Luận văn: Ứng dụng MastercamX trong thiết kế và gia công cơ khí 2D, 3D trên máy CNC

Luận văn nghiên cứu ứng dụng phần mềm Mastercam trong thiết kế, lập trình gia công chi tiết cơ khí 2D, 3D. Hướng dẫn quy trình trên máy phay và tiện CNC.

• Tác giả: Lê Văn Chiến
• Người hướng dẫn: Ts. Lê Văn Chiến
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Cơ Khí
• Đề tài: Ứng Dụng Phần Mềm CAD/CAM - Mastercam X Trong Thiết Kế Gia Công Cơ Khí 2D, 3D Trên Máy Tiện Và Máy Phay CNC
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2010
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái niệm và vai trò của Mastercam trong gia công CNC

Mastercam là phần mềm CAD/CAM hàng đầu được sử dụng rộng rãi trong ngành gia công cơ khí hiện đại. Đây là công cụ mạnh mẽ cho phép các kỹ sư và thợ máy thiết kế chi tiết 2D, 3D và tạo chương trình gia công tự động cho máy CNC. Mastercam giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, nâng cao độ chính xác và giảm thời gian gia công. Với giao diện thân thiện và các lệnh gia công đa dạng, Mastercam cho phép xử lý các chi tiết phức tạp trên máy tiện CNC và máy phay CNC một cách hiệu quả. Công nghệ CAD/CAM-CNC kết hợp thiết kế kỹ thuật số với sản xuất tự động, mang lại hiệu suất cao và chất lượng sản phẩm ổn định.

1.1. Định nghĩa Mastercam và CAD CAM

Mastercam X là phiên bản tiên tiến của phần mềm CAD/CAM chuyên biệt. CAD (Computer Aided Design) dùng để thiết kế hình học 2D, 3D, còn CAM (Computer Aided Manufacturing) tạo chương trình gia công tự động. Mastercam tích hợp cả hai chức năng này, cho phép người dùng từ thiết kế đến sản xuất mà không cần chuyển đổi phần mềm, tiết kiệm thời gian và chi phí.

1.2. Tầm quan trọng trong quá trình sản xuất hiện đại

Trong sản xuất hiện đại, Mastercam đóng vai trò then chốt trong việc nâng cao productivity và quality control. Phần mềm này cho phép tạo chương trình gia công CNC với độ chính xác cao, giảm thiểu lỗi và tối ưu hóa sử dụng dao cụ. Các doanh nghiệp gia công cơ khí sử dụng Mastercam để cạnh tranh về chất lượng và hiệu suất.

II. Quy trình thiết kế và gia công 2D 3D với Mastercam

Quy trình làm việc với Mastercam bao gồm các bước cơ bản: thiết kế hình học, tạo lệnh gia công, mô phỏng chương trình và truyền dữ liệu sang máy CNC. Đầu tiên, người dùng xây dựng mô hình 2D hoặc 3D trong Mastercam. Tiếp theo, chọn các lệnh gia công phù hợp như Lathe cho máy tiện, Pocket cho gia công hốc, hoặc Extrude, Revolve cho các hình khối phức tạp. Mastercam tự động tính toán đường dao cụ (Cutter Location Data) và tạo mã G (G-code) cho máy CNC. Cuối cùng, chương trình được kiểm tra bằng mô phỏng 3D trước khi truyền tới máy. Quy trình này đảm bảo độ chính xác cao và giảm rủi ro lỗi trong sản xuất.

2.1. Xây dựng hình học 2D trong Mastercam

Mastercam cung cấp các công cụ vẽ chi tiết để tạo hình học 2D như đường thẳng, vòng tròn, spline. Người dùng có thể nhập từ file CAD hoặc vẽ trực tiếp. Các lệnh geometry trong Mastercam rất linh hoạt, hỗ trợ chuyển đổi từ nhiều định dạng file khác nhau, giúp quá trình thiết kế nhanh chóng và chính xác.

2.2. Mô hình 3D và công cụ xây dựng

Để tạo mô hình 3D phức tạp, Mastercam cung cấp các công cụ như Extrude, Revolve, Sweep, Loft. Mỗi công cụ phục vụ cho hình dạng khác nhau. Revolve dùng để tạo các chi tiết quay, Sweep xây dựng hình theo đường, còn Loft nội suy giữa nhiều mặt cắt. Các công cụ này cho phép thiết kế những chi tiết 3D phức tạp phục vụ cho gia công trên máy phay CNC.

III. Các lệnh gia công chuyên biệt trong Mastercam

Mastercam tích hợp nhiều lệnh gia công specialized cho từng loại máy CNC. Đối với máy tiện CNC, các lệnh như Lathe Rough, Lathe Finish, Lathe Groove, Lathe Drill, Lathe Thread cho phép gia công các chi tiết quay với hình dạng đa dạng. Đối với máy phay CNC, các lệnh Pocket (gia công hốc), Contour (gia công contour), Drill (khoan), và Face (phay mặt) cho phép xử lý các chi tiết phức tạp. Mỗi lệnh gia công trong Mastercam được tối ưu hóa về tốc độ dao cụ, chiều sâu cắt (depth of cut), và chiều rộng cắt (width of cut) để đạt hiệu suất cao nhất. Việc lựa chọn lệnh gia công đúng là chìa khóa để tạo chương trình gia công hiệu quả và tiết kiệm chi phí.

3.1. Lệnh gia công trên máy tiện CNC

Các lệnh Lathe trong Mastercam được thiết kế riêng cho máy tiện CNC. Lathe Rough loại bỏ vật liệu thô, Lathe Finish gia công bề mặt cuối cùng với độ chính xác cao. Các lệnh Groove, Thread xử lý các chi tiết đặc biệt. Mastercam tự động tính toán số vòng ăn, độ sâu cắt để gia công tối ưu trên máy tiện như CAK6136V/750.

3.2. Lệnh gia công trên máy phay CNC

Lệnh Pocket là một trong những lệnh quan trọng nhất cho máy phay CNC, dùng gia công hốc, khoét sâu. Lệnh Contour gia công theo đường biên, Drill khoan lỗ chính xác, Face phay bằng mặt. Mastercam cho phép kiểm soát tốc độ trục chính (RPM), tốc độ tiến dao (feedrate) trên các máy phay hiện đại như VMC0641.

IV. Ứng dụng thực tiễn và quy trình truyền dữ liệu sang máy CNC

Sau khi tạo xong chương trình gia công trong Mastercam, bước tiếp theo là truyền dữ liệu sang máy CNC. Mastercam tạo file mã G (G-code) chứa các lệnh điều khiển máy. Việc truyền dữ liệu được thực hiện qua phần mềm trung gian như Wincom hoặc các cổng giao tiếp RS-232, Ethernet. Trước khi thực hiện gia công thực tế, chương trình cần được mô phỏng (simulation) trong Mastercam để phát hiện các lỗi tiềm ẩn như va chạm dao cụ, lỗi đường dao. Khi chương trình được xác nhận, nó được tải vào bộ điều khiển CNC của máy. Quy trình này đảm bảo an toàn, nâng cao độ tin cậy và giảm thiểu tổn hao dao cụ cũng như chi phí sản xuất. Các tham số gia công như chiều sâu cắt, tốc độ tiến dao được điều chỉnh dựa trên loại vật liệu và độ cứng của chi tiết.

4.1. Mô phỏng và kiểm tra chương trình gia công

Simulation là bước quan trọng giúp phát hiện lỗi trước khi gia công thực tế. Mastercam cho phép xem trước quá trình gia công 3D, kiểm tra xung đột dao cụ với chi tiết, xác định các vùng chưa gia công. Mô phỏng giúp tối ưu hóa chương trình, tiết kiệm thời gian máy và vật liệu, nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng.

4.2. Truyền dữ liệu và điều khiển máy CNC

Phần mềm Wincom được sử dụng để truyền mã G từ Mastercam sang máy CNC. Quá trình này thiết lập các tham số truyền như baud rate, parity, stop bits. Sau khi truyền thành công, chương trình được lưu trong bộ nhớ máy CNC. Người điều hành máy có thể khởi động quá trình gia công với các chi tiết như máy tiện CAK6136V/750 hoặc máy phay VMC0641.

Trích đoạn nội dung tài liệu

PHẦN MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỂ TÀI Những năm gần đây việc ứng dụng CAD/CAM trong thiết kế, chế tạo sắn phẩm công nghiệp ngày càng phé bién & Vit Nam. CAD (Computer aided design) là thiết kế với sự trợ giúp của may tinh, CAM ( Computer aided Manufacturing) IA 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 dộ lao dộng, tự động hoá quá trinh 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, Vereul, Surfeam, Cimatron. Mastercam là một phần mềm CAD/CAM tích hợp được sử dụng rộng dãi ở Châu Âu và trên thế giới.

Mastercam có khả năng thiết kế công nghệ dể diều khiển cho máy phay CNC năm trục, mấy tiện ƠNC bốn trục, may gất 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 nhiền phiên bản mastercam mới Mastercam X, XR2, XR3 chvia cé thi liệu, Vì vậy chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu để tài "Nghiên cứu, ứng dựng phần mêm CAĐ/CAIM- MASTERCAM 10 trong thiết kế và gia công cơ khí 2Ð, 3D trên máy tiện và máy phay CNC’. TINH HINH NGHIEN CUU TRONG NƯỚC VA NGOÀI NƯỚC 3. Tình hình nghiên cứu trong nước.

liiện nay với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin, hệ thống CAD/CAM tích hop duoc phat triển rất nhanh chống. NÓ đã tạo ra sự lên thông từ quá trình thiết kể Li Vin Chitn 8 Truing BIE Bich khoa 20ù (tội -Duận uăữn thục tổ độ môn chế tạo máu Hình 3. Hình ảnh tiện ren chỉ tiết trục. Hình ảnh tiện cất đút chỉ tiết trục.

Chỉ tiết trục nối sau lui gia công trên máy tiện CNC. Máy đo độ nhám bằng phương pháp tiếp xức Niữufoy0. Bản về chỉ HẾT.11, Ban vé 3D chi tiét phay trong môi trường MasterCAM. Bộ điều khiển của máy phay VMC 0641.

Hành ảnh phay một phẳng, hức. Hình ảnh sau khi phay bốc cẩu.16: Hình ảnh khi phay tính hộc Hình 3. Hành ảnh chỉ tiết sau khi gia công trên máy phay VIMC 0641. Máy áo độ nhám bằng phương pháp tiếp xúc Mituloyo.115 Li Vin Chitn 7 (Thường 2926 /Búch khoa 20ù (tội -Duận uăữn thục tổ độ môn chế tạo máu Hình 3.

Hình ảnh tiện ren chỉ tiết trục. Hình ảnh tiện cất đút chỉ tiết trục. Chỉ tiết trục nối sau lui gia công trên máy tiện CNC. Máy đo độ nhám bằng phương pháp tiếp xức Niữufoy0.

Bản về chỉ HẾT.11, Ban vé 3D chi tiét phay trong môi trường MasterCAM. Bộ điều khiển của máy phay VMC 0641. Hành ảnh phay một phẳng, hức. Hình ảnh sau khi phay bốc cẩu.16: Hình ảnh khi phay tính hộc Hình 3.

Hành ảnh chỉ tiết sau khi gia công trên máy phay VIMC 0641. Máy áo độ nhám bằng phương pháp tiếp xúc Mituloyo.115 Li Vin Chitn 7 (Thường 2926 /Búch khoa 20ù (tội -Duận uăữn thục tổ độ môn chế tạo máu 1. Tình hình ứng dụng công nghệ CAD/CAM - CNC tại Việt Nam:. PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO CAC SAN PHAN CO KHi UNG DUNG CÔNG NGHỆ CAD/CAM LI ƠNC.

Quá trình thiết kế ứng dụng công nghệ CAD/CAM - CNC. Quá trình gia công ứng dụng công nghệ CAD/CAM _I CN 1. CHUONG 11 ‘TONG QUAN PLAN MEM MASTERCAM X10. MOE TRUONG MASTERCAM X.

Màn hình MasterCAM.Sử dụng các lệnh dộng trong MasterCAM (MasterCAM Navigation tơiNAHHI}. HH oe khen vases, 5B: 3. CƠ SỞ XÂY DỰNG HÌNH HỌC 2D. CƠ SỞ XÂY DỰNG HÌNH HỌC 3D.

Công cụ EXÍTHđC,. Công cụ ReVÏve. HH Han eo ưe 62 2. Công cy Sweep Cong cy Lofi.

cà ee ¬—-- 68 ông cụ Chainfer. co SH Heuướn 67 2. Lệnh Lathc Rough .4, Lénh Lathe Groove Eoolpafh. Lệnh Lathe Dril Toølpalh.

Lệnh Lathe Threari TonÏpafii. TÁC LỆNH GIÁ CÔNG PHAY. Li Vin Chitn 2 Fruing BIE Bich khoa 20ù (tội -Duận uăữn thục tổ độ môn chế tạo máu 3. Lệnh POCKET: Gia công hốc 2.

TRUYỂN ĐỮ LIỆU CHƯƠNG TRÌNH GIÁ CÔNG MÁY TÍNH SANG MÁY ƠNC .1, Khoi dong phan mém Wincom. 81 'hiết lập các tham số truyền. 281 ¬ >3) u từ máy ƠNC sang máy tíanh: Work/ Receive (E2). 84 THIẾT KẾ VÀ CHẠY CHƯƠNG TRÌNH GIÁ CÔNG CHI TIẾT 2D, 3D BANG PHAN MEM MASTERCAM VÀ THỰU HIỆN QUÁ TRÌNH GIA CONG TREN MAY TIEN CAK6136V/750 VA MAY PHAY VMC0641.

Thiết kế và chạy chương trình gia công chỉ (iết 3D, 3D bằng phản mềm Maslercam và Lhực biện quá trình gia công trên máy liện CAK6136V/750 86 3.Ban vé chi liết: Gia công chỉ tiết trục 'rinh tự thực biện: lết kế và chạy chương (rình gia công chỉ tiết 2D, 3D bằng phản mềm: Mastercam và thực Hiện quá írinh gia công trên (rung tâm phay Vimc064L ¬. fee fi tae eects se. 'Thiết kế chỉ tiết:. vane O3 CHUONG IV KẾT QUÁ VÀ BÀN LUẬN.

TẢI LIỆU THÁM KHẢO Li Vin Chitn 3 Trutng BIC Bich khoa 20ù (tội -Duận uăữn thục tổ độ môn chế tạo máu DANH MỤC CAC BO THI VA HINH VE Trang Hinh 1. Hé thong DNC. So dé chte ky sénxudt theo công nghệ truyền thỐng. So dé chu kj sén xudt ing dung cong nghé CADICAM - Hình 1.

Mức tiếp cộn .5, Mức tIẾp cộn 2. Mite tiếp can 3. Mite tiếp cộn Š. Mức tiếp cộn Ế.

c con nu cniee ¬—.9, Hệ chuyển giao dữ. gián tiếp thông qua tệp trung gian. Các giao điện dùng trong lĩnh vực cơ khí. Quá trình truyền dẫn dữ liệu qua hai hệ CAD/CANMA và E.

ứng dụng máy tính vào quá trình thiết kế. Mối liên hệ giữa cơ sử dữ liệu với CAD/CAAM,. Sơ đồ qáu trành gia công. Điều khiển điểm - điểm.16, Diéu khién dogn thang.

Điều khiển 2D trên máy phay. sreirsrrorer2Ø) THình 1.18, Điều khiển 3D trên máy phạy. Hheeerer tren "— Hình 1. Điều khiển 4D và 5D.

Hệ tọa độ trên máy CNC và chuyển động của các trục.2, Man hình MasterCANEXÃ. Màn hình làm việc MasterCAN. Bản về chỉ HẾT.2May tign CNC CAK 6136V/759.1 Bộ diều khiển của máy tiện CNC CAK 6136Y/750. Hình ảnh tiện thô và tính chủ tiết trục.

Hinh dnh tién cat rãnh chỉ tiết trục 99 Li Vin Chitn 6 tường 220 Bich hoa Ha bi -Duận uăữn thục tổ độ môn chế tạo máu 1. Tình hình ứng dụng công nghệ CAD/CAM - CNC tại Việt Nam:. PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO CAC SAN PHAN CO KHi UNG DUNG CÔNG NGHỆ CAD/CAM LI ƠNC. Quá trình thiết kế ứng dụng công nghệ CAD/CAM - CNC.

Quá trình gia công ứng dụng công nghệ CAD/CAM _I CN 1. CHUONG 11 ‘TONG QUAN PLAN MEM MASTERCAM X10. MOE TRUONG MASTERCAM X. Màn hình MasterCAM.Sử dụng các lệnh dộng trong MasterCAM (MasterCAM Navigation tơiNAHHI}.

HH oe khen vases, 5B: 3. CƠ SỞ XÂY DỰNG HÌNH HỌC 2D. CƠ SỞ XÂY DỰNG HÌNH HỌC 3D. Công cụ EXÍTHđC,.

Công cụ ReVÏve. HH Han eo ưe 62 2. Công cy Sweep Cong cy Lofi. cà ee ¬—-- 68 ông cụ Chainfer.

co SH Heuướn 67 2. Lệnh Lathc Rough .4, Lénh Lathe Groove Eoolpafh. Lệnh Lathe Dril Toølpalh. Lệnh Lathe Threari TonÏpafii.

TÁC LỆNH GIÁ CÔNG PHAY. Li Vin Chitn 2 Fruing BIE Bich khoa 20ù (tội -Duận uăữn thục tổ độ môn chế tạo máu DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TÁT CAD - Computer Aided Design CAM - Compnter Aided Manufacturing CAE - Computer Aided Engineering CNC - Computerized Numerical Controi DNC - Direct Numerical Control PHICS Programers Hierarchica Graphic System GKS-3D - Graphic Kernel SysLem CGI Computer Graphic Interface CGM - Computer Graphic Metatile IGES Initial Graphic Exchange Specification SUT — Standard lixchange Transport VDAFS— VAD — Flachenschnitt PDES — Produce Data Exchange Specification STRP - Standard for Exchange of Product Model Data CAD-NT-CAD-Normteile IRDATA — Industrial Robot Dats APT — Automatically Programmed Tools CLDATA — Cutter Location Data MAP = Manufacturing Automation Protocol TOP — Technical and Office Protocol Li Vin Chitn 4 Tường 2070 Bich khwa Ha Gi -Duận uăữn thục tổ độ môn chế tạo máu 1. Tình hình ứng dụng công nghệ CAD/CAM - CNC tại Việt Nam:. PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO CAC SAN PHAN CO KHi UNG DUNG CÔNG NGHỆ CAD/CAM LI ƠNC.

Quá trình thiết kế ứng dụng công nghệ CAD/CAM - CNC. Quá trình gia công ứng dụng công nghệ CAD/CAM _I CN 1. CHUONG 11 ‘TONG QUAN PLAN MEM MASTERCAM X10. MOE TRUONG MASTERCAM X.

Màn hình MasterCAM.Sử dụng các lệnh dộng trong MasterCAM (MasterCAM Navigation tơiNAHHI}. HH oe khen vases, 5B: 3. CƠ SỞ XÂY DỰNG HÌNH HỌC 2D. CƠ SỞ XÂY DỰNG HÌNH HỌC 3D.

Công cụ EXÍTHđC,. Công cụ ReVÏve. HH Han eo ưe 62 2. Công cy Sweep Cong cy Lofi.

cà ee ¬—-- 68 ông cụ Chainfer. co SH Heuướn 67 2. Lệnh Lathc Rough .4, Lénh Lathe Groove Eoolpafh. Lệnh Lathe Dril Toølpalh.

Lệnh Lathe Threari TonÏpafii. TÁC LỆNH GIÁ CÔNG PHAY. Li Vin Chitn 2 Fruing BIE Bich khoa 20ù (tội -Duận uăữn thục tổ độ môn chế tạo máu DANH MỤC CAC BO THI VA HINH VE Trang Hinh 1. Hé thong DNC.

So dé chte ky sénxudt theo công nghệ truyền thỐng. So dé chu kj sén xudt ing dung cong nghé CADICAM - Hình 1. Mức tiếp cộn .5, Mức tIẾp cộn 2. Mite tiếp can 3.

Mite tiếp cộn Š. Mức tiếp cộn Ế. c con nu cniee ¬—.9, Hệ chuyển giao dữ. gián tiếp thông qua tệp trung gian.

Các giao điện dùng trong lĩnh vực cơ khí. Quá trình truyền dẫn dữ liệu qua hai hệ CAD/CANMA và E. ứng dụng máy tính vào quá trình thiết kế. Mối liên hệ giữa cơ sử dữ liệu với CAD/CAAM,.

Sơ đồ qáu trành gia công. Điều khiển điểm - điểm.16, Diéu khién dogn thang. Điều khiển 2D trên máy phay. sreirsrrorer2Ø) THình 1.18, Điều khiển 3D trên máy phạy.

Hheeerer tren "— Hình 1. Điều khiển 4D và 5D. Hệ tọa độ trên máy CNC và chuyển động của các trục.2, Man hình MasterCANEXÃ. Màn hình làm việc MasterCAN.

Bản về chỉ HẾT.2May tign CNC CAK 6136V/759.1 Bộ diều khiển của máy tiện CNC CAK 6136Y/750. Hình ảnh tiện thô và tính chủ tiết trục. Hinh dnh tién cat rãnh chỉ tiết trục 99 Li Vin Chitn 6 tường 220 Bich hoa Ha bi -Duận uăữn thục tổ độ môn chế tạo máu PHẦN MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỂ TÀI Những năm gần đây việc ứng dụng CAD/CAM trong thiết kế, chế tạo sắn phẩm công nghiệp ngày càng phé bién & Vit Nam.

CAD (Computer aided design) là thiết kế với sự trợ giúp của may tinh, CAM ( Computer aided Manufacturing) IA gia công với sự trợ giúp của máy tính. Song song với sự phát triển của công nghệ thông tin.