Giáo Trình Lập Trình CAD/CAM: Nghề Vẽ Và Thiết Kế Trên Máy Tính

Giáo trình lập trình CAD/CAM cung cấp kiến thức vẽ và thiết kế trên máy tính cho sinh viên cao đẳng, nâng cao kỹ năng nghề nghiệp.

• Tác giả: Vũ Đăng Khoa
• Trường học: Trường Cao Đẳng Nghề Việt Nam - Hàn Quốc
• Chuyên ngành: Vẽ và Thiết Kế Máy Tính
• Đề tài: Giáo Trình Lập Trình CAD/CAM
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI GIỚI THIỆU
• 1. Bài 1: Khái quát về công nghệ CAD/CAM
• 1.1. Lịch sử phát triển của công nghệ CAD/CAM
• 1.2. Một số khái niệm cơ bản
• 1.3. Mối quan hệ CAD/CAM trong quá trình sản xuất
• 1.4. Phần cứng, phân mềm và cơ sở dư liệu CAD/CAM
• 1.5. Khả năng công nghệ của phần mềm CAD/CAM
• 2. Bài 2: Giao diện phần mềm CAD/CAM
• 2.1. Giao diện phần mềm
• 2.2. Sử dụng chuột và bàn phím
• 2.3. Môi trường làm việc 2D và 3D
• 2.4. Quản lý đối tượng
• 3. Bài 3: Thiết kế mô hình CAD
• 3.1. Các lệnh dựng hình, hỗ trợ dựng hình và biến đổi hình học
• 3.2. Thiết kế mô hình chi tiết dạng mặt
• 3.3. Thiết kế mô hình chi tiết dạng đặc (solid)
• 4. Bài 4: Cam Tiện
• 4.1. Phương pháp khai báo máy, phôi, dao
• 4.2. Lập trình CAD/CAM tiện mặt đầu, tiện ngoài
• 4.3. Lệnh tiện rãnh (Grove)
• 4.4. Lệnh tiện ren (Thread)
• 5. Bài 5: Cam Phay
• 5.1. Phương pháp khai báo máy, phôi, dao
• 5.2. Lập trình CAD/CAM phay mặt phẳng
• 5.3. Lập trình CAD/CAM phay contour
• 5.4. Lập trình CAD/CAM phay bề mặt
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Giáo Trình Lập Trình CAD CAM Cho Nghề Vẽ

Giáo trình lập trình CAD/CAM cho nghề vẽ và thiết kế máy tính là một tài liệu quan trọng trong việc đào tạo kỹ thuật viên. Nó cung cấp kiến thức cơ bản về công nghệ CAD/CAM, giúp người học nắm vững các khái niệm và ứng dụng của phần mềm CAD trong thiết kế và sản xuất. Việc sử dụng công nghệ này không chỉ nâng cao hiệu quả công việc mà còn giảm thiểu thời gian và chi phí sản xuất.

1.1. Lịch sử phát triển của công nghệ CAD CAM

Công nghệ CAD/CAM đã có một lịch sử phát triển dài, bắt đầu từ những năm 1960 với sự ra đời của phần mềm SKETCHPAD. Sự phát triển này đã tạo ra những bước đột phá trong thiết kế và sản xuất, giúp tối ưu hóa quy trình làm việc.

1.2. Khái niệm cơ bản về CAD CAM

CAD (Computer Aided Design) và CAM (Computer Aided Manufacturing) là hai lĩnh vực liên quan chặt chẽ. CAD giúp thiết kế sản phẩm, trong khi CAM hỗ trợ quá trình sản xuất. Sự kết hợp này tạo ra một quy trình sản xuất hiệu quả hơn.

II. Những Thách Thức Trong Việc Ứng Dụng CAD CAM

Mặc dù công nghệ CAD/CAM mang lại nhiều lợi ích, nhưng việc áp dụng nó trong thực tế cũng gặp phải nhiều thách thức. Các kỹ thuật viên cần phải làm quen với phần mềm và thiết bị mới, đồng thời phải đối mặt với sự thay đổi trong quy trình sản xuất.

2.1. Khó khăn trong việc đào tạo nhân lực

Đào tạo nhân lực là một trong những thách thức lớn nhất. Nhiều kỹ thuật viên chưa có đủ kiến thức về công nghệ mới, dẫn đến việc sử dụng phần mềm không hiệu quả.

2.2. Chi phí đầu tư ban đầu cao

Chi phí đầu tư cho phần mềm và thiết bị CAD/CAM có thể rất cao, điều này khiến nhiều doanh nghiệp ngần ngại trong việc áp dụng công nghệ này.

III. Phương Pháp Giải Quyết Vấn Đề Trong Lập Trình CAD CAM

Để vượt qua những thách thức trong việc áp dụng CAD/CAM, các doanh nghiệp cần có những phương pháp giải quyết hiệu quả. Việc đầu tư vào đào tạo và phát triển kỹ năng cho nhân viên là rất cần thiết.

3.1. Đào tạo và phát triển kỹ năng cho nhân viên

Đào tạo nhân viên về phần mềm CAD/CAM là một bước quan trọng. Các khóa học và chương trình đào tạo có thể giúp nâng cao kỹ năng và kiến thức cho kỹ thuật viên.

3.2. Tối ưu hóa quy trình sản xuất

Tối ưu hóa quy trình sản xuất bằng cách áp dụng công nghệ CAD/CAM có thể giúp giảm thiểu thời gian và chi phí. Việc này đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa các bộ phận trong doanh nghiệp.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của CAD CAM Trong Ngành Công Nghiệp

CAD/CAM đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, từ sản xuất ô tô đến chế tạo máy móc. Những ứng dụng này không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn tăng cường khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp.

4.1. Ứng dụng trong sản xuất ô tô

Trong ngành công nghiệp ô tô, CAD/CAM được sử dụng để thiết kế và sản xuất các linh kiện phức tạp, giúp giảm thiểu thời gian sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.

4.2. Ứng dụng trong chế tạo máy móc

CAD/CAM cũng được áp dụng trong chế tạo máy móc, giúp tối ưu hóa quy trình gia công và nâng cao độ chính xác của các chi tiết máy.

V. Kết Luận Về Tương Lai Của Giáo Trình Lập Trình CAD CAM

Giáo trình lập trình CAD/CAM cho nghề vẽ và thiết kế máy tính sẽ tiếp tục phát triển trong tương lai. Sự tiến bộ của công nghệ thông tin và tự động hóa sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ CAD CAM

Công nghệ CAD/CAM sẽ tiếp tục phát triển với sự ra đời của các phần mềm mới và tính năng tiên tiến, giúp nâng cao hiệu quả sản xuất.

5.2. Tầm quan trọng của đào tạo trong tương lai

Đào tạo và phát triển kỹ năng cho nhân viên sẽ trở thành yếu tố quyết định trong việc áp dụng thành công công nghệ CAD/CAM trong doanh nghiệp.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Lập trình CAD/CAM (Mã số mô đun: MĐ29) do Trường Cao đẳng nghề Việt Nam - Hàn Quốc Thành phố Hà Nội ban hành năm 2021, được biên soạn bởi tập thể tác giả: Vũ Đăng Khoa (Chủ biên), Nguyễn Văn Chín và Lưu Huy Hạnh. Giáo trình được thiết kế cho chương trình đào tạo nghề "Vẽ và thiết kế trên máy tính" ở trình độ Cao đẳng.

Trong cấu trúc chương trình đào tạo, mô đun Lập trình CAD/CAM giữ vị trí là mô đun chuyên nghề đầu tiên trong lĩnh vực thiết kế và lập trình gia công CNC tự động. Mô đun này được bố trí giảng dạy sau khi người học đã hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở, môn học chuyên ngành và các mô đun nghề nền tảng.

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác định trên ba phương diện:

• Kiến thức: Trình bày được quy trình căn bản của công nghệ CAD/CAM; phân loại được các hệ thống phần cứng, phần mềm, các mô đun chức năng và các phương pháp điều khiển số (NC/CNC).
• Kỹ năng: Thiết kế được các mô hình hình học 2D, 3D khung dây, mô hình bề mặt (surface) và mô hình dạng khối đặc (solid); thực hiện quy trình lập trình tự động cho chu trình CAM tiện và CAM phay; mô phỏng kiểm tra quỹ đạo chạy dao CNC.
• Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Vận dụng kiến thức của mô đun để tiếp thu các mô đun chuyên môn nghề tiếp theo; xây dựng tính chủ động và ý thức trách nhiệm trong môi trường kỹ thuật.

Giáo trình có tổng thời lượng 45 giờ (gồm 12 giờ lý thuyết, 30 giờ thực hành và 3 giờ kiểm tra). Cấu trúc nội dung tiếp cận từ tổng quan lý thuyết hệ thống, phân tích công nghệ phần cứng - phần mềm, tìm hiểu giao diện tương tác, đến thực hành thiết kế mô hình CAD và lập trình gia công CAM tiện, CAM phay trên phần mềm chuyên dụng Mastercam. Điểm đặc thù của tài liệu là tích hợp toàn diện quy trình thiết kế - chế tạo, sử dụng định dạng tệp chuẩn *.MCX của Mastercam cùng các định dạng dữ liệu công nghiệp trung gian.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình được tổ chức thành 5 bài học với tiến trình logic từ tổng quan lý thuyết, làm quen giao diện, thiết kế hình học đến lập trình gia công công nghệ:

[Bài 1: Khái quát công nghệ CAD/CAM]
[Bài 2: Giao diện phần mềm Mastercam]
[Bài 3: Thiết kế mô hình CAD (2D, Surface, Solid)]
[Bài 4: CAM Tiện]   [Bài 5: CAM Phay]

• Bài 1: Khái quát về công nghệ CAD/CAM (Thời lượng: 1 giờ lý thuyết):

  • Trình bày lịch sử phát triển của CAD/CAM: phần mềm CAD đầu tiên SKETCHPAD do Ivan Sutherland phát triển năm 1962 tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT); hệ thống CAM phát triển cho máy điều khiển số CNC tại MIT đầu những năm 1970; hệ tích hợp CAD/CAM ra đời giai đoạn 1970–1980; lịch sử phát triển của AutoCAD từ bản Release 1 (tháng 12/1982) đến Release 14 (1997).
  • Phân tích các khái niệm: CAD (Computer Aided Design), CAM (Computer Aided Manufacturing), CAE (Computer Aided Engineering phát triển từ phương pháp phần tử hữu hạn FEM những năm 1950), CIM (Computer Integrated Manufacturing), PDM (Product Data Management), PLM (Product Lifecycle Management).
  • Trình bày các phương pháp điều khiển số: điều khiển điểm - điểm (Point-to-Point dùng cho khoan, khoét, doa, taro), điều khiển theo đường (thẳng song song trục tọa độ), điều khiển theo đường viền (contour 2D, 2.5D, 3D, 4D và 5D cho khuôn mẫu, cánh tuabin).
  • Cấu trúc phần cứng máy tính: CPU (bộ điều khiển, bộ số học - logic ALU, thanh ghi), bộ nhớ chính (RAM, ROM, BIOS), bộ nhớ phụ (truy nhập tuần tự như băng từ; truy nhập trực tiếp DASD như HDD, thẻ nhớ, bộ nhớ flash; cơ chế bộ nhớ ảo và hoán đổi ổ cứng hard disk swapping).
  • Thiết bị đầu vào: bàn phím (chuẩn 84 phím IBM, 101 phím Mỹ, 106 phím Hàn Quốc), chuột quang/cơ, cần điều khiển (joystick), cầu chuột (trackball), bảng điện tử (digitizer) và bút stylus, máy quét 3D (độ phân giải 300–2400 pixel), máy đo tọa độ 3D (CMM tiếp xúc và không tiếp xúc laser).
  • Thiết bị đầu ra: màn hình quét mành (CRT), màn hình phẳng (PDP, LCD, LED, OLED), máy in phun, máy in laser selenium, máy vẽ vector (bệ phẳng, dạng trống khổ A2 trở lên, tốc độ 1–40 ips hoặc 400–500 incr/sec), máy in 3D (sử dụng định dạng tệp *.STL chuẩn ASCII/Binary qua phần mềm Cura), máy CNC (hoạt động như máy vẽ 3D nhận dữ liệu NC qua hệ thống servo và mạch phản hồi).
  • 6 mô đun phần mềm CAD/CAM cơ bản: mô đun đồ họa, mô đun tài liệu (ghi kích thước bán tự động, thư viện biểu tượng, font Gothic/Italic/Myeongjo), mô đun hình học, mô đun điều khiển số (xuất dữ liệu CL), mô đun phân tích (chia lưới phần tử hữu hạn), mô đun giao diện (chuẩn trao đổi IGES, STEP, DXF).

• Bài 2: Giao diện phần mềm CAD/CAM (Thời lượng: 2 giờ lý thuyết):

  • Khảo sát các thành phần giao diện Mastercam: Title Bar, Menu Bar, Graphic Window, Prompt Area, Interactive Prompt.
  • Các thanh công cụ chuyên dụng: AutoCursor Ribbon Bar (nhập tọa độ X, Y, Z, truy bắt điểm), General Selection Ribbon Bar, Function Ribbon Bar.
  • Cấu trúc Menu Bar: Trình đơn File (lệnh New, Open mở định dạng *.MCX, Save, Save as, Exit), Edit (Cut, Paste, Copy, Break, Joint entities, Modify spline), View (Toggle Operation Manager, Zoom In/Out), Analyze (Entity properties, Position, Distance, diện tích 2D/bề mặt cong), Create (dựng dây Line, Arc, Spline, Curve; dựng mặt cong Net, Ruled/Lofted, Split, Swept), Solid (Extrude, Revolve, Sweep, Fillet, Chamfer, Solid layout), Xform (Translate, Mirror, Rotate, Scale, Offset, Rectangular Array, Move to Origin), Machine Type (chọn kiểu máy Mill, Lathe, Wire và môi trường Design), Toolpath (tạo và hiệu chỉnh đường chạy dao), Screen, Setting, Help.
  • Quản lý dữ liệu qua Operations Manager (quản lý đường chạy dao Toolpath và lịch sử khối Solid) và Status Bar (chuyển đổi không gian 2D/3D, hệ tọa độ Gview, mặt phẳng làm việc WCS, quản lý lớp Level, kiểu điểm, kiểu đường, bề dày nét).

• Bài 3: Thiết kế mô hình CAD (Thời lượng: 10 giờ - 3 LT, 6 TH, 1 KT):

  • Các lệnh dựng hình 2D và biến đổi hình học khung dây (Line, Arc, Spline, Point, Offset, Mirror, Translate, Rotate).
  • Thiết kế mô hình bề mặt (Surface): lệnh Net, Ruled/Lofted, Swept, Split.
  • Thiết kế mô hình khối đặc 3D (Solid): các lệnh tạo khối cơ bản (Extrude, Revolve, Sweep), các lệnh hiệu chỉnh khối (Fillet, Chamfer), trích xuất bản vẽ hình chiếu kỹ thuật tự động (Solid layout).

• Bài 4: CAM Tiện (Thời lượng: 15 giờ - 3 LT, 11 TH, 1 KT):

  • Phương pháp khai báo cấu hình máy tiện CNC (Lathe Machine Definition), thiết lập hệ tọa độ và kích thước phôi (Stock setup), khai báo và hiệu chỉnh thông số dao tiện (Tool setup).
  • Lập trình chu trình tiện mặt đầu (Face), tiện ngoài (tiện thô Rough, tiện tinh Finish).
  • Lập trình chu trình tiện rãnh (Groove).
  • Lập trình chu trình tiện ren (Thread).

• Bài 5: CAM Phay (Thời lượng: 17 giờ - 3 LT, 13 TH, 1 KT):

  • Phương pháp khai báo cấu hình máy phay CNC (Mill Machine Definition), thiết lập phôi và dụng cụ cắt.
  • Lập trình gia công phay khỏa mặt đầu (Face milling).
  • Lập trình gia công phay biên dạng contour 2D và 2.5D.
  • Lập trình phay bề mặt cong 3D (Surface milling).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình cung cấp nền tảng lý thuyết và kỹ thuật bao gồm:

1. Lý thuyết hệ thống tích hợp: Mối quan hệ giữa CAD, CAM, CAE và CIM; cấu trúc dữ liệu trung tâm phục vụ quy trình chuẩn bị sản xuất (giải quyết bài toán 90% thời gian tra cứu tính toán và 10% sáng tạo trong thiết kế truyền thống).
2. Cơ sở điều khiển số và quỹ đạo chuyển động: Nguyên lý nội suy và điều khiển trục tọa độ từ điều khiển vị trí (Point-to-Point) đến điều khiển đường viền đồng thời đa trục (2D, 2.5D, 3D, 4D, 5D).
3. Tiêu chuẩn hóa dữ liệu đồ họa và chế tạo: Các định dạng tệp bản quyền và trung gian gồm *.MCX (Mastercam), *.STL (chế tạo bồi đắp/in 3D), IGES, STEP, DXF phục vụ việc liên thông dữ liệu giữa các phần mềm khác nhau (như AutoCAD, Inventor, Solidcam, Delcam, Cimatron, CATIA, NX, Pro/ENGINEER).
4. Cơ sở phần cứng và xử lý tín hiệu: Nguyên lý vận hành của kiến trúc máy tính, bộ nhớ sơ cấp/thứ cấp, bộ chuyển đổi tọa độ CMM và hệ thống vòng lặp phản hồi servo của máy công cụ CNC.

Kỹ năng phát triển

Người học được rèn luyện các nhóm kỹ năng chuyên môn:

• Kỹ năng thiết kế kỹ thuật (CAD): Xây dựng bản vẽ hình học phẳng 2D, mô hình khung dây, mô hình mặt cong phức tạp (Surface) và mô hình khối đặc 3D (Solid); trích xuất hình chiếu 2D từ khối 3D qua công cụ Solid layout.
• Kỹ năng khai báo công nghệ cơ khí: Xác định chuẩn công nghệ, gá đặt phôi, lựa chọn đúng chủng loại dụng cụ cắt cho từng nguyên công tiện (dao tiện mặt đầu, dao tiện ngoài, dao tiện rãnh, dao tiện ren) và phay (dao phay mặt, dao phay ngón, dao phay cầu).
• Kỹ năng lập trình gia công tự động (CAM): Thiết lập các chu trình gia công tiện (tiện mặt đầu, tiện ngoài thô/tinh, tiện rãnh, cắt ren) và phay (phay mặt phẳng, phay contour, phay bề mặt cong 3D).
• Kỹ năng kiểm tra và quản lý: Sử dụng trình quản lý Operations Manager để kiểm soát đường chạy dao, mô phỏng quá trình cắt gọt kim loại, phát hiện lỗi va chạm và xuất chương trình gia công NC.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Thành phần mô đun	Lý thuyết (Giờ)	Thực hành (Giờ)	Kiểm tra (Giờ)	Tổng cộng (Giờ)
Bài 1: Khái quát về công nghệ CAD/CAM	1	0	0	1
Bài 2: Giao diện phần mềm CAD/CAM	2	0	0	2
Bài 3: Thiết kế mô hình CAD	3	6	1	10
Bài 4: CAM Tiện	3	11	1	15
Bài 5: CAM Phay	3	13	1	17
Tổng số	12	30	3	45

• Tiếp cận sư phạm (Pedagogical Approach): Giáo trình áp dụng phương pháp đào tạo theo mô đun kỹ năng thực hành nghề. Tỷ trọng phân bổ thời gian tập trung vào thực hành thao tác máy tính (30 giờ thực hành trên tổng số 45 giờ, chiếm 66,7% thời lượng). Lý thuyết (12 giờ) được bố trí cô đọng ở phần mở đầu mỗi bài nhằm cung cấp nguyên lý trước khi người học thực hiện trực tiếp trên phần mềm.
• Bài tập và thực hành (Practical Exercises):
  • Thực hành tương tác trên hệ thống thanh lệnh Mastercam: AutoCursor Ribbon Bar, General Selection, Function Ribbon Bar.
  • Bài tập dựng hình 2D/3D từ các chi tiết cơ khí mẫu, tạo bề mặt cong (như thân vỏ xe bus) và tạo khối chi tiết máy dạng Solid.
  • Thực hành lập quy trình công nghệ gia công hoàn chỉnh: Khai báo máy -> Thiết lập phôi (Stock) -> Chọn dao (Tool) -> Thiết lập thông số cắt -> Tạo đường chạy dao (Toolpath) -> Mô phỏng kiểm tra.
• Phương pháp đánh giá (Assessment Methods):
  • Đánh giá định kỳ qua 3 bài kiểm tra thực hành độc lập (1 giờ cho mỗi bài tại Bài 3, Bài 4 và Bài 5).
  • Nội dung kiểm tra tập trung vào độ chính xác kích thước mô hình CAD, việc lựa chọn thông số chạy dao hợp lý và tính đúng đắn của chu trình gia công CAM tiện/phay.
• Hướng dẫn tự học (Self-study Guidelines): Người học cần chủ động cài đặt và luyện tập trên phần mềm Mastercam, tra cứu thư viện lệnh dựng hình khung dây, nghiên cứu cấu trúc mã lệnh NC và tài liệu về các chuẩn trao đổi dữ liệu đồ họa (IGES, STEP, DXF).

---

Điểm nổi bật và cập nhật

• Tích hợp liền mạch chuỗi thiết kế và chế tạo: Giáo trình giải quyết sự phân tách truyền thống giữa khâu thiết kế kết cấu và khâu chuẩn bị công nghệ chế tạo bằng giải pháp CAD/CAM tích hợp trên phần mềm Mastercam. Quy trình dữ liệu hình học được chuyển đổi trực tiếp thành quỹ đạo dụng cụ cắt mà không qua khâu lập trình thủ công trung gian.
• Cập nhật hệ thống thiết bị và chuẩn dữ liệu công nghiệp:
  • Đưa vào nội dung giảng dạy các thiết bị công nghệ hiện đại như máy quét 3D (3D Scanner), máy đo tọa độ quang học/laser (3D CMM), máy in 3D tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping - RP) thông qua định dạng chuẩn *.STL và phần mềm xử lý lát cắt Cura.
  • Phân tích các chuẩn giao tiếp dữ liệu đa nền tảng gồm IGES, STEP, DXF, giúp người học xử lý dữ liệu trao đổi giữa các hệ thống CAD/CAM khác nhau (như CATIA, NX, Inventor, AutoCAD).
• Phân loại chuyên sâu các cấp độ điều khiển máy CNC: Cung cấp cơ sở lý thuyết chi tiết về điều khiển chuyển động theo trục:
  • Điều khiển điểm - điểm (Point-to-Point): Khoan, khoét, doa, ren lỗ.
  • Điều khiển theo đường: Chạy dao song song trục tọa độ.
  • Điều khiển theo đường viền (Contour): Phân cấp từ 2D, 2.5D (đồng thời 2 trục trong 3 trục X, Y, Z), 3D (chuyển động đồng thời 3 trục X, Y, Z theo quan hệ hàm số cho gia công khuôn mẫu), đến 4D và 5D (tích hợp các trục quay để gia công cánh tuabin, khuôn rèn dập, khuôn đúc áp lực).
• Phù hợp với đặc thù sản xuất công nghiệp: Đáp ứng nhu cầu sản xuất hàng loạt nhỏ và vừa, nơi chủng loại sản phẩm đa dạng và vòng đời ngắn, đòi hỏi tối ưu hóa thời gian chuẩn bị sản xuất bằng máy tính.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

• Sinh viên và người học:
  • Học sinh, sinh viên trình độ Cao đẳng nghề chuyên ngành "Vẽ và thiết kế trên máy tính".
  • Sinh viên các ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí, Cơ điện tử, Chế tạo máy cần trang bị kiến thức và kỹ năng thực hành về thiết kế mô hình 3D và lập trình gia công CNC.
• Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở (Hình họa - Vẽ kỹ thuật cơ khí, Cơ học cơ sở, Vật liệu học), các môn học chuyên ngành công nghệ chế tạo và có kỹ năng tin học văn phòng căn bản.
• Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chính thức cho mô đun MĐ29; làm căn cứ xây dựng giáo án lý thuyết, đề cương bài tập thực hành trên máy tính và barem chấm điểm kiểm tra kỹ năng gia công CAM.
• Cán bộ kỹ thuật và tự học: Tài liệu tham khảo cho kỹ thuật viên vận hành máy tiện/phay CNC, nhân viên thiết kế CAD muốn nâng cao kỹ năng lập trình đường chạy dao tự động trên Mastercam.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng nào?

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho người học trình độ Cao đẳng nghề "Vẽ và thiết kế trên máy tính", đồng thời là tài liệu tham khảo cho sinh viên các ngành kỹ thuật cơ khí, chế tạo máy và kỹ thuật viên vận hành máy gia công CNC.

2. Cần kiến thức nền tảng nào trước khi học mô đun này?

Người học cần có kiến thức về vẽ kỹ thuật cơ khí (đọc và lập bản vẽ chi tiết), dung sai lắp ghép, vật liệu cơ khí, nguyên lý cắt gọt kim loại và kỹ năng sử dụng máy tính căn bản.

3. Giáo trình sử dụng phần mềm CAD/CAM nào làm trọng tâm?

Nội dung giáo trình tập trung khai thác phần mềm Mastercam (định dạng tệp *.MCX), bao gồm các môi trường: Thiết kế mô hình CAD (Design), Lập trình CAM Tiện (Lathe) và Lập trình CAM Phay (Mill).

4. Cấu trúc bài tập thực hành trong giáo trình được phân bổ như thế nào?

Thực hành chiếm 30/45 giờ của mô đun, phân bổ tại 3 bài trọng tâm: Thiết kế mô hình CAD (6 giờ thực hành), CAM Tiện (11 giờ thực hành) và CAM Phay (13 giờ thực hành), đi kèm 3 bài kiểm tra thực hành độc lập (1 giờ/bài).

5. Giáo trình có đề cập đến các định dạng dữ liệu trung gian nào?

Giáo trình trình bày các định dạng trao đổi dữ liệu công nghiệp gồm: *.STL (cho máy in 3D/tạo mẫu nhanh), IGES, STEP và DXF (cho trao đổi dữ liệu hình học giữa các hệ thống CAD/CAM khác nhau).

---

Kết luận

Giáo trình Lập trình CAD/CAM (Mã số mô đun: MĐ29) của Trường Cao đẳng nghề Việt Nam - Hàn Quốc TP. Hà Nội là tài liệu giảng dạy mang tính thực hành chuyên sâu, hệ thống hóa kiến thức từ lý thuyết nền tảng về công nghệ phần cứng, phần mềm CAD/CAM/CAE đến kỹ năng thao tác trên phần mềm Mastercam.

Lộ trình học tập đề xuất:

1. Nắm vững lịch sử, nguyên lý hệ thống và các phương thức điều khiển số (Bài 1).
2. Làm quen các thanh công cụ, trình đơn quản lý và thiết lập môi trường làm việc trên Mastercam (Bài 2).
3. Rèn luyện kỹ năng dựng hình khung dây 2D, mô hình bề mặt và tạo khối Solid 3D (Bài 3).
4. Thiết lập công nghệ, chọn dao và lập trình gia công tiện CNC mặt đầu, tiện ngoài, rãnh, ren (Bài 4).
5. Lập trình gia công phay CNC mặt phẳng, contour và phay bề mặt cong 3D (Bài 5).

Tài liệu bổ trợ khuyến nghị bao gồm sổ tay tra cứu chế độ cắt gọt kim loại, tài liệu hướng dẫn mã lệnh G-code/M-code của bộ điều khiển CNC và các tiêu chuẩn quốc tế về trao đổi dữ liệu CAD/CAM.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI VŨ ĐĂNG KHOA (Chủ biên) NGUYỄN VĂN CHÍN–LƯU HUY HẠNH GIÁO TRÌNH LẬP TRÌNH CAD/CAM Nghề: Vẽ và thiết kế trên máy tính Trình độ: Cao đẳng (Lưu hành nội bộ) Hà Nội - Năm 2021 LỜI GIỚI THIỆU Từ những năm cuối thế kỷ 20 cho đến nay việc ứng dụng công nghê CAD/CAM trong thiết kế, chế tạo các sản phẩm cơ khí ngày càng phổ biến ở Việt Nam. Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, CAD/CAM đã được ứng dụng nhanh chóng trong công nghiệp, CAD (Computer Aided Design) là máy tính trợ giúp thiết kế, CAM (Computer Aided Manufacturing) là máy tính trợ giúp chế tạo vì nó là công cụ giúp các nhà thiết kế và chế tạo sản phẩm có hiệu quả để tăng năng suất lao động, giảm cường độ lao động, tự động hoá quá trình sản xuất, nâng cao chất lượng và hạ giá thành sản phẩm. Hiện nay với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin, hệ thống CAD/CAM tích hợp được phát triển rất nhanh chóng. Nó đã tạo nên sự liên thông từ quá trình thiết kế cho đến chế tạo trong lĩnh vực cơ khí.

Xu thế hiện nay các nhà kỹ thuật phát triển chủ yếu là hệ thống CAD/CAM tích hợp. Những phần mềm CAD/CAM tích hợp được sử dụng phổ biến hiện nay như: Mastercam, Solidcam, Delcam, Cimatron, CATIA, NXcam, Pro/Engenieer, v. Mastercam là một phần mềm CAD/CAM tích hợp được sử dụng rộng rãi trên thế giới, đồng thời nó cũng được sử dụng rất phổ biến ở Việt Nam. Mastercam có khả năng thiết kế công nghệ để điều khiển cho máy phay CNC năm trục, máy tiện CNC bốn trục, máy cắt dây CNC bốn trục, máy khoan CNC ba trục.

Để người học tiếp cận với các máy móc hiện đại, tăng cường vốn hiểu biết và đáp ứng phần nào với đòi hỏi của doanh nghiệp chúng tôi biên soạn giáo trình Lập trình CAD/CAM. Trong đó với nội dung chính là khai thác, sử dụng phần mềm MASTERCAM. Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Nhóm biên soạn 1 MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU. 2 Bài 1 Khái quát về công nghệ CAD/CAM .1 Lịch sử phát triển của công nghệ CAD/CAM .2 Một số khái niệm cơ bản .3 Mối quan hệ CAD/CAM trong quá trình sản xuất .4 Phần cứng, phân mềm và cơ sở dư liệu CAD/CAM .5 Khả năng công nghệ của phần mềm CAD/CAM.

35 Bài 2 Giao diện phần mềm CAD/CAM .1 Giao diện phần mềm .2 Sử dụng chuột và bàn phím.3 Môi trường làm việc 2D và 3D .4 Quản lý đối tượng. 56 Bài 3 Thiết kế mô hình CAD .1 Các lệnh dựng hình, hỗ trợ dựng hình và biến đổi hình học. Thiết kế mô hình chi tiết dạng mặt .3 Thiết kế mô hình chi tiết dạng đặc (solid). 116 Bài 4 Cam Tiện .1 Phương pháp khai báo máy, phôi, dao .2 Lập trình CAD/CAM tiện mặt đầu, tiện ngoài .3 Lệnh tiện rãnh (Grove) .4 Lệnh tiện ren (Thread).

142 Bài 5: Cam Phay .1 Phương pháp khai báo máy, phôi, dao .2 Lập trình CAD/CAM phay mặt phẳng .3 Lập trình CAD/CAM phay contour. Lập trình CAD/CAM phay bề mặt. 159 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 183 2 CHƯƠNG TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: Lập trình CAD/CAM Mã số mô đun: MĐ29 Thời gian của môn học: 45 giờ.

Vị trí, tính chất mô đun Vị trí: Lập trình CAD/CAM là mô đun chuyên nghề đầu tiên trong lĩnh vực thiết kế, lập trình gia công CNC tự động. Mô đun được thực hiện sau khi đã học các môn kỹ thuật cơ sở,các môn học chuyên ngành và các mô đun nghề. Tính chất: Mô đun Lập trình CAD/CAM giúp cho người học tiếp cận với công nghệ lập trình tự động tiên tiến; nâng cao kỹ năng thực hành thiết kế và lập trình gia công CNC tiện và phay. Mặt khác mở rộng năng lực sáng tạo trong khai thác thiết bị, đặc biệt trong việc lập trình gia công các chi tiết có hình dạng bề mặt gia công phức tạp.

Mục tiêu của mô đun: - Kiến thức +Trình bày được quy trình căn bản của công nghệ CAD/CAM - Kỹ năng: +Thiết kế được các mô hình 2D; 3D và mô hình dạng mặt. +Thực hiện quá trình lập trình tự động cho CAD/CAM tiện và CAD/CAM phay. +Mô phỏng CNC tiện và phay - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Vận dụng được những kiến thức của môn học, mô đun đã học để tiếp thu các mô-đun chuyên môn nghề. + Có ý thức trách nhiệm, chủ động học tập 3 III.

Nội dung mô đun: Nội dung tổng quát và phân phối thời gian: Số Phân phối thời lượng (giờ) TT Tên các bài trong mô đun Tổng Lý Thực Kiểm số thuyết hành tra 1. Khái quát về công nghệ CAD/CAM 1 1 0 0 2. Giao diện phần mềm CAD/CAM 2 2 0 0 3. Thiết kế mô hình CAD 10 3 6 1 4.

CAM tiện 15 3 11 1 5 CAM phay 17 3 13 1 Cộng 45 12 30 3 4 Bài 1 Khái quát về công nghệ CAD/CAM Mục tiêu: Trình bày được khái quát về lịch sử phát triển CAD/CAM và những ứng dụng cơ bản. Phân biệt được những khái niệm cơ bản. Nhận biết được phần cứng, phần mềm và khả năng công nghệ CAD/CAM. Có ý thức tự học, tự nghiên cứu để mở rộng kiến thức, kỹ năng nghề nghiệp.1 Lịch sử phát triển của công nghệ CAD/CAM 1.1 Tổng quan về CAD/CAM Những năm cuối thế kỷ 20, công nghệ CAD/CAM đã trở thnh một lĩnh vực đột phá trong thiết kế, chế tạo và sản xuất sản phẩm công nghiệp.

CAD (Computer Aided Design) là thiết kế trợ giúp bằng máy tính. CAM (Computer Aided Manufacture) là sản xuất với sự trợ giúp của my tính. Hai lĩnh vực nay ghép nối với nhau đã trở thnh một loại hình công nghệ cao, một lĩnh vực khoa học tổng hợp của sự liên ngành Cơ khí – Tin học – Điện tử – Tự động hóa. Cùng với sự phát triển của khoa học máy tính, CAD/CAM đã được nhận thức và chấp nhận nhanh chóng trong công nghiệp (công nghiệp dệt – may, công nghiệp nhựa, công nghiệp cơ khí chế tạo .) và những hạt nhân chính để sáng tạo và sản xuất sản phẩm, để tăng năng xuất lao động, giảm cường độ lao động và tự động hóa quá trình sản xuất, nâng cao độ chính xác chi tiết và đạt hiệu quả kinh tế cao.

Công việc chuẩn bị sản xuất có vai trò vô cùng quan trọng trong việc hình thành bất kỳ một sản phẩm cơ khí nào. Công việc này bao gồm các khâu chuẩn bị thiết kế (thiết kế kết cấu sản phẩm, các bản vẽ lắp chung của sản phẩm, các cụm máy.), chuẩn bị công nghệ (đảm bảo tính năng công nghệ của kết cấu, thiết lập quy trình công nghệ), thiết kế và chế tạo các trang bị công nghệ và dụng cụ phụ. kế hoạch hóa quá trình sản xuất và chế tạo sản phẩm trong thời gian ấn định. Ngày nay khoa học kỹ thuật phát triển như vũ bão đòi hỏi người kỹ sư phải không ngừng nâng cao lượng thông tin trong tất cả các khâu của quá trình chuẩn bị sản xuất.

Theo các nhà khoa học đã phân tích thì tình hình thiết kế hiện nay cho thấy 90% khối lượng thời gian thiết kế là để tra cứu số liệu cần thiết cho việc tính toán, chỉ có 10% thời gian giành cho lao động sáng tạo và quyết định. Cho nên khoảng 90% khối lượng công việc trên có thể thực hiện bằng máy tính điện tử hoặc máy vẽ tự động. Việc làm này vừa chính xác hơn, vừa chất lượng hơn. 5 Trong sản xuất hàng loạt nhỏ, do đặc điểm là số lượng chi tiết trong loạt ít, số chủng loại lại nhiều cho nên khối lượng thời gian chuẩn bị cho sản xuất rất lớn, mà dạng sản xuất này hiện đang chiếm ưu thế trong nền kinh tế thị trường hiện nay.

Tất cả điều đó phải đòi hỏi tạo ra phương pháp thiết kế mới nhờ máy tính điện tử. CAD/CAM là một lĩnh vực nghiên cứu nhằm tạo ra các hệ thống tự động thiết kế và chế tạo. Nó dùng máy tính điện tử để thực hiện một chức năng nhất định để thiết kế và chế tạo sản phẩm. Tự động hóa chế tạo là dùng máy tính điện tử để kế hoạch hóa, điều khiển quá trình sản xuất, điều khiển quá trình cắt gọt kim loại và kiểm tra nguyên công gia công.

CAD/CAM kết nối với nhau tạo ra mối quan hệ mật thiết giữa hai dạng hoạt động là thiết kế và chế tạo mà lâu nay người ta coi là khác nhau và không phục thuộc vào nhau. Tự động hóa thiết kế là dùng các hệ thống và phương tiện tính toán giúp người kỹ sư để thiết kế mô phỏng, phân tích và tối ưu hóa giải pháp thiết kế. Phương tiện bao gồm máy tính điện tử, các máy vẽ, máy in, thiết bị đục lỗ băng. phương tiện lập trình bao gồm chương trình máy, cho phép đảm bảo giao tiếp với máy vẽ và các chương trình ứng dụng để thực hiện chức năng thiết kế.

Ví du: Chương trình ứng dụng có thể là chương trình phân tích lực và ứng suất trong kết cấu, chương trình tính toán đặc tính động lực học của máy hoặc chương trình gia công chi tiết trên máy điều khiển theo chương trình số NC hay CNC Mỗi một hãng, viện nghiên cứu hoặc cơ sở sản xuất có những tập hợp chương trình ứng dụng khác nhau tuỳ thuộc vào điều kiện sản xuất. Hệ thống CAD/CAM là một sản phẩm của CIM (Computer Integrated Manufacturing). Hệ thống này được quản lý và điều hành dựa trên cơ sở dữ liệu trung tâm, hệ thống còn được dùng để lập kế hoạch, biểu đồ, đưa ra các chỉ dẫn và thông tin đảm bảo mục đích kế hoạch sản xuất của nhà máy… 1.2 Lịch sử phát triển của CAD/CAM Lúc đầu CAD/CAM là hai ngành phát triển tách biệt nhau, độc lập với nhau trong khoảng 30 năm. Hiện nay chúng được tích hợp thành một hệ, trong đó thiết kế có thể lựa chọn phương án tối ưu và quá trình sản xuất có thể được giám sát và điều khiển từ khâu đầu đến khâu cuối.

Phần mềm CAD đầu tiên là SKETCHPAD xuất hiện vào năm 1962 được viết bởi Ivan Sutherland thuộc trường kỹ thuật Massachusetts (MIT – Massachusetts Institute of Technology). Hiện nay trên thế giới đã có hàng ngàn phần mềm CAD và một trong những phần mềm thiết kế nổi tiếng nhất là 6 AutoCAD. AutoCAD phiên bản đầu tiên (Release 1) được công bố tháng 12 – 1982. Cho đến năm 1997 thì đã có phiên bản thứ 14 (Release 14).

Từ năm 2000 đến nay, gần như mỗi năm đều có ra đời phiên bản mới.