Chương 1: ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGH Ệ CAD/CAM TRONG GIA CÔNG CƠ KHÍ 1.1 Giới thiệu về CAD/CAM/CAE CAD - Computer Aided Design: Thiết kế trợ giúp bằng máy tính. Mục tiêu của lĩnh vực CAD là tự động hóa từng bước, tiến t ới tự động hóa cao hơn trong thiết kế sản phẩm. CAM - Computer Aided Manufacturing: Chế tạo sản xuất có s ự trợ giúp của máy tính. Mục tiêu của CAM là: Mô phỏng quá trình ch ế tạo, lập trình chế tạo sản phẩm trên các mấy công cụ tự độ ng CNC (Computer Numerical Control –Điều khiển số dùng máy tính). Quá trình CAM được thực hiện trên hệ thống máy công cụ điều khiển số NC, CNC. CAE - Computer Aided Engineering: Kĩ thuật mô hình hóa và t ạo mẫu nhanh trong thiết kế, chế thử sản phẩm. Công nghệ CAE bao g ồm: + Phân tích ứng suất trên những thành phần sử dụng FEA (Phân tích ph ần tử hữu hạn) + Động lực học tính toán chất lỏng, tính toán phân tích luồng nhi ệt và lỏng + Mô ph ỏng cơ khí + Động lực học + T ối ưu hóa sản phẩm và quá trình CAD/ CAM là lĩnh vực nghiên cứu nhằm tạo ra các hệ thống tự động thiết kế và chế tạo trong đó máy tính điện tử được sử dụng để thực hiện một số chức năng nhất định. CAD/CAM tạo ra mối quan hệ thiết giữa hai dạng hoạt động : Thi ết kế và chế tạo - Tự động hóa thiết kế là dùng hệ thống và phương tiện tính toán giúp người kĩ sư thiết kế, mô phỏng, phân tích và tối ưu hóa giải pháp thiết kế. - Tự động hóa chế tạo là dùng máy tính điện tử để kế hoạch hóa, điều khiển và kiểm tra nguyên công gia công. 1.2 Một số phần mềm CAD/CAM sử dụng trong cơ khí chế tạo Một số phần mềm CAD/CAM dùng trong cớ khí chế tạo, sản xu ất công nghiệp:  AUTOCAD: Dùng cho thiết cơ khí, xây dựng, kiến trúc, điện, điện tử.  UNIGRAPHICS: Rất mạnh trong thiết kế, tính toán cơ khí chế tạo  DOLIDWORK : Rất mạnh trong thiết kế, tính toán cơ khí chế tạo và xây dựng  CIMATRON: Tích hợp liên hoàn CAD/CAM/CNC cho cơ khí chế tạo  MASTER CAM: Tích hợp liên hoàn CAD/CAM/CNC cho cơ khí chế tạo  DENFORD: Giải pháp CAD/CAM/CNC trọn gói  CATIA: Là phần mềm chuyên thiết kế các sản phẩm 3D có s ự hỗ trợ của máy tính, là bộ phần mềm có sự phức hợp của CAD/CAM/CAE  PRO/ENGINEER: Là phần mềm CAD/CAM/CAE tích hợp, có nhi ều chức năng trợ giúp thiết kế, phân tích kĩ thuật và lập trình cho máy NC 1.3 Chức năng, ứng dụng và lợi ích của CAD/CAM 1.3.1 Ch ức năng của CAD/CAM Khác biệt cơ bản với qui trình thiết kế theo công nghệ truyền th ống, CAD cho phép quản lý đối tượng thiết kế dưới dạng mô hình hình h ọc số trong cơ sở dữ liệu trung tâm, do vậy CAD có khả năng hỗ trợ các chức năng kỹ thuật ngay từ giai đoạn phát triển sản ph ẩm cho đến giai đoạn cuối của quá trình sản xuất, tức là hỗ trợ điề u khiển các thiết bị sản xuất bằng điều khiển số. H ệ thống CAD được đánh giá có đủ khả năng để thực hiện chức năng yêu cầu hay không, phụ thuộc chủ yếu vào chức năng xử lý của các ph ần mềm thiết kế. Ngày nay những bộ phần mềm CAD/CAM chuyên nghi ệp phục vụ thiết kế và gia công khuôn mẫu có khả năng thực hiện được các chức năng cơ bản sau: - Thi ết kế mô phỏng hình học 3 chiều (3D) những hình dạng ph ức tạp. - Giao ti ếp với các thiết bị đo, quét toạ độ 3D thực hiện nhanh chóng các ch ức năng mô phỏng hình học từ dữ liệu số. - Phân tích và liên k ết dữ liệu: tạo mặt phân khuôn, tách khuôn, qu ản lý k ết cấu lắp ghép - T ạo bản vẽ và ghi kích thước tự động: có khả năng liên kết các b ản vẽ 2D với mô hình 3D và ngược lại. - Liên k ết với các chương trình tính toán thực hiện các chức năng phân tích kỹ thuật: tính biến dạng khuôn, mô phỏng dòng ch ảy vật liệu, trường áp suất, trường nhiệt độ, độ co rút vật liệu, - N ội suy hình học, biên dịch các kiểu đường chạy dao chính xác cho công ngh ệ gia công điều khiển số. - Giao ti ếp dữ liệu theo các định dạng đồ hoạ chuẩn. - Xu ất dữ liệu đồ hoạ 3D dưới dạng tập tin STL để giao tiếp v ới các thiết bị tạo mẫu nhanh theo công nghệ tạo hình lập thể. 1.3.2 Những ứng dụng của CAD/CAM trong ngành chế tạo máy  Tạo mẫu nhanh thông qua giao tiếp dữ liệu với thiết bị tạo m ẫu nhanh theo công nghệ tạo hình lập thể (đo quét toạ độ)  Giảm đáng kể thời gian mô phỏng hình học bằng cách tạo mô hình hình h ọc theo cấu trúc mặt cong từ dữ liệu số.  Chức năng mô phỏng hình học mạnh, có khả năng mô tả những hình dáng phức tạp nhất.  Khả năng mô hình hoá cao cho các phương pháp phân tích, cho phép l ựa chọn giải pháp kỹ thuật tối ưu. 1.3.3 Lợi ích của CAD/CAM Lợi ích của CAD có nhiều, song chỉ có một số trong đó là có thể định lượng được. Một số lợi ích khác khó có thể lượng hoá được mà chỉ thể hiện ở chất lượng công việc được nâng cao, thông tin ti ện dụng, điều khiển tốt hơn v.v M ột số lợi ích của CAD trong hệ tích hợp CAD/CAM: - Nâng cao năng suất kỹ thuật - Gi ảm thời gian chỉ dẫn - Gi ảm số lượng nhân viên kỹ thuật - D ễ cải tiến cho phù hợp với khách hàng - Ph ản ứng nhanh với nhu cầu thị trường - Tránh ph ải ký các hợp đồng con để kịp tiến độ - H ạn chế lỗi sao chép đến mức tối thiểu - Độ chính xác thiết kế cao - Khi phân tích d ễ nhận ra những tương tác giữa các phần tử cấu thành - Phân tích ch ức năng vận hành tốt hơn nên giảm khâu thử nghiệm trên mẫu - Thu ận lợi cho việc lập hồ sơ, tư liệu - B ản thiết kế có tính tiêu chuẩn cao - Nâng cao năng suất thiết kế dụng cụ cắt - D ễ tiết kiệm về chi phí, giảm giá thành - Giảm thời gian đào tạo hội họa viên và lập trình viên cho máy NC - Ít sai sót trong l ập trình cho máy NC - Giúp tăng cường sử dụng các chi tiết máy và dụng cụ cắt có sẵn - Thi ết kế dễ phù hợp với các kỹ thuật chế tác hiện có. - Ti ết kiệm vật liệu và thời gian máy nhờ các thuật toán tối ưu. - Nâng cao hi ệu quả quản lý trong thiết kế. - D ễ kiểm tra chất lượng sản phẩm phức tạp. - Nâng cao hi ệu quả giao diện thông tin và dễ hiểu nhau hơn giữa các nhóm k ỹ sư, thiết kế viên, hội họa viên, quản lý và các nhóm khác. . nhanh theo công nghệ tạo hình lập thể. 1. 3.2 Những ứng dụng của CAD/CAM trong ngành chế tạo máy  Tạo mẫu nhanh thông qua giao tiếp dữ liệu với thiết bị tạo m ẫu nhanh theo công nghệ tạo hình. giúp thiết kế, phân tích kĩ thuật và lập trình cho máy NC 1. 3 Chức năng, ứng dụng và lợi ích của CAD/CAM 1. 3 .1 Ch ức năng của CAD/CAM Khác biệt cơ bản với qui trình thiết kế theo công nghệ. Rất mạnh trong thiết kế, tính toán cơ khí chế tạo  DOLIDWORK : Rất mạnh trong thiết kế, tính toán cơ khí chế tạo và xây dựng  CIMATRON: Tích hợp liên hoàn CAD/CAM/CNC cho cơ khí chế tạo  MASTER