Thiết Kế và Mô Phỏng Gia Công Cửa Nâng Hạ Khuôn Hũ Matsu 2300ml

Thiết kế khuôn hũ Matsu 2300ml gia công CNC chính xác. Tìm hiểu quy trình mô phỏng và tối ưu hóa khuôn, đảm bảo chất lượng sản phẩm.

• Tác giả: Nguyễn Trần Hoài Bảo
• Người hướng dẫn: TS. Phan Nguyễn Duy Minh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
• Chuyên ngành: Cơ Điện Tử
• Đề tài: Thiết Kế Khuôn Hũ Matsu 2300ml: Mô Phỏng Gia Công CNC
• Loại tài liệu: Đồ án công nghệ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Đà Nẵng

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG
• 1.1. Vai trò và chức năng của CAD/CAM/CNC
• 1.2. Ứng dụng CAD/CAM/CNC trong việc thiết kế sản phẩm
• 1.3. Giới thiệu về phần mềm Creo Parametric
• 2. CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HŨ MATSU 2300ML
• 2.1. Tạo file vẽ mới
• 2.2. Thiết kế Hũ Matsu 2300ml
• 2.2.1. Tạo hình dạng của hũ Matsu 2300ml
• 2.2.2. Tạo phần thân của hũ Matsu 2300ml
• 2.2.3. Tạo phần đế của hũ Matsu 2300ml
• 2.2.4. Tạo các bo tròn và bề dày cho hũ Matsu 2300ml
• 2.2.5. Tạo phần ren cho miệng hũ Matsu 2300ml
• 3. CHƯƠNG III: TÁCH KHUÔN HŨ MATSU 2300ML
• 3.1. Tạo file tách khuôn
• 3.2. Thiết kế tách khuôn
• 3.3. Tạo chốt cho khuôn
• 4. CHƯƠNG IV: GIA CÔNG PHAY KHUÔN THỔI
• 4.1. Tạo file tách khuôn
• 4.2. Mô phỏng gia công phay
• 4.2.1. Thiết lập các thông số máy
• 4.2.2. Mô phỏng gia công phay thô và phay bán tinh
• 4.2.3. Mô phỏng gia công phay tinh
• 4.2.4. Mô phỏng gia công khoan lỗ

Tóm tắt

I. Tổng quan thiết kế khuôn hũ Matsu 2300ml bằng CAD CAM CNC

Quy trình thiết kế khuôn hũ Matsu 2300ml là một ví dụ điển hình cho sự ứng dụng của công nghệ hiện đại trong ngành công nghiệp sản xuất. Việc sử dụng các hệ thống tích hợp CAD/CAM/CNC đã cách mạng hóa ngành chế tạo khuôn mẫu, thay thế các phương pháp thủ công truyền thống. Công nghệ này không chỉ nâng cao độ chính xác mà còn rút ngắn đáng kể thời gian từ ý tưởng đến sản phẩm hoàn thiện. CAD (Computer-Aided Design) cho phép các kỹ sư xây dựng mô hình 3D chi tiết của sản phẩm. CAM (Computer-Aided Manufacturing) sử dụng mô hình đó để lập kế hoạch và tạo ra các đường chạy dao. Cuối cùng, CNC (Computer Numerical Control) điều khiển máy công cụ thực hiện gia công tự động theo chương trình đã lập. Sự kết hợp này tạo ra một quy trình liền mạch, hiệu quả và có khả năng tùy biến cao. Đặc biệt, trong chế tạo các sản phẩm nhựa gia dụng như hũ Matsu, khuôn mẫu đóng vai trò quyết định đến chất lượng và hình dáng sản phẩm cuối cùng. Một bộ khuôn được thiết kế tốt và gia công chính xác sẽ đảm bảo sản phẩm có dung sai nhỏ, bề mặt đẹp và vòng đời sản xuất dài. Đồ án nghiên cứu này tập trung vào việc áp dụng phần mềm Creo Parametric, một công cụ mạnh mẽ trong lĩnh vực CAD/CAM/CAE, để thực hiện toàn bộ chu trình, từ việc dựng mô hình 3D cho hũ nhựa, tiến hành tách khuôn, và cuối cùng là mô phỏng gia công CNC cho lòng khuôn. Quá trình này thể hiện rõ năng lực của công nghệ trong việc giải quyết các bài toán kỹ thuật phức tạp, tối ưu hóa sản xuất và đảm bảo chất lượng đồng đều cho hàng loạt sản phẩm.

1.1. Vai trò của hệ thống CAD CAM CNC trong ngành khuôn mẫu

Hệ thống CAD/CAM/CNC là nền tảng của ngành công nghiệp chế tạo khuôn mẫu hiện đại. CAD là công cụ để các kỹ sư hiện thực hóa ý tưởng thiết kế, cho phép xây dựng, sửa đổi và phân tích mô hình 3D một cách trực quan. CAM đóng vai trò cầu nối, chuyển đổi dữ liệu thiết kế từ CAD thành các chỉ lệnh mà máy CNC có thể hiểu được. CNC là khâu thực thi, sử dụng các chương trình này để điều khiển máy phay, máy tiện, hoặc các máy công cụ khác gia công phôi thành sản phẩm lòng khuôn hoàn chỉnh. Việc tích hợp ba yếu tố này giúp loại bỏ các sai sót do con người, tăng tốc độ sản xuất và cho phép chế tạo các biên dạng khuôn vô cùng phức tạp mà phương pháp thủ công không thể đạt được. Tài liệu gốc nhấn mạnh: “Trình độ thiết kế và chế tạo khuôn mẫu có thể coi là một tiêu chí đánh giá sự phát triển của nền công nghiệp”.

1.2. Giới thiệu phần mềm Creo Parametric và tính năng nổi bật

Phần mềm được lựa chọn cho dự án thiết kế khuôn hũ Matsu 2300ml là Creo Parametric (trước đây là Pro/ENGINEER). Đây là một hệ thống phần mềm tích hợp, mạnh mẽ của hãng PTC, cung cấp giải pháp toàn diện cho CAD/CAM/CAE. Điểm mạnh của Creo Parametric nằm ở khả năng thiết kế theo tham số, cho phép người dùng dễ dàng thay đổi kích thước và các thuộc tính của mô hình, và hệ thống sẽ tự động cập nhật các thành phần liên quan. Trong khuôn khổ dự án, các tính năng chính được sử dụng bao gồm: thiết kế sản phẩm 3D (Part Design), thiết kế và tách khuôn (Mold Cavity), và lập trình gia công CNC (NC Assembly). Theo tài liệu nghiên cứu, Creo Parametric cho phép “thiết kế, tạo khuôn, lập trình gia công CNC và lập mô hình mô phỏng được tất cả các chi tiết hay vật thể”.

II. Thách thức trong thiết kế và gia công khuôn hũ nhựa phức tạp

Quá trình thiết kế khuôn hũ Matsu 2300ml và gia công nó đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật. Thách thức lớn nhất là đảm bảo độ chính xác tuyệt đối của lòng khuôn. Bất kỳ sai lệch nhỏ nào trong kích thước hoặc biên dạng của khuôn đều ảnh hưởng trực tiếp đến sản phẩm cuối cùng, gây ra các lỗi như bavia, sản phẩm bị kẹt trong khuôn, hoặc không đạt yêu cầu về thẩm mỹ. Hơn nữa, các sản phẩm như hũ Matsu thường có các chi tiết phức tạp như ren ở miệng hũ, các đường gân tăng cứng, và các hốc tay cầm. Việc thiết kế và gia công các chi tiết này đòi hỏi sự tính toán cẩn thận về góc thoát khuôn (draft angle) để đảm bảo sản phẩm có thể được lấy ra dễ dàng sau khi ép. Một thách thức khác là tối ưu hóa quy trình sản xuất. Việc lựa chọn vật liệu làm khuôn, xác định các thông số gia công CNC như tốc độ cắt, bước tiến dao, và chiến lược chạy dao đều ảnh hưởng đến thời gian gia công, chi phí sản xuất và tuổi thọ của khuôn. Việc mô phỏng gia công CNC trước khi thực hiện là một bước quan trọng để phát hiện và khắc phục các va chạm tiềm ẩn, tối ưu hóa đường chạy dao, và đảm bảo quá trình gia công diễn ra suôn sẻ. Cuối cùng, việc quản lý dữ liệu thiết kế và các phiên bản sửa đổi cũng là một vấn đề cần quan tâm, đặc biệt trong các dự án lớn. Phần mềm Creo Parametric cung cấp các công cụ quản lý hiệu quả, giúp quy trình làm việc nhóm trở nên đồng bộ và giảm thiểu rủi ro sai sót.

2.1. Yêu cầu độ chính xác cao trong chế tạo khuôn mẫu hiện đại

Ngành chế tạo khuôn mẫu hiện đại đòi hỏi độ chính xác ở mức micromet. Sản phẩm hũ nhựa Matsu 2300ml cần có nắp vặn khít, thân hũ không bị biến dạng và bề mặt nhẵn bóng. Để đạt được điều này, lòng khuôn phải được gia công với dung sai cực kỳ chặt chẽ. Các yếu tố như độ co rút của vật liệu nhựa sau khi làm nguội phải được tính toán và bù trừ ngay từ giai đoạn thiết kế khuôn. Bất kỳ sự thiếu chính xác nào cũng dẫn đến lãng phí vật liệu, thời gian và chi phí sửa chữa khuôn tốn kém. Do đó, việc sử dụng các máy gia công CNC 5 trục và các công cụ đo lường hiện đại là bắt buộc.

2.2. Tối ưu hóa quy trình từ thiết kế 3D đến sản phẩm thực tế

Việc tối ưu hóa toàn bộ quy trình là chìa khóa để cạnh tranh. Quy trình này bắt đầu từ việc thiết kế 3D trên Creo Parametric, nơi các kỹ sư phải cân nhắc cả về tính thẩm mỹ và khả năng chế tạo của sản phẩm. Sau đó, quá trình tách khuôn cần được thực hiện một cách logic để xác định mặt phẳng phân khuôn hợp lý nhất. Cuối cùng, trong giai đoạn mô phỏng gia công CNC, việc lựa chọn chiến lược phay thô, phay bán tinh và phay tinh phù hợp giúp giảm thời gian gia công mà vẫn đảm bảo chất lượng bề mặt. Sự liên kết chặt chẽ giữa các giai đoạn này, được hỗ trợ bởi một nền tảng phần mềm duy nhất, giúp giảm thiểu độ trễ và sai sót khi chuyển đổi dữ liệu.

III. Hướng dẫn chi tiết quy trình thiết kế hũ Matsu 2300ml 3D

Quy trình thiết kế hũ Matsu 2300ml trên phần mềm Creo Parametric được thực hiện một cách tuần tự và logic, bắt đầu từ việc tạo các hình khối cơ bản đến hoàn thiện các chi tiết phức tạp. Bước đầu tiên là thiết lập một file vẽ mới (Part) với đơn vị milimét. Sau đó, kỹ sư bắt đầu dựng hình sản phẩm. Lệnh Extrude được sử dụng để tạo ra khối hình hộp chữ nhật ban đầu, là thân chính của hũ. Các kích thước được nhập chính xác theo bản vẽ kỹ thuật. Tiếp theo, các lệnh cắt khối (Extrude-Remove Material) được áp dụng để tạo hình dáng lõm bên trong và các đường viền bên ngoài thân hũ. Một trong những phần phức tạp nhất là thiết kế hốc tay cầm. Quá trình này đòi hỏi sự kết hợp của nhiều lệnh, bao gồm Extrude để tạo hốc, Draft để tạo góc thoát khuôn cho các bề mặt, và Round để bo tròn các cạnh sắc, mang lại cảm giác cầm nắm thoải mái cho người dùng. Các chi tiết nhỏ như các rãnh ngón tay được tạo ra và sau đó được nhân bản bằng lệnh Pattern và Mirror để đảm bảo tính đối xứng và đồng nhất. Cuối cùng, phần ren trên miệng hũ được tạo ra bằng lệnh Helical Sweep, một công cụ mạnh mẽ để tạo các biên dạng xoắn ốc. Lệnh Shell được sử dụng ở bước cuối để tạo độ dày đồng nhất cho thành hũ, hoàn thiện mô hình 3D sản phẩm trước khi chuyển sang giai đoạn tách khuôn.

3.1. Kỹ thuật dựng hình khối cơ bản Extrude và các lệnh liên quan

Kỹ thuật dựng hình khối cơ bản là nền tảng của mọi mô hình 3D. Trong dự án thiết kế hũ Matsu 2300ml, lệnh Extrude là công cụ được sử dụng thường xuyên nhất. Bắt đầu từ một phác thảo 2D (Sketch) hình vuông trên mặt phẳng FRONT, một khối hộp chữ nhật được đùn ra đối xứng. Tài liệu gốc mô tả chi tiết việc vẽ sketch kích thước 126x126mm và đùn khối dài 200mm. Sau đó, lệnh này tiếp tục được sử dụng với tùy chọn "Remove Material" để cắt bỏ vật liệu, tạo ra các phần lõm trên thân và đế hũ. Việc sử dụng thành thạo Extrude và các tùy chọn của nó quyết định tốc độ và hiệu quả của giai đoạn dựng hình ban đầu.

3.2. Tạo hình dạng phức tạp Hốc tay cầm bo tròn và tạo ren

Các chi tiết phức tạp tạo nên tính công thái học và thẩm mỹ của sản phẩm. Để tạo hốc tay cầm, kỹ sư phải sử dụng lệnh Draft để tạo độ nghiêng cho các bề mặt, đảm bảo sản phẩm không bị kẹt khi tách khuôn. Các góc nghiêng 10, 15 và 40 độ đã được áp dụng. Lệnh Round được dùng để bo tròn các cạnh sắc với bán kính khác nhau, từ 10mm đến 20mm, giúp sản phẩm an toàn và dễ cầm. Phần quan trọng nhất là tạo ren miệng hũ. Lệnh Helical Sweep yêu cầu định nghĩa một đường dẫn xoắn ốc (helix) và một biên dạng tiết diện của ren. Các thông số như bước ren và hình dạng ren được thiết kế cẩn thận để đảm bảo nắp vặn khớp hoàn hảo.

IV. Bí quyết tách khuôn hũ Matsu 2300ml tự động và chính xác

Sau khi hoàn tất mô hình 3D sản phẩm, giai đoạn tiếp theo là tách khuôn, một bước quan trọng trong quy trình thiết kế khuôn hũ Matsu 2300ml. Quá trình này được thực hiện trong môi trường Mold Cavity của Creo Parametric. Đầu tiên, mô hình hũ Matsu 2300ml được đưa vào làm chi tiết tham chiếu (Reference Model). Bước tiếp theo là tạo phôi (Workpiece), là khối vật liệu ban đầu sẽ được gia công để tạo thành các mảnh khuôn. Kích thước phôi được xác định lớn hơn kích thước sản phẩm để bao trùm toàn bộ chi tiết, trong trường hợp này là 210x210x220mm. Một thông số quan trọng cần được thiết lập là hệ số co rút của vật liệu nhựa, giúp bù trừ cho sự co ngót của nhựa khi nguội đi. Tiếp theo là bước tạo mặt phẳng phân khuôn (Parting Surface). Đây là bề mặt sẽ chia khối phôi thành các mảnh khuôn khác nhau (lõi và lòng khuôn - core and cavity). Đối với hũ Matsu, cần ít nhất hai mặt phân khuôn: một mặt phẳng tạo bởi lệnh Extrude để tách phần đế, và một mặt phức tạp hơn tạo bởi lệnh Fill để tách hai nửa thân hũ. Cuối cùng, lệnh Volume Split được sử dụng để dựa vào các mặt phân khuôn đã tạo và tách khối phôi thành các thể tích riêng biệt. Các thể tích này sau đó được chuyển thành các chi tiết khuôn riêng lẻ, sẵn sàng cho giai đoạn mô phỏng gia công CNC.

4.1. Thiết lập phôi Workpiece và hệ số co rút vật liệu nhựa

Thiết lập phôi và hệ số co rút là bước khởi đầu trong module tách khuôn. Phôi (Workpiece) là khối vật liệu ảo, thường là hình hộp chữ nhật, bao quanh toàn bộ chi tiết tham chiếu. Việc tạo phôi chính xác đảm bảo có đủ vật liệu để hình thành tất cả các mảnh khuôn. Song song đó, việc nhập hệ số co rút (Shrinkage) là cực kỳ quan trọng. Mỗi loại nhựa có một tỉ lệ co rút khác nhau. Bằng cách áp dụng hệ số này, phần mềm sẽ tự động phóng to mô hình tham chiếu một chút. Điều này đảm bảo rằng lòng khuôn sau khi gia công sẽ tạo ra sản phẩm nhựa có kích thước chính xác sau khi nó nguội và co lại.

4.2. Kỹ thuật tạo mặt phân khuôn Parting Surface tối ưu

Việc xác định và tạo mặt phẳng phân khuôn là nghệ thuật trong thiết kế khuôn. Một mặt phân khuôn tốt sẽ giúp sản phẩm dễ dàng tách ra, tránh bavia và tối ưu hóa cấu trúc khuôn. Trong dự án này, hai kỹ thuật đã được sử dụng. Lệnh Extrude được dùng để tạo một mặt phẳng đơn giản tách phần đáy của hũ. Đối với phần thân phức tạp hơn, lệnh Fill được sử dụng để tạo một bề mặt cong, đi theo đường viền của sản phẩm, đảm bảo hai nửa khuôn thân được tách ra một cách mượt mà. Lựa chọn vị trí và hình dạng của Parting Surface ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và độ phức tạp của khuôn.

4.3. Sử dụng Volume Split để tách các mảnh khuôn và tạo chốt

Lệnh Volume Split là công cụ cuối cùng để thực hiện việc tách khuôn. Nó sử dụng các mặt phẳng phân khuôn đã được tạo để cắt khối Workpiece thành các thể tích (volume) riêng biệt. Mỗi thể tích này tương ứng với một mảnh khuôn, ví dụ như khuôn trái, khuôn phải và khuôn đế. Sau khi tách, các chốt dẫn hướng được thiết kế và lắp ráp vào khuôn. Theo tài liệu, các chốt có đường kính 20mm và chiều dài 210mm và 220mm được sử dụng. Chúng đảm bảo các mảnh khuôn được định vị chính xác với nhau trong quá trình ép phun, một yếu tố then chốt để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

V. Cách mô phỏng gia công CNC phay khuôn thổi chi tiết nhất

Giai đoạn cuối cùng và cũng là giai đoạn kiểm chứng toàn bộ quá trình thiết kế là mô phỏng gia công CNC. Giai đoạn này được thực hiện trong module Manufacturing NC Assembly của Creo Parametric. Mục tiêu là tạo ra chương trình G-code để điều khiển máy phay CNC gia công lòng khuôn từ phôi kim loại. Quá trình bắt đầu bằng việc thiết lập môi trường gia công: chọn chi tiết khuôn cần gia công, tạo phôi tự động, và chọn trung tâm gia công (Work Center) là một máy phay 3 trục. Một bước cực kỳ quan trọng là thiết lập hệ trục tọa độ gia công và mặt phẳng an toàn. Trục Z phải luôn hướng ra khỏi bề mặt gia công. Quy trình phay được chia thành ba giai đoạn chính. Đầu tiên là phay thô (Roughing), sử dụng dao phay lớn (END MILL D20) để loại bỏ phần lớn vật liệu dư một cách nhanh chóng. Tiếp theo là phay bán tinh (Re-roughing), sử dụng dao nhỏ hơn để gia công lại những vùng mà dao thô không thể tiếp cận, làm cho biên dạng lòng khuôn gần với thiết kế hơn. Cuối cùng là phay tinh (Finishing), sử dụng dao cầu (BALL MILL) để gia công lần cuối, tạo ra bề mặt lòng khuôn có độ bóng và độ chính xác cao nhất. Mỗi giai đoạn đều yêu cầu thiết lập các thông số cắt gọt cẩn thận, bao gồm tốc độ trục chính, bước tiến dao, chiều sâu cắt, và bước dịch dao ngang, được tính toán dựa trên công thức và vật liệu gia công.

5.1. Thiết lập máy phay CNC và gốc tọa độ gia công Work Center

Trước khi lập trình, việc thiết lập môi trường gia công CNC là bắt buộc. Trong Creo Parametric, người dùng chọn một Work Center, trong trường hợp này là máy phay (Mill). Sau đó, một gốc tọa độ gia công (Coordinate System) được định nghĩa trên phôi. Gốc tọa độ này là điểm tham chiếu (0,0,0) cho tất cả các chuyển động của máy CNC. Việc đặt gốc tọa độ hợp lý, thường ở một góc hoặc tâm của phôi, giúp việc gá đặt trên máy thực tế trở nên dễ dàng hơn. Một mặt phẳng an toàn (Retract plane) cũng được thiết lập ở một khoảng cách an toàn phía trên phôi, là vị trí mà dao sẽ rút về sau mỗi lần cắt để di chuyển sang vị trí mới.

5.2. Lập trình phay thô và phay bán tinh Roughing Re roughing

Chiến lược phay thô (Roughing) nhằm mục đích loại bỏ vật liệu nhanh nhất có thể. Tài liệu nghiên cứu sử dụng dao phay ngón END MILL D20. Các thông số như chiều sâu mỗi lớp cắt (MAX_STEP_DEPTH) và bước dịch dao ngang (STEP_OVER) được cài đặt để tối ưu hóa hiệu suất. Sau khi phay thô, vẫn còn lại một lượng vật liệu dư, đặc biệt là ở các góc hẹp và bề mặt cong. Do đó, nguyên công phay bán tinh (Re-roughing) được thực hiện. Nguyên công này sử dụng dao nhỏ hơn và chạy theo đường chạy dao tham chiếu của nguyên công thô trước đó, chỉ cắt gọt ở những vùng còn lại vật liệu, giúp chuẩn bị bề mặt tốt hơn cho giai đoạn phay tinh.

5.3. Hoàn thiện bề mặt lòng khuôn với phương pháp phay tinh

Phay tinh (Finishing) là nguyên công quyết định chất lượng bề mặt của lòng khuôn và sản phẩm nhựa cuối cùng. Giai đoạn này thường sử dụng dao cầu (BALL MILL) với đường kính nhỏ để có thể đi vào các chi tiết tinh xảo nhất. Các chiến lược chạy dao cho phay tinh rất đa dạng, có thể là chạy song song (parallel), chạy theo đường đồng mức (contour), hoặc xoắn ốc. Lượng dư gia công để lại cho bước này rất nhỏ, và tốc độ tiến dao thường chậm hơn để đạt được độ bóng cao. Việc mô phỏng gia công CNC cho cả ba giai đoạn cho phép kỹ sư kiểm tra trực quan đường chạy dao, phát hiện va chạm và đảm bảo chương trình gia công là an toàn và hiệu quả.

VI. Đánh giá kết quả và triển vọng của gia công khuôn mẫu CNC

Dự án thiết kế khuôn hũ Matsu 2300ml và mô phỏng gia công CNC đã minh họa một cách toàn diện sức mạnh của các hệ thống CAD/CAM/CNC tích hợp. Kết quả đạt được là một bộ dữ liệu hoàn chỉnh, bao gồm mô hình 3D của sản phẩm, các chi tiết khuôn đã được tách và chương trình gia công cho máy phay CNC. Ưu điểm lớn nhất của phương pháp này là khả năng kiểm soát toàn bộ quy trình trên môi trường số. Việc mô phỏng cho phép phát hiện sớm các lỗi thiết kế, các vấn đề trong quá trình tách khuôn và các va chạm tiềm tàng khi gia công. Điều này giúp giảm thiểu đáng kể rủi ro và chi phí phát sinh trong sản xuất thực tế. So với các phương pháp truyền thống, quy trình này giúp rút ngắn thời gian phát triển sản phẩm, nâng cao độ chính xác và cho phép chế tạo các khuôn mẫu có biên dạng phức tạp. Trong tương lai, xu hướng phát triển của ngành này là tiếp tục tích hợp sâu hơn các công nghệ. Hệ thống CAD/CAM/CAE (Computer-Aided Engineering) sẽ được bổ sung các module phân tích dòng chảy của nhựa trong khuôn (Moldflow), phân tích ứng suất và biến dạng, giúp tối ưu hóa thiết kế ngay từ những bước đầu tiên. Công nghệ in 3D kim loại cũng mở ra một hướng đi mới trong việc chế tạo các Einsatz (lõi khuôn) có kênh làm mát phức tạp, giúp tăng hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Việc ứng dụng công nghệ thông tin trong gia công cơ khí sẽ tiếp tục là yếu tố quyết định năng lực cạnh tranh của các doanh nghiệp trong ngành công nghiệp phụ trợ.

6.1. Ưu điểm của mô phỏng CNC Giảm thiểu sai sót và chi phí

Ưu điểm chính của việc mô phỏng CNC là khả năng xác minh và tối ưu hóa quy trình gia công trước khi đưa phôi lên máy. Mô phỏng giúp kiểm tra trực quan đường chạy dao, phát hiện các va chạm giữa dao, đồ gá và chi tiết. Nó cũng cho phép ước tính thời gian gia công, giúp lập kế hoạch sản xuất hiệu quả. Bằng cách phát hiện sai sót trên máy tính, doanh nghiệp có thể tránh được những hỏng hóc tốn kém cho máy CNC, dao cụ và phôi vật liệu. Điều này không chỉ tiết kiệm chi phí trực tiếp mà còn giảm thời gian chết của máy, nâng cao hiệu suất tổng thể của xưởng sản xuất.

6.2. Hướng phát triển của hệ thống tích hợp CAD CAM CAE tương lai

Tương lai của ngành thiết kế và chế tạo khuôn mẫu nằm ở các hệ thống tích hợp toàn diện hơn. Hệ thống CAD/CAM/CAE sẽ không chỉ dừng lại ở thiết kế và gia công. Chúng sẽ tích hợp các công cụ phân tích kỹ thuật (CAE) mạnh mẽ hơn. Ví dụ, kỹ sư có thể mô phỏng quá trình điền đầy nhựa vào khuôn để dự đoán các khuyết tật như vết lõm, đường hàn hay bọt khí. Dựa trên kết quả phân tích, thiết kế của sản phẩm và khuôn có thể được điều chỉnh để tối ưu hóa. Trí tuệ nhân tạo (AI) cũng có thể được ứng dụng để tự động đề xuất các chiến lược gia công tối ưu dựa trên hình dạng chi tiết và vật liệu, tiếp tục đẩy mạnh tự động hóa trong sản xuất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG 1. Vai trò và chức năng của CAD/CAM/CNC CAD/CAM (Computer Aided Design/ Computer Aided Manufacturing) là thuật ngữ chỉ việc thiết kế và chế tạo được hổ trợ bởi máy tính. Công nghệ CAD/CAM sử dụng máy tính để thực hiện một số chức năng nhất định trong thiết kế và chế tạo. Công nghệ này đang được phát triển theo hướng tích hợp thiết kế với sản xuất, CAD/CAM sẽ tạo ra một nền tảng công nghệ cho việc tích hợp máy tính trong sản xuất.

CAD (Computer Aided Design) là việc sử dụng hệ thống máy tính để hổ trợ trong xây dựng, sửa đổi, phân tích hay tối ưu hoá. Hệ thống máy tính bao gồm phần mềm và phần cứng được sử dụng để thực thi các chức năng thiết kế chuyên ngành. Phần cứng CAD gồm có: máy tính, cổng đồ hoạ, bàn phím và các thiết bị ngoại vi khác. Phần mềm CAD gồm có các chương trình thiết kế đồ hoạ, chương trình ứng dụng hổ trợ các chức năng kỹ thuật cho người sử dụng như: phân tích lực ứng suất của các bộ phận, phản ứng động lực học của các cơ cấu, các tính toán truyền nhiệt và lập trình bộ điều khiển số.

CAM (Computer Aided Manufacturing) là việc sử dụng hệ thống máy tính để lập kế hoạch, quản lý và điều khiển các hoạt động sản xuất thông qua giao diện trực tiếp hay gián tiếp giữa máy tính và các nguồn lực sản xuất. CNC (Computer Numerical Controlled): Trước đây các chương trình điều khiển NC đều phải thực hiện thông qua băng đục lỗ, điều khển phải có bộ lọc để giải mã cung cấp các tín hiệu điều khiển cho các trục máy với cách này có nhiều hạn chế, mất thời gian, các chương trình phải viết lại và dung lượng bé. Chương trình CNC đã khắc phục được các nhược điểm đó bằng cách đọc hàng nghìn bit thông tin trong bộ nhớ. Cho đến nay, CNC đã xuất hiện trong hầu hết các ngành công nghiệp, đây là lĩnh vực có sự kết hợp chặt chẽ giữa máy tính và máy công cụ.

Ứng dụng CAD/CAM/CNC trong việc thiết kế sản phẩm Cho đến nay việc ứng dụng các thành tựu của khoa học kỷ thuật vào quá trình sản xuất rất mạnh mẽ.Thay vào việc phải công nhân phải trực tiếp đứng máy gia công thì ngày nay trong các nghành công nghiệp nhiều máy công cụ cổ Nguyễn Trần Hoài Bảo Trang 4 Đồ án môn học CAD/CAM/CNC GVHD: TS. Phan Nguyễn Duy Minh điển đã được thay thế bằng máy CNC. Ứng dụng CAD/CAM/CNC để tổ chức sản xuất kèm theo đó là các phần mềm ứng dụng để lập trình và điều khiển máy. Toàn bộ các thao tác gia công trên máy đều được thiết kế và mô phỏng trong chương trình phần mềm.

Giúp tránh được những sai sót có thể xảy ra. Trình độ thiết kế và chế tạo khuôn mẫu có thể coi là một tiêu chí đánh giá sự phát triển của nền công nghiệp. Hiện nay, các sản phẩm trong các ngành công nghiệp được chế tạo bằng việc sử dụng các hệ thống khuôn mẫu khác nhau. Sản phẩm khuôn mẫu thuộc loại sản phẩm Cơ - Tin - Điện tử (Mechatronics) kỹ thuật cao, việc ứng dụng công nghệ thông tin vào công nghiệp khuôn mẫu hiện nay theo các hướng sau:  Hoàn thiện và phát triển phần cứng điều khiển số CNC, phát triển phần mềm theo hướng: đơn giản trong lập trình, tích hợp nhiều tính năng và giao diện linh hoạt, thuận lợi.

 Xây dựng các hệ phần mềm tích hợp CAD/CAM/CAE trợ giúp trong thiết kế và chế tạo khuôn mẫu. Hướng phát triển của hệ thống tích hợp CAD/CAM là sẽ bổ sung các mô hình thiết kế, cập nhật thêm các phương pháp gia công chính xác, hiệu quả và hiện đại. Phát triển các phần mềm trợ giúp thiết kế, tính toán, kiểm định và mô phỏng. Hướng phát triển này mới mẽ và đang được đầu tư ưu tiên hàng đầu Ứng dụng các hệ phần mềm tích hợp CAD/CAM/CNC hiện nay đang là thị trường mua bán và ứng dụng khá sôi động.

Có thể nói rằng: không có phần mềm CAD/CAM thì không thể thiết kế và chế tạo khuôn mẫu phức tạp, có độ chính xác cao.  Trong công nghệ chế tạo sản phẩm khuôn mẫu công nghệ cao thì công nghệ thông tin được ứng dụng rất có hiệu quả và đóng vai trò quan trọng quyết định trong ngành Cơ- điện tử. Việc ứng dụng công nghệ thông tin trong gia công cơ khí bằng các thiết bị điều khiển số là vấn đề có ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn trong đào tạo cũng như trong sản xuất cơ khí. Giới thiệu về phần mềm Creo Parametric Creo Prametric là phần mềm của hãng Prametric Technology Corporation (PTC).

Được nâng cấp lên từ phiên bản Pro/E với giao diện được thay đổi gần như hoàn toàn để người dùng có thể thao tác dể dàng hơn. Đây là phần mềm Nguyễn Trần Hoài Bảo Trang 5 Đồ án môn học CAD/CAM/CNC GVHD: TS. Phan Nguyễn Duy Minh thiết kế theo tham số, có nhiều tính năng mạnh trong lĩnh vực CAD/CAM/CAE. Chỉ với Creo Prametric người dùng có thể thiết kế, tạo khuôn, lập trình gia công CNC và lập mô hình mô phỏng được tất cả các chi tiết hay vật thể.

Một số tính năng của phần mềm Thiết kế sản phẩm : Người dùng có thể thiết kế được tất cả các sản phẩm từ đơn giản bằng các công cụ: Extrude, Revolve, Sweep đến phức tạp bằng các lệnh: Blend, Warp, Section Sweep, Sweep Blend,…Hơn nữa, Creo Prametric còn hỗ trợ thiết kế sản phẩm theo tham số để tạo mô hình các chi tiết máy tiêu chuẩn một cách nhanh chóng. Ngoài ra cũng như các phần mềm 3D khác, Creo Prametric cho phép chỉnh sửa lại thông số thiết kế trong từng bước và cập nhật tự động cho các bước tiếp theo. Thiết kế khuôn : Creo Prametric mô phỏng các quá trình lắp khuôn và tách khuôn tạo sản phẩm. Sau khi thiết kế xong chi tiết mẫu, Creo Prametric cho phép chúng ta tính toán độ co rút của vật liệu, tự động thiết kế hình dạng lồng khuôn cho chi tiết mẫu và mô phỏng quá trình tách khuôn với chức năng Mold Cavity.

Lập trình gia công CNC : Với sự hỗ trợ của phần mềm Creo Prametric, công ty CNC thiết lập thật sự linh hoạt hơn và dễ dàng hơn, người dùng có thể chọn nhiều kiểu phay khác nhau để hoàn thiện chi tiết: Profile, Pocketing, Face, Gia công thô, Gia công thô, hoàn thiện và khắc chữ, và xuất chương trình gia công Xuất bản vẽ 2D : Cũng như các phần mềm khác, Creo cung cấp mô-đun tạo ra các chiều ngang, bằng hay cạnh,… từ chi tiết 3D của mô hình. Ngoài ra phần mềm còn cung cấp các ký hiệu có sẵn như định mức, các ký hiệu sai hình dung, … điều đó không góp phần làm bản vẽ nên đẹp hơn, sáng hơn mà còn giải phóng sức mạnh lao động con người Nguyễn Trần Hoài Bảo Trang 6 Đồ án môn học CAD/CAM/CNC GVHD: TS. Phan Nguyễn Duy Minh CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HŨ MATSU 2300ML 1. Tạo file vẽ mới  Chọn Select Working DirectoryChọn nơi lưu file Hình 1.

1: Thiết lập vị trí mặc định lưu file  Chọn New: Xuất hiện hộp thoại New  Trong Type chọn Part, trong Sub-type chọn Solid  Trong mục File name: đặt tên cho file vẽ  Bỏ tick Use default templateOK. Hộp thoại New File Options xuất hiện: Chọn mmns_part_solidOK a) b) Hình 1. 2: a) Thiết lập loại thiết kế và đặt tên, b) Thiết lập đơn vị Nguyễn Trần Hoài Bảo Trang 7 Đồ án môn học CAD/CAM/CNC GVHD: TS. Phan Nguyễn Duy Minh  Màn hình làm việc của phần mềm xuất hiện với 3 mặt phẳng chuẩn Hình 1.

3: Mà hình làm việc của phần mềm 2. Thiết kế Hũ Matsu 2300ml a) Tạo hình dạng của hũ Matsu 2300ml  Chọn tab ModelExtrudePlacementDefine Hình 1. 4: Chọn mặt phẳng vẽ Sketch Nguyễn Trần Hoài Bảo Trang 8 Đồ án môn học CAD/CAM/CNC GVHD: TS. Phan Nguyễn Duy Minh  Hộp thoại Sketch hiện ra, click chuột chọn mặt phẳng FRONTSketch Hình 1.

5: Hộp thoại Sketch  Chọn vào Sketch View để đưa về mặt phẳng vẽ 2D Hình 1. 6: Đưa mà hình về chế độ vẽ 2D  Trong group Sketching, chọn Center Rectangle Hình 1. 7: Chọn kiểu vẽ Skecth Nguyễn Trần Hoài Bảo Trang 9 Đồ án môn học CAD/CAM/CNC GVHD: TS. Phan Nguyễn Duy Minh  Tiến hành vẽ một hình vuông có chiều dài 126mmOK Hình 1.

8: Hình vẽ Sketch khối hũ Matsu  Chọn kiểu đùn đối xứng theo 2 phía Symmetric và nhập độ dài khối là 200mmOK Hình 1. 9: Tạo khối đùn đối xứng về 2 phía Nguyễn Trần Hoài Bảo Trang 10 Đồ án môn học CAD/CAM/CNC GVHD: TS. Phan Nguyễn Duy Minh  Chọn mặt phẳng trên khối vừa tạoExtrude Hình 1. 10: Chọn mặt phẳng vẽ Sketch  Chọn Sketch Viewvẽ biên dạng như Hình 11OK Hình 1.

11: Kích thước Sketch khối miệng của hũ Matsu Nguyễn Trần Hoài Bảo Trang 11 Đồ án môn học CAD/CAM/CNC GVHD: TS. Phan Nguyễn Duy Minh  Chọn kiểu đùn Blind và nhập chiều sâu cắt là 20mmRemove Materialchọn vào biểu tượng Flip OK Hình 1. 12: Kích thước chiều sâu đùn của miệng hũ Matsu b) Tạo phần thân của hũ Matsu 2300ml  Ta sử dụng lệnh Extrude để đùn với kích thước như Hình 13 a) b) Hình 1. 13: a) Kích thước Sketch phần thân, b) Chiều sau cắt của phần thân Nguyễn Trần Hoài Bảo Trang 12 Đồ án môn học CAD/CAM/CNC GVHD: TS.

Phan Nguyễn Duy Minh  Ta cũng sử dụng lệnh Extrude để đùn các phần thân còn lại với kích thước như sau: Hình 1. 14: Các kích thước đùn phần còn lại của phần thân a, b, c, d Nguyễn Trần Hoài Bảo Trang 13 Đồ án môn học CAD/CAM/CNC GVHD: TS. Phan Nguyễn Duy Minh  Tương tự ta cũng sử dụng lệnh Extrude để vẽ hốc tay cầm Hình 1. 15: Các kích thước để đùn hốc tay cầm  Dùng lệnh Mirror để đối xứng lệnh Extrude qua mặt phẳng TOP Hình 1.

16: Tạo hốc tay cầm bằng lệnh Mirror Nguyễn Trần Hoài Bảo Trang 14 Đồ án môn học CAD/CAM/CNC GVHD: TS. Phan Nguyễn Duy Minh  Dùng lệnh Draft để tạo độ nghiêng cho phần hốc tay cầm  Trong References:  Mục Draft Surfaces: chọn mặt cần vác nghiêng  Mục Draft hinges: chọn mặt phẳng cố định để tạo góc nghiêng  Mục Pull Direction: hướng tạo góc nghiêng Hình 1. 17: Tạo độ nghiêng mặt phẳng với góc 40  Các mặt còn lại làm tương tự với các thông số như Hình 18 Hình 1. 18: Tạo độ nghiêng mặt phẳng với góc 15 và goc 10 Nguyễn Trần Hoài Bảo Trang 15 Đồ án môn học CAD/CAM/CNC GVHD: TS.

Phan Nguyễn Duy Minh  Tiếp tục ta sử dụng lệnh Extrude để đùn các hốc ngón tay Hình 1.