GIÁO TRÌNH CAD CAM CHƯƠNG 1

Chương TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM Lê Trung Thực CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM 1.1 KHÁI NIỆM VỀ CAD/CAM CAD/CAM có nghiã thiết kế chế tạo nhờ máy tính CAD : Computer Aided Design CAM: Computer Aided Manufacturing CAD nghóa dùng hệ thố thống máy tính để tạo ra, biến đổi, phân tích tối ưu hóa thiết kế Hệ thống máy tính gồm phần cứng phần mềm để thực nhiệm vụ thiết kế cụ thể Phần cứng hệ thống máy tính gồm: - Máy Tính - Màn hình đồ họa - Chuột bàn Phím Phần mềm hệ thống máy tính gồm chương trình máy tính để đưa hình đồ họa vào sử dụng công việc thiết kế Thí dụ: chương trình phân tích ứng suất - biếân dạng, động lực học hệ, tính toán truyền nhiệt, v.v… CAM: Sử dụng máy tính để điều khiển theo dõi hoạt động nhà máy trực tiếp gián tiếp qua giao diện máy tính với nguồn nhân lực nhà máy Việc ứng dụng CAM có hai mảng lớn 1/ Điều khiển theo dõi sản xuất: Trực tiếp dùng máy tính nối với trình sản xuất 2/ Các ứng dụng hỗ trợ sản xuất: Sử dụng máy tính cách gián tiếp để hỗ trợ sản xuất mà giao diện trực tiếp máy tính với trình sản xuất Theo dõi: giao diện trực tiếp với máy tính để quan sát qúa trình thiết bò liên quan thu nhận liệu qúa trình Điều khiển sản xuất nhờ máy tính: người vận hành không quan sát qúa trình mà điều khiển thông qua quan sát Hình 1.1 cho thấy khác biệt theo dõi điều khiển Máy tính Dữ liệu qúa trình a) CAD/CAM Quá trình Dữ liệu qúa trình Máy tính b) Quá trình Tín hiệu điều khiển Chương TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM Lê Trung Thực Hình 1.1 Sự khác theo dõi (a) điều khiển (b) qúa trình nhờ máy tính Ta thấy trường hợp điều khiển, máy tính lệnh trực tiếp đến qúa trình sản xuất Lệnh dựa sở thuật toán điều khiển chứa phần mềm Các ứng dụng hỗ trợ sản xuất: không dùng máy tính trực tuyến mà dùng ngoại tuyến để đảm bảo: - lập quy trình công nghệ, - lập kế hoạch sản suất, - dự báo, - dẫn, - thông báo nhằm làm cho nguồn tài nguyên sử dụng tốt Qúa trình thể hình 1.2 Mũi tên đứt đoạn ký hiệu liên hệ gián tiếp máy tính qúa trình sản suất Máy tính Dữ liệu qúa trình Qúa trinh sản xuất Tín hiệu điều khiển Hình 1.2 CAM để hỗ trợ sản xuất Thí dụ hỗ trợ sản xuất CAM thực qua ứng dụng sau 1/ Lập trình gia công NC nhờ máy tính: Chương trình điều khiển chuẩn bò cho máy công cụ tự động 2/ Lập quy trình công nghệ tự động nhờ máy tính: Máy tính chuẩn bò cho danh sách trình tự nguyên công cần thiết để sản xuất sản phẩm cụ thể 3/ Đònh mức thời gian nhờ máy tính: Máy tính xác đònh đònh mức thời gian cho nguyên công sản xuất cụ thể 4/ Lập kế hoạch sản xuất: Máy tính xác đònh biểu đồ (lòch trình) thích hợp cho sản xuất tới 5/ Lập kế hoạch yêu cầu vật liệu: Máy tính xác đònh đặt mua vật liệu thô linh kiện mua để đảm bảo lòch trình sản xuất 6/ Nắm tình hình sản xuất: Trong ứng dụng CAM liệu tập hợp từ nhà máy để xác đònh việc thực hiệc đơn đặt hàng tiến triển Trong thí dụ trên, người cần có mặt để đảm bảo nhập chương trình cho máy tính biên dòch liệu từ máy tính thực hoạt động cần thiết 1.2 CHU KỲ SẢN XUẤT VÀ CAD/CAM CAD/CAM Chương TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM Lê Trung Thực Chu kỳ sản xuất cổ điển Chu kỳ sản xuất cổ điển vẽ hình 1.3 Khái niệm sản phẩm Khách hàng thò trường Kiểm tra Tính toán thiết kế Vẽ Đặt mua thiết bò Thiết kế QTCN Sản xuất Lập kế hoạch sản xuất Hình 1.3 Chy kỳ sản xuất cổ điển Chu kỳ sản xuất điều khiển khách hàng thò trường họ người yêu cầu sản phẩm Chính họ tạo khái niêm sản phẩm cho người sản xuất để từ tính tóan, thiết kế, lên vẽ lập qui trình công nghệ gia công Để sản xuất phải lên kế hoạch sản xuất đặt hàng mua thiết bò cần Sản xuất xong phải kiểm tra trước đưa thò trường Trong qúa trình kiểm tra, phát thấy có sai sót, thông tin báo cho khâu sản xuất để kòp thời sửa chữa Chu kỳ sản xxuấ uất có ứng dụng CAD/CAM Việc ứng dụng CAD/CAM thể nhiều khâu chu kỳ sản xuất (hình 1.4) Thiết kế nhờ máy tính, lập vẽ lên hồ sơ nhờ máy tính ứng dụng khâu khái niệm sản phẩm, thiết kế lập vẽ Máy tính dùng để lập qui trình công nghệ, lên kế hoạch sản xuất, giúp thực chức có hiệu qủa Máy tính dùng sản xuất để theo dõi điều khiển nguyên công công nghệ Ở khâu kiểm tra chất lượng sản phẩm, máy tính dùng để kiểm tra thử sản phẩm thành phần Như minh họa hình 1.4, CAD/CAM bao trùm lên tất hoạt động chức chu kỳ sản xuất Trong thiết kế hoạt động sản xuất nhà máy đại, máy tính trở nên công cụ cần thiết hưũ ích Để nhà máy, xí nghiệp nhữõng người làm việc hiểu CAD/CAM công việc quan trọng hữu ích CAD/CAM 10 Chương TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM Lê Trung Thực Lập vẽ hồ sơ nhờ máy tính CAD Khái niệm sản phẩm Khách hàng thò trường Kiểm tra Điều khiển chất lượng nhờ máy tính Tính toán thiết kế Vẽ Đặt mua thiết bò Thiết kế QTCN Sản xuất Lập kế hoạch sản xuất Robot, máy công cụ… điều khiển máy tính Lập QTCN nhờ máy tính Lập kế hoạch sản xuất nhờ máy tính, kế hoạch nhu cầu vật tư , nắm tình hình sản xuất Hình 1.4 Chu kỳ sản xuất có ứng dụng máy tính 1.3 TỰ ĐỘNG HÓA CAD/CAM Các dạng sản xuất: Hoạt động sản xuất chia làm dạng: Các trình kiểu dòng chảy liên tục Sản xuất hàng khối sản phẩm cụ thể Sản xuất hàng loạt Sản xuất đơn Mối liên hệ dạng sản xuất cho hình 1.5 CAD/CAM 11 Chương TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM Lê Trung Thực Sản lượng Qúa trình kiểu dòng chảy liên tục Sản xuất hàng khối Sản xuất hàng loạt Sản xuất loạt nhỏ đơn Tính đa dạng Hình 1.5 Quan hệ bốn dạng sản xuất Đặc điểm dạng sản xuất cho bảng 1.1 Bảng 1.1 Đặc điểm bốn dạng sản xuất Dạng sản xuất Qúa trình kiểu dòng chảy liên tục Sản xuất hàng khối sản phẩm cụ thể Sản xuất hàng loạt Sản xuất hàng loạt nhỏ đơn Nội dung Sản xuất sản phẩm theo kiểu dòng chảy liên tục Thí dụ: Các dây chuyền sản xuất hóa chất, ép dầu, bia… Sản xuất với số lượng lớn sản phẩm (có thể với model khác Thí dụ ô tô, trang thiết bò, động nổ,… Sản suất loạt sản phẩm với số lượng trung bình Loạt sản xuất lần lặp lại Thí dụ sách, quần áo số máy móc công nghiệp Sản xuất sản phẩm đặc biệt với số lượng ít, thường loại Sản phẩm thường khách hàng đặt đơn phức tạp công nghệ Thí dụ mẫu, máy bay, máy công cụ nhữõng thiết bò khác Nhữõng thành tựu tự động hóa đạt dạng sản xuất cho bảng 1.2 CAD/CAM 12 Chương TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM Lê Trung Thực Bảng 1.2 Những thành tưu đạt tự động hóa dạng sản xuất Qúa trình liên tục - Qúa trình sản xuất liên tục từ đầu đến cuối - Dùng cảm biến đo biến số quan trọng qúa trình - Sử dụng hệ thống điều khiển thông minh chiến lược tối ưu hóa - Nhà máy hoàn toàn tự động điều khiển máy tính Sản xuất hàng khối - Dây chuyền tự động - Dây chuyền Roto - Dây truyền lắp ráp tự động hóa phần toàn - Người máy công nghiệp để hàn điểm, nạp phôi cho máy, phun sơn, v.v… - Hệ thống vận chuyển phôi tự động - Theo dõi qúa trình sản xuất nhờ máy tính - Điều khiển số (NC) - Điều khiển số trực tiếp (DNC) - Điều khiển số máy tính (CNC) - Điều khiển thích nghi qúa trình gia công -Robot hàn hồ quang, cấp phôi, v.v… Hệ thống sản xuất tích hợp nhờ máy tính Điều khiển số (NC) Điều khiển số nhờ máy tính (CNC) Sản xuất hàng loạt Sản xuất đơn Từ bảng 1.2 thấy quan trọng công nghệ máy tính việc tự động hóa Phần lớn hệ thống sản xuất tự động đại dùng máy tính Trong dạng sản xuất việc tự động hóa thường có xu hướng thiên nguyên công công nghệ Việc ứng dụng CAD/CAM, ngược lại, không tự động hóa nguyên công công nghệ mà tự động hóa việc thiết kế lập qui trình công nghệ trước chế tạo So sánh tự động hóa CAD/CAM Để so sánh tự động hóa CAD/CAM xét model tóan học chu kỳ sản xuất Chu kỳ sản xuất tính công thức: TTlc = BQT1 + BT2 + T3 Trong TTlc - Thời gian chu kỳ sản xuất sản phẩm BQ - Tổng số lượng sản phẩm Q - Số lượng sản phẩm loạt CAD/CAM 13 Chương TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM Lê Trung Thực B- Số loạt T1 - Thời gian chế tạo sản phẩm Thời gian gồm chế tạo, lắp ráp, kiểm tra, bao gói sản phẩm T2 - Thời gian chuẩn bò sản xuất cho loạt T2 bao gồm thời gian mua vật tư, lên kế hoạch sản xuất, điều chỉnh lại máy, đồ gá dụng cụ để gia công loạt T3 - Thời gian thiết kế sản phẩm tất hoạt động khác thực lần cho sản phẩm khác lập QTCN, tính toán giá thành, thiết kế đồ gá dụng cụ chuyên dùng công việc khác để chuẩn bò cho sản xuất T = BQ - Tổng số lượng sản phẩm Tlc - Thời gian chu kỳ sống (life cycle) trung bình cho sản phẩm Ta có: T T Tlc = T1 + + Q BQ Trong sản xuất hàng khối, loạt lớn, Q lớn, phần T2 T3 sản phẩm nhỏ T1 có ảnh hưởng lớn Trong sản xuất loạt nhỏ đơn chiếc, Q nhỏ T2 T3 có ảnh hưởng lớn Từ ta thấy tự động hóa CAD/ CAM có quan hệ sau Giống ng nhau: Cả tự động hóa CAD/CAM có mục tiêu giảm thành phần thời gian chu kỳ sản xuất Khác nhau: Tự ự động hóa: giảm T1 T2 , chủ yếu T1 CAD/ CAM: giảm ba thành phần thời gian chủ yếu giảm T2 T3 CAM Những thành tựu đạt CAD/CAM cho bảng 1.3 Bảng 1.3 Thành tựu đạt CAD/CAM Các hệ thống đồ họa máy tính tương tác Đồ họa máy tính màu Đồ họa máy tính động (hoạt hình) Phần mềm phân tích thiết kế (ứng suất – biến dạng ) Phân loại mã hóa sản phẩm (công nghệ nhóm) Hệ thống thiết kế truy tìm nhờ máy tính Vẽ tự động Cơ sở liệu thiết kế chế tạo Lập qui trình công nghệ nhờ máy tính Hệ thống liệu tính công nghệ vi tính hóa Đònh mức thời gian nhờ máy tính Lập trình gia công NC Lập trình gia công NC đồ họa tương tác Lên lòch trình sản xuất kỹ lưỡng Lập kế hoạch yêu cầu vật tư Nắm tình hình sản xuất CAD/CAM 14 Chương TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM Lê Trung Thực Điều khiển số nhờ máy tính (CNC) Điều khiển số trực tiếp (DNC) Người máy công nghiệp điều khiển nhờ máy tính (Computer Controlled Robots) Các ứng dụng điều khiển vi xử lý Kiểm tra nhờ máy tính (Computer Aided Inspection – CAI) Thử chất lượng nhờ máy tính (Computer Aided Quality Testing - CAT) Bảng 1.3 nội dung mà nghiên cứu chương sau 1.4 NỘI DUNG CỦA CUỐN SÁCH Bảng 1.3 Gần liệt kê toàn nội dung sách Nó gồm có phần lớn cộng với chương mở đầu Phần 1 Giới thiệu máy tính gồm chương liên quan đến công nghệ máy tính nói chung, máy tính làm việc nối với giới bên Chương 3: Tập trung minicomputer, microcomputer điều khiển lập trình được, làm cho CAD/CAM hữu ích mặt kinh tế Để hiểu CAD/CAM, hiểu máy tính có ích Phần 2: Liên quan đến CAD (chương 4, 6) Chương 4: Nói sở CAD, mục đích khả Chương 5: Mô tả phần cứng CAD chúng làm việc Chương 6: Giải thích phần mềm đồ họa máy tính CAD Phương pháp xử lý hình ảnh hình đồ họa chương trình ứng dụng quan trọng thiết kế lập quy trình công nghệ mô tả chương Phần 3: (chương 7, 8, 9) Liên quan đến chủ đề điều khiển số (NC) với nhấn mạnh việc ứng dụng máy tính NC Chương 7: Giới thiệu ngắn gọn công nghệ điều khiển số ứng dụng Chương 8: Giải thích việc lập trình gia công NC Trong chương mô tả ngôn ngữ mạnh APT ( APT viết tắc chữ Automatically Programmned Tool) Sự phát triển APT vào năm 1950 coi cố gắng phát triển CAD/CAM Chúng ta xem xét việc lập trình NC thực nhờ đồ họa tương tác máy tính Chương Mô tả việc dùng hệ thống điều khiển khác việc điều khiển máy công cụ NC Phần 4: Dành giới thiệu Robot (chương 10 11) Chương 10: 10 Đònh nghóa công nghệ Robot chúng lập trình Chương 11: Mô tả số ứng dụng hay người máy sản xuất Phần 5: Liên quan đến công nghệ nhóm lập quy trình công nghệ ( chương 12 13) Chúng cố gắng đònh nghóa vai trò công nghệ nhóm thiết kế chế tạo Việc lập quy trình công nghệ liên quan đến công nghệ nhóm nhiều sơ đồ lập quy trình công nghệ nhờ máy tính dựa nguyên tắc công nghệ nhóm CAD/CAM 15 Chương TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM Lê Trung Thực Phần 6: ( chương 14, 15, 16) mô tả hoạt động quản lý sản xuất tích hợp nhờ máy tính Về hệ thống gắn máy tính vào việc lập kế hoạch điều khiển sản xuất Chương 14: Là tổng quan hệ thống Chương 15 Mô tả MRP (Material Requirement Planning) Theo truyền thống MRP có nghóa lập kế hoạch yêu cầu vật tư Gần dùng với ý nghóa rộng hơn, kế hoạch tài nguyên sản xuất (Manufacturing Resource Planning - biết MRPII) Ý nghóa giải thích chương 15 Chương 16: Bàn việc điều khiển số theo dõi qúa trình sản xuất nhờ máy tính Phần 7: Liên quan đến việc điều khiển qúa trình nhờ máy tính ( từ chương 17 – 20) Chương 17: Mô tả máy tính giao diện với trình sản xuất Chương 18: 18 Mô tả tổng quát điều khiển qúa trình với việc nhấn mạnh dùng hệ thống máy tính Chương 19: Mô tả việc dùng máy tính để kiểm tra chất lượng sản phẩm Chương 20: Cho ví dụ tốt điều khiển trình nhờ máy tính nhà máy sản xuất cụ thể Cuối phần phần gồm có chương Chương 21 Chọn mua hệ thống CAD/CAM nào? Chương 22 Tương lai phát triển CAD/CAM nào? CÂU HỎI ÔN TẬP CAD/CAM nghóa gì? Hãy giải thích rõ chức CAD CAM Công cụ CAD gì? Công cụ CAM gì? Việc tích hợp CAD/CAM cần công cụ gì? Chu kỳ sản xuất bao gồm giai đoạn nào? Những giai đoạn máy tính giúp nhà sản xuất tăng suất, chất lượng hạ giá thành sản? Giải thích lý Hãy phân tích thành phần thời gian chu kỳ sản xuất giống khác CAD/CAM tự động hóa HẾT CHƯƠNG CAD/CAM 16 ... (chương 10 11 ) Chương 10 : 10 Đònh nghóa công nghệ Robot chúng lập trình Chương 11 : Mô tả số ứng dụng hay người máy sản xuất Phần 5: Liên quan đến công nghệ nhóm lập quy trình công nghệ ( chương 12 13 )... điều khiển trình nhờ máy tính nhà máy sản xuất cụ thể Cuối phần phần gồm có chương Chương 21 Chọn mua hệ thống CAD/ CAM nào? Chương 22 Tương lai phát triển CAD/ CAM nào? CÂU HỎI ÔN TẬP CAD/ CAM nghóa... cho hình 1. 5 CAD/ CAM 11 Chương TỔNG QUAN VỀ CAD/ CAM Lê Trung Thực Sản lượng Qúa trình kiểu dòng chảy liên tục Sản xuất hàng khối Sản xuất hàng loạt Sản xuất loạt nhỏ đơn Tính đa dạng Hình 1. 5 Quan