» Đào tạo » Chương trình đào tạo » CAM & CNC »

TỔNG QUAN VỀ CAM/CNC

1. Khái niệm CAM/CNC:

Trong một thế giới đầy những thứ vật chất - vật phẩm có sản phẩm, bộ phận hoặc địa điểm - Sản xuất hỗ trợ máy tính (CAM) làm cho tất cả đều có thể. Khi bạn cần một cái gì đó được tạo ra, không chỉ được thiết kế, CAM là câu trả lời của bạn. Điều gì xảy ra đằng sau hậu trường? Hãy tiếp tục đọc và bạn sẽ tìm ra.

Computer Aided Manufacturing (CAM) là công nghệ liên quan đến sử dụng các hệ thống máy tính và phần mềm để lập kế hoạch quản lý và kiểm soát các hoạt động sản xuất thông qua giao diện máy tính trực tiếp hoặc gián tiếp với các nguồn lực sản xuất của nhà máy.

Một trong những lĩnh vực quan trọng nhất của CAM là điều khiển số NC (Numerical Control), đây là kỹ thuật sử dụng các lệnh được lập trình để điều khiển một máy công cụ như mài, cắt, phay, đục lỗ, uốn, hoặc biến dạng một phôi thô thành một thành phẩm.

Máy tính bây giờ có thể tạo ra một lượng đáng kể các hướng dẫn NC dựa trên dữ liệu hình học từ cơ sở dữ liệu CAD cùng với thông tin bổ sung do nhà điều hành cung cấp. Các nỗ lực nghiên cứu đang tập trung và giảm thiểu các tương tác của nhà điều hành.

Một chức năng CAM quan trọng khác là lập trình robot có thể hoạt động trong một dây chuyển sản xuất, lựa chọn và định vị công cụ và phôi gia công cho các máy NC. Những robot này cũng có thể thực hiện các nhiệm vụ như hàn, lắp ráp, hoặc vận chuyển thiết bị trong nhà máy.

CAM còn có chức năng lập quy trình gia công chế tạo. Quy trình gia công ở đây bao gồm các nguyên công chi tiết của các bước sản xuất từ ban đầu đến kết thúc, từ máy này đến máy khác trong dây chuyền sản xuất. Máy tính có thể được sử dụng để xác định khi nào đặt hàng nguyên liệu, mua sắm linh kiện và số lượng hàng hóa cần phải đặt để đáp ứng kế hoạch sản xuất.

Các thành phần để hệ thống CAM hoạt động tùy thuộc vào quá trình sản xuất:

· Bước lập quy trình sản xuất: Các thành phần của hệ thống CAM cần phải có gồm Kỹ thuật lập quy trình gia công (chế tạo), tính toán (phân tích) chí phí, thông số vật liệu, và đặc điểm kỹ thuật của máy móc (công cụ).

· Bước lập trình / gia công chi tiết: Cần có phần mềm (Cho máy biết cách tạo sản phẩm bằng cách tạo đường chạy dao),

máy móc (Có thể biến nguyên liệu thô thành một sản phẩm hoàn chỉnh),

và Post Processing (Chuyển đổi đường chạy dao thành ngôn ngữ máy có thể hiểu).

· Bước kiểm tra: Cần có phần mềm kiểm tra và thiết bị máy móc kiểm tra

· Bước lắp ráp: Cần công cụ về lập trình và mô phỏng robot

Các thành phần của hệ thống CAM kết hợp với mày móc thiết bị sẽ vượt trội hơn hàng tấn công sức lao động và kỹ năng của con người.

Là một ngành công nghiệp, chúng tôi đã dành nhiều năm để xây dựng và hoàn thiện các máy móc sản xuất tốt nhất. Ngày nay, không có thiết kế nào quá khó đối với bất kỳ cửa hàng máy móc nào để xử lý.

2. Quá trình từ CAD sang CAM:

Không có CAM thì không có CAD. CAD tập trung vào thiết kế của một sản phẩm hoặc một phần. Nó trông như thế nào, nó hoạt động như thế nào. CAM tập trung vào cách làm cho nó.

Sự khởi đầu của mọi quy trình kỹ thuật bắt đầu trong thế giới của CAD. Các kỹ sư sẽ tạo ra một bản vẽ 2D hoặc 3D, cho dù đó là một trục khuỷu cho ô tô, khung xương bên trong của vòi bếp hoặc các thiết bị điện tử ẩn trong bảng mạch. Trong thế giới của CAD, bất kỳ thiết kế nào cũng được gọi là mô hình và chứa một tập các thuộc tính vật lý sẽ được sử dụng bởi hệ thống CAM.

Tạo đường Toolpaths

Khi một thiết kế hoàn thành bằng CAD, nó có thể được tải vào CAM. Điều này theo truyền thống được thực hiện bằng cách xuất một tệp CAD và sau đó nhập nó vào phần mềm CAM. Nếu bạn sử dụng một công cụ phần mềm như Mastercam, NX cam, CATIA cam…,nơi CAD và CAM đều tồn tại trong cùng một thế giới, do đó, không có yêu cầu nhập / xuất.

Khi mô hình CAD của bạn được nhập vào CAM, phần mềm bắt đầu chuẩn bị mô hình để gia công. Gia công là quá trình được kiểm soát để biến đổi nguyên liệu thô thành hình dạng xác định thông qua các hành động như khoan, khoét, doa, phay, tiện…

Phần mềm CAM chuẩn bị một mô hình để gia công bằng cách thực hiện một số hành động, bao gồm:

• Kiểm tra xem mô hình có bất kỳ lỗi hình học nào sẽ ảnh hưởng đến quá trình sản xuất.

• Tạo đường chạy dao cho mô hình, là một bộ tọa độ mà máy sẽ tuân theo trong quá trình gia công.

• Đặt bất kỳ thông số máy cần thiết nào, bao gồm tốc độ cắt, điện áp, chiều cao cắt / xuyên, vv.

• Cấu hình lồng trong đó hệ thống CAM sẽ quyết định hướng tốt nhất cho một phần để tối đa hóa hiệu quả gia công.

Sau khi mô hình được chuẩn bị để gia công, tất cả thông tin đó sẽ được gửi đến một máy để sản xuất phần vật lý. Tuy nhiên, chúng ta có thể chỉ cần cung cấp cho máy một loạt các hướng dẫn bằng tiếng Anh, chúng ta cần nói ngôn ngữ máy. Để làm điều này, chúng tôi chuyển đổi tất cả thông tin gia công của chúng tôi sang một ngôn ngữ gọi là mã G. Đây là bộ hướng dẫn điều khiển các hành động của máy, bao gồm tốc độ, tốc độ nạp, chất làm mát, v.v.

Mã G rất dễ đọc khi bạn hiểu định dạng. Một ví dụ trông như thế này:

G01 X1 Y1 F20 T01 S500

G01 biểu thị di chuyển tuyến tính, dựa trên tọa độ X1 và Y1.

F20 đặt tốc độ nạp liệu, là khoảng cách máy di chuyển trong một vòng quay trục chính.

T01 bảo máy sử dụng Công cụ 1

S500 đặt tốc độ trục chính.

Khi mã G được tải vào máy và một lần vận hành bắt đầu, công việc của chúng tôi đã hoàn tất. Bây giờ đã đến lúc để máy thực hiện công việc thực thi mã G để chuyển đổi một khối nguyên liệu thô thành sản phẩm hoàn chỉnh.

3. Thoáng qua về máy CNC:

Cho đến thời điểm này, chúng tôi đã nói về máy móc trong một hệ thống CAM như là những cỗ máy đơn giản, nhưng điều đó thực sự không làm họ công bằng. Nhìn một chiếc máy phay CNC trượt qua một khối kim loại giống như cắt bơ, nếu không có những chiếc máy này, công việc của tôi sẽ là không thể.

Tất cả các trung tâm sản xuất hiện đại sẽ vận hành nhiều loại máy tính điều khiển số máy tính (CNC) để sản xuất các bộ phận kỹ thuật. Quá trình lập trình máy CNC để thực hiện các hành động cụ thể được gọi là gia công CNC.

Trước khi máy CNC ra đời, các trung tâm sản xuất đã được vận hành thủ công. Tất nhiên, giống như tất cả những thứ mà máy tính chạm vào, tự động hóa đã sớm theo sau. Ngày nay, sự can thiệp duy nhất của con người cần có để chạy máy CNC là tải chương trình, chèn nguyên liệu thô, sau đó dỡ một sản phẩm hoàn chỉnh.

Có các loại máy CNC khác nhau bao gồm:

Máy CNC điêu khắc (CNC Routers)

Những máy này cắt các bộ phận và khắc ra nhiều hình dạng với các bộ phận kéo sợi tốc độ cao.

Ví dụ: Máy CNC điêu khắc được sử dụng cho chế biến gỗ có thể giúp dễ dàng cắt ván ép thành các bộ phận của tủ. Nó cũng có thể dễ dàng giải quyết khắc trang trí phức tạp trên bảng điều khiển cửa. Bộ định tuyến CNC có khả năng cắt 3 trục, cho phép chúng di chuyển dọc theo trục X, Y và Z.

Máy cắt (Water, Plasma & Laser Cutters)

Những máy này sử dụng tia laser chính xác, nước áp lực cao hoặc đèn khò plasma để thực hiện cắt hoặc khắc hoàn thành có kiểm soát. Kỹ thuật khắc thủ công có thể mất vài tháng để hoàn thành bằng tay, nhưng một trong những máy này có thể hoàn thành công việc tương tự trong vài giờ hoặc vài ngày. Máy cắt plasma đặc biệt hữu ích để cắt xuyên qua các vật liệu dẫn điện như kim loại.

Máy phay (Milling Machines)

Những máy này loại bỏ nhiều loại vật liệu như kim loại, gỗ, vật liệu tổng hợp, ...

Máy phay có tính linh hoạt rất lớn với nhiều công cụ có thể đáp ứng các yêu cầu về vật liệu và hình dạng cụ thể. Mục tiêu tổng thể của máy phay là loại bỏ khối lượng khỏi khối nguyên liệu thô hiệu quả nhất có thể.

Máy tiện (Lathes)

Những máy này cũng bỏ đi những nguyên liệu thô như máy phay, họ chỉ làm khác đi. Một máy phay có một công cụ kéo sợi và vật liệu đứng yên, trong đó một máy tiện quay tròn vật liệu và cắt bằng một công cụ đứng yên.

Máy gia công tia lửa điện - Electrical Discharge Machines (EDM)

Những máy này cắt một hình dạng mong muốn ra khỏi nguyên liệu thông qua phóng điện. Một tia lửa điện được tạo ra giữa một điện cực và nguyên liệu thô, với nhiệt độ tia lửa điện tử lên tới 8.000 đến 12.000°C. Điều này cho phép EDM tan chảy qua gần như mọi thứ trong một quy trình được kiểm soát và cực kỳ chính xác.

4. Yếu tố con người của CAM

Yếu tố con người luôn là một chủ đề gây xúc động kể từ khi CAM xuất hiện vào những năm 1990.

Quay trở lại những năm 1950 khi gia công CNC lần đầu tiên được giới thiệu bởi John T. Parsons, máy móc vận hành khéo léo đòi hỏi một lượng lớn đào tạo và thực hành.

Trong thời của gia công thủ công, trở thành một người vận hành máy (Machinist) là một huy hiệu danh dự phải mất nhiều năm đào tạo để hoàn thiện.

Một người vận hành máy phải làm tất cả - đọc bản thiết kế, biết sử dụng công cụ nào, xác định nguồn cấp và tốc độ cho các vật liệu cụ thể và cẩn thận cắt một phần bằng tay.

Đó là chỉ về kỹ năng thủ công chính xác. Trở thành một Machinist là cả một nghệ thuật và khoa học.

Ngày nay, Người vận hành máy hiện đại (Modern Machinist) vẫn còn sống. Con người, máy móc và phần mềm kết hợp để đưa ngành công nghiệp của chúng ta tiến lên.

Các kỹ năng đã từng mất 40 năm để thành thạo giờ đây có thể bị chinh phục trong một phần nhỏ thời gian.

Các máy móc và phần mềm CAM mới đã cho chúng tôi nhiều quyền kiểm soát hơn bao giờ hết để thiết kế và tạo ra các sản phẩm tốt hơn và sáng tạo hơn so với tổ tiên của chúng tôi, điều mà chúng sẽ thừa nhận khi bắt đầu.

Tất cả điều này có ý nghĩa gì đối với yếu tố sản xuất của con người? Vai trò của một người vận hành máy truyền thống đang thay đổi.

Ngày nay, chúng ta đã thấy một môi trường của những người thợ máy hiện đại diễn ra với ba vai trò tiêu biểu:

· Người vận hành (Operator): Cá nhân này đưa nguyên liệu thô vào máy CNC và chạy các bộ phận đã hoàn thành thông qua quy trình đóng gói cuối cùng.

· Cài đặt vận hành (Setup Operator): Cá nhân này thực hiện cấu hình ban đầu cho máy CNC, bao gồm tải chương trình G-code và thiết lập các dụng cụ.

· Lập trình viên (Programmer): Cá nhân này lấy bản vẽ từ mô hình CAD và quyết định cách gia công nó bằng các máy CNC có sẵn . Công việc của họ là xác định đường chạy dao, công cụ, tốc độ và nguồn cấp dữ liệu trong G-code để hoàn thành công việc.

Trong một quy trình công việc điển hình, Lập trình viên sẽ trao chương trình của mình cho Trình điều khiển thiết lập (Setup Operator), sau đó sẽ tải G-code vào máy. Khi máy đã sẵn sàng để cuộn, Người vận hành sẽ tạo bộ phận. Trong một số cửa hàng, các vai trò này có thể kết hợp và chồng chéo vào trách nhiệm của một hoặc hai người.

Ngoài các hoạt động vận hành máy hàng ngày, còn có đội ngũ Kỹ sư sản xuất. Trong một thiết lập cửa hàng mới, cá nhân này thường thiết lập các hệ thống và xác định một quy trình sản xuất lý tưởng. Đối với các thiết lập hiện có, Kỹ sư sản xuất sẽ giám sát chất lượng thiết bị và sản phẩm trong khi xử lý các nhiệm vụ quản lý khác.

5. Sự phát triển của việc thực hiện sản phẩm:

Trước khi chúng tôi tập trung vào lịch sử của CAM, đáng để xem xét sự phát triển lịch sử của ngành sản xuất

Danh mục	Cột mốc
Xương	Dụng cụ cầm tay: nghìn năm đến vài nghìn năm
Cơ bắp	Máy công cụ: Cách mạng công nghiệp, thế kỷ 18, sản phẩm tùy chỉnh
Sự thông minh	Đồng hồ đo: Cuối thế kỷ 19, khả năng thay thế lẫn nhau
Tài nguyên	Hệ thống sản xuất: đầu thế kỷ 20
Quản lý	Hệ thống quản lý hiện đại trong dây chuyền công nghệ
Thần kinh	Điều khiển số, robot (thập niên 1950, 1960, 1970),hệ thống sản xuất linh hoạt, cảm biến, tầm nhìn
Trí óc	Sản xuất với sự trợ giúp của máy tính, sản xuất thông minh

Các cột mốc sản xuất chính diễn ra trong quá trình văn minh của loài người.

• Người ta nói rằng điều khác biệt giữa con người với các động vật khác là khả năng sử dụng các công cụ của chúng ta.

• Một số động vật sử dụng các công cụ để giúp chúng lấy thức ăn.

• Con người là loài duy nhất biết cách xây dựng (nghĩa là sản xuất).

• Ngày nay thiết bị sản xuất thường được điều khiển bởi các thiết bị kỹ thuật số thông qua các chương trình phần mềm.

6. Tác động của CAM:

Chúng tôi có John T. Parsons để cảm ơn vì đã giới thiệu một phương pháp thẻ đục lỗ để lập trình và tự động hóa máy móc. Năm 1949, Không quân Hoa Kỳ đã tài trợ Parsons để chế tạo một cỗ máy tự động có thể vượt trội hơn các máy NC thủ công. Với sự giúp đỡ của MIT, Parsons đã có thể phát triển nguyên mẫu NC đầu tiên.

Từ đó thế giới gia công CNC bắt đầu cất cánh. Trong những năm 1950, Quân đội Hoa Kỳ đã mua máy NC và cho các nhà sản xuất mượn chúng. Ý tưởng là để khuyến khích các công ty áp dụng công nghệ mới vào quy trình sản xuất của họ. Trong thời gian này, chúng tôi cũng đã thấy MIT phát triển ngôn ngữ lập trình phổ quát đầu tiên cho các máy CNC: G-code.

Hệ thống mã G-code

Những năm 1990 đã mang đến sự ra đời của CAD và CAM trên PC, và đã hoàn toàn cách mạng hóa cách chúng ta tiếp cận sản xuất ngày nay. Các công việc CAD và CAM sớm nhất được dành cho các ứng dụng ô tô và hàng không vũ trụ đắt tiền, nhưng ngày nay phần mềm như Mastercam, NX, Catia, HyperMill, SolidCam… có sẵn cho các cửa hàng sản xuất với bất kỳ hình dạng và kích cỡ nào.

Kể từ khi thành lập, CAM đã mang đến rất nhiều cải tiến cho quy trình sản xuất, bao gồm:

· Cải thiện khả năng của máy: Các hệ thống CAM có thể tận dụng máy móc 5 trục tiên tiến để cung cấp các bộ phận tinh vi hơn và chất lượng cao hơn.

· Cải thiện hiệu quả máy: Ngày nay, phần mềm CAM CAM cung cấp các đường dẫn công cụ máy tốc độ cao giúp chúng tôi sản xuất các bộ phận nhanh hơn bao giờ hết.

· Cải thiện việc sử dụng vật liệu: Với máy móc phụ gia và hệ thống CAM, chúng tôi có thể sản xuất hình học phức tạp với lượng chất thải tối thiểu có nghĩa là chi phí thấp hơn.

Tất nhiên, những lợi ích này có một số sự đánh đổi. Hệ thống CAM và máy móc đòi hỏi một chi phí trả trước lớn. Bây giờ hãy tưởng tượng toàn bộ sàn cửa hàng của những người đó. Có vấn đề về doanh thu. Với việc vận hành máy móc trở thành ít giao dịch lành nghề, nó cực kỳ khó thu hút và giữ được tài năng tốt.