ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG - BÔ MÔN MÁY ĐỘNG LỰC GIÁO TRÌNH ỨNG DỤNG CAD/CAM TRONG THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ - Ô TÔ ĐÀ NẴNG 2009 MỤC LỤC Chương VAI TRỊ CỦA MÁY TÍNH TRONG Q TRÌNH THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO SẢN PHẨM 1.1 QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO RA SẢN PHẨM 1.1.1 Quá trình thiết kế chế tạo sản phẩm truyền thống 1.1.2 Quá trình thiết kế - chế tạo với công nghệ cao 1.2 CAD/CAM- THIẾT KẾ CHẾ TẠO VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA MÁY TÍNH6 1.2.1 CAD/CAM công nghiệp .6 1.2.2 Chu trình sản phẩm vai trị hệ thống CAD/CAM .6 Chương CAD - VAI TRÒ, CẤU TRÚC VÀ CƠ SỞ THÀNH LẬP MƠ HÌNH TRONG CAD 2.1 VAI TRÒ CỦA CAD 2.2 PHẦN MỀM CỦA CAD .9 2.2.1 Các yêu cầu phần mềm CAD .9 2.2.2.Các mô-đun phần mềm CAD .10 2.3 PHẦN CỨNG TRONG CAD 11 2.3.1 Các kiểu hệ thống CAD (Phân loại theo phần cứng) 11 2.3.2 Các thiết bị đầu vào (Input) .13 2.3.3 Các thiết bị đầu (Output) .14 2.4 XÂY DỰNG MƠ HÌNH HÌNH HỌC TRONG CAD .16 2.4.1 Khái niệm 16 2.4.2 Mơ hình khung dây (Wireframe Models) 16 2.4.3 Mơ hình bề mặt (Surface Models) 17 2.4.4 Mơ hình khối đặc (Solid Models) .18 Chương CAM- MỐI QUAN HỆ CAD-CAM VÀ TỰ ĐỘNG HĨA SẢN XUẤT21 3.1 CHU TRÌNH SẢN XUẤT CAD/CAM .21 3.1.1 Chu trình sản xuất CAD/CAM 21 3.1.2 Quá trình CAM 21 3.2 HỆ THỐNG APT .22 Chương MÁY CNC VÀ KỸ THUẬT LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC .24 4.1 CẤU TRÚC HỆ THỐNG CNC 24 4.2 ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CNC SO VỚI NC 28 4.3 HỆ TRỤC TỌA ĐỘ – CHIỀU CHUYỂN ĐỘNG 29 4.4 CÁC DẠNG ĐIỀU KHIỂN .32 4.5 CÁC THỦ TỤC LẬP TRÌNH 34 4.6 CÁC HÌNH THỨC TỔ CHỨC GIA CƠNG TRÊN MÁY CNC 34 4.7 Q TRÌNH GIA CƠNG TRÊN MÁY CNC 35 4.8 GHI KÍCH THƯỚC TRÊN BẢN VẼ 35 4.9 LẬP TRÌNH THEO KÍCH THƯỚC TUYỆT ĐỐI VÀ TƯƠNG ĐỐI 36 4.10 CẤU TRÚC CỦA CHƯƠNG TRÌNH NC 36 4.10.1 CẤU TRÚC CỦA MỘT CÂU LỆNH (NC block) 36 4.10.2 CẤU TRÚC CỦA MỘT TỪ (word): 37 4.11 LẬP TRÌNH CĨ DỊCH CHỈNH VÀ BÙ TRỪ .38 4.12 LẬP TRÌNH VỚI CẤU TRÚC LẶP, CHƯƠNG TRÌNH CON VÀ MACRO 40 Chương VAI TRỊ CỦA MÁY TÍNH TRONG QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO SẢN PHẨM 1.1 QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO RA SẢN PHẨM 1.1.1 Quá trình thiết kế chế tạo sản phẩm truyền thống Hầu hết công việc người trực tiếp thực như: - Thu thập thông tin sản phẩm - Phác họa ý tưởng - Phân tích lựa chọn ý tưởng hay - Thiết kế tổng thể, sau thiết kế chi tiết sản phẩm - Chế tạo thử + Chế thử mẩu vật liệu đơn giản +Chế thử mẫu vật liệu thực Trên sở mẫu chế thử, phải tiến hành việc phân tích đánh giá mẫu, sở cho việc sửa chữa thiết kế thiết kế chế tạo lại đưa vào trình chế tạo thử Quá trình nhằm chế tạo sản phẩm phù hợp nhu cầu người sử dụng sản phẩm - Chế tạo (sản xuất) - Kiểm tra chất lượng - Lắp ráp - Đóng gói Như q trình thiết kế chế tạo truyền thống có đặc điểm sau: - Hầu hết giai đoạn người trực tiếp thực hiện; - Quá trình thiết kế - chế tạo thử kéo dài, khó đạt phương án thiết kế tối ưu; - Quá trình chế tạo kéo dài thời gian, phải sử dụng nhiều thiết bị, suất thấp; - Độ xác thiết kế chế tạo thấp, khó đạt độ xác cao; - Đầu tư ban đầu khơng q lớn, chi phí bảo dưỡng trì khơng cao 1.1.2 Q trình thiết kế - chế tạo với công nghệ cao Quá trình thiết kế-chế tạo với cơng ghệ cao thực chất dùng máy tính để trợ giúp người hầu hết bước (giai đoạn) quan trọng trình thiết kế- chế tạo sản phẩm Như vậy, xuất vai trò quan trọng trợ giúp máy tính (Computer Aid -CA) thiết kế - chế tạo Q trình thiết kế-chế tạo với cơng nghệ cao liên quan đến lĩnh vực sau đây: - CAD (Computer Aided Design): Thiết kế có trợ giúp máy tính Mục tiêu lĩnh vực CAD tự động hóa bước, tiến tới tự động hóa cao thiết kế sản phẩm - CAE (Computer Adied Engineering): Kỹ thuật mơ hình hóa tạo mẫu nhanh thiết kế chế tạo sản phẩm Mục tiêu CAE tự động hóa chu trình thiết kế chế tạo thử sản phẩm - CAPP (hoặc CAP) (Computer Adied Process Planing Computer Adied Planning): kế hoạch sản xuất có trợ giúp máy tính Mục tiêu CAPP tự động hóa phần cơng tác quản lý sản xuất mang máy tính cơng ty - CAM (Computer Aided Manufacturing): Chế tạo (sản xuất) có trợ giúp máy tính Mục tiêu CAM mơ trình chế tạo, lập trình chế tạo sản phẩm máy công cụ tự động CNC (Computer Numerical Control - điều khiển số dùng máy tính) Tổng quát dùng khái niệm hệ thống CAD/CAM; CAD/CAE/CAM; CAD/CAPP/CAM - CAQ (Computer Aided Quality Control): Kiểm tra chất lượng sản phẩm có trợ giúp máy tính Mục tiêu CAQ tự động hóa nâng cao độ xác kiểm tra chất lượng sản phẩm - CIM (Computer Integrated Manufacturing): Chế tạo(sản xuất) tích hợp nhờ máy tính Mục tiêu CIM lien kết toàn CAD, CAM, CAPP vào trình hồn tồn quản lý, giám sát điều khiển máy tính - CNC (Computer Numerical Control): Điều khiển số dùng máy tính, để điều khiển tự động máy hệ thống sản xuất 1.2 CAD/CAM- THIẾT KẾ CHẾ TẠO VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA MÁY TÍNH 1.2.1 CAD/CAM công nghiệp Công nghệ CAD/CAM công nghiệp ứng dụng ngày hiệu ngành thuộc công nghiệp nhẹ ngành công nghiêp nặng - Trong công nghiệp nhẹ: Công nghệ CAD/CAM hiệu ngành da giày, dệt, sản xuất hàng tiêu dùng thông thường (thuốc đánh răng, mỹ phẩm ), sản xuất thực phẩm (bia, nước ngọt, thực phẩm đóng hộp, ) - Trong cơng nghiệp nặng: Công nghệ CAD/CAM đặc biệt quan trọng chế tạo khí nói chung, chế tạo máy động lực, chế tạo phương tiện giao thông (xe máy, ô tô, máy bay, ), chế tạo khí cu điện, chế tạo máy điện (động điện, máy biến áp ), chế tạo trang thiết bị điện tử Nhu cầu phát triển CAD/CAM cần thiết công nghiệp nặng nước ta 1.2.2 Chu trình sản phẩm vai trị hệ thống CAD/CAM Sự cần thiết khách hàng nhu cầu thị trường sản phẩm dẫn đến nhu cầu thiết kế sản phẩm Quá trình thiết kế ln kèm theo q trình tổng hợp phân tích tối ưu hóa thiết kế Các q trình tổng hợp phân tích có vai trị quan trọng Hiện thường dùng máy tính để phân tích tổng hợp thiết kế Quá trình chế tạo q trình phức tap, gồm nhiều cơng việc có tính kỹ thuật rõ nét như: Quy hoạch q trình cơng nghệ, thiết kế chế tạo trang bị cơng nghệ, cung ứng vật tư, lập trình NC-CNC-DNC, chế tạo (sản xuất), kiểm tra chất lượng, đóng gói Cung cấp sản phẩm cho thị trường trình đặc trưng tính thương mại rõ rệt Thị trường Nhu cầu thiết kế Lựa chọn thông tin thiết kế nghiên cứu khả thi Ý tưởng thiết kế Quá trình thiết kế Mô hình hóa mô thiết kế Thiết kế chi tiết Quá trình CAD Phân tích tối ưu hóa thiết kế Đánh giá thiết kế Xây dựng tài liệu thiết kế truyền đạt thông tin thiết kế Thiết kế trình công nghệ Thiết kế chế tạo trang bị công nghệ Quá trình chế tạo Cung ứng vật tư Lập trình NC, CNC, DNC Mô gia công - kiểm tra chương trình Quá trình CAM Chế tạo (sản xuất) Kiểm tra chất lượng Đóng gói Nhập kho - giao hàng Thị trường Hình 1.2 - Sơ đồ chu trình sản phẩm Quá trình sử dụng sản phẩm lại nảy sinh cần thiết khác khách hàng nhu cầu thị trường sản phẩm, dẫn đến nhu cầu thiết kế sản phẩm Và vậy, hình thành chu trình sản phẩm Chu trình sản phẩm thể cụ thể sơ đồ hình 1.2 Sơ đồ chu trình sản phẩm cho thấy vai trò hệ thống CAD/CAM quan trọng, định hiệu của trình thiết kế chế tạo sản phẩm Trong hệ thống CAD/CAM, q trình CAD đóng vi trị sở, tạo tiền đề kỹ thuật cho trình CAM tiếp sau Chương CAD - VAI TRÒ, CẤU TRÚC VÀ CƠ SỞ THÀNH LẬP MƠ HÌNH TRONG CAD 2.1 VAI TRỊ CỦA CAD Sử dụng CAD có nhiều lợi ích, điển hình lợi ích sau đây: - Nâng cao nhiều suất vẽ thiết kế - Rút ngắn nhiều thời gian kể từ nhận đơn đặt hàng đến giao sản phẩm - Cho phép phân tích, thiết kế cách cụ thể hiệu - Giảm nhiều sai sót thiết kế - Các tính tốn thiết kế đạt độ xác cao - Dễ hiểu tiêu chuẩn hóa công tác thiết kế - Bản vẽ rõ ràng đẹp, dễ đọc dễ hiểu - Nhanh chống chuyển đổi thủ tục thiết kế - Đem lại nhiều lợi ích chế tạo như: Thiết kế đồ gá, dụng cụ khn mẫu, lập trình NC CNC, lập trình cơng nghệ máy tính, lập kế hoạch tay máy người máy, lập cơng nghệ nhóm cong nghệ điển hình 2.2 PHẦN MỀM CỦA CAD 2.2.1 Các yêu cầu phần mềm CAD Một phần mềm CAD đó, muốn đáp ứng nhu cầu thị trường cần đạt yêu cầu sau: - Có thể chạy hệ điều hành tiêu chuẩn mạnh dễ sử dụng: để tạo điều kiện thuận lợi cho đào tạo nhân viên, tạo sở thuận lợi cho phát triển phần mềm nước - Có kiều giao diện người dùng tốt: tạo điều kiện thuận lợi người sử dụng có kinh nghiệm giao diện quen thuộc khác - Ngôn ngữ đơn giản, ngữ pháp tự nhiên + Ngôn ngữ đơn giản, ngữ pháp tự nhiên dễ đào tạo dễ học + Người sử dụng dễ tập trung vào vấn đề cần giải máy + Cho phép người sử dụng làm lại lệnh có sai sót (undo) - Có tài liệu hướng dẫn cách khoa học hợp lý, dễ hiểu - Có tính linh hoạt: Để dễ dàng chuyển đổi chức vẽ chế độ vẽ - Có tính bền vững: Các đối tượng vẽ khơng bị thay đổi cách dễ dàng yếu tố khác - Có tính đơn giản: dễ hiểu, dễ sử dụng cho nhiều đối tượng: Kỹ sư (cơ khí, xây dựng, ), kiến trúc sư, nhân viên kỹ thuật, - Có tính kinh tế: để đảm bảo hạ thấp chi phí người dùng mua, cài đặt sử dụng 2.2.2.Các mô-đun phần mềm CAD Hiện có nhiều phần mềm CAD khác nhau, phần mềm có điểm mạnh đặc thù riêng Nhưng phần mềm CAD có cấu trúc chung gồm mô-đun sau: - Mô-đun điều hành - Mô-đun đồ họa - Mô-đun ứng dụng Phần mềm CAD dùng cho khí sản xuất cơng nghiệp có mơ-đun ứng dụng cung cấp chức sau: + Tính tốn đặc tính hàng loạt sản phẩm + Phân tích việc lắp ráp + Phân tích dung sai lắp ghép + Mơ hình hóa phân tích phần tử hữu hạn + Mơ phân tích q trình gia cơng + Kỹ thuật hình ảnh động ... tưởng thiết kế Quá trình thiết kế Mô hình hóa mô thiết kế Thiết kế chi tiết Quá trình CAD Phân tích tối ưu hóa thiết kế Đánh giá thiết kế Xây dựng tài liệu thiết kế truyền đạt thông tin thiết kế Thiết. .. phần mềm CAD có cấu trúc chung gồm m? ?-? ?un sau: - M? ?-? ?un điều hành - M? ?-? ?un đồ họa - M? ?-? ?un ứng dụng Phần mềm CAD dùng cho khí sản xuất cơng nghiệp có m? ?-? ?un ứng dụng cung cấp chức sau: + Tính tốn... cao - Trong số trường hợp mơ hình bề mặt vẩn cịn rườm rà  Ứng dụng - Phạm vi ứng dụng rộng mơ hình khung dây để vẽ thiết kế - Dùng hiệu mô dụng cụ gia công chế tạo khí sản xuất cơng nghiệp - Tạo