều khiển máy CNC (CNC) Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC NỘI DUNG Tổng quan CAD/CAM/CNC Phần cứng CAD/CAM/CNC CAD - Thiết kế nhờ máy tính CAM - Sản xuất nhờ máy tính CNC - Điều khiển số nhờ máy tính Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC TÀI LIỆU THAM KHẢO Đoàn Thị Minh Trinh: Công nghệ CAD/CAM NXB Khoa Học Kỹ Thuật, 1998 Lê Trung Thực: CAD/CAM - Thiết kế sản xuất nhờ máy tính, 2000 Đồn Thị Minh Trinh, Nguyễn Ngọc Tâm: Cơng nghệ - Lập trình gia cơng điều khiển số, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, 2002 P N Rao: CAD/CAM Principles and Applications McGraw-Hill, 2002 Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn hoïc: CAD/CAM/CNC PHÂN BỐ THỜI GIAN Tổng cộng 60 tiết, đó: - Học lý thuyết: 45 tiết - Thực hành: 15 tiết (3 buổi tiết) Thi kiểm tra: - Kiểm tra kỳ: 65 phút, tuần thứ - Kiểm tra cuối kỳ: 90 phút, tuần thứ 17 Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC U CẦU ĐỐI VỚI NGƯỜI HỌC Hiểu biết Công nghệ chế tạo máy, biết chọn dụng cụ cắt xác định chế độ gia cơng Biết sử dụng máy tính Hiểu biết vẽ kỹ thuật Nên tìm hiểu khn nhựa, khn thổi v.v Phải tìm hiểu phần mềm CAD/CAM (Ví dụ: Pro/ENGINEER, Cimatron, SolidWorks-SolidCAM, Mastercam,v.v…) Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Phần 1: Tổng quan CAD/CAM/CNC • • • • • • • • Khái niệm CAD/CAM/CNC Mối quan hệ CAD/CAM CNC Quá trình sản xuất CAD/CAM Những thành tựu CAD/CAM giới Tình hình CAD/CAM/CNC Việt nam Xu hướng phát triển sản xuất giới Tương lai ngành Cơ khí xác Nhiệm vụ lâu dài trước mắt Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Định nghĩa CAD/CAM/CNC • CAD: Computer Aided Design = Thiết kế nhờ máy tính • CAM: Computer Aided Manufacturing = Sản xuất nhờ máy tính • CNC : Computer Numerical Control = Điều khiển số nhờ máy tính Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Mối quan hệ CAD/CAM CNC CAD CAM CNC QTSX truyền thống 10 Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Nhược điểm – Khó đạt độ xác gia công chủ yếu sai số mẫu dùng cho trình chép hình phóng đại – Dễ làm sai nhầm lẫn hay hiểu sai – Năng suất thấp mẫu thiết kế theo phương pháp thủ công qui trình thực (Tạo mẫu sản phẩm  Lập vẽ chi tiết  tạo mẫu chép hình  Gia công chép hình) Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC 11 QTSX có CAD/CAM (CAM) 12 Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Ưu điểm QTSX có CAD/CAM – Thiết kế sản phẩm có hình dạng phức tạp không gian 3D – Liên kết với Môđun khác để thực trình tính toán phân tích kỹ thuật, mô gia công thử để kịp thời sửa chữa trước tiến hành trình sản xuất – Biên dịch đường chạy dao xác dùng cho công nghệ gia công máy CNC truyền chương trình gia công qua máy gia công CNC Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC 13 Lịch sử phát triển CAD/CAM/CNC C IM CAD / CAM CAD F MS S CNC NC 1950 1960 1970 1980 1990 14 Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Các phần mềm CAD/CAM – Ngày nay, phần mềm CAD/CAM phong phú đa dạng, – Trên thị trường thông dụng AutoCAD, Mechanical Desktop, Pro/ENGINEER, Catia, Unigraphics-NX, Cimatron, Mastercam, SolidWorks … – CAD/CAM chiếm vai trò to lớn kinh tế nói chung ngành khí nói riêng Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC 15 Các thành tựu đạt CAD/CAM – Các hệ thống đồ hoạ tương tác máy tính – Tạo vẽ phương pháp đại phương pháp quét toạ độ theo không gian 2D – Tiến phương pháp quét theo không gian 3D tạo mô hình giống hình dạng chi tiết Tay đo dùng để lấy liệu 16 Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Các thành tựu đạt CAD/CAM – Tạo sở liệu cho trình thiết kế chế tạo – Lập qui trình công nghệ nhờ trợ giúp máy tính – Định mức thời gian gia công nhờ máy tính chương trình CAD/CAM – Lập chương trình gia công máy tính – Lập kế hoạch đầu tư, nắm tình hình sản xuất Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC 17 Các thành tựu đạt CAD/CAM – Công nghệ tạo mẫu nhanh từ liệu CAD/CAM cho chi tiết mẫu giống chi tiết thật, công nghệ bước đột phá công nghệ CAD/CAM đem lại ứng dụng to lớn sản xuất Máy tạo mẫu nhanh Sản phẩm máy tạo mẫu nhanh Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Bối cảnh kinh tế Việt nam a Khoảng từ 1995 đến ngành khí bắt đầu lên b Ngành khí bị bỏ qn nhiều năm liền, khơng đầu tư cịn mê làm nơng nghiệp, thủ công mỹ nghệ, hàng tiêu dùng xuất mây, tre, c Từ năm 1997 Việt nam lần có phần mềm CAD/CAM Cimatron 7.0 hãng Saeilo Nhật tài trợ ĐHBK có máy phay CNC Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC 19 Nhu cầu sản phẩm từ nhựa 20 10 Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC DNC với điều khiển chuyên nghiệp Các chức DNC     NC không cần băng đục lỗ Lưu trữ chương trình NC Thu thập liệu, xử lý báo cáo Truyền thông 15 Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Ưu điểm DNC       Loại bỏ băng lỗ máy đục lỗ Khả tính toán nhanh linh hoạt Lưu chương trình NC dạng files Các chương trình lưu CL files Báo cáo tình hình sản xuất Thiết lập móng để phát triển nhà máy tự động điều khiển nhờ máy tính tương lai Phối hợp DNC CNC  Sự phối hợp DNC CNC làm tăng khả cho hệ thống sản xuất nhờ máy tính Trước hết không cần băng lỗ máy đục lỗ cho máy CNC Máy tính DNC nạp trực tiếp chương trình cho nhớ CNC Không giống máy NC truyền thống, máy CNC có đủ nhớ để nạp toàn chương trình DNC Chương trình nạp lần block Việc giảm số lượng đầu nối cần thiết máy tính trung tâm máy công cụ 16 Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Xu hướng tương lai  Trong hệ thống hỗn hợp DNC CNC, phần mềm điều khiển CNC có postprocessor Việc cho phép chương trình gia công NC nạp chương trình từ máy tính DNC dạng CL (Cutter Location) FILE, khỏi cần phải hậu xử lý trước đưa sang máy CNC  Ưu điểm phối hợp DNC CNC khả dự trữ Nếu máy tính trung tâm bị hỏng, máy hệ thống không bị liệt Chỉ cần thực phục hồi cần thiết máy riêng biệt hoạt động thường Khả phục hồi chương trình    Có chương trình NC từ máy tính DNC Mỗi máy CNC có trang bị thiết bị đọc băng lỗ nối với máy đọc băng lỗ lưu động Đương nhiên giá thành hệ thống phải tăng lên Ưu điểm thứ ba cải thiện liên lạc máy tính trung tâm và nơi sản xuất Với việc nối máy tính hai đầu, nhiều cố thiết kế nhà máy lớn loại trừ 17 Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC 7.Các hệ thống máy NC điều khiển thích nghi  Điều khiển thích nghi (Adaptive Control –AC) có nguồn gốc từ nghiên cứu năm đầu thập kỷ 1960 phòng thí nghiệm nghiên cứu Bendix không lực Hoa kỳ tài trợ  Lúc đầu hệ thống điều khiển thích nghi dựa thiết bị điều khiển tương tự, phản ánh tình trạng phát triển công nghệ thời Ngày AC dùng Microprocessor, thông thường tích hợp với hệ thống CNC đại Thuật ngữ Adaptive Control  Thuật ngữ AC nghóa hệ thống điều khiển đo biến số hệ thống dùng chúng để điều khiển tốc độ lượng ăn dao  Một số biến số dùng hệ thống máy điều khiển thích nghi tốc độ quay lực, moment, nhiệt độ cắt, biên độ dao động công suất Nói cách khác tất tham số cắt mà đo thử các hệ thống AC thí nghiệm 18 Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Mục đích hệ thống điều khiển thích nghi  Làm cho hệ thống hoạt động có hiệu Hàm mục tiêu thường tốc độ cắt bỏ kim loại giá thành đơn vị thể tích vật liệu cắt bỏ AC dùng đâu • 1/ Nơi mà dụng cụ cắt sử dụng  40% thời gian chu kỳ gia công • 2/ Nơi có nhiều nguồn biến số phôi mà AC bù trừ Thực tế AC thích nghi lượng ăn dao vận tốc biếân số • 3/ Nơi giá thành vận hành máy cao Giá thành vận hành máy chủ yếu vốn đầu tư cho thiết bị cao • 4/ Nơi phôi điển hình cho AC vật liệu gồm thép, Titan, hợp kim bền cao Gang nhôm vật liệu hẫp dẫn AC, vật liệu thường dễ gia công 19 Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Các nguồn biến đổi gia công      Chiều sâu chiều dày cắt thay đổi Độ cứng thay đổi Độ cứng vững thay đổi Mòn dao Mặt gia công không liên tục Các tham số vào chương trình  Kích thước hình dáng dụng cắt, độ cứng vật liệu gia công, kích thước gia công, đặc tính máy cắt • Dựa vào tham số vào này, chương trình tính toán cho giá trị Lượng ăn dao, Vận tốc trụ chính, Giới hạn lực cắt cho vùng cắt 20 Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Hai dạng điều khiển thích nghi • 1/ AC tối ưu (ACO) – Adaptive Control Optimization • 2/ AC giới hạn (ACC) Adaptive Control constraints Điều khiển thích nghi tối ưu • Trong hệ thống này, thông số tối ưu hóa định cho hệ thống Hàm đo suốt qúa trình gia công, thí dụ lượng phoi cắt giá thành khối lượng vật liệu cắt Nhiều hệ thống tối ưu hóa cách cực đại hóa tỉ lệ lượng kim loại cắt so với độ mòn dụng cụ 21 Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Khó khăn nghiên cứu  Độ mòn dụng cụ đo trực tuyến công nghệ đo  Vì vậy, hệ số IP điều khiển trình gia công  Do cảm biến để đo độ mòn dụng cụ hệ thống ACO  Hầu tất hệ thống điều khiển thích nghi thuộc loại thứ 2: ACC Công thức tính tỉ lệ 22 Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Hệ thống ACC  Được phát triển với mức độ thông minh tốn so với ACO  Các hệ thống sản xuất ACC sử dụng giới hạn dựa biến số đo  Vì hệ thống có tên gọi ACC Mục tiêu hệ thống điều khiển vận tốc lượng ăn dao cho biến số đo nằm vùng giới hạn cho phép Hoạt động hệ thống ACC  Ứng dụng điển hình phay viền phay túi rỗng (profile, pocket) máy NC  Vận tốc V – tham số điều khiển  Lựa cắt P công suất cắt N biến số đo dược  Gắn hệ thống ACC vào máy NC chuyện bình thường Có lý để máy NC dùng làm điểm bắt đầu tự nhiên cho việc ứng dụng AC:  1/ Máy NC thường có mô tơ điều khiển,  2/ Các phôi gia công thông thường cho máy NC có nguồn thay đổi mà AC thực (feasible) 23 Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Quan hệ phần mềm AC chương trình APT Mục tiêu việc tính toán  Xác định điều kiện cắt để cực đại hóa tốc độ cắt bỏ kim loại  Người lập trình gia công thường phải vận tốc lượng ăn dao để gia công  Với điều khiển thích nghi, thông số tính toán nhờ phần mềm gia công sở liệu nhập vào người lập trình can thiệp vào 24 Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Ích lợi gia công có điều khiển thích nghi • • • • • 1/ 2/ 3/ 4/ 5/ Tăng suất gia công Tăng chu kỳ bền dụng cụ (tuổi thọ) Bảo vệ phôi tốt Người vận hành phải can thiệp Lập trình gia công dễ 8.Xu hướng phát triển NC  Thay băng đục lỗ băng từ  Sử dụng thiết bị kiểm tra NC ngày thông dụng  Kiểm tra phôi qúa trình gia công nằm bàn máy  Tự hiệu chỉnh vị trí dụng cụ để bù trù sai số máy  Định vị mặt tham chiếu phôi sau gia công để đạt độ xác cao  Kiểm tra dụng cụ cắt để xác định tình trạng dụng cụ (răng gẫy)  Ưu điểm việc dùng thiết bị kiểm tra tiết kiệm thời gian nâng cao độ xác gia công 25 Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Những hệ thống NC tiên tiến  Trong ngôn ngữ APT, chi tiết xác định phương pháp hình học đường, mặt phẳng, đường tròn  Đường, mặt phẳng, đường tròn phần tử biên đường mặt vô tận đường tròn khép kín  Còn thân chi tiết vật có biên, phần tử hình học APT xác định đầy đủ xác hình học chi tiết  Bằng trật tự câu lệnh APT, dụng cụ di chuyển theo mặt chi tiết, bỏ qua phần đường tròn đường thẳng không liên quan đến chi tiết Những hệ thống NC tiên tiến  Theo cách xây dựng mô hình hệ thống CAD/CAM phôi xác định mặt cạnh tạo nên vật thể đặc chi tiết Mặt cạnh vô tận  Khái niệm gọi Boundary Geometry, ngược lại với khái niệm APT  Một mục tiêu dự án CAM – dùng khái niệm chứa bên hình học biên để xác định chi tiết 26 Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Một số mục tiêu quan trọng dự án • 1/ Một tập ngôn ngữ mới: Dùng khái niệm hình học biên Sẽ có cố gắng làm cho ngôn ngữ tương thích với ngôn ngữ APT Ngôn ngữ mức cao so với APT • 2/ Đa dạng: Không dùng để cắt kim loại mà dùng cho nhiều lónh vực khác kiểm tra, dập,… • 3/ Thiết kế theo Module: chương trình phải thiết kế để thực chức • Phay Profile • Phay Pocket • Gia công theo điểm (PTP operation) • Tiện (Turning) • Kiểm tra (Inspection) Tự động hóa thực chức lập trình NC       Lập trình NC bao gồm Tạo đường chạy dao Chọn dụng cụ Lượng ăn dao Tốc độ cắt Thứ tự nguyên công 27 Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Kiểm tra giao  Các chương trình phải xây dựng bên NC tiên tiến để kiểm tra khả va chạm dụng cụ đồ gá gia công va chạm khác Giao diện với sở liệu CAD/CAM  Hệ thống điều khiển số tiên tiến phải giao diện với sở liệu thiết kế gia công  Dữ liệu thiết kế phải chứa liệu liên quan đến hình học chi tiết (phôi thô kích thước cuối chi tiết), đồ gá, dao cắt, khả chế tạo dao liệu giá thành  Chức lập trình NC phải giao diện với chương trình lập quy trình gia công nhờ máy tính 28 Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Các hệ thống sản xuất linh hoạt (HTSXLH)  Một phát triển quan trọng DNC đưa vào ứng dụng hệ thống sản xuất linh hoạt (Flexible Manufacturing System - FMS)  Một FMS nhóm máy NC (hoặc trạm làm việc khác) có liên hệ với hệ thống vận chuyển vật liệu  Toàn máy NC hệ thống vận chuyển điều khiển máy tính Robotics  Theo chất công nghệ lập trình, Robot công nghiệp có nhiều điểm chung với máy NC  Robot dùng để vận chuyển phôi dụng cụ sản xuất  Một nhiệm vụ quan trọng Robot nạp phôi vào lấy phôi khỏi máy gia công, kể máy NC  Robot máy tạo nên tế bào sản xuất tự độïng với việc nạp phôi vào tế bào từ băng tải đưa chi tiết gia công tế bào đến băng tải khác  Toàn công việc thực cách tự nhiên không cần đến người 29 ... THIẾT KẾ NHỜ MÁY TÍNH NỘI DUNG 3.1 Tổng quan 3.2 Đồ hoạ máy tính 3.3 Các phương pháp tạo hình Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC 3.1 Tổng quan (1) Chúng ta biết mối liên hệ... Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Phần 1: Tổng quan CAD/CAM/CNC • • • • • • • • Khái niệm CAD/CAM/CNC Mối quan hệ CAD/CAM CNC Quá trình sản xuất CAD/CAM Những thành tựu CAD/CAM...Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC NỘI DUNG Tổng quan CAD/CAM/CNC Phần cứng CAD/CAM/CNC CAD - Thiết kế nhờ máy tính CAM - Sản xuất nhờ máy tính