TR NG
I H C PH M V N
NG
KHOA K THU T CÔNG NGH
-----  -----

BÀI GI NG

B c: Cao

CAD/CAM/CNC

ng – Ngành: Công ngh k thu t c khí

GV: ThS. Ph m Tr

ng Tùng (Ch biên)

GV: KS. Bùi Trung Kiên
Qu ng Ngãi , 12/2014


M CL C
L i nói đ u ..........................................................................................................
CH

NG 1: T NG QUAN V CAD/CAM

1.1. L ch s phát tri n c a CAD/CAM .................................................... Trang 01
1.2.


3.5 Nh ng l i ích c a CIM ................................................................................ 30
3.6 Th c hi n m t h th ng CAD/CAM/CIM .................................................... 31
3.7 T

ng lai c a CAD/CAM/CIM ................................................................... 32

CH

NG 4: T NG QUAN V CNC

4.1. L ch s phát tri n c a máy CNC....................................................... Trang 34
4.2.

c tr ng c b n c a máy CNC ................................................................ 36

4.3. Mô hình khái quát c a m t máy CNC ........................................................ 38
4.4. Các ph

ng pháp đi u khi n ...................................................................... 39

4.5. H tr c t a đ trên máy CNC ..................................................................... 43
i


4.6. Các b

c th c hi n gia công trên máy CNC ............................................... 50

4.7. Hình th c t ch c gia công trên máy CNC ................................................. 55
CH

đã đ

c ng d ng r ng rãi trong công nghi p nói chung và ngành công nghi p c khí

ch t o nói riêng đ t ng n ng xu t lao đ ng, gi m c

ng đ lao đ ng và t đ ng hóa

quá trình s n xu t, nâng cao đ chính xác chi ti t và đ t hi u qu kinh t cao.
H c ph n CAD/CAM/CNC là h c ph n kh i ki n th c ngành, h c ph n s trang
b cho sinh viên ki n th c đ

ng d ng nh ng thành t u c a công ngh

CAD/CAM/CNC trong thi t k , ch t o, gia công c khí.
C th , h c ph n s gi i thi u v v trí, vai trò, t m quan tr ng c a công ngh
CAD/CAM/CNC trong ngành c khí. H c ph n s cung c p cho sinh viên nh ng ki n
th c c b n v k thu t l p trình CNC đ sinh viên có th vi t ch

ng trình đi u khi n

máy CNC trong gia công chi ti t.

Qu ng Ngãi, tháng 12/2014
Nhóm Biên So n


Ch

ng 1


v i ngôn ng

nói là t i Massachusetts Institute of

l p trình cho máy tính APT (Automatically

Programmed Tools). M c đích c a APT là đ l p trình cho máy đi u khi n s , nó
đ

c coi nh là m t b

c đ t phá cho t đ ng hoá quá trình s n xu t.

Nh ng n m 1960 đ n 1970 CAD ti p t c phát tri n m nh, h th ng turnkey CAD
đ

c th

ng m i hoá, đây là m t h th ng hoàn ch nh bao g m ph n c ng, ph n m m,

b o trì và đào t o, h th ng này đ

c thi t k ch y trên mainframe và minicomputer.

Tuy nhiên kh n ng x l thông tin, b nh và ICG c a mainframe và minicomputer
h n ch nên các h CAD/CAM th i k này kém hi u qu , giá thành cao và ch đ

cs


c th c hi n nh CAE.

CAE đã làm cho công vi c phân tích tr nên đ n gi n h n nhi u so v i toán h c thông
th

ng và cho k t qu đáng tin c y trong m t th i gian nhanh chóng, nh vào k t qu

đó mà ng
1.2.

i thi t k s hi u ch nh l i thi t k cho phù h p.

nh ngh a CAD/CAM
Nh ng n m cu i th k 20, công ngh CAD/CAM đã tr thành m t l nh v c đ t

phá trong thi t k , ch t o và s n xu t s n ph m công nghi p. CAD (Computer Aided
Design) là thi t k tr giúp b ng máy tính. CAM (Computer Aided Manufacture) là
s n xu t v i s tr giúp c a máy tính. Hai lãnh v c này ghép n i v i nhau đã tr thành
m t lo i hình công ngh cao, m t lãnh v c khoa h c t ng h p c a s liên ngành C
khí – Tin h c – i n t – T đ ng hóa. Cùng v i s phát tri n c a khoa h c máy tính,
CAD/CAM đã đ

c nh n th c và ch p nh n nhanh chóng trong công nghi p (công

nghi p d t – may, công nghi p nh a, công nghi p c khí ch t o ...) vì nó là h t nhân
chính đ sáng t o và s n xu t s n ph m, đ t ng n ng xu t lao đ ng, gi m c

ng đ

lao đ ng và t đ ng hóa quá trình s n xu t, nâng cao đ chính xác chi ti t và đ t hi u

đi u khi n quá trình s n xu t, đi u khi n quá trình c t g t kim lo i và ki m tra nguyên
công gia công.
CAD/CAM k t n i v i nhau t o ra m i quan h m t thi t gi a hai d ng ho t
đ ng là thi t k và ch t o mà lâu nay ng

i ta coi là khác nhau và không ph c thu c

vào nhau. T đ ng hóa thi t k là dùng các h th ng và ph
ng

ng ti n tính toán giúp

i k s đ thi t k mô ph ng, phân tích và t i u hóa gi i pháp thi t k . Ph

ti n bao g m máy tính đi n t , các máy v , máy in, thi t b đ c l b ng ...Ph
l p trình bao g m ch
ch

ng

ng ti n

ng trình máy, cho phép đ m b o giao ti p v i máy v và các

ng trình ng d ng đ th c hi n ch c n ng thi t k .
H

th ng CAD/CAM là m t s n ph m c a CIM (Computer Integrated

Manufacturing). H th ng này đ

Thi t k t ng th
Thi t k chi ti t

GEOMETRIC
MODELING

Tính toán phân tích

ANALYSIS

Thi t k t i u

OPTIMZATION
DRAFTING)
(VIEWS AND
DRAWINGS

L p tài li u thi t k

Hình 1.1: Quy trình c a CAD



AutoCAD
PRO engineer
Unigraphics
Unigraphics
Nastran
Modex
3D...


L p tài li u thi t k t đ ng: đây là công vi c th hi n k t qu thi t k - t đ ng

t o các hình chi u, t o b n v k thu t bao g m c ghi kích th
đ

c t mô hình 3D đã

c thi t k .
Tóm l i: vai trò c b n nh t c a CAD là đ xác đ nh hình h c c a thi t k nh

hình dáng hình h c c a các chi ti t c khí, các k t c u ki n trúc, m ch đi n t , m t
b ng nhà c a trong xây d ng… Các ng d ng đi n hình c a CAD là t o b n v k
thu t v i đ y đ các thông tin k thu t c a s n ph m và mô hình hình h c 3D c a s n
ph m. H n n a, mô hình CAD này s đ

c dùng cho các ng d ng CAE và CAM sau

này. ây là l i ích l n nh t c a CAD vì có th ti t ki m th i gian m t cách đáng k và

4


gi m đ

c các sai s gây ra do ph i xây d ng l i hình h c c a thi t k m i khi c n đ n

nó.
b. Công c c a CAD
 Thi t k mô ph ng hình h c 3 chi u ph c t p, t o b n v , in n


QUÁ TRÌNH S N

C s d li u công ngh

i u khi n ch t l
ph m
i u khi n x

L p trình gia công
Cân b ng dây chuy n

ng

Giám sát các quá trình s n xu t
i u khi n quá trình s n xu t

Xây d ng đ nh m c lao đ ng
cl

ng s n

i u khi n các máy NC và

ng giá thành s n ph m

i u khi n kho v t t và công

L p k ho ch s n xu t



chi ti t tr nên ph c t p. Các b h u x lý máy tính đ
trình b ng tay.
th đ a ra ch

c s d ng đ thay th vi c l p

i v i các chi ti t có hình d ng hình h c ph c t p, h th ng CAM có
ng trình gia công chi ti t nh ph

ng pháp t o ra t p l nh đi u khi n

cho máy công c hi u qu h n h n l p trình b ng tay.

 Cân b ng dây chuy n v i s tr giúp b ng máy tính: vi c đ nh v các ph n t
trong các tr m lên dây chuy n là v n đ l n và khó kh n. Các ch
nh COMSOAL và CALB đ

ng trình máy tính

c phát tri n đ tr giúp cân b ng t i u cho các dây

chuy n.

 Xây d ng các đ nh m c lao đ ng: m t b ph n chuyên trách s có trách nhi m
xác l p chu n th i gian cho các công vi c lao đ ng tr c ti p t i nhà máy. Vi c tính
toán này khá công phu và ph c t p. Hi n đã có m t s ch
phát tri n cho công vi c này. Các ch

ng trình ph n m m đ

 L p k ho ch s n xu t: các trình t th c hi n và các trung tâm gia công c n
thi t cho s n xu t m t s n ph m đ

c chu n b b i máy tính. Các h th ng này cung

c p các l trình, tìm ra l trình t i u và ti n hành mô ph ng ki m nghi m k ho ch
đ a ra. Máy tính đ

c s d ng trong ch c n ng ghi nh các b n ghi t n kho, đ t hàng

t đ ng các m t hàng khi kho r ng, đi u đ s n xu t ch , duy trì các đ c tính hi n t i

6


cho các đ n đ t hàng s n xu t khác nhau, l p k ho ch nhu c u nguyên v t li u và l p
k ho ch n ng l c.
b.

i u khi n quá trình s n xu t

-

i u khi n s n xu t liên quan t i vi c qu n lý và đi u khi n các ho t đ ng s n

xu t trong nhà máy.
phân x
xu t.

i u khi n quá trình, đi u khi n ch t l


ng trình làm vi c

ho c đ giám sát các k t qu th c hi n.
1.4.

Qui trình s n xu t và CAD/CAM
Chu trình s n ph m truy n th ng đ
Ý ni m
s n

ph m

Khách hàng
và th

tr

ng

Ki m tra
ch t l ng

c th hi n qua s đ hình 1.3
Tính toán

thi t k

V


Chu k này ho t đ ng theo nhu c u c a khách hàng và th tr

ng tiêu th . Chu

trình s n ph m có th thay đ i tu theo yêu c u c a khách hàng
Có tr

ng h p công vi c thi t k là do khách hàng th c hi n cho nên nhà máy

ch có nhi m v ch t o s n ph m đã đ

c thi t k đó. Tr

ng h p th hai là nhà máy

đ m nh n luôn c công vi c thi t k và ch t o m i. D a vào ý đ t o ra s n ph m đó
m i thi t k s n ph m, hoàn t t b n v
Trên b n v s n ph m ph i nêu rõ các yêu c u k thu t c n ph i đ m b o trong
quá trình ch t o. Trên c s các b n v chi ti t ph i l p quy trình công ngh ch t o
s n ph m và l p k ho ch s n xu t.

ch t o s n ph m ph i l p nhu c u v trang

thi t b công ngh và các d ng c c n thi t. K ho ch s n xu t ph i ch rõ th i gian và
s nl

ng xu t x

ng trong th i gian đã đ nh. Ti p theo là công đo n đ a vào s n


(ICG) cho phép ng
đ có đ

ng tác

i thi t k có ngay nh ng ng x c a h th ng v d li u đ u vào

c nh ng tác đ ng thích h p vì gi a ng

liên l c tr c ti p theo cách ng

i thi t k và h th ng có m t m i

i s d ng vào l nh cho h th ng và đáp ng l i nh ng

câu h i mà h th ng đ a ra.
Ngày nay các ph n c ng trong công ngh thông tin r t phong phú và đa d ng
đ

c s d ng trong h CAD.

1.5.2. C u hình ph n c ng c a m t h CAD đi n hình
M t h CAD nói chung th
ng

ng có các thi t b ph n c ng sau đây:

M t ho c m t s tr m thi t k v i m t đ u cu i đ ho và các thi t b vào c a
i thi t k .



c n m ch c n ng sau đây :

-

Giao di n v i máy tính.

-

T o ra các b n v

-

Cung c p các b n mô t d

-

Chuy n các l nh máy tính thành các ch c n ng v n hành.

-

T o thu n l i cho vi c truy n thông gi a ng

n đ nh cho ng

i thi t k .

i d ng s c a các b n v trên.

i thi t k và h th ng


ng trình đ

c vi t ra nh m t o đi u ki n cho ng

v n hành h th ng đ ho máy tính (h ICG). B ch

ng trình này th

i s d ng

ng đ

xu t tr n gói nên còn có tên g i gói ph n m m đ ho , bao g m nh ng ch

cs n

ng trình

đ t o ra hình nh trên màn hình CRT, đ đi u khi n các hình nh đó và đ th c hi n
các ki u t
ch

ng tác khác nhau gi a ICG. AutoCAD là ví d đi n hình v m t b

ng trình nh v y. Còn h ICG là m t h th ng đ ho t

ng tác, ngoài ph n m m

còn có ph n c ng.

này không hoàn toàn gi ng nhau.

11


D u r ng nh ng s khác nhau nh th trong ph n m m nhi u khi ng
không nh n ra, nh ng chúng l i r t quan tr ng đ i v i ng
đ ho máy tính t

i s d ng

i xây d ng m t h th ng

ng tác.

Các nguyên t c c b n cho vi c thi t k ph n m m đ ho nh sau :
- Tính đ n gi n: Ph n m m đ ho ph i d s d ng.
- Tính nh t quán: Goí ph n m m ph i đem đ n cho ng
pháp v n hành nh t quán và có th d đoán đ

i s d ng m t ph

ng

c các thao tác ti p theo.

- Tính đ ng b : Không b sót m t ch c n ng nào đáng k trong b ch c n ng đ
ho c a ph n m m.
- Tính b n v ng: Ch u đ ng đ



t ra ngoài hình nh ch a

c g i là mô hình ng d ng.

- Nh p mô hình vào b nh trong (và c b nh ngoài khi c n).
Khi làm vi c v i h th ng đ ho , ng

i s d ng th c hi n nh ng công vi c theo

cách ph i h p ch không ph i theo cách h t lo i công vi c n đ n công vi c khia.
Ng

i s d ng ki n t o nên m t mô hình v t lý và nh p vào b nh b ng s mô t

hình nh c a mô hình đó cho h th ng bi t theo cách t

ng tác mà không c n suy ngh

đ ng tác nào thu c vào lo i nào trong ba lo i k trên. S d phân ra nh th là đ t

12

ng


ng v i c u hình t ng quát c a m t h ph n m m đ ho dùng trong h ICG s nói
d

i đây.


c ng i s d ng t o ra đ xây d ng mô hình c a th c

th v t lý mà hình nh c a nó s th y đ
đ

c mô t b i m t ch

c trên màn hình đ ho . M i th c th v t lý

ng trình ng d ng và bao gi c ng thu c v nh ng mi n bài

toán c th .
Nh ng mi n bài toán trong thi t k k thu t bao g m ki n trúc, xây d ng, c khí,
đi n, công nghi p hoá ch t... Nh ng mi n bài toán không thu c v thi t k thì có th là
các b trình mô ph ng bay, là hi n th d li u d
và th m chí là m ngh . Trong m i tr
nên đ x lý hình nh và các quy

ct

ng h p, ch

i d ng đ ho , là phân tích toán h c
ng trình ng d ng đ

ng ng v i l nh v c đó.

13


ng trình) Input nh n l nh và d li u do ng

d ng đ a vào r i ti p t c đ a chúng t i ch

ng trình

ng d ng. Các ch

is

ng trình

Output đi u khi n màn hình (ho c thi t b ra khác) và chuy n đ i các mô hình ng
d ng thành nh ng hình nh hai chi u ho c ba chi u.
c. C s d li u ng d ng
ây là môdun th ba trong c u hình c a h ph n m m đ ho , trong đó ch a
nh ng đ nh ngh a v toán h c, v s và v logic c a các mô hình ng d ng nh các
m ch đi n, các chi ti t máy, các b ph n ôtô v.v.. Nó còn ch a nh ng thông tin d
d ng ký t nh b ng li t kê v t li u, thu c tính hình h c, kh i l

i

ng... N i dung c a

c s d li u có th s n sàng hi n th lên màn hình CRT ho c v ra trên gi y.
1.7. L i ích c a CAD/CAM
Công ngh CAD/CAM đã đóng vai trò quan trong và mang l i m t s l i ích
nh :



14

ng su t,bi n d ng, mô




L p quy trình công ngh trên máy tính



Các d li u gia công c đ



Xây d ng đ nh m c lao đ ng qua máy tính



L p trình cho h NC trên máy tính



Ti n đ s n xu t t m và chính xác



L p k ho ch cung ng v t t

c máy tính hóa

th ng
3. Hãy trình bày l i ích c a CAD, CAM.

15


Ch

ng 2

H TH NG S N XU T LINH HO T (FMS)
2.1.

Các c s hình thành FMS

2.1.1. Khái ni m v h th ng FMS
H th ng s n xu t là m t chu i các quá trình s n xu t gia t ng giá tr làm nhi m
v chuy n đ i nguyên v t li u thành d ng có ích h n và cu i cùng là t o ra s n ph m
hàng hoá.
FMS vi t t t t Flexible manufacturing Systems. (h th ng s n xu t linh ho t.)
FMS bao g m có m t s máy CNC, b trí theo m t trình t công ngh và liên k t v i
nhau b ng các thi t b v n chuy n. Ngoài các máy tính và các ph n m m t

ng ng đ

đi u khi n các thi t b gi ng nh MC ,trong FMS còn có máy tính trung tâm đ đi u
ph i toàn b ho t đ ng c a h th ng. Các FMS th
s n ph m đã đ nh tr

c nên n ng su t, ch t l

th ng s n xu t linh ho t đ- c s d ng l n đ u tiên

M đ s n xu t ra ôtô và máy kéo.

Nh v y, m t h th ng s n xu t linh ho t nói chung g m có các ph n sau:
- Thi t b x lý nh- các trung tâm gia công, các tr m l p ráp, và robot.
- Thi t b v n chuy n nguyên v t li u ví d nh- robot, b ng truy n,...
- M t h th ng truy n thông
- M t h th ng đi u khi n b ng máy tính
Trong s n xu t linh ho t, các máy gia công t đ ng nh- ti n, phay, khoan,... và h
th ng v n chuy n nguyên li u t đ ng giao ti p v i nhau thông qua m ng máy tính.
2.1.2. Các c s hình thành FMS
a. T đ ng hóa s n xu t
T đ ng hóa s n xu t là m t h
đó con ng

iđ

ng phát tri n c a s n xu t ch t o máy mà trong

c gi i phóng không ch t lao đ ng c b p mà còn đ

t quá trình đi u khi n s n xu t.
trình s n xu t. Con ng

đâu trách nhi m c a con ng

c gi i phpngs

i làm theo dõi quá

công ngh tiên ti n và các ph

trình đ cao trên c s c a các ph

ng pháp

ng pháp đi u khi n có s tr giúp c a máy tính.

d. Máy t đ ng công ngh
Máy t đ ng công ngh là máy mà chu trình ho t đ ng c a nó đ
không có s tham gia c a cong ng
t ng th tr l

ng cho ng

c th c hi n

i, ví d nh n máy t đ ng dùng đ thi t l p s đ

i lao đ ng.

e. Tính linh ho t c a h th ng s n xu t
Tính linh ho t c a h th ng s n xu t là m c đ và kh n ng thích ng v i ch t o
nhi u lo i s n ph m khác nhau m t cách n i ti p ho c song song
M c đ linh ho t ML c a h th ng đ
ML 

V i:

c xác đ nh theo công th c sau:

c ch t o, tính linh ho t theo quy mô m

r ng s n xu t và tính linh ho t theo ch ng lo i s n ph m.

18


Tính linh ho t c a máy là kh n ng hi u ch nh nhanh các ph n t công ngh c a
FMS đ ch t o nhi u lo i s n ph m khác nhau.
Tính linh ho t c a quá trình là kh n ng ch t o nhi u lo i s n ph m t nhi u lo i
v t li u khác nhau b ng nh ng ph

ng pháp khác nhau.

Tính linh ho t đ i v i s n ph m là chuy n đ i nhanh và kinh t FMS đ ch t o
s n ph m m i.
Tính linh ho t theo ti n trình: là kh n ng ti p t c ch t o nhi u s n ph m đã
đ nh khi m t s thi t b công ngh ng ng ho t đ ng.
Tính linh ho t theo kh i l
cách kinh t nhi u kh i l

ng s n ph m đ

c ch t o là kh n ng s n xu t m t

ng s n xu t khác nhau.

Tính linh ho t theo quy mô m r ng s n xu t là kh n ng m r ng s n xu t nh
trang b nh ng thi t b công ngh m i.
Tính linh ho t theo ch ng lo i s n ph m là kh n ng ch t o nhi u ch ng lo i s n



Modul s n xu t linh ho t là m t đ n v thi t b có đi u khi n theo ch

ng trình

đ ch t o các s n ph m b t k trong m t gi i h n nào đó. Thi t b này th c hi n m t
các t đ ng t t c các ch c n ng có liên quan đ n ch t o s n ph m và nó có kh n ng
ho t đ ng trong FMS.
i. Robot công nghi p
Robot công nghi p là m t máy t đ ng đ ng yên ho c di đ ng, nó g m m t c
c u ch p hành d

i d ng tay máy, có m t s b c t do và m t c c u đi u khi n đ

th c hi n các ch c n ng di chuy n trong quá trình s n xu t.
j. T h p robot công ngh
T h p robot công ngh là toàn b m t thi t b công ngh , m t robot công nghi p
và các thi t b khác đ th c hi n các chu k l p l i m t cách t đ ng.
Các t h p robot công ngh trong FMS ph i có kh n ng đi u ch nh t đ ng và
kh n ng thích ng trong h th ng (FMS).

đây robot công nghi p có th là robot c p

phôi ( chi ti t), robot v n chuy n ho c robot đ

c dùng nh m t thi t b công ngh (ví

d nh khoan l , t y bavia trên chi ti t gia công…) Các thi t b khác nhau đ
b cho t h p robot công ngh th


ng án đ ch t o các s n ph m c a m t ch ng lo i xác đ nh.

n. Nhà máy t đ ng hóa linh ho t

20


Nhà máy t đ ng hóa linh ho t là FMS bao g m dây chuy n t đ ng hóa linh
ho t, t h p robot công ngh và phân x
nhau theo nhi u ph

ng t đ ng hóa linh ho t đ

cn ik tv i

ng án đ ch t o s n ph m c a nhi u ch ng lo i s n ph m khác

nhau.
2.2.

Phân tích đ i t
it

ng s n xu t linh ho t

ng s n xu t linh ho t đ

c phân làm ba lo i


Lo i ph thu c vào dòng v t li u c a t bào gia công t đ ng. Trong FMS lo i
này m i nguyên công ch th c hi n trên m t máy. H th ng v n chuy n – tích tr phôi
c n đ m b o ti n trình cung ng.
2.3.

C u trúc và các ph n t c b n c a FMS
Thành ph n c a FMS bao g m:
- Các thi t b công ngh và các thi t b ki m tra đ

c trang b các tay máy t

đ ng và các máy tính đ tính toán và đi u khi n.
- Các b ch

ng trình đ đi u khi n FMS.

- Các t bào gia công t đ ng ( các modul s n xu t linh ho t), thông th

ng là

các máy CNC có m i liên k t v i các máy tính và h th ng v n chuy n – tích tr phôi
(chi ti t t đ ng)
Theo c u trúc thì FMS là m t t h p c a t bào gia công t đ ng và t bào ki m
tra t đ ng đ

c liên k t v i nhay thành m t h th ng nh t theo dòng v t li u v i s

21