Học Cơ Khí Bài_65: Khái niệm về CAD/CAM và CIM – Trung tâm CAD/CAM

1.1.         Khái niệm vể CAD/CAM và CIM

a)  Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính (CAD)

Khi chưa có máy tính điện tử, thao tác tính toán, thiết kế của kỹ sư phải thực hiện thủ công (thiết kế truyền thống). Sự phát triển và ứng dụng của máy tính cũng như một loạt các thành tựu của công nghiệp điện tử — tin học, kỹ thuật điều khiển tự động, các ứng dụng toán học,… trong những năm 80 – 90 của thập kỷ 20, thực sự đã tạo ra một bước ngoặt có ý nghĩa hết sức to lớn trong việc tự động hoá tính toán, thiết kế của kỹ sư. Đó chính là quá trình thiết kế với sự trợ giúp của máy tính (CAD – Computer Aided Design). Nhờ có máy tính, CAD có những khả năng sau:

— Thiết kê tạo dụng bản vẽ 2D, ghi kích thước tự động một cách nhanh chóng.

–    Mô phỏng hình học 3D của vật thể từ bản vẽ 2D và ngược lại, kể cả những vật thể có nhiều bề mặt phức tạp.

–     Phân tích, tổng hợp các dữ liệu phục vụ cho các công việc thiết kế khuôn mâu, lăp ráp, ví dụ: tạo mặt phân khuôn, tách khuôn, quản lý và mô phỏng quá trình lắp ráp kết cấu máy,…

–    Liên kết với các chương trình tính toán nhằm thực hiện các chức năng phân tích kỹ thuật (CAE – Computer Aided Enginneering), chẳng hạn: tính biến dạng khuôn, biến dạng khi hàn, mô phỏng các quy luật biến đổi về ứng suất, nhiệt độ, sự co dãn của vật liệu, sự biến đổi vận tốc trong dòng chảy,…

–     Thực hiện các phép nội suy hình học, biên dịch các đường chạy dao chính xác, tạo cơ sở cho công nghệ gia công điều khiển số.

–    Kết nối, giao tiếp với các thiết bị đo, quét toạ độ 3D (CMM – Coordinate Measuring Machine, Scanner), từ đó nhanh chóng mỏ phỏng hình học vật thể từ dữ liệu sô’ (Digitized Data) do CMM cung cấp, trợ giúp cho việc chỉnh sửa, hoàn thiện sản phẩm nhanh chóng.

–     Giao tiếp dữ liệu với các định dạng đồ hoạ chuẩn của một sô’ tổ chức và quốc gia, ví dụ: định dạng đồ hoạ chuẩn Autodesk (DIF — Drawing Interchange File), của Viện Công nghệ và Tiêu chuẩn Quốc gia Mỹ, của Hiệp hội Công nghiệp ôtô Đức

–    Xuất dữ liệu đồ hoạ 3D ở dạng tập tin phục vụ giao tiếp với các máy điều khiển số.

b)     Sản xuất với sự trợ giúp của máy tính (CAM):

Cũng như trong thiết kế, trong quá trình sản xuất, mọi công việc phục vụ cho gia công tạo hình sản phẩm, máy tinh đã trở thành công cụ đãc lực trợ giúp cho quá trình này, bao gồm các việc: quản lý, diều khiển và vận hành san xuất, ngưòi ta gọi đó là sản xuất với sự trợ giúp của máy tính (CAM – Computer Aided Manufacturing). Đặc trưng nổi bật nhất của CAM là các máy NC và CNC đã giới thiệu ở trên.

Trong sản xuất hiện đại, giữa CAD và CAM có sự kết hợp và mối quan hệ rất chặt chẽ, sự kết hợp đó (công nghệ CAD/CAM) là một trong những yếu tố quan trọng, tạo ra một hệ thống sản xuất, trong đó dáp ứng được nhiều nội dung kinh tế, kỹ thuật cho các cở sở sản xuất cơ khí. Người ta gọi dó là hệ thống sản xuất tích hợp (CIM – Computer Intergrated Manuíacturing).

c)     Hệ thống sản xuất tích hợp (CỈM):

Để thấy được ý nghĩa của CIM, chúng ta hãy so sánh công nghệ gia công tạo hình truyền thống với công nghệ CAD/CAM (hình 0.17).

Công nghệ gia công tạo hình truyền thống (hình 0.17a) gồm các giai đoạn: tạo mẫu sản phẩm; thiết kế kỹ thuật, công nghệ; tạo chi tiết mẫu hay mẫu chép hình; gia công chi tiết hay gia công chép hình.

Công nghệ CAD/CAM (hình 0.17b) gồm các giai đoạn: tạo mẫu sản phẩm bằng các thiết bị đo 3D; thiết kế kỹ thuật, công nghệ dùng CAD mô hình hoá hình học trực tiếp từ các dữ liệu 3D; tạo chi tiết mẫu hay mẫu chép hình bằng các mô hinh hình học sô’ lưu trữ trong bỏ nhớ máy tính; xuất ra màn hình dưới dạng mô hình khung lưới; gia công chi tiết bằng điều khiển sô’ (CAM). Từ đây quá trình sản xuất theo công nghệ CIM mô tả như sau (hình 0.18):

a)        Công nghệ tryền thống       b) Công nghệ CAD/CAM.

Hình 0.17. Công nghệ gia công
a) Công nghệ tmyền thống; b) Cồng nghệ CAD/CAM.

Hình 0.18. Quá trình sản xuất theo công nghệ CIM

CAE – Computer Aided Enginnering; CAPP – Computer Aided Process Planning, MRP II -Manufacturing Resources Planning; pp – Production Planning; CAQ – Computer Aided Quality Control.

Công nghệ CIM trong sản xuất cơ khí giải quyết và đáp ứng các nội dung sau:

– Tự động hoá quá trình thiết kế, chế tạo.

-Tựđộng hoá quá trình quản lý và tổ chức sản xuất.

–     Tự động hoá quá trình giám sát chất lượng sản phẩm.

–    Các quá trình trên được liên kết thành một hệ thống thống nhất được điều khiển bằng máy tính (CIM).