Với xu thế phát triển hiện nay của các ngành công nghiệp trên thế giới là tạo ra các sản phẩm thoả mãn nhu cầu khách hàng, thị trường về mặt chất lượng sản phẩm đồng thời tìm cách giảm giá thành sản phẩm, tăng năng suất; việc nghiên cứu và áp dụng kỹ thuật CAD/CAM – CNC trở nên vô cùng quan trọng.
Xét một chu kỳ sản phẩm sau:
Chu kỳ của sản phẩm bắt nguồn từ nhu cầu tiêu dùng của khách hàng sau đó qua quá trình thiết kế chi tiết CAD để tạo ra mô hình hoặc vật mẫu. Tiếp đó là quá trình CAM để thiết kế quy trình công nghệ và lập trình gia công NC rồi chuyển dữ liệu sang máy CNC để gia công chế tạo sản phẩm. Sau đây ta xét tới hai quá trình chính là quá trình CAD và CAM.
1.1. Quá trình CAD
CAD là quá trình thiết kế sản phẩm với sự trợ giúp của máy tính. Trong lĩnh vực sản xuất tự động hoá, công nghệ CAD có vai trò tạo ra bản vẽ 2D và 3D, mô hình hoá vật thể ở dạng thể đặc (Solid modeling), là mắt xích trao đổi dữ liệu giữa các hệ thống
CAD/CAM,…Khác với quy trình thiết kế công nghệ theo phương pháp truyền thống, CAD cho phép quản lý đối tượng thiết kế dưới dạng mô hình hình học số (Computer Geometric Model – CGM). Bằng cách quản lý CGM trong cơ sở dữ liệu trung tâm, CAD có khả năng hỗ trợ các chức năng kỹ thuật ngay từ giai đoạn phát triển sản phẩm cho đến giai đoạn cuối của quá trình sản xuất - điều khiển các thiết bị sản xuất bằng giải pháp điều khiển số.
Một quá trình CAD thường gồm những bước thiết kế cơ bản sau:
- Trên cơ sở triển khai công nghệ CAD trong môi trường thiết kế thì các công cụ CAD có thể được định nghĩa như sau:
Các công cụ CAD là sự tích hợp của các công cụ thiết kế như phân tích, mã hoá, thử sai,… được bổ xung thêm phần cứng và phần mềm máy tính để đạt được thiết kế cuối cùng có hiệu quả.
- Trên cơ sở các thành phần công nghệ CAD, các công cụ CAD được định nghĩa như sau:
Các công cụ CAD là thành phần giao nhau của 3 tập hợp là lập mô hình hình học, đồ hoạ máy tính và các công cụ thiết kế.
1.2. Quá trình CAM
CAM có nghĩa là sản xuất với sự trợ giúp của máy tính. Trong hệ thống CAD/CAM thì quá trình CAM được thực hiện với cơ sở dữ liệu là mô hình hình học được xây dựng trong quá trình CAD. Quá trình CAM gồm có những bước cơ bản sau:
Tương ứng với từng bước trong quá trình CAM cũng có những công cụ cần thiết trợ giúp cho quá trình chế tạo như kỹ thuật CAPP để phân tích chi phí chuẩn bị công nghệ cho quá trình gia công, các phần mềm lập trình NC/CNC và phần mềm kiểm tra.
Các công cụ của CAM cũng có thể được định nghĩa dựa trên việc thực hiện công nghệ CAM trong môi trường chế tạo:
Từ các định nghĩa về công cụ của CAD, của CAM người ta đưa ra định nghĩa cho công cụ của CAD/CAM theo môi trường kỹ thuật thực hiện, nó là giao của năm tập hợp sau:
- Công cụ thiết kế chi tiết, sản phẩm. - Công cụ chế tạo chi tiết, sản phẩm. - Lập mô hình hình học.
- Các khái niệm về đồ hoạ máy tính.
- Mạng máy tính và tổ hợp các khái niệm về tự động hoá.
Để hệ thống CAD/CAM có thể hoạt động tốt, chúng ta cần phải chuẩn bị hệ thống cơ sở dữ liệu nhằm phục vụ cho quá trình chuẩn bị công nghệ, lập kế hoạch sản xuất,…Có thể nói hệ thống cơ sở dữ liệu có vai trò hết sức quan trọng trong quá trình chuẩn bị công nghệ. Nó giúp người thiết kế chọn lựa các giải pháp kết cấu và công nghệ phù hợp với sản phẩm cũng như là đảm bảo tính công nghệ ngay trong quá trình thiết kế kỹ thuật, đặc biệt trong quá trình thiết kế quy trình công nghệ cũng như quá trình thiết kế
và chế tạo các phương tiện trang bị công nghệ. Điều này làm rút ngắn một cách đáng kể về mặt thời gian và giảm chi phí cho quá trình chuẩn bị công nghệ sản xuất.
Các nhóm cơ sở dữ liệu phục vụ cho quá trình chuẩn bị công nghệ bao gồm: -Cơ sở dữ liệu các chi tiết tiêu chuẩn, phân loại.
- Cơ sở dữ liệu về tiêu chuẩn dung sai, sai lệch hình dáng, sai lệch vị trí, nhám bề mặt. - Cơ sở dữ liệu về tiêu chuẩn xác định lượng dư.
- Cơ sở dữ liệu về tiêu chuẩn vật liệu trong chế tạo máy.
- Cơ sở dữ liệu về tiêu chuẩn máy, dụng cụ, đồ gá và dụng cụ đo.
Cơ sở dữ liệu và các thủ tục xử lý trong CAD/CAM được thể hiện theo sơ đồ sau: Trong từng giai đoạn cụ thể của quá trình chuẩn bị công nghệ, các nhóm cơ sở dữ liệu có vai trò khác nhau. Tuy nhiên cơ sở dữ liệu phục vụ quá trình chuẩn bị công nghệ là không thể thiếu. Nó giúp nâng cao chất lượng, hạ giá thành sản phẩm và rút ngắn thời gian chuẩn bị sản xuất.
Hiện nay kỹ thuật CAD/CAM tiếp tục được phát triển và mở rộng. Các hệ phần mềm CAD/CAM tích hợp ra đời và đã trở nên thông dụng như CATIA, Pro/Engineer, Cimatron, Mastercam, Unigraphics, Topmold, Surfcam, Delcam, Edgecam… Chúng là những hệ phần mềm quy mô lớn và ngày càng có nhiều add-ins (các module phần mềm nhúng) hỗ trợ trong việc thiết kế khuôn mẫu, giải bài toán sức bền và gia công nhằm nâng cao tính năng toàn diện.
Kỹ thuật CAD/CAM có vai trò đặc biệt quan trọng trong việc thiết kế và chế tạo các bộ khuôn nhựa phức tạp với độ chính xác cao. Phần mềm CAD/CAM sẽ hướng cho ta đi theo con đường ngắn nhất từ ý tưởng đến các bản vẽ ba chiều thể hiện vật mẫu, khuôn mẫu rồi tới các chương trình gia công chính xác trên máy CNC.