CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CAD/CAM/CNC
1.1.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. Cơng 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 hố. Hệ thống máy tính bao gồm phần mềm và phần
cứng được sử dụng để thực thi các chức năng thiết kế chun 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 tốn 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. Các ứng dụng của CAM được chia thành hai
phạm trù:
CNC(Computer Numerical Controlled ): Trước đây các chương trình điều khiển NC
đều phải thực hiện thơng 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
chưong 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 nghỉệp, đây là lĩnh vực có sự kết hợp chặt chẽ giữa
máy tính và máy công cụ.
1.2.Ứng dụng CAD/CAM/CNC trong việc thiết kế chế tạo 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 cơng thì ngày
nay trong các nghành công nghiệp nhiều máy công cụ cổ điển đã được thay thế bằng máy

SVTH:Trần Công Đuan Công Đua

Page 1


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.
Tồn bộ các thao tác gia cơng trên máy đều được thiết kế và mô phỏng trong chương
trình phần mềm. Giúp tránh được nhũng sai sót có thể xẩy ra.
Trình độ thiết kế và chế tạo khn 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 phàn cứng đièu 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 khn mẫu. Hướng phát triển của hệ thống tích hợp CAD/CAM là sẽ bổ sung các mơ
hình thiết kế, cập nhật thêm các phương pháp gia cơng chính xác, hiệu quả và hiện đại.
Phát triển các phần mềm trợ giúp thiết kế, tính tốn, kiểm định và mơ 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 sơi động. Có thể nói rằng: khơng có phần mềm CAD/CAM thì
khơng thể thiết kế và chế tạo khn mẫu phức tạp, có độ chính xác cao
Trong công nghệ chế tạo sản phẩm khuôn mẫu công nghệ cao thì cơng nghệ thơng tin
được ứng dụng rất có hiệu quả và đóng vai trị quan trọng quyết định trong ngành Cơ điện
tử. Việc ứng dụng công nghệ thông tin trong gia cơng 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
1.3.Giới thiệu chung về chức năng của ProE trong tổ hợp CAD/CAM/CNC Phần mềm ProE là


phần mềm tập hợp đầy đủ tính năng thiết kế và mơ phỏng q trình gia cơng chi tiết, với
chức năng như vậy chúng ta có thể sử dụng các chương trình đã được lập trình bằng phần

SVTH:Trần Cơng Đuan Cơng Đua

Page 2


mên này để kết nối nhập vào bộ điều khiển của máy CNC, hay quan sát q trình gia cơng
trước khi đi vào gia công thực tế.
Trong phần mềm ProE có nhiều Modul khác nhau, sau đây là một số modul cơ bản
được sử dụng để vẽ, phân khuôn và lập trình gia cơng:
Modul Sketcher:
Sketcher là cơng cụ phác thảo, có nhiệm vụ chính là tạo ra các Profile 2D hoặc 3D để
từ đó hình thành các mơ hình vật đặc (Solid) hoặc bề mặt (Surface). Tuy nhiên, do kế thừa
được các công cụ vẽ của CAD truyền thống, lại được bổ sung cơng cụ tham số hố,
Sketcher của CAD hiện đại trở thành công cụ vẽ mạnh và linh hoạt để tạo ra các bản vẽ kỹ
thuật. Người ta thường dùng Sketcher để tạo các bản vẽ đơn giản.
Modul Part:
Thiết kế các hình khối dạng 3D dựa vào phương pháp đùn khối hoặc quét thành khối
đặc (Solid) hoặc dạng mỏng (Shell) hay mặt (Supface).
Modul Manufacturing:
Thiết kế mô phỏng tách khuôn và gia công.
1.4. Giới thiệu về khuôn đúc hai tấm
a. Khn hai tấm có kênh dẫn nguội
Khn hai tấm là loại khuôn phổ biến nhất. So với khuôn ba tấm thì khn hai tấm đơn
giản hơn, rẻ hơn và chu kỳ ép phun ngắn hơn.+ Đối với khuôn hai tấm có một lịng khn
thì khơng cần đến kênh dẫn nhựa mà nhựa sẽ điền đầy trực tiếp vào lòng khuôn thông qua
bạc cuống phun.

+ Đối với khuôn hai tấm có nhiều lịng khn thì ta cần quan tâm đến việc thiết kế kênh
dẫn và miệng phun sao cho nhựa có thể điền đầy các lịng khn cùng lúc (vấn đề cân bằng
dòng chảy của nhựa). Trước khi bắt đầu thiết kế khuôn loại này ta nên dùng một mẫu để
phân tích thử trên phần mềm để tìm ra vị trí đặt miệng phun thích hợp nhất. Khi xét thấy vị
SVTH:Trần Công Đuan Công Đua

Page 3


trí các miệng phun có thể đặt thẳng hàng với các lịng khn thì việc dùng khn hai tấm là
thích hợp.

Hình 1.1 - a), b): Khn hai tấm có kênh dẫn nguội.
Vì vấn đề cân bằng dịng và địi hỏi các miệng phun phải được bố trí thẳng hàng với các
lịng khn mà việc thiết kế khn hai tấm có nhiều lịng khn gặp nhiều hạn chế đối với
một sản phẩm nhựa nhất định.

Hình 1.2 - Kết cấu khn hai tấm
b. Khn hai tấm có kênh dẫn nóng
Khn hai tấm dùng kênh dẫn nóng ln giữ cho nhựa nóng chảy trong bạc cuống phun,
kênh dẫn và miệng phun, nhựa chỉ đơng đặc khi nào nó chảy vào lịng khn. Khi khuôn mở
SVTH:Trần Công Đuan Công Đua

Page 4


ra thì chỉ có sản phẩm (đơi khi có thêm kênh dẫn nguội) được lấy ra ngồi. Khi khn đóng
lại thì nhựa trong các kênh dẫn nóng và tiếp tục điền đầy vào lịng khn một cách trực tiếp.
Kênh dẫn trong khn có thể gồm cả kênh dẫn nguội và kênh dẫn nóng.





Hình 1.3 – Khn hai tấm có kênh dẫn nóng

Đối với loại khn này, các miệng phun phải được đặt ở vị trí trung tâm của các lịng
khn. Điều này có nghĩa là các kênh dẫn phải được đặt xa mặt phân khuôn. Nhưng điều
này không gây bất kỳ trở ngại nào cho việc thiết kế. Loại khuôn này cũng phù hợp với
khn cị nhiều lịng khn với kích thước nhỏ hay những khn mà hệ thống kênh dẫn
phức tạp và phí nhiều vật liệu.
» Ưu điểm:
+ Tiết kiệm vật liệu.
+ Khơng có vết của miệng phun trên sản phẩm.
+ Giảm thời gian chu kỳ.
+ Điều khiển được sự điền đầy và dòng chảy của nhựa.
» Nhược điểm
+ Giá thành cao hơn khn hai tấm có kênh dẫn nguội.
+ Khó đổi màu vật liệu.
+ Hệ thống điều khiển nhiệt độ dể bị hỏng.
+ Khơng thích hợp với những vật liệu chịu nhiệt kém.

SVTH:Trần Công Đuan Công Đua

Page 5


CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ CHI TIẾT
2.1. Đặc điểm về sản phẩm:
Sản phẩm của quá trình sản xuất là chiếc ghế nhựa loại nhỏ


Hình 2.1: Sản phẩm ghế nhựa.
Ghế nhựa được sản xuất từ vật liệu nhựa là ABS (Acrylon Butadiene Styrence Plastics).
Đây là loại vật liệu nhựa có độ bền trung bình, giá thành khơng cao, thuộc loại nhựa dẻo.
Cấu tạo gồm 3 đơn phân tử Acrylonnitrile, Butadiene, Styrence. Các phân tử này ảnh hưởng
đến tính chất của ABS: Tính cứng, tính bền với nhiệt độ và hóa chất là do Acrylonnitrile,
tính dễ gia cơng, tính bền của Styrene, độ dẻo độ dai và độ va đập là của Butadiene.

Hình 2.2: Cấu trúc vật liệu ABS
Theo thơng số kỹ thuật tra bảng thì vật liệu ABS có độ co rút là 0. 4 % – 0.7%
Và mật độ là 1,06 g/cm2.
Do tính chất này nên khi làm khuôn chúng ta phải kể đến độ co rút của vật liệu nhựa, để sản
phẩm sau khi đúc ra thỏa mãn đúng yêu cầu đề ra.

SVTH:Trần Công Đuan Công Đua

Page 6


Nhiệm vụ thiết kế đặt ra là thiết kế bộ khuôn để đúc ra sản phẩm ghế nhựa loại nhỏ. Và bộ
khn gồm có hai phần khn trên và khn dưới. Nhiệm vụ của em là thiết kế khuôn trên
của bộ khn.
2.2 Phân tích kỹ thuật và điều kiện làm việc của chi tiết khuôn trên:
Khuôn luôn tiếp xúc vật liệu nhựa ABS nóng chảy có nhiệt độ từ 150 ÷ 200 0C. Chịu
áp lực trung bình, tải trọng va đập nhỏ, vật liệu nhựa ABS khi nguội có độ cứng 20HB. Vật
liệu chế tạo khuôn là hết sức quan trọng vì nó ảnh hưởng đến tuổi thọ của khn, tốc độ giải
nhiệt, tính gia cơng độ chính xác... Vì yêu cầu của sản phẩm khác nhau về cấu trúc khn,
ngun liệu định hình tính năng sản phẩm, tính thẩm mỹ, độ chính xác kích thước, giá thành
thấp… Nên chọn phôi phải thỏa mản các yêu cầu sau:
- Vật liệu dễ tìm.
- Tính gia cơng tốt.

- Tính năng chịu mài mịn, chịu ăn mịn tốt.
- Tổ chức đồng đều, khơng có khuyết tật lỗ kim bên trong.
- Xử lý nhiệt dễ dàng, ít biến dạng do nhiệt độ.
- Tính đàn hồi tốt.
Tùy theo sản phẩm, công nghệ sản xuất, mà ta có thể chọn tất cả các vật liệu trên. Thông
thường chọn thép, nhôm…Các yếu tố như tuổi thọ, giá thành khn là hết sức quan trọng
trọng trong q trình cạnh tranh cho sản phẩm, do vậy trong đồ án này em đã lựa chọn vật
liệu chế tạo tấm khuôn là thép C45.
Phôi gia công khuôn trên của bộ khuôn đúc ghế nhựa là phơi thép C45 có đặc điểm:


Kích thước phơi: 320 × 123 × 203 (mm).



Giới hạn bền kéo:



Giới hạn chảy:



Độ cứng : HB = 230 ÷ 300.



Rẻ và có tính cơng nghệ tốt.




Thành phần hóa học:

bk
ch

= 560(N/mm2).

= 280(N/mm2).

Bảng 2.1: Thành phần hóa học của thép C45
C

Si

Mn

S

P

Ni

Cr

0,4 - 0,5

0,17 - 0,37

0,5 - 0,8


0,045

0,045

0,30

0,30

SVTH:Trần Công Đuan Công Đua

Page 7


2.3. Trình tự lập trình phân khn chi tiết:
Bước1:Vào file/new:Xuất hiện hộp thoại New, trong type chọn Manufacturing, trong Subtype chọn Mold Cavity. Đặt tên trong mục Name, tick chon Use default

SVTH:Trần Công Đuan Công Đua

Page 8


Bước 2: Lấy chi tiết để tách khuôn
Các bước thực hiện như sau:
Thực hiện từ trái sang phải và trên xuống
Bước 3: Tạo phôi:
Các bước thực hiện

Tạo phôi bằng phương pháp tạo solid-part
Chọn mặt trên cùng làm mặt phẳng vẽ phác và đùn về 2 phía

Vẽ pháp thảo và tạo chi tiết giống như tạo chi tiết bình thường. Chi tiết phôi
Bước 4:Tạo mặt phân khuôn
Bước 6: Gộp khuôn và mở khuôn:
Kết quả sau khi tách khuôn:

SVTH:Trần Công Đuan Công Đua

Page 9


SVTH:Trần Công Đuan Công Đua

Page 10


SVTH:Trần Công Đuan Công Đua

Page 11


ChươngIII: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ GIA CƠNG
3.1 Chi tiết khn trên và kích thước phơi ban đầu:

Hình 3.1: Khn trên và phôi ban đầu.

SVTH:Trần Công Đuan Công Đua

Page 12



3.2 Chọn máy gia công:
3.2.1 Kiểu máy: Máy phay CNC EMCO MILL 450
Hình 3.2: Máy phay cnc Emco mill 450
3.2.2 Thơng số kỹ thuật.
Bàn máy:
Kích thước 700 x 520 mm
Rãnh chữ T trên bàn máy: 5x18x100 mm
Khối lượng lớn nhất: 200 kg
Khoảng cách bàn với sàn:786 mm
Hành trình
Hành trình trục X: 600 mm
Hành trình trục Y: 500 mm
Hành trình trục Z: 500 mm
Khoảng cách nhỏ nhất từ mũi trục chính đến bàn máy: 100 mm
Khoảng cách lớn nhất từ nũi trục chính đến bàn máy: 600 mm
Trục Chính
Dãy Tơc độ: 50 – 10000 r.p.m
Cơng suất trục chính: 13 KW
Momen trục chính : 83 Nm
Trục:
Tốc độ dịch chuyển nhanh của trục X, Y, Z: 24 m/min
Tốc độ làm việc của trục X,Y,Z:10m/min
Lực cắt lớn nhất theo trục X, Y, Z: 5000 N
Dao:
Số dụng cụ dao: 20
SVTH:Trần Công Đuan Công Đua

Page 13



Đường kính lớn nhất dao: 80 mm
Chiều dài lớn nhất 250 mm
Khối lượng lớn nhất của dao: 8 kg
Thay dao tự động
Thơng số khác:
Điện áp và dịng nguồn cung cấp 415V , 50/60 Hz
Cơng suất nguồn cung cấp 16 kVA
Kích thước máy : 2040x2445x2920 mm
Trọng lượng máy:4000kg
Thời gian thay dao:8.2s
Khí nén cần thiết:6 bar
3.2.2 Thơng số kỹ thuật.
Bàn máy:
Kích thước 700 x 520 mm
Rãnh chữ T trên bàn máy: 5x18x100 mm
Khối lượng lớn nhất: 200 kg
Khoảng cách bàn với sàn:786 mm
Hành trình
Hành trình trục X: 600 mm
Hành trình trục Y: 500 mm
Hành trình trục Z: 500 mm
Khoảng cách nhỏ nhất từ mũi trục chính đến bàn máy: 100 mm
Khoảng cách lớn nhất từ nũi trục chính đến bàn máy: 600 mm
Trục Chính
Dãy Tơc độ: 50 – 10000 r.p.m
Cơng suất trục chính: 13 KW
Momen trục chính : 83 Nm
Trục:
Tốc độ dịch chuyển nhanh của trục X, Y, Z: 24 m/min
Tốc độ làm việc của trục X,Y,Z:10m/min

Lực cắt lớn nhất theo trục X, Y, Z: 5000 N
Dao:
SVTH:Trần Công Đuan Công Đua

Page 14


Số dụng cụ dao: 20
Đường kính lớn nhất dao: 80 mm
Chiều dài lớn nhất 250 mm
Khối lượng lớn nhất của dao: 8 kg
Thay dao tự động
Thông số khác:
Điện áp và dịng nguồn cung cấp 415V , 50/60 Hz
Cơng suất nguồn cung cấp 16 kVA
Kích thước máy : 2040x2445x2920 mm
Trọng lượng máy:4000kg
Thời gian thay dao:8.2s
Khí nén cần thiết:6 bar
3. .3. Thứ tự các nguyên công

STT bước

Đặc điểm

Yêu cầu

1

Phay thô mặt đầu


Ra= 2,5

2

Phay phá long khuôn +hốc bên

Ra= 1,25

3

Phay bán tinh hốc bên

Ra= 2,5

4

Phay tinh hốc bên

Ra= 1,25

m.

5

Phay bán tinh long khuôn

Ra= 1,25

m


6

Phay tinh long khuôn

Ra= 2,5

m.

7

Phay thô rãnh chân

Ra= 2,5

m.

công nghệ

SVTH:Trần Công Đuan Công Đua

Page 15

m.
m.
m.


8


Phay tinh rãnh chân

Ra= 1,25

m.

9

Phay tinh mặt đầu

Ra= 1,25

m.

10

Khoan lỗ định vị

Ra= 1,25

m.

11

Khoét lỗ định vị

Ra= 1,6

m.


Trong khuôn khổ đồ án này, em lựa chọn các dao thực hiện các nguyên công từ catalog của
hãng Mitsubishi. Dụng cụ gia công của hãng rất đa dạng, đặc biệt là giúp người sử dụng dễ
dàng hơn trong việc lựa chọn và tính toán chế độ cắt nhờ vào việc thể hiện rất rõ các thơng
số cần thiết cho việc tính tốn trong catalog của hãng.

Hình 3.3: Các loại dao phay chuyên dụng của hãng Mitsubishi

Bảng 3.1:
Milling Cutter

Dao phay

Angle milling cutter

Dao phay góc

Cylindrical milling cutter

Dao phay mặt trụ

SVTH:Trần Công Đuan Công Đua

Page 16


Disk-type milling cutter

Dao phay đĩa

Dove-tail milling cutter


Dao phay rãnh đuôi én

End Mill

Dao phay ngón

Face milling cutter

Dao phay mặt đầu

Form-relieved cutter

Dao phay hớt lưng

Gang milling cutter

Dao phay tổ hợp

Helical tooth cutter

Dao phay răng xoắn

Inserted-blade milling cutter

Dao phay răng ghép

Key- seat milling cutter

Dao phay rãng then


Plain milling cutter

Dao phay đơn

Right-hand milling cutter

Dao phay răng xoắn phải

Single-angle milling cutter

Dao phay góc đơn

Sliting saw, circular saw

Dap phay cắt đứt

Slot milling cutter

Dao phay rãnh

Shank-type cutter

Dao phay ngón

Stagged tooth milling cutter

Dao phay răng so le

T-slot cutter


Dao phay rãnh chữ T

SVTH:Trần Công Đuan Công Đua

Page 17


Three-side milling cutter

Dao phay đĩa 3 mặt cắt

Two-lipped end mills

Dao phay rãnh then

3.5. Các cơng thức tính tốn chế độ cắt:

 Tốc độ cắt:
Tốc độ cắt phụ thuộc chủ yếu vào vật liệu phôi và vật liệu dụng cụ, và thường cho trong
sổ tay về chế độ cắt khi gia cơng cơ. Để chọn số vịng quay trục chính phù hợp, sử dụng
cơng thức :
V c=

nπDπDD 1
1000

Trong đó:
Vc: tốc độ cắt [m/ph].
D1: đường kính dao phay [mm].

n : tốc độ quay của trục chính [vg/ph].
V c . 1000
πD . D1
Tốc độ quay trục chính: n =


(vg/phút)

Lượng chạy dao / phút:

Sph = Sz . n . Zn (mm/phút)


Lượng chạy dao vòng:

S = Sz . Zn (mm/vịng)

 Cơng suất cắt:
Khi phay
Sử dụng cơng thức của hãng Mitsubishi đưa ra, tính tốn được thực hiện trên trang
web subishic

SVTH:Trần Công Đuan Công Đua

Page 18


Khi khoan, khoét, doa:
- Khi khoan, momen xoắn hoặc lực chiều trục được tính theo cơng thức:
[Nm].

- Khi khoan rộng mơmen xoắn:

[Nm].
- Khi doa, mỗi răng của dụng cụ có thể tính như một dao tiện trong, mơmen xoắn:
SVTH:Trần Cơng Đuan Công Đua

Page 19


[Nm].
Trong đó:
Các trị số CM, Cp và số mũ được cho trong bảng 5-32 sổ tay công nghệ chế tạo
máy tập 2.
Khi khoan: CM = 0.0345; q = 2; y = 0.8.
Khi khoan rộng, doa: CM = 0.09; q = 1; y = 0.8 ; x = 0.9; Cp = 67.
kp - hệ số tính đến các yếu tố gia công thực tế, trong trường hợp này chỉ phụ thuộc
vào vật liệu gia công và được xác định bằng kp = kmp tính theo bảng 9-9.
Suy ra: kp = kmp = 0.8
n – chỉ số mũ cho hợp kim cứng (vật liệu dao khoan).
Cơng suất cắt Ne:

3.6. Tính tốn cho các nguyên công:
Bước 1,11 : Phay thô và phay tinh mặt đầu
Chọn dao APX3000-050A07RA

Các thông số của dao:

Bảng 3.2:
SVTH:Trần Công Đuan Công Đua


Page 20