I. Tổng Quan Ứng Dụng CAD CAM MastercamX Thiết Kế Cơ Khí
Những năm gần đây, việc ứng dụng CAD/CAM trong thiết kế, chế tạo các sản phẩm công nghiệp ngày càng phổ biến ở Việt Nam. CAD (Computer aided design) là thiết kế với sự trợ giúp của máy tính, CAM (Computer aided Manufacturing) là gia công với sự trợ giúp của máy tính. Song song với sự phát triển của công nghệ thông tin, CAD/CAM đã được ứng dụng nhanh chóng trong công nghiệp, vì nó là công cụ trợ giúp cho 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 hóa quá trình sản xuất, nâng cao chất lượng hạ giá thành sản phẩm. Xu thế hiện nay là các nhà kỹ thuật phát triển hệ thống CAD/CAM tích hợp, vừa hỗ trợ thiết kế vừa hỗ trợ gia công. Các phần mềm sử dụng phổ biến hiện nay là: Mastercam, Edgecam, Catia/Auto NC, Pro/engineer, Delcam, Topmold, Solidcam, Hypercam, Vercut, Surfcam, Cimatron… Mastercam là một phần mềm CAD/CAM tích hợp được sử dụng rộng rãi ở Châu Âu và trên thế giới.
1.1. Giới Thiệu CAD CAM CNC và Vai Trò trong Cơ Khí
CAD giúp tăng độ chính xác và chất lượng bản vẽ. Các bản vẽ CAD có thể truy cập, lưu trữ, truyền tải qua các bộ chứa và lưu thông tin. Nó làm giảm mức độ mơ hồ và trừu tượng của bản vẽ, tiết kiệm không gian và thời gian, có khả năng giao diện trực tiếp với những ứng dụng kỹ thuật khác như CAE, CAM, và có thể làm tăng năng suất và lợi nhuận với giải pháp phù hợp. CAM cụ thể hóa quá trình chế tạo, bao gồm các vấn đề liên quan đến dụng cụ cắt, vật liệu dao, vật liệu gia công, chế độ cắt, máy... Các điều kiện sản xuất cụ thể sẽ quyết định đến năng suất, chất lượng và hiệu quả kinh tế. CNC thay đổi mạnh mẽ ngành cơ khí, từ nền sản xuất cơ khí thuần túy chuyển sang sự kết hợp giữa cơ khí, công nghệ thông tin và điện tử.
1.2. Tổng Quan MastercamX và Các Tính Năng Chính
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, các trung tâm gia công tiện-phay…Hiện nay có nhiều tài liệu viết về Mastercam phiên bản V9, V7, tuy nhiên phiên bản Mastercam mới MastercamX, XR2, XR3 chưa có tài liệu. Mastercam là một trong những phần mềm CAD/CAM phổ biến nhất, được tin dùng nhờ giao diện thân thiện, dễ sử dụng và khả năng tương thích cao với nhiều loại máy CNC khác nhau.
II. Vấn Đề và Thách Thức Thiết Kế Gia Công Cơ Khí Hiện Nay
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 ra sự liên thông từ quá trình thiết kế cho đến chế tạo trong lĩnh vực cơ khí. Xu thế hiện nay của các nhà kỹ thuật phát triển chủ yếu là hệ thống CAD/CAM tích hợp. Những phần mềm CAD/CAM tích được sử dụng phổ biến hiện nay như: Mastercam, Edgecam, Solidcam, Delcam, Surfcam, Vercut, Topmold, Cimatron, Catia, Pro/engineer, Hypercam. Phần mềm Mastercam có được nghiên cứu và ứng dụng ở nhiều trường đại học, cao đẳng trong cả nước và các doanh nghiệp.
2.1. Hạn Chế của Phương Pháp Thiết Kế và Gia Công Truyền Thống
Trước đây để thiết kế bản vẽ chi tiết và bản vẽ lắp người ta phải thiết kế bằng tay rất phức tạp và khó khăn, nhưng với sự phát triển mạnh mẽ của các phần mềm CAD, đặc biệt là CAD 3D thì quá trình thiết kế đã dễ dàng hơn với sự hỗ trợ mạnh mẽ của máy tính.Quá trình gia công truyền thống tốn nhiều thời gian và nhân lực. Khó khăn trong việc gia công các chi tiết phức tạp. Độ chính xác và chất lượng sản phẩm không cao. Khó khăn trong việc thay đổi thiết kế và quy trình gia công.
2.2. Yêu Cầu Nâng Cao Năng Suất và Chất Lượng Sản Phẩm
Yêu cầu đặt ra là cần có các giải pháp để nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm, giảm chi phí sản xuất và đáp ứng được các yêu cầu ngày càng cao của thị trường. Việc ứng dụng CAD/CAM vào quá trình thiết kế và gia công là một giải pháp hiệu quả để giải quyết các vấn đề này.
2.3. Thách Thức về Đào Tạo và Ứng Dụng Phần Mềm CAD CAM
Việc đào tạo nguồn nhân lực có trình độ chuyên môn cao về CAD/CAM vẫn còn hạn chế. Các doanh nghiệp còn gặp nhiều khó khăn trong việc tiếp cận và ứng dụng các phần mềm CAD/CAM vào thực tế sản xuất. Cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các trường đại học, cao đẳng và các doanh nghiệp để giải quyết vấn đề này. Các doanh nghiệp cần đầu tư vào việc đào tạo và nâng cao trình độ cho đội ngũ kỹ thuật của mình.
III. Phương Pháp Nghiên Cứu Ứng Dụng MastercamX Thiết Kế Cơ Khí
Việc ứng dụng MastercamX vào quá trình thiết kế và gia công cơ khí đòi hỏi một phương pháp nghiên cứu bài bản và có hệ thống. Luận văn này tập trung vào việc nghiên cứu các module Lathe và Mill trên phần mềm MastercamX để thiết kế, gia công và lập trình trên máy tiện CAK6136V/750, trung tâm gia công VMC0641. Đồng thời, xây dựng bài tập trên máy tiện và máy phay, làm tài liệu tham khảo cho môn học công nghệ CNC, CAD/CAM.
3.1. Tìm Hiểu Các Module Lathe và Mill trong MastercamX
Module Lathe (tiện) và Mill (phay) là hai module quan trọng nhất trong MastercamX, cung cấp các công cụ và chức năng cần thiết để thiết kế và lập trình gia công trên máy tiện và máy phay CNC. Việc nắm vững các module này là điều kiện tiên quyết để có thể sử dụng MastercamX một cách hiệu quả. Các lệnh Lathe Rough, Lathe Finish, Lathe Groove Toolpath, Lathe Drill Toolpath, Lathe Thread Toolpath được sử dụng phổ biến. Các lệnh gia công phay như POCKET cũng được sử dụng nhiều.
3.2. Xây Dựng Bài Tập Thực Hành Thiết Kế và Gia Công
Việc xây dựng các bài tập thực hành giúp người học có thể áp dụng kiến thức lý thuyết vào thực tế, rèn luyện kỹ năng sử dụng phần mềm và làm quen với quy trình thiết kế và gia công cơ khí. Các bài tập cần được thiết kế sao cho phù hợp với trình độ của người học và có tính ứng dụng cao.
3.3. Thực Hiện Truyền Dữ Liệu Chương Trình Gia Công
Truyền chương trình gia công từ máy tính sang máy CNC và ngược lại qua đường truyền RS232. Việc truyền dữ liệu chương trình gia công từ máy tính sang máy CNC là một bước quan trọng trong quy trình gia công, đảm bảo rằng máy CNC có thể hiểu và thực hiện các lệnh gia công đã được lập trình. Cần kiểm tra và đảm bảo tính chính xác của dữ liệu truyền.
IV. Ứng Dụng MastercamX Thiết Kế và Gia Công Chi Tiết Cơ Khí
Đề tài đã tiến hành nghiên cứu và thực hành ứng dụng trên phần mềm MastercamX. Những kết quả đạt được: Lý thuyết về thiết kế, mô phỏng gia công trên phần mềm Mastercam. Bài tập ví dụ trên máy tiện và máy phay. Chương trình gia công ở dạng file: .NC. Chương trình gia công dạng file.NC được truyền từ máy tính sang máy CNC.
4.1. Thiết Kế Chi Tiết Trục trên Máy Tiện CNC với MastercamX
Sử dụng các lệnh tiện thô, tiện tinh, cắt rãnh, tiện ren và cắt đứt để gia công chi tiết trục trên máy tiện CNC. Thiết lập các thông số gia công phù hợp với từng loại dao và vật liệu gia công. Mô phỏng quá trình gia công để kiểm tra và tối ưu hóa chương trình gia công. Bản vẽ chi tiết được tạo ra dựa trên thiết kế 3D.
4.2. Gia Công Chi Tiết Phay trên Máy Phay CNC bằng MastercamX
Sử dụng các lệnh phay mặt phẳng, phay hốc và phay tinh để gia công chi tiết phay trên máy phay CNC. Lựa chọn dao phay phù hợp và thiết lập các thông số cắt gọt tối ưu. Kiểm tra và đánh giá chất lượng bề mặt sau khi gia công. Độ nhám bề mặt được đo bằng máy đo độ nhám Mitutoyo.
4.3. Phân Tích Kết Quả và Đánh Giá Độ Chính Xác Gia Công
So sánh kết quả gia công thực tế với thiết kế trên phần mềm để đánh giá độ chính xác và chất lượng của sản phẩm. Phân tích các sai số và tìm ra nguyên nhân để có biện pháp khắc phục. Tối ưu hóa thiết kế và quy trình gia công để đạt được kết quả tốt nhất.
V. Kết Luận và Hướng Phát Triển Nghiên Cứu MastercamX
Những kết quả đạt được sau khi nghiên cứu là cơ sở cho việc áp dụng phần mềm MastercamX trong việc thiết kế, chế tạo các sản phẩm cơ khí, mở ra một cách tiếp cận hoàn toàn mới trong việc sử dụng công nghệ thông tin trong lĩnh vực cơ khí. Xu hướng phát triển chung của các ngành công nghiệp chế tạo theo công nghệ tiên tiến là liên kết các thành phần của quy trình sản xuất trong một hệ thống tích hợp.
5.1. Tổng Kết Ưu Điểm của Ứng Dụng MastercamX
MastercamX giúp tăng năng suất và chất lượng sản phẩm. Giảm thời gian thiết kế và gia công. Dễ dàng thay đổi thiết kế và quy trình gia công. Tối ưu hóa quá trình gia công để giảm chi phí sản xuất.
5.2. Hướng Nghiên Cứu và Phát Triển Ứng Dụng MastercamX
Nghiên cứu và phát triển các module mới của MastercamX. Tích hợp MastercamX với các phần mềm CAD/CAM khác. Xây dựng các ứng dụng CAD/CAM chuyên dụng cho từng lĩnh vực cụ thể. Đẩy mạnh đào tạo nguồn nhân lực về CAD/CAM.
