Tài liệu Giáo trình - cam

Bài 1 Bài 2 Bài 3 Bài 4 Bài 5 Bài 6 Bài 7 : Tổng quan về CAM (Milling).....................................................................................1 : Tổng quan về trung tâm gia công phay CNC và dụng cụ cắt...................................31 : LẬP TRÌNH GIA CÔNG CNC ...............................................................................53 : Gia công một số chi tiết điển hình..........................................................................133 Phương pháp gia công bề mặt 3D: Gia công thô......................................................134 Phương pháp gia công bề mặt 3D: Gia công bán tinh và tinh..................................168 : Thực hành gia công một số chi tiết điển hình........................................................169 Bài 1 : Tổng quan về CAM (Milling). Mục đích: Kết thúc phần CAD các bạn bước vào học CAM dựa trên phần mềm Mastercam. Bài đầu tiên chúng ta sẽ tìm hiểu một cái nhìn khái quát và nền tảng nhất để chúng ta có một hệ thống về CAM. Điều này quan trọng vì CAM là một phần liên quan đến làm việc thực tế khi các bạn đã lắm vững kiến thức cơ bản thì việc tìm hiểu phần mềm chỉ là công cụ và thao tác tạo tạo ra quy trình làm việc mà thôi. Những nội dung mà sau bài học này các bạn cần lắm vững:  Tổng quan về CAM.  Ứng dụng của CAM trong công nghiệp.  Quy trình thực hiện CAM.  Giới thiêu về các loại phần mềm CAM .  Giới thiệu về các loại máy CNC & các phương pháp gia công CAM.  Lựa chọn máy CNC và Post Processor đi kèm.  Các tiện ích hỗ trợ lập trình trên Mastercam X.  Video demo. 1.1 Tổng quan về CAM.  Tham khảo phần giới thiệu trong bài 1 của phần CAD với Mastercam. 1.2 Ứng dụng của CAM trong công nghiệp.  Tham khảo phần giới thiệu trong bài 1 của phần CAD với Mastercam. 1 1.3 Quy trình thực hiện CAM.  Quy trình thực hiện CAM Trên đây là sơ đồ của mô hình CAM: mô hình, hình học được tạo lập từ CAD là cơ sở dữ liệu Cho CAM. Các CAM khác nhau đòi hỏi các dữ liệu CAD khác nhau để truy nhập tới các dữ liệu hình học của CAD, với các thuật toán giao diện của phần mềm chuẩn bị các quá trình công nghệ : phân tích chi phí, đặc tính của nguyên vật liệu, máy móc và dao cụ … quá trình tiếp theo là lập chương trình gia công NC dùng tính năng mô phỏng của phần mềm CAM để mô phỏng quá trình 2 gia công đường chạy dao để kiểm tra và tối ưu hoá đường chạy dao đó. Việc tiếp theo là xuất code chương trình *NC để truyền xuống các máy CNC thực hiện gia công sản phẩm. 1.4 Giới thiêu về các loại phần mềm CAM . Đại đa số các phần hỗ trợ kỹ sư và nhà sản xuất trên thị trường đều là các phần mềm tích hợp CAD và CAM. Vì vậy, khi giới thiệu về phần mềm sẽ giới thiệu cả chức năng CAD và CAE nếu có của nó. Sau đây là các phần mềm nổi tiếng và mạnh mẽ nhất trong lĩnh vực CAD/CAM.  Catia Phần mềm CATIA là hệ thống CAD/CAM/CAE 3D hoàn chỉnh và mạnh mẽ nhất hiện nay, do hãng Dassault Systems phát triển, phiên bản mới nhất hiện nay là CATIA V5R17 , là tiêu chuẩn của thế giới khi giải quyết hàng loạt các bài toán lớn trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: xây dựng, cơ khí, tự động hóa, công nghiệp ô tô, tàu thủy và cao hơn là công nghiệp hàng không. Nó giải quyết công việc một cách triệt để, từ khâu thiết kế mô hình CAD (Computer Aided Design), đến khâu sản xuất dưa trên cơ sở CAM (Computer Aided Manufacturing, khả năng phân tích tính toán, tối ưu hóa lời giải dựa trên chức năng CAE(Computer Aid Engineering) của phần mềm CATIA. Các Môdun chính của CATIA như sau: 3 CATIA BASE: Đảm bảo điều kiện, kiểm tra hệ thống, tạođiều kiện thiết lập môi trường, điều kiện hội thoại, kiểm tra thực hiện các toán tử cà tiệm cận vào dữ liệu của các môdun. CATIA LIBRARY: thư viện của các phần tử CAD/CAM mà chúng có thể hòa đồng một số mô hình cùng đồng thời. Các đối tượng có thể được tìm kiếm bằng các từ khóa. CATIA INTERFACE: truyền các dữ liệu giữa các phần mềm CAD khác nhau bằng IGES. CATIA DRAFTING: chứa hàm số để tạo phần tử 2D, ghi kích thước, tô mặt cắt, mô tả câu chữ…. CATIA 3D DESIGN: để kiến tạo, mô hình hóa, phân tích và biểu diễn phần 2D và 3D kể cả bề mặt. 4 CATIA SOLIDS GEOMETRY: mô hình hóa thể tích để tạo hình, hiệu chỉnh và phân tích vật thể. Nó cho phép các toán tử logic giữa các vật thể (hợp, giao, trừ). vật thể được tạo từ các đối tượng đơn giản bằng việc dịch chuyển hoặc quay Profile. CATIA KINEMATICS: giúp xác định cấu trúc động học của cơ cấu, mô phỏng và phân tích chuyển động, xác định vận tốc và gia tốc của các chi tiết cơ cấu, đường chuyển động và giải quyết các bài toán va chạm. CATIA IMAGE DESIGN: Tạo sự biểu diễn thực với phần khuất hoàn toàn, xác định điều kiện chiếu sáng và các thông số bề mặt của đối tượng. CATIA FINITE ELEMENT MODELLER: mô hình tổng thể mô tả tính chất vật lý và vật liệu, điều kiện biên và tải trọng đối tượng. NC - LATHE: tạo chương trình chứa phần nguyên công tiện dưới dạng đầu ra APT hoặc CL-File. 5 CATIA NC - MILL: tạo chương trình chứa phần nguyên công phay. 6 CATIA ROBOTIC: thiết kế và mô phỏng robot với các lệnh chuẩn, định nghĩa cấu trúc robot, đặc trưng hình học, động học, đồng bộ hóa nhiều robot…. CATIA BUILDING DESIGN AND FACILITIES LAYOUT: tạo thiết kế các bản vẽ xây dựng, sắp đặt các đối tượng và định nghĩa mối quan hệ giữa chúng. CATIA SHEMATICS: công cụ để sắp đặt vị trí những phần tử cơ bản, vẽ các sơ đồ, thiết lập các liên kết logic giữa các phần tử và điều khiển chúng. CATIA PIPING AND TUBING: thiết kế những tuyến ống dẫn phức tạp, toán tử logic với vật thể, thăm dò va chạm… CATIA STRUCTURAL DESIGN AND STEELWAK: công cụ tổ hợp cho kiến trúc. CATIA GRAPHIC INTENSIVE INTERFACE: công cụ lập trình để mở rộng những hàm số mới và tiếp cận mở vào môi trường CATIA. 7 Hơn thế nữa CATIA còn rất nhiều Môdun hỗ trợ thiết kế và gia công khuôn mẫu , thiết kế kim loại tấm, xử lý các quá trình gia công không phoi, hỗ trơ lập trình điều khiển, thiết kế bo mạch…….  Unigraphics NX - Đây là phần mềm nổi tiếng của hãng UGS. Là một bộ phần mềm lớn sánh ngang với Catia của Dassault systemn dẫn đầu trong thế giới 3C. Nói chung là chỉ thua Catia một chút thôi, không đáng kể. Nó tích hợp quá nhiều modul như thiết kế cơ khí, thiết kế khuôn, điện-điện tử, máy bay, gia công khuôn, gia công chi tiết……., phân tích kết cấu với modul Nastrans, bên cạnh đó, giống như CATIA, UNIGRAPHICS cũng hỗ trợ cho đóng tàu, nhưng đừng nhầm lẫn, vì nó chỉ hỗ trợ để mô phỏng chi tiết thôi chứ không thể so với các chương trình chuyên dùng như autoship, maxsurf, ship constructor.......khác với solidworks, UNI thiên về thiết kế surface hơn là thiết kế solid ( làm cho việc thiết kế và thao tác của unigraphics phức tạp hơn). Về chức năng CAD thì UNI cũng không có gì đặc biệt so với các phần khác, vì hiện nay, hầu hết các phần mềm đều có chung một cách thiết kế là thiết kế tham số, chỉ hơn nhau ở cách bố trí các toolbar về tính khoa học , dễ dùng. Điểm này thì cả catia, unigrphics đều thua xa solidworks và inventor - về chức năng CAM: unigraphics và catia tỏ ra vượt trội so với Pro E của hãng PTC, nó rất mạnh. Các bạn có thể tham khảo ở các diễn đàn Cad –Cam để kiểm chứng. - chức năng CAE: UNI có một modul phân tích khá mạnh là nastran, có thể phân tích được rất nhiều bài toán, tuy nhiên, có vẻ như nó không được thân thiện lắm, hơn nữa nó ngốn tài nguyên máy qúa nhiều, trong phần help của unigraphics NX4 thì thấy rằng nhà sản xuất cảnh báo là chỉ có thể chạy modul này tốt trên cấu hình máy Core2duo, ram 2GB, VGA tối thiểu là 256 … và nó không chạy đựơc trên các hệ điều hành 64bit, thấy rằng: unigraphics có rất nhiều ưu điểm trong thiết kế và Gia công, chỉ có điều, để chạy được nó thì phải có máy tính cấu hình 8 rất mạnh, không phù hợp lắm với sinh viên. Nhưng cũng rất đáng cho để ta tham khảo, đặc biệt với sinh viên ngành chế tạo.  Pro Engineer Một trong những phần mềm có được những tính năng trên như Catia, Unigraphics NX, I-deas, Pro/Engineer Wildfire….Đây là bốn phần mềm được đánh giá là rất mạnh và rất nổi tiếng trong lĩnh vực CAD/CAM/CNC. Tùy vào thế mạnh của mỗi phần mềm mà chúng có những ứng dụng chuyên biệt: Catia, Unigraphics NX phục vụ triệt để cho ngành công nghiệp hàng không, ôtô, tàu thủy. Pro/Engineer phục vụ rất tốt cho ngành cơ khí khuôn mẫu (thiết kế và gia công) như khuôn dập, khuôn rèn, khuôn nhựa…. Pro/E có một lợi thế là giá rẻ nên đã chiếm lĩnh các thị trường hạng trung và cao. Hiện nay, số người sử dụng Pro/E trên thế giới rất nhiều, kể cả Việt Nam (chiếm trên 75%) nên chúng ta sẽ có cơ hội học hỏi, trao đổi lẫn nhau những vấn đề liên quan đến CAD/CAM với thế giới bên ngoài. Do vậy, việc chọn học Pro/E là một hướng đi tốt cho chúng ta trước khi vào nghề và cũng là cách duy nhất để chúng ta nắm bắt, đuổi kịp trình độ công nghệ của thế giới 9 Pro/E là phần mềm của hãng Prametric Technology, Corp. Một phần mềm thiết kế theo tham số, có nhiều tính năng rất mạnh trong lĩnh vực CAD/CAM/CAE, nó mang lại cho chúng ta các khả năng như: - Mô hình hóa trực tiếp vật thể rắn - Tạo các module bằng các khái niệm và phần tử thiết kế. - Thiết kế thông số. - Sử dụng cơ sở dữ liệu thống nhất. - Có khả năng mô phỏng động học, động lực học kết cấu cơ khí. (Pro/Engineer Wildfire 3.0). Phần mềm Pro/Engineer có các module sau: · Pro/ASSEMBLY: tạo điều kiện thiết lập dễ dàng chi tiết vào hệ thống và dưới hệ thống. Nó hỗ trợ cho phần lắp ráp và lắp ráp nhóm, giải quyết tình huống xung đột, thiết kế thay đổi… 10 · Pro/DETAIL: module tạo trực tiếp mô hình 3D của các bản vẽ thiết kế chuẩn cho phân xưởng và chế tạo trong đó đảm bảo liên kết 2 phía giữa các bản vẽ và module 3D. · Pro/SHEETMETAL: module hỗ trợ thiết kế những chi tiết có dạng tấm, vỏ, và hỗ trợ cho việc tạo lập các chi tiết phát triển kể cả chuẩn bị cho chương trình NC cho sản xuất. 11 ·Pro/SURFACE: module hỗ trợ vẽ, tạo các mặt tự do (Free Form), xử lý các mặt cong và bề mặt phức tạp. · Pro/MANUFACTURING: bao gồm dữ liệu NC, mô phỏng, format dữ liệu CL, thư viện các phần tử. 12 · Pro/MESH: hỗ trợ tái tạo mạng lưới cho việc phân tích phần tử hữu hạn (FEA), xác định điều kiện biên, gắn liền với ANSYS, PATRAN, NASTRAN, ABAQUS, SUPERTAB và COSMOS/M. 13 · Pro/MECHANICA: Mô phỏng động học, kiểm nghiệm ứng suất, chuyển vị, biến dạng tuyến tính và phi tuyến, xác định và dự đoán khả năng phá hủy vật liệu… Mô phỏng cơ cấu Mechanism. 14 · Pro/INTERFACE: tạo điều kiện gắn với các hệ CAD khác như: iges, dxf, vdafs, render, SLA… · Pro/PROJECT: xác định để điều khiển dự án thiết kế và tổ hợp một số đội thiết kế và lập dự án. · Pro/FEATURE: mở rộng khả năng thiết lập những phần tử thiết kế bằng thư viện của các bộ phận, nhóm, tái tạo các hình dạng chuẩn và dưới nhóm. · Pro/DESIGN: hỗ trợ thành lập mô hình 3D, sơ đồ khối, xây dựng kế hoạch thiết kế và mối quan hệ phụ thuộc, giúp cho sự phân tích nhanh và hiệu quả và sắp xếp phương án. · Pro/LIBRARY: module chứa thư viện rộng lớn của các phần tử trên chuẩn (chi tiết, phần tử thiết kế tiêu chuẩn, dụng cụ, khớp nối…), có thể bổ sung hoặc hiệu chỉnh. · Pro/VIEW: module tạo điều kiện kiểm tra mô hình hóa chi tiết và hệ thống từ một hướng quan sát bất kì, phóng độn, ảo ảnh. Sử dụng để có cái nhìn nhanh tổng thể để đạt được kết quả hoặc mục đích phòng ngừa. 15 · Pro/DRAFT: module hỗ trợ biểu diễn 2D, tạo điều kiện đọc bản vẽ của các hệ CAD khác và bổ sung module 3D về thiết kế thông số. · Pro/NLO: module hỗ trợ cho công việc trong mạng cục bộ, hòa hợp với các module khác của hệ. · Pro/MOLD: module thiết kế khuôn. 16 · Pro/DEVELOP (Pro/PROGRAM): module hỗ trợ việc lập trình ứng dụng riêng. Chứa các thư viện của hàm số C, thư viện chương trình con của ngôn ngữ lập trình FORTRAN và đặc biệt tiếp cận được với cấu trúc thiết lập các hệ thống và cấu trúc dữ liệu của hệ thống. Ngoài ra, Pro/E còn có Pro/CASTING, Pro/LEGACY, Pro/TOOLKIT, Pro/PiPe… 17 Với những tính năng đã giới thiệu ở trên cho thấy: “Pro/Engineer là một phần mềm CAD/CAM/CAE rất mạnh, có khả năng mô hình hóa các chi tiết phức tạp như các loại máy xúc, máy đào đất, ô tô, các biến dạng vỏ tàu thủy… khả năng lắp ráp lớn và rất tối ưu trong thiết kế”.  Cimatron Phần mềm Cimatron của hãng CIMATRON CO,.. LTD được đánh giá là phần mềm tích hợp CAD/CAM dùng cho lĩnh vực thiết kế gia công Cơ khí hàng đầu của thế giới. Phần mềm Cimatron do nhóm chuyên gia Nhật Bản và Israel hợp tác xây dựng từ năm 1990. Cimatron là phần mềm CAD/CAM mà mối liên kết giữa thiết kế và chế tạo giúp ta có khả năng giải quyết từ khâu đầu đến khâu cuối việc chế tạo ra một sản phẩm công nghiệp một cách chính xác và hiệu quả. Đầu tiên Cimatron hỗ trợ cho người kỹ sư thiết kế mẫu sản phẩm. Trong quá trình thiết kế, phần mềm Cimatron E rất linh động cho phép người thực hiện thiết kế tiến hành các thao 18 tác thật dễ dàng và nhanh chóng bằng giao diện đồ hoạ rất trực quan, tính năng và công cụ hỗ trợ thiết kế rất phong phú không thua kém các phần mềm CAD nổi tiếng như Pro/Engineer, Solid Egde, Solid Words, Autodesk Inventor… Sau khi đã hoàn chỉnh thiết kế mô hình hình học, sản phẩm thiết kế có thể là tiết nhựa, kim loại hoặc các chi tiết để gia công dập hay uốn … Cimatron E cung cấp Modul thiết kế khuôn như khuôn ép nhựa, đúc áp lực hay khuôn dập kim loại… giúp người kỹ sư thiết kế hoàn thành xuất sắc được nhiệm vụ thiết kế khuôn của mình với độ chính xác rất cao. Cuối cùng, người kỹ sư phải thực hiện công việc chế tạo khuôn. Đây lại là một thế mạnh của phần mềm Cimatron E. Trong phần trình ứng dụng NC, với rất nhiều chu trình gia công phay, tiện, EDM (cắt dây) hỗ trợ cho quá trình tự động lập trình gia công từ các bề mặt 2D đơn giản đến những bề mặt 3D phức tạp nhất, có khả năng tạo ra quỹ đạo chạy dao điều khiển cho các máy CNC từ 3 trục đến máy 5 trục phức tạp, hiện đại nhất. Phần mềm Cimatron E đáp ứng tất cả những yêu cầu kỹ thuật của công việc lập trình gia công CNC với phương thức lập trình NC Guide đơn giản nhưng rất chặt chẽ. Cimatron E còn trợ giúp người thiết kế lắp ráp các chi tiết lại với nhau trong phần Assembly. Qua đó người thiết kế nhận biết mối quan hệ trong không gian của các chi tiết trong một cụm các chi tiết, một sản phẩm nào đó. Đó cũng chỉ là những khả năng nhỏ trong nhiều khả năng mênh mông mà phần mềm Cimatron E mang lại. Hiện nay, trên thế giới nói chung và riêng ở Việt Nam thì số lượng máy CNC đang phát triển cả về số lượng và xu hướng chất lượng hoá của các công ty, doanh nghiệp và các cơ sở cơ khí hằng ngày đang từng bước đổi mới công nghệ gia công để nâng cao độ chính xác và đẩy chất lượng sản phẩm cao hơn, bền hơn, đẹp 19 hơn… Do vậy, người làm việc trong lĩnh vực cơ khí phải tìm cơ hội nắm bắt phần mềm này.  MasterCAM Phần này tham khảo ở phần giới thiệu CAD của giáo trình.  EdgeCAM Với EgdeCAM các bạn có thể dùng các dùng dễ dàng các công cụ của phần mềm thực hiện thiết kế 3D nhanh chóng và có thể chỉnh sửa dễ dàng với modul Edgecam Part Modeler. EdgeCAM hỗ trợ gia công trên các máy phay với việc gia công thô và gia công tinh, mô phỏng và hiệu chỉnh đường chạy dao từ đơn giản đến phức tạp trên các máy phay 3 trục, 4 trục và 5 trục. EdgeCAM còn hỗ trợ gia công trên máy tiện từ hai trục và các máy milling/lathe nhiều trục. Với đầy đủ các chi trình gia công hiển thị và mô phỏng đầy đủ quá trình hoạt động của máy cho phép bạn quan sát để phát hiện ra tình hướng gây lỗi máy trong quá trình gia công, cũng như là hiệu chỉnh đường chạy dao sao cho tối ưu làm tăng giá trị kinh tế của chi tiết. EdgeCAM còn hỗ trợ phần khuôn mẫu và đột dập, hỗ trợ đầy đủ gia công tốc độ cao thông minh và tối ưu trong các chế độ cắt. linh hoạt và tối ưu trong việc gia công tinh các bề mặt. Việc xuất mã lệnh G-code cho để gia công trên các máy CNC cũng tương đối dễ dàng với EdgeCAM với modul Edgecam Code Wizard. Nhìn chung, EdgeCAM là một phần mềm thiết kế có thể lựa chọn cho giải pháp sản xuất của một doanh nghiệp.  SolidCAM o SolidCAM là một phần mềm được phát triển bởi công ti CAM dành cho các máy CNC. Đã có lịch sử phát triển 36 năm dành cho lĩnh vực CAD/CAM . SolidCAM là một trong phần mềm có giao diện sử dụng rất thân thiện và dễ dàng nhất là những ai đã có kinh nghiệm trong việc sử dụng phần 20