Tài liệu: Đồ án công nghệ cadcam

Tìm hiểu đồ án công nghệ CADCAM với hướng dẫn chi tiết, ứng dụng thực tế trong thiết kế và sản xuất hiện đại cho kỹ sư và sinh viên chuyên ngành.

• Tác giả: Phạm Tấn Tài
• Người hướng dẫn: Ts. Phan Thị Hà Linh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên
• Chuyên ngành: Công Nghệ Cad/Cam
• Đề tài: Thiết kế gia công sản phẩm
• Loại tài liệu: Đồ án
• Năm xuất bản: 2022-2023
• Địa điểm: Hưng Yên

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Đồ án Công nghệ CAD CAM

Đồ án công nghệ CAD/CAM là một dự án học tập quan trọng trong các chương trình đại học kỹ thuật. Nó kết hợp công nghệ thiết kế máy tính (CAD) và chế tạo hỗ trợ máy tính (CAM) để giải quyết các bài toán kỹ thuật thực tiễn. Sinh viên sẽ học cách sử dụng phần mềm chuyên nghiệp để thiết kế chi tiết máy, tạo bản vẽ kỹ thuật và lập trình máy CNC. Đây là cơ hội để áp dụng lý thuyết vào thực hành, phát triển kỹ năng chuyên môn và chuẩn bị cho công việc kỹ sư sau này.

1.1. Định nghĩa CAD CAM

CAD là viết tắt của Computer-Aided Design (thiết kế hỗ trợ máy tính), cho phép tạo bản vẽ kỹ thuật chính xác. CAM là Computer-Aided Manufacturing (chế tạo hỗ trợ máy tính), dùng để lập trình quá trình gia công. Sự kết hợp hai công nghệ này tạo nên giải pháp hoàn chỉnh từ thiết kế đến sản xuất, nâng cao hiệu quả và độ chính xác.

1.2. Tầm quan trọng trong giáo dục kỹ thuật

Đồ án CAD/CAM giúp sinh viên hiểu rõ quy trình thiết kế-sản xuất hiện đại. Nó phát triển tư duy logic, khả năng giải quyết vấn đề và kỹ năng sử dụng công cụ chuyên nghiệp. Kinh nghiệm này là yêu cầu bắt buộc cho các vị trí kỹ sư thiết kế, lập trình CNC và quản lý sản xuất.

II. Các Phần Mềm CAD CAM Phổ Biến

Thị trường công nghệ CAD/CAM có nhiều phần mềm uy tín được sử dụng rộng rãi. Những phần mềm này cung cấp các công cụ mạnh mẽ để thiết kế 3D, mô phỏng gia công và tối ưu hóa quá trình sản xuất. Lựa chọn phần mềm phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu của dự án, ngành công nghiệp và kinh phí đào tạo. Việc nắm vững một hoặc nhiều phần mềm này sẽ tạo lợi thế cạnh tranh cao cho sinh viên.

2.1. AutoCAD và Fusion 360

AutoCAD của Autodesk là phần mềm CAD phổ biến nhất thế giới, hỗ trợ vẽ 2D và 3D. Fusion 360 là giải pháp đầy đủ kết hợp CAD, CAM và mô phỏng. Cả hai phần mềm này được giáo dục giảm giá hoặc miễn phí, giúp sinh viên dễ tiếp cận học tập.

2.2. SolidWorks và CATIA

SolidWorks nổi tiếng với giao diện thân thiện và khả năng mô phỏng vật lý tốt. CATIA được các hãng hàng không và ô tô sử dụng rộng rãi. Cả hai đều hỗ trợ thiết kế phức tạp và lập trình gia công CNC hiệu quả.

2.3. Mastercam và Siemens NX

Mastercam chuyên về CAM, mạnh trong lập trình máy CNC và gia công 3D phức tạp. Siemens NX là giải pháp tích hợp hoàn chỉnh, được sử dụng trong sản xuất công nghiệp hàng đầu.

III. Quy Trình Thực Hiện Đồ án CAD CAM

Quy trình thực hiện đồ án CAD/CAM bao gồm nhiều giai đoạn liên tiếp. Bắt đầu từ phân tích yêu cầu, thiết kế ban đầu, mô phỏng kiểm tra, tối ưu hóa thiết kế, lập trình CNC, cho đến kiểm tra chất lượng. Mỗi giai đoạn đòi hỏi tính chuyên nghiệp và sự cẩn thận. Sinh viên cần hiểu rõ các nguyên tắc kỹ thuật và chuẩn tiêu chuẩn ngành để đạt kết quả tốt.

3.1. Thiết kế 3D và vẽ kỹ thuật

Giai đoạn này sử dụng phần mềm CAD để tạo mô hình 3D chi tiết. Sinh viên phải vẽ bản vẽ kỹ thuật theo tiêu chuẩn ISO, bao gồm các hình chiếu, kích thước, dung sai và yêu cầu bề mặt. Bản vẽ này là cơ sở cho quá trình gia công.

3.2. Mô phỏng và tối ưu hóa

Sử dụng phần mềm CAM để mô phỏng quá trình gia công, kiểm tra xung đột công cụ và tối ưu lộ trình dao cụ. Điều chỉnh các tham số như tốc độ quay, tốc độ tiến để đạt hiệu quả cao nhất.

3.3. Lập trình CNC và gia công

Lập trình mã G code cho máy CNC, kiểm tra lại mã trước khi gia công thực tế. Theo dõi quá trình gia công, kiểm tra chất lượng sản phẩm cuối cùng theo bản vẽ kỹ thuật.

IV. Tài Liệu và Tài Nguyên Học Tập CAD CAM

Có nhiều tài liệu hữu ích hỗ trợ sinh viên trong quá trình thực hiện đồ án. Từ sách giáo khoa, hướng dẫn phần mềm, video tutorial, đến các cộng động trực tuyến. Sinh viên nên tìm kiếm tài liệu từ các nguồn uy tín như trang chủ nhà sản xuất phần mềm, các diễn đàn kỹ thuật, và thư viện đại học. Ngoài ra, tham khảo các dự án tương tự trước đây cũng giúp hiểu rõ yêu cầu và cách tiếp cận.

4.1. Sách và giáo trình CAD CAM

Các cuốn sách chuyên ngành về thiết kế kỹ thuật, gia công CNC là tài liệu tham khảo quan trọng. Giáo trình của đại học cung cấp lý thuyết cơ bản và bài tập thực hành. Nên chọn sách có ví dụ thực tế và hướng dẫn chi tiết sử dụng phần mềm.

4.2. Tutorial video và khóa học trực tuyến

YouTube, Udemy, Coursera có hàng ngàn video hướng dẫn miễn phí hoặc trả phí. Các trang web của nhà sản xuất phần mềm như Autodesk, Dassault cung cấp tutorial chính thức. Học từ video giúp hiểu nhanh các tính năng phần mềm thông qua hình ảnh động.

4.3. Cộng đồng kỹ thuật và diễn đàn thảo luận

Các diễn đàn như GrabCAD, Eng-Tips, các nhóm Facebook kỹ thuật là nơi trao đổi kinh nghiệm. Đặt câu hỏi khi gặp khó khăn, chia sẻ kinh nghiệm với cộng đồng. Tham gia cộng đồng giúp mở rộng kiến thức và có hướng dẫn từ những người có kinh nghiệm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ CAD/CAM BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA: CƠ KHÍ ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ CAD/CAM Giảng Viên Hướng Dẫn: Phan Thị Hà Linh Sinh Viên Thực Hiện: Phạm Tấn Tài Mã sinh viên: 10520166 Lớp: 117202 Năm học 2022-2023 1 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ CAD/CAM Mục Lục LỜI NÓI ĐẦU.5 PHẦN I: THIẾT KẾ GIA CÔNG SẢN PHẨM MÃ SỐ: CF.1 Phân tích yêu cầu, đặc điểm kỹ thuật của sản phẩm.1 Phân tích/ Tìm hiểu về vật liệu chế tạo.2 Phân tích yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm.3 Xác định bề mặt gia công cơ / bề mặt không gia công cơ (thô).4 Xác định phương án chế tạo phôi.2 Thiết kế mô hình CAD & xuất bản vẽ kĩ thuật.1 Thiết kế mô hình CAD_3D của sản phẩm.2 Thiết kế mô hình phôi của sản phẩm.3 Xuất bản vẽ chế tạo sản phẩm.3 Lập quy trình công nghệ gia công chế tạo sản phẩm.1 Xây dựng phương án công nghệ gia công chế tạo sản phẩm.2 Lựa chọn dụng cụ gia công.3 Lập quy trình công nghệ gia công sản phẩm.4 Xuất bản vẽ quy trình công nghệ gia công sản phẩm.4 Lập trình gia công chế tạo sản phẩm với phần mềm CAD/CAM.1 Lựa chọn máy gia công, hệ điều khiển NC/CNC (Post Processor).2 Lựa chọn các chiến lược gia công.3 Xuất chương trình NC.4 Phiếu công nghệ.34 PHẦN II: THIẾT KẾ GIA CÔNG SẢN PHẨM MÃ SỐ: CT.1 Phân tích yêu cầu, đặc điểm kỹ thuật của sản phẩm.1 Phân tích/ Tìm hiểu về vật liệu chế tạo.2 Phân tích yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm.3 Xác định bề mặt gia công cơ / bề mặt không gia công cơ (thô).4 Xác định phương án chế tạo phôi.2 Thiết kế mô hình CAD & xuất bản vẽ kĩ thuật.1 Thiết kế mô hình CAD_3D của sản phẩm.2 Thiết kế mô hình phôi của sản phẩm.3 Xuất bản vẽ kĩ thuật của sản phẩm:.3 Lập quy trình công nghệ gia công chế tạo sản phẩm.1 Xây dựng phương án công nghệ gia công chế tạo sản phẩm.2 Lựa chọn dụng cụ gia công.3 Lập quy trình công nghệ gia công sản phẩm.53 2 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ CAD/CAM 2.4 Xuất bản vẽ quy trình công nghệ gia công sản phẩm.4 Lập trình gia công chế tạo sản phẩm với phần mềm CAD.1 Lựa chọn máy gia công, hệ điều khiển NC/CNC (Post Processor).2 Gá lắp sản phẩm trên máy.3 Chọn chiến lược gia công.4 Xuất chương trình NC.5 Phiếu công nghệ.71 3 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ CAD/CAM 4 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ CAD/CAM LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, ngành cơ khí đã phát triển ngày cành nhanh chóng với các phương pháp gia công chính xác. Công nghệ CAD/CAM/CNC không còn mới trên thế giới tuy nhiên ở nước ta ngành này đã và đang phát triển rất mạnh, nhu cầu nhân lực đã và đang là bài toán đặt ra cho các trường kĩ thuật. Quá trình làm đồ án CAD/CAM/ sẽ giúp cho sinh viên là những kĩ sư tương lai có được những kiến thức nền tảng ban đầu, bước đầu tiếp cận với nền sản xuất tiên tiến. Đồ án CAD/CAM là sự tổng hợp các kiến thức của môn học những hiểu biết về thiết kế một chi tiết, gia công mô phỏng và xuất thành FILE để đưa vào máy CNC gia công như thế nào bằng cách sử dụng sự hỗ phần mềm MASTERCAM X5 hay các phần mềm khác.

Bên cạnh cũng cần phải kết hợp kiến thức chuyên ngành đã học như về thiết kế, công nghệ chế tạo máy…Vì vậy thông qua việc làm Đồ án Công nghệ CAD/CAM đã góp phần nâng cao kiến thức cho sinh viên, giúp cho sinh viên bước đầu làm quen với công việc sau này. Trong quá trình thực hiện đồ án môn học này, em luôn được sự hướng dẫn tận tình của giảng viên hướng dẫn TS. Phan Thị Hà Linh và các thầy cô trong bộ môn Tự động hóa Thiết kế Công nghệ Cơ Khí. Em xin chân thành cảm ơn thầy cô đã giúp đỡ em hoàn thành tốt đồ án môn học này.

Sinh viên thực hiện Phạm Tấn Tài 5 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ CAD/CAM 6 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ CAD/CAM ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ CAD/CAM PHẦN I: THIẾT KẾ GIA CÔNG SẢN PHẨM MÃ SỐ: CF.1 Phân tích yêu cầu, đặc điểm kỹ thuật của sản phẩm.1 Phân tích/ Tìm hiểu về vật liệu chế tạo.  Thép C45 là gì? Thép C45 là một loại thép hợp kim có hàm lượng carbon cao lên đến 0,45%. Ngoài ra loại thép này có chứa các tạp chất khác như silic, lưu huỳnh, mangan,crom…. Có độ cứng, độ kéo phù hợp cho việc chế tạo khuôn mẫu.

Ứng dụng trong cơ khí chế tạo máy, các chi tiết chịu tải trọng cao và sự va đập mạnh. Chữ “C” trong tên thép C45 là kí hiệu của nhóm thép carbon. Con số 45 có nghĩa hàm lượng carbon trong thép là khoảng 0,45%.  Thành phần của Thép C45 Trong điều kiện nhiệt độ bình thường, độ cứng của thép C45 khoảng 23 HRC.

Do đó, độ cứng của thép c45 tương đối cao. Người ta thường sử dụng các phương pháp tôi, ram để tăng độ cứng của thép. Tùy theo độ cứng cần sử dụng, người ta có thể sử dụng phương pháp tôi dầu, tôi cao tần, tôi nước. Sau khi nhiệt luyện, độ cứng thép C45 đạt được khoảng 50 HRC.

Chỉ số cấp bền của thép C45 Mác Độ bên đứt Độ bền đứt Độ giãn dài tương đối Độ cứng Tiêu chuẩn thép σb (Mpa) σc (Mpa) δ (%) HRC TCVN 1766- C45 610 360 16 23 75 Đặc điểm cơ tính của thép C45 Giới Độ cứng Độ dãn Độ thắt Độ dai va Độ cứng sau hạn Độ bền sau dài tương tương đập, kG ủ hoặc Ram chảy kéo (sb) thường đối (d5) đối (y) (m/cm2) cao (HB) (sch) hóa (HB) Mác thép kG/mm2 % Không nhỏ hơn 7 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ CAD/CAM C45 36 61 16 40 5 ≤ 229 ≤ 197  Ứng dụng và ưu điểm của Thép C45  Ứng dụng của Thép C45 Trong lĩnh vực cơ khí chế tạo, nhờ có độ bền tốt, độ cứng cao nên thép C45 dùng để chế tạo các chi tiết máy chịu tải trọng bền như đinh ốc, trục bánh răng, các chi tiết máy qua ren dập nóng, các chi tiết chuyển động hay trục piton. Thép C45 còn đươc sử dụng phù hợp để chế tạo vỏ khuôn, ốc vít, dao. Trong lĩnh vực xây dựng thép C45 được dùng trong xây dựng cầu đường, khung thép vì nhờ có độ cứng cao.  Ưu điểm của Thép C45 1.

Do có độ bền kéo 570-690Mpa, thép C45 có khả năng chống bào mòn, chống oxy hóa tốt và chịu được tải trọng cao. Tính đàn hồi tốt, vì có độ bền kéo cao và giới hạn chảy cao nên thép C45 có khả năng chịu được va đập tốt. Sức bền kéo cao giúp cho việc nhiệt luyện, chế tạo chi tiết máy, khuôn mẫu. Mức giá thành thấp hơn so với các dòng thép nguyên liệu khác.2 Phân tích yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm.

Tính công nghệ trong kêt cấu là một tính chất quan trọng của mỗi sản phẩm hoặc chi tiết cơ khí nhằm đảm bảo lượng tiêu hao kim loại là ít nhất, khối lượng gia công và lắp ráp là ít nhất, giá thành chế tạo là thấp nhất trong điều kiện và quy mô sản suất nhất định. - Độ không phẳng và độ không song song của các bề mặt chính 0,05 mm trên toàn bộ chiều dài, độ nhám bề mặt trên cùng và đáy Ra =2,5 µm, độ nhám bề mặt chính khác Ra= 5µm. - Các bề mặt còn lại độ nhám đạt Rz80. - Dung sai các bề mặt không thể hiện ±0,1mm.

- Làm cùng các cạnh sắc, ba via. - Khoan 4 lỗ Φ10 với dung sai -0,02mm. 8 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ CAD/CAM 1.3 Xác định bề mặt gia công cơ / bề mặt không gia công cơ (thô) - Bề mặt gia công trên máy vạn năng: 2 mặt đầu và 4 mặt cạnh của chi tiết - Bề mặt gia công trên máy CNC: tất cả các bề mặt còn lại.4 Xác định phương án chế tạo phôi. - Yêu cầu gia công 1 chi tiết nên ta chọn dạng sản xuất là đơn chiếc.

 Chế tạo phôi bằng phương pháp đúc - Phôi đúc được chế tạo bằng cách rót kim loại chảy lỏng vào khuôn có hình dạng, kích thước xác định. Sau khi kim loại kết tinh ta thu được chi tiết có hình dạng, kích thước theo yêu cầu. - Ưu điểm: + Có thể đúc được tất cả các kim loại và các hợp kim có thành phần khác nhau. + Có thể đúc được các chi tiết có hình dạng kết cấu phức tạp mà các phương pháp khác khó hoặc không chế tạo được.

+ Tùy theo mức độ đầu tư công nghệ mà chi tiết đúc có thể đạt độ chính xác cao hay thấp. + Ngoài ra đúc còn có ưu điểm dễ cơ khí hóa, tự động hóa, cho năng suất cao, giá thành thấp, và đáp ứng linh hoạt trong sản xuất. - Nhược điểm: + Tốn kim loại do có đậu ngót, đậu rót. + Kiểm tra chi tiết đúc cần có thiết bị hiện đại.

 Chế tạo phôi bằng phương pháp gia công áp lực - Phương pháp gia công kim loại bằng áp lực là dùng ngoại lực thông qua các dụng cụ làm cho kim loại bị biến dạng ở trạng thái mạng tinh thể theo các hướng định trước đẻ thu được các chi tiết có hình dạng, kích thước theo yêu cầu. - Ưu điểm: + Cơ tính của vật liệu được cải thiện. + Độ chính xác hình dạng, kích thước chất lượng bề mặt phôi cao do đó giảm được thời gian gia công cắt gọt và tổn thất vật liệu, nâng cao hệ số sử dụng vật liệu phôi, giảm chi phí. 9 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ CAD/CAM + Rút ngắn được quá trình công nghệ.

+ Dễ cơ khí hóa và tự động hóa nên năng suất cao. - Nhược điểm: + Khó chế tạo được các chi tiết có hình dáng phức tạp. + Không áp dụng được đối với các vật liệu có tính dẻo thấp như gang và hợp kim đồng. + Tính linh hoạt của phương pháp bị hạn chế.

 Các loại phôi được chế tạo bằng phương pháp gia công áp lực a) Phôi từ thép cán - Thép cán có hình dạng và kích thước tiết diện ngang và chiều dài theo tiêu chuẩn, chất lượng bề mặt cao, thành phần hóa học ổn định hơn so với phôi đúc. - Phôi của các chi tiết có tiết diện ngang hình trụ hoặc hình chữ nhật thường được cắt từ thép cán, ví dụ phôi các chi tiết dạng trục, bánh răng, bộ đôi bơm cao áp… - Sử dụng phôi từ thép cán cho hệ số sử dụng vật liệu thấp, do đó thường chỉ sử dụng trong sản suất đơn chiếc hoặc dùng trong sản xuất hàng loạt nhỏ. b) Phôi dập thể tích - Phôi dập thể tích có độ chính xác về hình dạng, kích thước và chất lượng bề mặt cao.