C1 CAD-CAM> TONGQUAN 1 GVC NGUYỄN THẾ TRANH
Chương 1.

TỔNG QUAN VỀ CAD/CAM 1.1 VAI TRÒ VÀ CHỨC NĂNG CỦA CAD/CAM
TRONG NỀN SX HIỆN ĐẠI.

1.1.1 Giới thiệu về CAD/CAM hay CAO/FAO.

Thiết kế và chế tạo có sự tham gia của máy vi tính (CAD/CAM hay
CAO/FAO) thường được trình bày gắn liền với nhau. Thật vậy, hai lĩnh vực ứng
dụng tin học trong ngành cơ khí chế tạo này có nhiều điểm giống nhau bởi
chúng đều dựa trên cùng các chi tiết cơ khí và sử dụng dữ liệu tin h
ọc chung: đó
là các nguồn đồ thị hiển thị và dữ liệu quản lý.

Thực tế, CAD và CAM tương ứng với các hoạt động của hai quá trình hỗ
trợ cho phép biến một ý tưởng trừu tượng thành một vật thể thật. Hai quá trình
này thể hiện rõ trong công việc nghiên cứu (bureau d’étude) và triển khai chế
tạo (bureau des méthodes).

Xuất phát từ nhu cầu cho trước, việc nghiên cứu đảm nhận thi
ết kế một
mô hình mẫu cho đến khi thể hiện trên bản vẽ biễu diễn chi tiết. Từ bản vẽ chi
tiết, việc triển khai chế tạo đảm nhận lập ra quá trình chế tạo các chi tiết cùng
các vấn đề liên quan đến dụng cụ và phương pháp thực hiện.
Hai lĩnh vực hoạt động lớn này trong ngành chế tạo máy được thực hiện
liên tiếp nhau và được phân biệt bở
i kết quả của nó.

chuyển đổi phương pháp và dẫn đến thay đổi quan trọng trong các công việc
hoàn thành khi lập qui trình công nghệ cũng như trên vị trí làm việc. Ngoài công
việc cho phép điều khiển số các nguyên công gia công, việc thiết lập các dữ liệu
tin học mang lại nhiều sự cải thiện về kết cấu liên quan đến cấ
u trúc máy và đồ
gá, các phương pháp chế tạo và kiểm tra sản phẩm, thiết kế dụng cụ cắt và các
cơ cấu tự động khác. Mặt khác, các ứng dụng tin học này cũng cho phép khai
thác tốt hơn các khả năng mới của máy và dụng cụ.

Ngày nay việc chuyển biến từ một ý tưởng trừu tượng thành một sản
phẩm thực tế có thể theo một quá trình hoàn toàn được chi phối bởi máy tính
điện tử, như sơ đồ hình 1.1 đã chỉ rõ.

ORDINATEUR
(FIO)
ADMINISTRATION
ET GESTION
BUREAU
D
’ETUDE
BUREAU
DE
METHODES
ADMINISTRATION ET
GESTION
Hình 1.1 - Sơ đồ CAO - FAO - FIO
C1 CAD-CAM> TONGQUAN 3 GVC NGUYỄN THẾ TRANH

Ta phân biệt hai loại dụng cụ tin học trong nghiên cứu thiết kế:

- Các phần mềm vẽ có sự tham gia của máy tính điện tử
(Dessin Assisté par Ordinateur-DAO hay Computer Aided Drawing - CAD).

- Các phần mềm thiết kế có sự tham gia của máy tính điện tử
(Conception Assistée par Ordinateur-CAO hay Computer Aided Design-CAD).

Trong tiếng Anh ta sử dụng từ CAD chung cho cả hai phần mềm này.

Trong triển khai chế tạo ra sản phẩm từ
bản vẽ thiết kế, ngày nay có các phần
mềm ứng dụng đó là các phần mềm chế tạo có sự tham gia của máy tính điện tử

( Fabrication Assistée par Ordinateur - FAO

Công việc chuẩn bị sả
n xuất có vai trò quan trọng trong việc hình thành
bất kỳ một sản phẩm cơ khí nào.
C1 CAD-CAM> TONGQUAN 4 GVC NGUYỄN THẾ TRANH
Công việc này bao gồm:
- Chuẩn bị thiết kế ( thiết kế kết cấu sản phẩm, các bản vẽ lắp chung
của sản phẩm, các cụm máy.v.v )
- Chuẩn bị công nghệ (đảm bảo tính năng công nghệ của kết cấu,
thiết lập qui trình công nghệ)
- Thiết kế và chế tạo các trang bị công nghệ và dụng cụ phụ v.v
- Kế hoạch hoá quá trình s
ản xuất và chế tạo sản phẩm trong thời
gian yêu cầu.

Hiện nay, qua phân tích tình hình thiết kế ta thấy rằng 90% thời lượng
thiết kế là để tra cứu số liệu cần thiết mà chỉ có 10% thời gian dành cho lao động
sáng tạo và quyết định phương án, do vậy các công việc trên có thể thực hiện
bằng máy tính điện tử để vừa tiết kiệm thời gian vừa đảm bảo độ
chính xác và
chất lượng.

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 mật thiết giữa hai dạng hoạt động: Thiết
kế và Chế tạo.

Tự
động hoá thiết kế là dùng các hệ thống và phương tiện tính toán giúp

Kiểm tra
chất lượng
Nhu cầu
thị trường
Thiết kế
sản phẩm
Nhu cầu
TTB mới
Kế hoạch hoá
QTSX
Hình 1.2- Sơ đồ chu kỳ sản xuất
C1 CAD-CAM> TONGQUAN 5 GVC NGUYỄN THẾ TRANH

TĐH
thiết kế
Vẽ bằng
MTĐT
Nhu cầu
TTB mới
Nhu cầu
thị trường
Vẽ chi tiết Thiết kế
SP
Khái niệm
SP mới
Sản xuất
sản phẩm
Kiểm tra
chất lượng
TĐH KHH
QTSX
KHH
QTSX
TB ĐK bằng
MTĐT
TĐH
KTCL
Lập biểu đồ
SX
Vẽ BĐ, lập nhu cầu
NVL KT
Hình 1.3 - Sơ đồ chu kỳ sản xuất khi dùng CAD/CAM
C1 CAD-CAM> TONGQUAN 6 GVC NGUYỄN THẾ TRANH

Theo lịch sử hình thành và phát triể
n ta có thể phân biệt công nghệ thiết kế và
gia công tạo hình như sau:
- Thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống.
- Thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ CAD/CAM
- Thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ tích hợp CIM

1.2.1 Thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống.

Trong công nghệ truyền thống, các mặt cong 3D phức tạp được gia công trên
máy vạn năng theo phương pháp chép hình sử dụng mẫu hoặc dưỡ
ng. Do vậy
qui trình thiết kế và gia công bao gồm có 4 giai đoan phân biệt (Hình 1.4):
1. Tạo mẫu sản phẩm,
2. Lập bản vẽ kỹ thuật,
3. Tạo mẫu chép hình,
4. Gia công chép hình.

Qui trình này có những hạn chế:
C1 CAD-CAM> TONGQUAN 7 GVC NGUYỄN THẾ TRANH
- Khó đạt được độ chính xác gia công, chủ yếu do quá trình chép hình,
- Dễ dàng làm sai do nhầm lẫn hay hiểu sai vì phải xử lý một số lớn dữ
liệu,
- Năng suất thấp do mẫu được thiết kế theo phương pháp thủ công và
qui trình được thực hiện tuần tự: tạo mẫu sản phẩm - lập bản vẽ chi tiết
- tạo mẫu chép hình - phay chép hình.


dạng mô hình khung lưới.
- Gia công chép hình được thay thế bằng gia công điều khiển số (CAM).

Về công nghệ, khác biệ
t cơ bản giữa gia công tạo hình theo công nghệ
truyền thống và công nghệ CAD/CAM là thay thế tạo hình theo mẫu bằng mô
hình hoá hình học.
Ý TƯỞNG
VẼ & THIẾT KẾ
BẢN VẼ KỸ THUẬT
TẠO MẪU CHÉP HÌNH
GIA CÔNG CHÉP HÌNH
MẪU
CHÉP HÌNH
MẪU
S
ẢNPHẨM
Hình 1.4 - Qui trình thiết kế và gia công tạo hình
theo công nghệ truyền thống
Hiệu chỉnh
Lấy mẫu
C1 CAD-CAM> TONGQUAN 8 GVC NGUYỄN THẾ TRANH
Kết quả là mẫu chép hình và công nghệ gia công chép hình được thay thế
bằng mô hình hình học số (Computational Geometric Model - CGM) và gia
công điều khiển số. Mặt khác khả năng kiểm tra kích thước trực tiếp và khả
năng lựa chọn chế độ gia công thích hợp (gia công thô, bán tinh và tinh).
Theo công nghệ CAD/CAM phần lớn các khó khăn của quá trình thiết kế
và gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống được khắc phục vì rằng:
• Bề mặ
t gia công đạt được chính xác và tinh xảo hơn.

việc mô hình hoá hình học - vẽ - tạo bản vẽ được tích hợp trong CAD; kết quả
mọi thông tin về hình dáng được lưu lại dưới dạng CGM, lưu trữ trong cơ sở dữ
liệu trung tâm. Công nghệ tiên tiến nhất có khả năng hỗ trợ thực hiện toàn bộ qui
trình thiết kế và chế tạo theo công nghệ tích hợp:
• Cho phép thiết l
ập mô hình hình học số CGM trực tiếp từ ý tưởng
về hình dáng.
• Được trợ giúp bởi thiết bị đồ hoạ mạnh và công nghệ tô màu, tạo
bóng hiện đại.
Ý TƯỞNG
VẼ & TẠO BẢN VẼ
(CADD)
BẢN VẼ KỸ THUẬT
MÔ HÌNH HOÁ HÌNH HỌC
GIA CÔNG ĐIỀU KHIỂN SỐ
(CAM)
MÔ HÌNH
HÌNH HỌC SỐ (CGM)

MẪU
S
ẢNPHẨM
Hình 1.5 - Qui trình thiết kế và gia công tạo hình
theo công nghệ CAD/CAM
Lấy mẫu, số hoá
Hiệu chỉnh
C1 CAD-CAM> TONGQUAN 9 GVC NGUYỄN THẾ TRANH
• Có khả năng thực hiện các chức năng phân tích kỹ thuật; liên kết
với các thiết bị tạo mẫu nhanh theo công nghệ tạo hình lập thể; lập
trình chế tạo; điều khiển quá trình gia công điều khiển số; lập qui


Khái niệm mô hình hình học được sử dụng cho thực thể hình học có
thể mô tả được, đó là những thực thể hình học cơ sở, được sử dụng trên bản vẽ
kỹ thuật hay trên màn hình, đó là:
- Điểm,
- Đường cong, bao gồm cả đoạn thẳng,
- Mặt cong, bao gồm cả mặt phẳng,
- Khối (cấu trúc đặc).

Mô hình hình h
ọc được diễn giải bởi con người nhưng hình thức mô tả
chúng phải thích hợp, rõ ràng sao cho có thể chuyển đổi thành mô hình hình
học số duy nhất. Tức là yêu cầu mô hình hình học phải được mô tả bởi các giá
trị số chính xác:
BẢN VẼ
KỸ THUẬT
Ý TƯỞNG
CAD
CAPP
Computer Aided Process Planning
MÔ HÌNH
HÌNH HỌC SỐ (CGM)
MÔ HÌNH
FEM
MÀN HÌNH
ĐỒ HOẠ
MẪU
SẢN PHẨM
CAM
Hình 1. 6 - Qui trình thiết kế và gia công tạo hình


4. Phương pháp phổ biến nhất để mô tả đường cong tự do 2D và 3D.
Đây là phương pháp xác định chuỗi điểm đường cong đi qua, phương
pháp gián tiếp để mô tả đường cong 3D là xác định giao tuyến giữa 2 mặt cong.
Trong trường hợp này ta không thể xác định đường cong một cách chính
xác. Phương pháp phổ biến xác định dường cong 3D trong vẽ kỹ thuật là xác
định hình chiếu 2D của chúng, sau đó xác định hình chiếu trên m
ặt cong, đây
chính là phép chiếu ngược.

1.3.2 Phương pháp mô tả mặt cong.
Ta không thể vẽ mặt cong hình học, nhưng có thể mô tả chúng trên bản vẽ
dưới dạng mô hình:
- Mặt hình học cơ sở,
- Mặt nội suy lưới đường cong,
- Mặt quét hình đường mặt cắt,
- Mặt nội suy điểm,
- Mặt kết nối hình.
Tương ứng
đó là:
• Sử dụng các mặt cong cơ sở.
• Mô tả mặt cong bởi mô hình lưới đường cong.
C1 CAD-CAM> TONGQUAN 11 GVC NGUYỄN THẾ TRANH
• Mô tả mặt cong bởi phép quét hình.
• Mặt cong nội suy điểm.
• Mô hình mặt cong kết nối.

1.3.3 Phương pháp mô tả khối hình học.

Khác biệt cơ bản với mô hình mặt cong, ngoài dữ liệu hình học thuộc mặt

thực thể cơ sở cấp thấp hơn. Ví dụ như đường cong được thiết lập từ điểm, mặt
cong từ điểm và đường cong, khối t
ừ các bề mặt bao,

Các thực thể hình học cấp thấp và tham số thiết kế được gọi là yếu tố điều
khiển hình học, có thể hiệu chỉnh được để thay đổi hình dáng và kích thước.