Trình bày những hiểu biết của nhóm về cadcamcnc (lịch sử hình thành và phát triển, các khái niệm, )

Các khái niệm • CAD Computer-Aided Design: Công cụ hỗ trợ thiết kế trên máy tính, giúp tạo ra các mô hình 2D hoặc 3D của sản phẩm hoặc chi tiết kỹ thuật, sử dụng để thiết kế, phân tích,

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

BÁO CÁO CUỐI KỲ MÁY CNC VÀ CAD/CAM 2425I_EMA2040_5

TIỂU LUẬN CUỐI MÔN HỌC

NHÓM 7

Sinh viên thực hiện :

1 Bùi Trọng Bảo Long Lớp: K67-AT Mã sinh viên: 22021585

2 Nguyễn Công Thành Lớp: K67-AT Mã sinh viên: 22021555

3 Trần Chí Trường Lớp: K67-AT Mã sinh viên: 22021531

Giảng viên: TS Bùi Huy Hoàng

TS Trần Thanh Tùng

HÀ NỘI - 2024

Lời cảm ơn

Chúng em xin gửi lời tri ân sâu sắc đến thầy Bùi Huy Hoàng và thầy

Trần Thanh Tùng, những người thầy tận tâm đã đồng hành cùng chúng em

trong suốt quá trình thực hiện báo cáo Với sự chỉ bảo tận tình và kinh nghiệm quý báu của các thầy, chúng em đã từ những sinh viên còn nhiều

bỡ ngỡ với máy tiện, máy phay trở thành những người tự tin hơn trong việc làm chủ kỹ thuật và vận hành máy móc

Hành trình thực hiện báo cáo không chỉ là một nhiệm vụ học tập mà còn

là một trải nghiệm đầy thử thách và ý nghĩa Chúng em đã trải qua những khoảnh khắc lo lắng trước những khó khăn, những giờ phút miệt mài tìm cách khắc phục lỗi kỹ thuật, và cảm giác tự hào khi nhìn thấy sản phẩm cuối cùng hoàn thiện Chính nhờ sự hướng dẫn tận tụy của các thầy, chúng em

đã có cơ hội học hỏi, phát triển kỹ năng, và tích lũy những kinh nghiệm quý báu

Những kiến thức mà chúng em tiếp thu không chỉ dừng lại ở việc hoàn thành báo cáo, mà còn là hành trang quan trọng giúp chúng em tự tin hơn khi bước vào con đường nghề nghiệp phía trước Chúng em sẽ mãi trân trọng và ghi nhớ sự giúp đỡ của các thầy, coi đó là động lực để phấn đấu không ngừng trong tương lai

Một lần nữa, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Bùi Huy

Hoàng và th ầy Trần Thanh Tùng Kính chúc các thầy luôn mạnh khỏe, hạnh

phúc và đạt được nhiều thành công trên con đường giảng dạy và truyền cảm hứng

A PHẦN LÝ THUYẾT

Câu 1 Trình bày những hiểu biết của nhóm về CAD/CAM/CNC (lịch sử hình thành và phát triển, các khái niệm, )

I CAD/CAM

1 Lịch sử hình thành và phát triển

Năm Sự kiện và Thành tựu quan trọng

1957 PRONTO - Hệ thống điều khiển số (NC) đầu tiên được phát triển bởi Patrick J

Hanratty

1959 General Motors và IBM phát triển DAC-1, hệ thống CAD thương mại đầu tiên

1963 Ivan Sutherland giới thiệu Sketchpad, hệ thống đồ họa máy tính tương tác đầu

tiên, đặt nền tảng cho CAD

1971 McDonnell Douglas ra mắt CADD, hệ thống CAD/CAM dùng trong hàng không và

kỹ thuật cơ khí

1977 Dassault Systèmes phát triển CATIA, phần mềm CAD/CAM mạnh mẽ phục vụ

ngành hàng không

1979 Autodesk được thành lập, hướng tới các phần mềm CAD/CAM giá rẻ và dễ sử

dụng

1982 Autodesk ra mắt AutoCAD, phần mềm CAD thương mại phổ biến đầu tiên dành

cho máy tính cá nhân

1984 CATIA được thương mại hóa, được Boeing sử dụng để thiết kế máy bay

1987 PTC phát triển Pro/ENGINEER, phần mềm CAD tham số đầu tiên, mở ra hướng

thiết kế hiện đại

1995 SolidWorks được ra mắt, cung cấp giải pháp CAD 3D giá rẻ cho doanh nghiệp

vừa và nhỏ

1998 Dassault Systèmes mua lại SolidWorks, tích hợp hệ sinh thái CAD/CAM của

mình

2000 CAD/CAM tích hợp với phân tích phần tử hữu hạn (FEA), quản lý vòng đời sản

phẩm (PLM), và mô phỏng phức tạp

2002 Siemens giới thiệu NX (trước đây là Unigraphics), giải pháp CAD/CAM/CAE tích

hợp toàn diện

2010 Phần mềm như Fusion 360 tích hợp CAD/CAM với công nghệ đám mây và sản

xuất bồi đắp

2020 Tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI), IoT và Industry 4.0, thúc đẩy ứng dụng CAD/CAM

trong sản xuất thông minh

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 dành cho lao động sáng tạo và quyết định Cho nên khoảng 90% khối lượng công việc trên có thể thực hiện bằng máy tính điện tử hoặc máy vẽ tự động Việc làm này vừa chính xác hơn, vừa chất lượng hơn

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

Hệ tích hợp CAD/CAM ra đời vào giữa những năm 70 và 80

2 Các khái niệm

• CAD (Computer-Aided Design): Công cụ hỗ trợ thiết kế trên máy tính, giúp tạo ra các mô hình 2D hoặc 3D của sản phẩm hoặc chi tiết kỹ thuật,

sử dụng để thiết kế, phân tích, và tối ưu hóa

• CAM (Computer-Aided Manufacturing): Công cụ hỗ trợ sản xuất trên máy tính, chuyển đổi dữ liệu thiết kế từ CAD thành các lệnh điều khiển máy CNC hoặc thiết bị sản xuất tự động

• Mối liên kết CAD/CAM: Tổ hợp CAD/CAM là một hệ thống mà ở đó mối liên kết giữa thiết kế và chế tạo được hoàn thiện dựa trên cơ sở sử dụng thông tin và dữ liệu của quá trình CAD trực tiếp trong thủ tục CAM Như vậy tránh được sự hình thành một cách độc lập các dữ liệu cho chương trình của máy tính trong lĩnh vực sản xuất Mô hình công cụ CAD/CAM:

3 Các phần mềm thông dụng

- Phần mềm CAD:

• AutoCAD: Thiết kế 2D và 3D phổ biến trong kỹ thuật xây dựng, kiến trúc

• SolidWorks: Tập trung vào thiết kế sản phẩm cơ khí

• CATIA: Được sử dụng trong ngành công nghiệp hàng không và

ô tô

• Creo: Tối ưu cho thiết kế mô-đun và phân tích kỹ thuật

• Phần mềm CAM:

• Mastercam: Đứng đầu trong lập trình CNC

• Fusion 360: Tích hợp CAD và CAM, phù hợp cho doanh nghiệp nhỏ

• PowerMill: Tối ưu hóa cho gia công phức tạp

• Edgecam: Dễ sử dụng, tập trung vào gia công tiện và phay

II.Máy công cụ điều khiển bằng chương trình số (máy CNC)

CNC (Computer Numerical Control) là một dạng máy sử dụng phổ biến trong các ngành gia công cơ khí, được điều khiển tự động hóa dưới sự hỗ trợ của máy tính Các bộ phận hoạt động theo chuỗi sự kiện đã được người dùng lập trình sẵn nhằm tạo ra các sản phẩm có hình dạng và kích thước đạt chuẩn theo yêu cầu Ngoài ra, tổ hợp Cell là kết hợp một loạt các loại máy CNC còn cho phép thực hiện đa thao tác trên cùng một bộ phận, linh hoạt trong sản xuất sản phẩm và tiết kiệm thời gian đáng kể

1 Lịch sử hình thành và phát triển

Năm 1947, John Parsons nảy ra ý tưởng áp dụng điều khiển tự động vào quá trình chế tạo cánh quạt máy bay trực thăng ở Mỹ Trước đó, việc gia công và kiểm tra biên dạng của cánh quạt phải dùng các mẫu chép hình,

sự chép đường, do đó rất lâu và không kinh tế Ý định dùng bia xuyên lỗ để

đo các lỗ làm cách cho tin hiệu để điều khiển bàn bằng dao, đã giúp Parsons phát triển hệ thống Digital của ông

Với kết quả này, năm 1949, ông ký hợp đồng với USAF (US Air Force) nhằm chế tạo một loại máy cắt theo biên dạng tự động Parsons yêu cầu trợ giúp để sử dụng phương tiện nghiệm điều khiển tự động của Viện Công Nghệ Massachusetts (M.I.T) nơi được chính phủ Mỹ tài trợ để chế tạo một loại máy phay 3 trục có thể điều khiển bằng băng chứa đục lỗ

Sau 5 năm nghiên cứu, J Parsons đã hoàn chỉnh hệ thống điều khiển máy phay và lần đầu tiên trong năm 1954, M.I.T đã sử dụng tên gọi “Máy NC”

Trong những năm 60, thời gian đã chín muồi cho việc phát triển và ứng dụng các máy NC Rất nhiều thành tựu của ngành công nghiệp hàng không Mỹ đã nhanh chóng ứng dụng, phát triển và đã sản sinh ra hệ máy công cụ mới (CNC) cho phép gia công các bề mặt phức tạp, tạo hình với hai, ba hoặc bốn và năm trục (ba tịnh tiến và hai quay)

Các nước châu Âu và Nhật Bản phát triển có chậm hơn một vài năm, nhưng cũng có những đặc điểm riêng, chẳng hạn việc chế tạo máy và kết cấu như kết cấu cắt trực thẳng, tốc độ cắt lớn, hệ thống cấp dao v.v…

Từ đó đến nay, hàng loạt máy CNC ra đời với chủng loại và phát triển không ngừng Sự phát triển đó dựa vào thành tựu của các ngành: máy tính điện tử, công nghiệp và điều khiển tự động Nhất là trong thập niên 90, máy CNC đã mở rộng một cách nhanh chóng có trong lĩnh vực tự động

2 Một số đặc trưng cơ bản và quy ước của máy CNC

Độ chính

xác

Đảm bảo độ chính xác gia công lên đến micron

Khả năng

lặp lại

Gia công các sản phẩm giống nhau với độ chính xác cao

Tự động

hóa

Hoạt động dựa trên chương trình nhập liệu, giảm sự can thiệp của con người

Tính linh

hoạt

Có thể lập trình lại để gia công nhiều loại chi tiết khác nhau

Giao diện

điều khiển

Sử dụng bảng điều khiển với màn hình hiển thị và bàn phím nhập lệnh

Quy ước

trục tọa độ

- Tuân theo quy tắc bàn tay phải

- Hệ tọa độ Đề-các(X, Y, Z)

- Trục quay bổ sung (A, B, C) quanh X, Y, Z - thường có trên các loại máy CNC nhiều trục hơn

3 Phân loại - Các loại máy CNC thông dụng

Phân loại

theo chức

năng

Mô tả

Máy tiện

CNC

Gia công chi tiết tròn xoay, trục Có 2-4 trục (X, Z, thêm

C, Y)

Máy phay

CNC

Gia công bề mặt phẳng, phức tạp Có 3-5 trục

Máy khoan

CNC

Chuyên khoan lỗ, đôi khi tích hợp phay

Máy cắt CNC - Plasma CNC: Cắt kim loại bằng plasma

- Laser CNC: Cắt kim loại, phi kim

Máy mài

CNC

Đạt độ nhẵn bề mặt cao

Máy CNC đa

trục

Kết hợp phay và tiện, 5-7 trục

Phân loại theo cấu

hình

Mô tả

Máy CNC đứng

(Vertical CNC)

Trục chính nằm thẳng đứng, phù hợp với gia công chi tiết nhỏ, chính xác

Máy CNC ngang

(Horizontal CNC)

Trục chính nằm ngang, gia công chi tiết lớn, phức tạp

Máy CNC mini Kích thước nhỏ, dùng cho mô hình hoặc chi tiết

đơn giản

Máy CNC chuyên

dụng

Thiết kế riêng để gia công vật liệu/chi tiết đặc thù

4 Các phương pháp điều khiển và nguyên lý hoạt động của máy CNC

Điều khiển điểm

(Point-to-Point Control)

Di chuyển giữa các điểm mà không gia công trong khi di chuyển

Điều khiển đường thẳng

(Straight Line Control)

Di chuyển theo đường thẳng, gia công liên tục

Điều khiển biên dạng

(Contouring Control)

Di chuyển theo quỹ đạo phức tạp (thẳng, cong) với vận tốc đều

Nguyên lý hoạt

động

Chi tiết

Lập trình CNC Sử dụng G-code/M-code để điều khiển máy

Chuẩn bị chương

trình gia công

Lập trình thủ công hoặc tự động bằng phần mềm CAM

Quy trình hoạt

động

Nhập chương trình → Máy giải mã lệnh → Thực hiện gia công

Hệ thống dẫn

động

Động cơ servo hoặc stepper điều khiển chuyển động chính xác

Phản hồi vị trí Encoder giám sát, phản hồi liên tục đảm bảo độ

chính xác

Câu 2 Trình bày cách xác định Phương, chiều các trục trên máy phay

và máy tiện CNC?

Việc xác định phương và chiều của các trục trên máy phay CNC và máy tiện CNC rất quan trọng để lập trình và vận hành chính xác Phương và chiều của các trục được quy ước theo hệ tọa độ Descartes (X, Y, Z) và thường tuân theo chuẩn ISO 841 Sau đây là cách xác định:

1 Máy phay CNC

- Máy phay CNC thường có từ 3 trục chính (X, Y, Z) đến 5 hoặc nhiều trục hơn Quy ước xác định các trục như sau:

a) Trục Z (trục chính)

● Phương: Trục Z luôn là hướng của dao cắt hoặc trục quay của trục chính

● Chiều dương (+): Đi ra xa khỏi bàn máy (hướng lên trên, ngược lại với vật gia công)

● Chiều âm (-): Đi về phía vật gia công (hướng xuống dưới, vào vật liệu)

b) Trục X

● Phương: Trục X là hướng chuyển động ngang trái - phải khi nhìn từ phía trước máy

● Chiều dương (+): Đi về phía phải

● Chiều âm (-): Đi về phía trái

c) Trục Y

● Phương: Trục Y là hướng chuyển động trước - sau

● Chiều dương (+): Đi về phía sau máy (ra xa người vận hành)

● Chiều âm (-): Đi về phía trước (về phía người vận hành)

d) Các trục quay bổ sung (nếu có):

● Trục A, B, C: Là các trục quay quanh X, Y, Z tương ứng

○ Trục A: Quay quanh trục X

○ Trục B: Quay quanh trục Y

○ Trục C: Quay quanh trục Z

2 Máy tiện CNC

Máy tiện CNC có trục chính là trục Z, và ít nhất 2 trục cơ bản (X và Z) Trục

Y đôi khi có trên các máy tiện phức tạp hơn Quy ước như sau:

a) Trục Z (trục chính)

● Phương: Trục Z trùng với trục quay của phôi

● Chiều dương (+): Đi ra xa mâm cặp (hướng về đầu chống tâm hoặc ra

xa máy)

● Chiều âm (-): Đi về phía mâm cặp (gần máy hơn)

b) Trục X

● Phương: Trục X là hướng di chuyển ngang của dao tiện

● Chiều dương (+): Đi ra xa tâm quay của phôi (hướng lên, tăng đường kính gia công)

● Chiều âm (-): Đi về gần tâm quay của phôi (hướng xuống, giảm đường kính gia công)

c) Trục Y (nếu có)

● Phương: Thường chỉ xuất hiện trên các máy tiện CNC phức tạp (máy tiện-mill) Trục Y sẽ vuông góc với X và Z

● Chiều dương (+): Đi ra phía sau máy

● Chiều âm (-): Đi về phía trước máy

Câu 3 Thế nào là điểm 0 và điểm chuẩn của máy CNC Ý nghĩa của

điểm 0 của máy

Điểm 0 và điểm chuẩn của máy CNC là các khái niệm cơ bản trong quá trình vận hành và lập trình máy CNC Dưới đây là giải thích chi tiết:

1 Điểm 0 của máy CNC (Machine Zero Point - M0):

- Điểm 0 của máy CNC (thường được ký hiệu là M0) là vị trí tham chiếu

cố định trên máy, được nhà sản xuất máy thiết lập sẵn Đây là một điểm không thể thay đổi và được sử dụng làm cơ sở để máy tính toán các tọa độ khác

● Vị trí của điểm 0 của máy: Thường nằm tại một góc của bàn máy hoặc trục của máy (thường là phía bên trái và gần phía người vận hành)

Ý nghĩa của điểm 0 của máy:

● Tham chiếu cố định: Đây là gốc tọa độ trong hệ tọa độ của máy (hệ tọa độ máy - Machine Coordinate System)

● Hiệu chuẩn vị trí: Là điểm chuẩn để xác định các vị trí khác trong không gian làm việc của máy CNC

● Hỗ trợ lập trình: Máy CNC cần biết chính xác điểm này để đảm bảo các lệnh lập trình được thực hiện đúng vị trí

2 Điểm chuẩn của máy CNC (Reference Point - RP):

- Điểm chuẩn là một điểm được thiết lập trong quá trình vận hành để máy CNC tham chiếu lại khi cần hiệu chỉnh vị trí hoặc sau khi bật nguồn máy Điểm này có thể trùng hoặc khác với điểm 0 của máy tùy theo thiết kế

và cài đặt của máy

Ý nghĩa của điểm chuẩn:

● Xác định vị trí ban đầu: Khi khởi động, máy CNC cần về điểm chuẩn

để xác định tọa độ chính xác và đảm bảo không bị sai lệch

● An toàn vận hành: Giúp tránh va chạm hoặc lỗi khi máy bắt đầu chạy

• Sự khác nhau giữa điểm 0 và điểm chuẩn :

Tiêu

chí

Điểm 0 của máy

(M0)

Điểm chuẩn (RP)

Vị trí Cố định, không

thay đổi

Có thể thiết lập lại nếu cần

Mục

đích

Là gốc tọa độ của máy

Là điểm tham chiếu cho việc hiệu chỉnh

Thiết

lập

Do nhà sản xuất cài đặt

Do người vận hành hoặc hệ thống xác định

Câu 4 Nêu cấu trúc của một chương trình CNC? Cho ví dụ minh họa

cụ thể

- Một chương trình (Program) CNC gồm nhiều khối lệnh (Block), một câu lệnh có thể có từ một lệnh đến nhiều lệnh (Word), một lệnh gồm một địa chỉ (Address) và những con số

Ví dụ 1 chương trình:

%400 ;Ký hiệu mở đầu chương trình (có thể có hoặc

không

N10 G90 ; Chế độ lập trình tọa độ tuyệt đối, N10 : thứ tự khối lệnh

N20 T1 S1000 M4 ; Chọn dao T1, tốc độ trục chính 1000 vòng/phút, quay thuận (M4)

N30 G0 X97 Z2 ; Di chuyển nhanh đến tọa độ X=97, Z=2

N40 G0 X99 Z-0.5 F0.2 ; Di chuyển nhanh đến X=99, Z=-0.5 với bước tiến F=0.2

N50 G1 Z-3 ; Tiến dao theo đường thẳng đến Z=-3

N60 G0 Z2 ; Di chuyển nhanh về Z=2

N70 G0 X100 Z0 ; Di chuyển nhanh đến X=100, Z=0

N90 G1 X-2 ; Tiến dao đến X=-2

N100 M5 ; Ngừng trục chính

N110 T4 S1000 M4 ; Chọn dao T4, tốc độ 1000 vòng/phút, quay thuận N120 G0 X0 Z2 ; Di chuyển nhanh đến tọa độ X=0, Z=2

N130 G83 Z-12 D5 H13 F0.2 ; Khoan với chu trình cố định G83

N140 G0 Z2 ; Di chuyển nhanh về Z=2

N150 G0 Z200 ; Di chuyển nhanh về Z=200

N200 T4 S1000 M4 ; Chọn lại dao T4, tốc độ 1000 vòng/phút

N450 G41 ; Bù dao trái

N460 G1 X88 Z2 F0.1 ; Tiến dao với bù trái đến X=88, Z=2 với bước tiến F=0.1

N470 G1 X68 Z-7.2 ; Tiến dao thẳng đến X=68, Z=-7.2

N480 G1 X68 Z-21.12 ; Tiến dao đến X=68, Z=-21.12

N490 G1 X0 Z-34.56 ; Tiến dao đến X=0, Z=-34.56

N500 G1 X-2 Z-34.56 ; Tiến dao đến X=-2, Z=-34.56

N510 G1 X-2 Z-36 ; Tiến dao đến X=-2, Z=-36

N520 G1 X0 Z-36 ; Tiến dao đến X=0, Z=-36