Đồ án: tốt nghiệp ứng dụng phần mềm artcam trong gia công điêu khắc trên máy cnc

Đồ án nghiên cứu tốt nghiệp ứng dụng phần mềm artcam trong gia công điêu khắc trên máy cnc, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài toán .

• Tác giả: Phạm Văn Công
• Người hướng dẫn: Th.S. Huỳnh Đỗ Song Toàn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Ứng Dụng Phần Mềm Artcam Trong Gia Công Điêu Khắc Trên Máy CNC
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về đồ án tốt nghiệp ứng dụng phần mềm ArtCAM

Đồ án tốt nghiệp là một bước quan trọng trong quá trình đào tạo kỹ sư cơ khí tại các trường đại học. Đề tài ứng dụng phần mềm ArtCAM trong gia công điêu khắc trên máy CNC được thực hiện bởi các sinh viên ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí tại Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM. Đây là một đồ án CAD/CAM kết hợp kiến thức thiết kế và sản xuất hiện đại. Mục tiêu chính là khám phá khả năng của phần mềm ArtCAM 2012 trong việc tối ưu hóa quy trình gia công điêu khắc CNC. Đồ án này không chỉ giúp sinh viên áp dụng kiến thức lý thuyết mà còn phát triển kỹ năng thực hành, giải quyết các bài toán kỹ thuật thực tế.

1.1. Khái niệm về ArtCAM và gia công CNC

ArtCAM là phần mềm thiết kế và lập trình máy CNC chuyên dụng, cho phép tạo ra các mô hình 3D phức tạp từ hình ảnh 2D. Gia công điêu khắc CNC là công nghệ hiện đại sử dụng máy tính để điều khiển dao cắt, tạo ra các chi tiết có độ chính xác cao. Sự kết hợp giữa ArtCAM và máy CNC mở ra những khả năng mới trong sản xuất đồ trang trí, mô hình khoa học và các sản phẩm có giá trị thẩm mỹ cao.

1.2. Ý nghĩa thực tiễn của đồ án

Đồ án tốt nghiệp này có giá trị ứng dụng cao trong các ngành công nghiệp sản xuất hiện đại. Việc nắm vững phần mềm ArtCAM và công nghệ CNC giúp các kỹ sư cơ khí tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm thời gian và chi phí gia công. Đặc biệt, trong bối cảnh công nghiệp 4.0, kỹ năng này trở thành yêu cầu bắt buộc cho các chuyên gia kỹ thuật.

II. Quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp

Quá trình thực hiện đồ án được chia thành nhiều giai đoạn khác nhau, từ giai đoạn nghiên cứu tài liệu đến thử nghiệm thực tế trên máy CNC. Các sinh viên thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Huỳnh Đỗ Song Toàn, một chuyên gia có kinh nghiệm trong lĩnh vực công nghệ chế tạo máy. Đội ngũ gồm ba sinh viên: Phạm Văn Công, Phạm Tấn Phước và Huỳnh Hoàng Tú đã nỗ lực nhiều để hoàn thành đồ án CAD/CAM. Các bước thực hiện bao gồm: thiết kế mô hình 3D, lập trình CNC, mô phỏng quá trình gia công và thực nghiệm trên máy CNC thực tế.

2.1. Các bước thiết kế trong ArtCAM

Bước đầu tiên là tạo mô hình 3D từ các hình ảnh gốc hoặc vẽ trực tiếp trong ArtCAM. Sinh viên phải học cách sử dụng các công cụ thiết kế, điều chỉnh độ sâu, độ chi tiết của mô hình. Phần mềm ArtCAM cung cấp các tính năng nâng cao cho phép tạo ra các mô hình điêu khắc phức tạp. Sau khi hoàn thành thiết kế, các sinh viên phải kiểm tra lỗi hình học và tối ưu hóa mô hình để phù hợp với giới hạn máy CNC.

2.2. Lập trình và mô phỏng gia công

Sau khi thiết kế xong, ArtCAM sẽ tự động tạo mã G-code - ngôn ngữ lập trình cho máy CNC. Các sinh viên cần mô phỏng quá trình gia công trên máy tính để phát hiện các lỗi tiềm ẩn. Mô phỏng CNC giúp tiết kiệm thời gian, nguyên liệu và tránh hư hỏng máy móc. Sau khi mô phỏng thành công, mã G-code sẽ được tải lên máy CNC để thực hiện gia công thực tế.

III. Kỹ năng và kiến thức được áp dụng

Đồ án tốt nghiệp này yêu cầu sinh viên tích hợp nhiều kiến thức kỹ thuật từ các môn học khác nhau. Các sinh viên phải áp dụng kiến thức về toán học, vật lý, cơ học kỹ thuật và đặc biệt là công nghệ chế tạo máy. Khả năng sử dụng phần mềm như ArtCAM, AutoCAD và các công cụ CAD/CAM khác là bắt buộc. Ngoài ra, sinh viên cần có kỹ năng phân tích, tổng hợp thông tin, giải quyết vấn đề thực tiễn và tư duy sáng tạo để cải tiến quy trình sản xuất. Đồ án cũng yêu cầu kỹ năng viết báo cáo chuyên nghiệp và trình bày kết quả một cách rõ ràng, khoa học.

3.1. Kiến thức chuyên ngành cơ khí

Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí là nền tảng của đồ án này. Sinh viên phải hiểu rõ về quy trình gia công, tính chất vật liệu, lực cắt, tốc độ quay và các yếu tố khác ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm CNC. Kiến thức về máy CNC bao gồm các loại máy CNC, hệ tọa độ, chương trình điều khiển và bảo dưỡng máy. Những kiến thức này giúp sinh viên thiết kế một quy trình gia công hiệu quả và đạt được sản phẩm chất lượng cao.

3.2. Kỹ năng sử dụng phần mềm CAD CAM

Kỹ năng sử dụng ArtCAM là yếu tố then chốt. Sinh viên phải thành thạo các chức năng tạo mô hình 3D, chỉnh sửa hình học, tạo mã CNC, mô phỏng gia công. Ngoài ArtCAM, sinh viên cũng cần biết cách sử dụng AutoCAD và các phần mềm CAD khác. Kỹ năng lập trình mã máy cũng rất quan trọng để tối ưu hóa quá trình gia công và nâng cao năng suất sản xuất.

IV. Kết quả và triển vọng phát triển

Đồ án tốt nghiệp về ứng dụng phần mềm ArtCAM đã đạt được những kết quả nổi bật trong việc gia công điêu khắc CNC. Các sinh viên đã thành công trong việc thiết kế, lập trình và thực hiện gia công các sản phẩm mẫu có độ phức tạp cao. Sản phẩm cụ thể của đồ án chứng minh khả năng ứng dụng thực tiễn của phần mềm ArtCAM trong công nghiệp sản xuất. Những kết quả này không chỉ đem lại giá trị học tập mà còn có tiềm năng thương mại cao. Triển vọng phát triển trong tương lai bao gồm: cải tiến quy trình gia công, nâng cao chất lượng sản phẩm, áp dụng trong các ngành sản xuất khác như trang sức, thiết kế nội thất, sản xuất công nghiệp.

4.1. Những thành tựu chính của đồ án

Đồ án CAD/CAM đã thành công trong việc tích hợp kiến thức từ nhiều lĩnh vực khác nhau. Các sinh viên đã chứng minh khả năng thiết kế, chế tạo các hệ thống gia công CNC phức tạp. Sản phẩm cuối cùng đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật đặt ra và thể hiện tính cấp thiết của đề tài. Đồ án cũng góp phần nâng cao chất lượng đào tạo tại trường và chuẩn bị kỹ năng thực tiễn cho sinh viên bước vào thị trường lao động.

4.2. Hướng phát triển và ứng dụng tương lai

Phần mềm ArtCAM và công nghệ CNC có tiềm năng ứng dụng rộng lớn trong công nghiệp 4.0. Các sinh viên có thể tiếp tục cải tiến quy trình, phát triển sản phẩm mới, áp dụng trong các lĩnh vực khác. Triển vọng thị trường cho những chuyên gia CAD/CAM rất lớn. Đồ án này là bước đệm vững chắc để sinh viên phát triển sự nghiệp trong công nghệ sản xuất hiện đại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết Hiện nay nhu cầu sử dụng các sản phẩm mỹ nghệ rất cao ngay cả trong nước lẫn ngoài nước, bên cạnh đó các sản phẩm phải đa dạng về mẫu mã, chạm khắc tinh sảo, bắt mắt, đặc biệt giá thành phải rẽ. Ngành mỹ nghệ thủ công thì sản xuất có hạn không đáp ứng được điều đó. Với sự phát triển của khoa học kĩ thuật đã thúc đẩy công nghệ thiết kế và sản xuất tự động trong mọi lĩnh vực phát triển nhanh chóng. Bên cạnh đó cùng với sự phát triển không ngừng của công nghệ thông tin, nhiều phần mềm CAD/CAM hỗ trợ trong quá trình thiết kế và gia công đã ra đời.

Việc áp dụng các phần mềm CAD/CAM vào sản xuất giúp khắc phục những khó khăn trong khâu thiết kế và gia công sản phẩm, hiện thực hóa các ý tưởng một cách nhanh chóng, nâng cao năng suất, sản phẩm đa dạng, hạ giá thành sản phẩm. Qua quá trình tìm hiểu nhận thấy việc áp dụng phần mềm ArtCAM tích hợp với máy điêu khắc CNC phục vụ gia công sản phẩm đồ gỗ mỹ nghệ là hết sức cần thiết trong thời điểm hiện tại vì: Giải quyết được tình trạng khan hiếm thợ chạm khắc gỗ tại các làng nghề đồ gỗ mỹ nghệ tại Việt Nam. Đem lại năng suất cao, tạo ra sản phẩm đa dạng và hạ giá thành sản phẩm đáp ứng nhu cầu sử dụng của con người. Đảm bảo sức khỏe và điều kiện làm việc cho con người.

Tuy nhiên, hiện tại tài liệu hướng dẫn sử dụng phần mềm ArtCAM bằng tiếng việt không có nhiều, gây khó khăn cho việc tiếp cận và sử dụng đối với người Việt Nam. Qua những phân tích trên, việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ ArtCAM để thiết kế mẫu phục vụ việc gia công sản phẩm mặt hàng đồ mỹ nghệ truyền thống trên máy điêu khắc CNC là rất cần thiết. Vì vậy, nhóm sinh viên đã chọn việc nghiên cứu phần mềm ArtCAM làm đồ án tốt nghiệp cho mình. Và đề tài “Ứng dụng phần mềm ARTCAM trong gia công điêu khắc trên máy CNC” được chọn.2 Tình hình nghiên cứu 1.1 Tình hình ngoài nước 1 Hiện nay, tại một số quốc gia có nền khoa học kỹ thuật hàng đầu trên thế giới như Vương quốc Anh, Đức, Trung Quốc… việc áp dụng công nghệ sản xuất tự động (CNC) phục vụ chế tác sản phẩm mỹ nghệ đang rất phổ biến.

ArtCAM là phần mềm thiết kế và gia công điêu khắc gỗ, là một phần mềm CAD/CAM độc đáo của hãng DELCAM của Anh đã được ứng dụng rộng rãi phục vụ thiết kế mẫu và lập trình gia công điêu khắc đồ gỗ mỹ nghệ như: tranh, tượng phật, làm huy hiệu nổi, khắc, làm khuôn 3D, sản xuất khuôn bánh kẹo, đúc tiền.2 Tình hình trong nước Nước ta đang trong giai đoạn đổi mới và phát triển, việc ứng dụng khoa học công nghệ vào lĩnh vực sản xuất rất phổ biến trong các ngành nghề. Hiện tại một số làng nghề đồ gỗ mỹ nghệ truyền thống, tình trạng khan hiếm nguồn thợ chạm khắc đang hết sức cấp bách, đặc biệt là những thợ giỏi và nghệ nhân. Do vậy tại một số doanh nghiệp và làng nghề đã ứng dụng các dòng máy điêu khắc của Trung Quốc và Đài Loan phục vụ gia công đồ gỗ mỹ nghệ. Nhưng khả năng sử dụng thiết bị gia công, đặc biệt là nguồn mẫu thiết kế còn rất hạn chế, do chưa làm chủ được công nghệ thiết kế và lập trình gia công sản phẩm.

Do đó việc áp dụng phần mềm ArtCAM thiết kế mẫu và lập trình gia công sản phẩm đồ gỗ mỹ nghệ để phục vụ cho các doanh nghiệp và làng nghề truyền thống tại Việt Nam hiện nay là hết sức cần thiết.3 Cơ sở lý luận của đề tài 1.1 Tổng quan về các phần mềm gia công gỗ hiện nay Trong ngành thiết kế và gia công sản phẩm mỹ nghệ hiện nay có 2 phần mềm được nhiều người sử dụng đó là ArtCAM (của Anh) và Jdpaint (của Trung Quốc). + Phần mềm Jdpaint do Trung Quốc phát triển mới phổ biến gần đây. + Phần mềm ArtCam đã được phát triển từ lâu. Năm 2003 ArtCAM được xem là phần mềm thiết kế mẫu tốt nhất trên thế giới và đạt nhiều giải thưởng liên quan, hiện nay thì ArtCAM đã được Autodesk mua lại.

Do Autodesk là một hãng phần mềm lớn và có uy tín, nên khi về với Autodesk thì phần mềm ArtCAM sẽ được phát triển và số lượng người dùng cũng cao hơn.2 Giới thiệu phần mềm ArtCAM ArtCAM là một phần mềm CAD/CAM độc đáo của hãng DELCAM, nó cho phép các nghệ nhân tạo ra các sản phẩm 3D có chất lượng cao một cách nhanh nhất và hiệu quả nhất từ các hình 2D, dạng Bitmap. ArtCAM có thể biến ý tưởng thành hiện thực một cách nhanh chóng và cùng với máy điêu khắc, những công việc mất nhiều thời gian ngày xưa bây giờ có thể thực hiện một cách nhanh chóng và hiệu quả. 2 ArtCAM sẽ cung cấp cho bạn những công cụ để thiết kế những phẩm nghệ thuật phức tạp một cách nhanh chóng và hiệu quả. Delcam cũng cam kết duy trì ArtCAM như là một giải pháp phần mềm hàng đầu thế giới.

ArtCAM đảm bảo có các công cụ cần thiết để hoàn thành công việc từ thiết kế đơn giản đến phức tạp. Về cơ bản Delcam gồm những Modul chính như sau: + Phần mềm thiết kế CAD PowerShape. + Phần mềm sinh mã CAM PowerMill phục vụ gia công trên máy phay. + Phần mềm trợ giúp dùng để chuyển đổi vật thể thực, các bản vẽ thành các thiết kế trong máy tính CopyCAD.

+ Phần mềm dùng để kiểm tra sau khi gia công PowerInspect. + Phần mềm chuyên dùng cho các ngành thiết kế gia công mỹ nghệ ArtCAM pro. ArtCAM là một phần mềm cũng hỗ trợ CNC và chủ yếu là chuyên về phù điêu, điêu khắc. ArtCAM là họ của phần mềm Delcam chuyên dùng để phục vụ việc điêu khắc những tác phẩm nghệ thuật như rồng tượng, cành hoa.

dạng 3D do đã tích hợp khá nhiều thư viện trong nó nên việc vẽ những hình nghệ thuật này khá đơn giản. Tạo ra các hình thể 3D từ các minh hoạ bằng Vector và kết hợp chúng để tạo các hình nổi sử dụng các công cụ thao tác có trong ArtCAM. Tạo hình nổi từ các hình ảnh Bitmap có sẵn sử dụng kỹ thuật liên kết màu trong nhiều cửa sổ thiết kế, cùng với các chức năng soạn thảo Bitmap và thao tác trên hình nổi của ArtCAM. Tạo một hình nổi từ một hình chụp chân dung của một người sử dụng công cụ Face Wizard của ArtCAM.

Tạo biên dạng 3D sử dụng các công cụ vẽ Vector và tạo mặt nổi từ Vector của ArtCAM. Các kỹ thuật sử dụng trong phần này là Extrude (tạo nổi), Spin (đục lỗ) và Turn (quay tròn), phối hình 3D (3D Blend). ArtCAM gồm 4 Moodun sau: + ArtCAM Express: Sản phẩm phù hợp với các doanh nghiệp nhỏ. Đơn giản, tìm hiểu dễ dàng.

+ ArtCAM Insignia: Kết hợp với sự đơn giản của ArtCam Express để thiết kế và gia công những sản phẩm phức tạp hơn. Giúp tiết kiệm thời gian và chi phí. 3 + ArtCAM JewelSmith: Với sự phong phú, độc đáo của các công cụ tạo mô hình 3D và công nghệ sản xuất là một giải pháp hoàn chỉnh cho ngành công nghiệp sản xuất đồ trang sức, tiền xu, huy chương… + ArtCAM Pro: Là giải pháp hoàn chỉnh cho thiết kế chuyên nghiệp và sản xuất. ArtCAM giúp bạn đi từ thiết kế đến sản xuất một cách nhanh chóng, dễ dàng và nó được tương thích với rất nhiều loại máy CNC khác nhau.

Giao diện thân thiện, rõ ràng và dễ sử dụng đó là một ưu điểm nổi bật của ArtCAM. Nó cũng cho phép tạo ra những sản phẩm phức tạp với độ chính xác cao và nhanh chóng, nâng cao năng suất, giảm chi phí, thời gian ngắn và tính phong phú cuả sản phẩm làm tăng sức cạnh tranh của các doanh nghiệp. Ngoài ra nó cũng cho phép các nghệ nhân tạo ra các sản phẩm 3D có chất lượng cao một cách nhanh nhất và hiệu quả nhất bằng cách nhập dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau như: quét ảnh hay nhập dữ liệu từ các phần mềm khác (AutoCad, CorelDraw…), dạng Bitmap.4 Mục đích nghiên cứu Mục đích trước mắt: tìm hiểu và sử dụng tốt phần mềm ArtCAM để phục vụ đồ án tốt nghiệp. Rèn luyện khả năng tự nghiên cứu và trình bày tài liệu.

Mục đích lâu dài: biết thêm một phần mềm tích hợp CAD/CAM để có cơ sở so sánh ưu, nhược điểm với các phần mềm khác. Mặt khác, tài liệu này sẽ là một tài liệu bổ ích để sinh viên các khóa sau tham khảo.5 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu là tham khảo tài liệu tiếng Anh và thực hành trên máy tính. Tham khảo tài liệu đúc kết thành lý thuyết. Tiến hành gia công trên máy CNC để kiểm nghiệm lại lý thuyết.6 Giới hạn đề tài Ứng dụng ArtCAM gia công điêu khắc.

Sản phẩm: tranh gỗ, Logo… Vật liệu: Mica, nhôm, gỗ. Công cụ gia công: máy phay CNC 4 1.7 Kết quả dự kiến đạt được Tài liệu hướng dẫn sử dụng phần mềm ArtCAM. Ứng dụng phần mềm ArtCAM trong thiết kế sản phẩm. Ứng dụng phần mềm ArtCAM trong lập trình gia công sản phẩm.

Sản phẩm 3D ứng dụng phần mềm ArtCAM thiết kế và gia công. Gia công sản phẩm trên các vật liệu (gỗ, Mica, nhôm). Báo cáo thực hiện đề tài. 5 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về phần mềm 2.1 Một số khái niệm 2.1 Khái niệm Vector Dữ liệu Vector được xác định bằng toán học.

Các đối tượng là các hình vẽ được làm từ các điểm và được nối với nhau bởi các đường thẳng và đường cong. Vector có thể chỉnh sửa dễ dàng. ArtCAM có thể đọc các File dữ liệu Vector lưu ở các định dạng sau: *.2 Khái niệm Bitmap Bitmap là các bức ảnh màu. Dữ liệu Bitmap đặc trưng bởi độ phân giải và chiều sâu.

ArtCAM có thể đọc các File dữ liệu Bitmap lưu ở các định dạng sau: *art, *rlf, *.3 Khái niệm Relief Relief là hình 3D được tạo ra trong ArtCAM từ các Vector hoặc Bitmap. ArtCAM có thể đọc các File dữ liệu Relief lưu ở các định dạng sau: *rlf, *.tiff, *art, *rlf, *.2 Giao diện làm việc Click đúp vào biểu tượng ArtCAM 2012 trên màn hình máy tính ta được giao diện như bên dưới.1: Giao diện làm việc của ArtCAM Thanh Menu (Menu Bar): Chứa các Menu phụ và lệnh. Top docking area: Thanh công cụ tập tin. Bắt đầu (Start): Thanh công cụ này cho phép tạo ra một mô hình, dự án mới, hoặc mở một mô hình, dự án đã lưu trước đó.

Các File gần đây được liệt kê và có thể được mở.