Trong ngành công nghiệp máy móc hoặc công nghiệp tự động hóa, CAD CAE và CAM bổ sung cho nhau. Thiết kế bằng CAD và sau đó sản xuất bằng CAM. CAD là quá trình thiết kế sử dụng công nghệ máy tính, CAE là quá trình sử dụng mô phỏng máy tính để phân tích các vấn đề vật lý, còn CAM là quá trình sử dụng máy tính và phần mềm máy tính để điều khiển máy móc phục vụ sản xuất, thường phù hợp với các bộ phận được sản xuất hàng loạt.
CAD, CAE và CAM là ba loại phần mềm thiết kế công nghiệp có chức năng, đại diện cho thiết kế có sự trợ giúp của máy tính, kỹ thuật có sự trợ giúp của máy tính, và sản xuất có sự trợ giúp của máy tính. CAD CAE và CAM sẽ được đưa vào các chức năng cơ bản của bộ phần mềm thiết kế công nghiệp quy mô lớn. CAD nhấn mạnh đến việc thiết kế sản phẩm ngay từ đầu, chẳng hạn như hình thức bên ngoài, tương thích các vị trí lắp ghép, vật liệu… CAE để mô phỏng, thiết kế yêu cầu phân tích và CAM cho mục đích tạo mẫu và chế tạo 3D.
Thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD) là gì?
CAD là viết tắt của Computer – Aided Design, tức là thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính. Đây là một quá trình sáng tạo và thể hiện các ý tưởng thiết kế bằng cách sử dụng các công cụ phần mềm máy tính. CAD cho phép người thiết kế tạo ra các mô hình ba chiều (3D) hoặc bản vẽ hai chiều (2D) của các sản phẩm mới, bao gồm cả hình dạng, kích thước, màu sắc, chất liệu và các tính năng khác.
Nói một cách đơn giản, trong 3 phần mềm CAD, CAE và CAM thì CAD được sử dụng để hỗ trợ việc thiết kế và vẽ. CAD cũng giúp người thiết kế kiểm tra và đánh giá các sản phẩm trước khi chuyển sang giai đoạn sản xuất. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính không chỉ phù hợp với ngành công nghiệp mà còn được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như in ấn và xuất bản đồ họa. Nó liên quan đến cả phần mềm và phần cứng chuyên dụng.
Chức năng của hệ thống CAD là gì?
Chức năng của một trong ba phần mềm CAD CAE và CAM – hệ thống CAD là:
- Tái sử dụng các thành phần thiết kế
- Dễ dàng sửa đổi thiết kế và phiên bản thiết kế
- Tự động tạo ra các thành phần tiêu chuẩn của thiết kế
- Xác nhận/xác minh thiết kế theo thông số kỹ thuật và quy tắc thiết kế
- Mô phỏng thiết kế mà không cần xây dựng nguyên mẫu vật lý
- Thiết kế lắp ráp tự động
- Đầu ra của các tài liệu kỹ thuật, chẳng hạn như bản vẽ sản xuất và hóa đơn vật liệu
- Xuất trực tiếp thiết kế cho các đơn vị sản xuất
- Đầu ra trực tiếp tới máy tạo mẫu nhanh hoặc máy tạo mẫu công nghiệp nhanh
Phân tích kỹ thuật hỗ trợ máy tính (CAE) là gì?
Phân tích kỹ thuật hỗ trợ máy tính (CAE) chủ yếu được sử dụng để phân tích mô phỏng, xác minh và cải tiến thiết kế. Với sự phát triển nhanh chóng của máy tính và CAD 3D trong những năm gần đây, tỷ lệ ứng dụng CAE ngày càng cao, độ khó sử dụng ngày càng thấp và số lượng người dùng tăng lên đáng kể. trong 3 phần mềm CAD CAE và CAM thì đối với CAD, người dùng CAE yêu cầu nhiều kiến thức liên quan đến vật lý hơn để đặt điều kiện và diễn giải kết quả. Còn các phương pháp toán học sử dụng trong quá trình tính toán như phương trình vi phân, phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp thể tích hữu hạn… đều có thể được giao cho máy tính xử lý.
Ưu điểm của CAE
- Tiết kiệm chi phí và thời gian thử nghiệm, đồng thời đẩy nhanh quá trình phát triển sản phẩm
- Các đại lượng vật lý khó thu được bằng thực nghiệm có thể thu được thông qua mô phỏng
- Việc quan sát các hiện tượng vật lý và sự thay đổi về đại lượng vật lý sẽ dễ dàng hơn
- Hiệu suất sản phẩm có thể được tối ưu hóa hơn nữa thông qua các phương pháp số
Nhược điểm của CAE
- Tính toán quy mô lớn thường đòi hỏi thiết bị hiệu suất cao đắt tiền.
- Việc giải thích kết quả mô phỏng vẫn đòi hỏi kinh nghiệm và kiến thức của kỹ sư để đưa ra nhận định chính xác.
Các quy trình cơ bản của CAE là gì?
1. Bước 0: Xử lý mô hình hình học
Bước 0 là quá trình xử lý mô hình hình học. Đây là bước sẽ không sử dụng phần mềm mô phỏng. Chủ yếu là vì chất lượng xử lý sẽ ảnh hưởng rất nhiều đến kết quả giải pháp và đôi khi quá trình này rất phức tạp để xử lý. Ví dụ như, trong mô phỏng chất lỏng, cần vẽ không gian bên trong dựa trên hình dạng vỏ, các tính năng phức tạp cũng cần được đơn giản hóa hợp lý để tiết kiệm tài nguyên và đưa ra được giải pháp hợp lý.
Bước 1: Quá trình tiền xử lý
Quá trình tiền xử lý của phần mềm CAE (1 trong 3 phần mềm CAD CAE và CAM) chủ yếu là chia mạng lưới và thiết lập các điều kiện mô phỏng. Thông thường, hình dạng của đối tượng mô phỏng khá phức tạp và không có cách nào để tính trực tiếp phương trình điều chỉnh tương ứng với hình học này. Để giải quyết vấn đề, các nhà nghiên cứu đã cắt hình dạng phức tạp này thành nhiều phần tử đơn giản, có thể là hình khối, khối đa diện… sau đó giải phương trình trên từng phần tử, tiếp đó là thu được giá trị tương ứng của toàn bộ hình dạng phức tạp thông qua các phép toán. Bước cắt các hình dạng phức tạp thành nhiều phần tử được gọi là chia lưới. Các nhà nghiên cứu tiếp tục thiết lập các điều kiện mô phỏng, thường được gọi là điều kiện biên. Ngoài ra, tập điều kiện còn bao gồm việc lựa chọn các mô hình vật lý khác nhau và lựa chọn phương tiện.
Bước 2: Giải quyết
Sau khi hoàn tất cài đặt mô phỏng, ở bước giải quyết này bạn cần cho phần mềm biết phương pháp nào sẽ sử dụng để tính toán vấn đề, bao gồm định dạng phân tán lưới, lựa chọn thuật toán giải quyết và nhiều hơn nữa… Sau khi hoàn tất cài đặt giải pháp bạn cần chờ đợi phần mềm hoặc chương trình được viết bởi chính bạn để giải quyết.
Bước 3: Xử lý hậu kỳ
Khi các bước diễn ra suôn sẻ, phần mềm tính toán thành công thì bước tiếp theo là cần xem xét kết quả. các nhà nghiên cứu sử dụng phần mềm xử lý hậu kỳ để xem các thông tin như: trường vận tốc, dòng chảy và những điểm này có thể cải thiện và tối ưu sản phẩm. Kết quả mô phỏng có thể được đánh giá và sau đó cấu hình liên quan cùng điều kiện mô phỏng có thể được cải thiện.
Sản xuất có sự hỗ trợ của máy tính (CAM) là gì?
Sản xuất có sự hỗ trợ của máy tính (CAM) là quá trình sản xuất các thành phần sản phẩm trong đó các kỹ sư sử dụng rộng rãi phần mềm máy tính quản lý vòng đời sản phẩm. Nói cách khác, trong CAD CAE và CAM thì CAM được sử dụng để hỗ trợ sản xuất và đầu ra cuối cùng của lập trình tự động CAM là chương trình gia công CNC. Các mô hình 3D của các bộ phận tạo bằng CAD sẽ sử dụng để tạo mã CNC điều khiển các máy công cụ được điều khiển số. Điều này bao gồm việc kỹ sư chọn loại công cụ, quy trình gia công và đường dẫn gia công.
Các bước xử lý của quá trình sản xuất có sự hỗ trợ của máy tính:
Quá trình sản xuất trong công nghiệp cơ khí và chế tạo thường có các bước cơ bản như thiết kế, gia công thô, bán hoàn thiện và hoàn thiện. Khi sử dụng máy tính hỗ trợ CAM, các bước này có thể được thực hiện nhanh hơn và chính xác hơn. Tùy thuộc vào vật liệu và phần mềm được sử dụng, mỗi bước là một chiến lược đơn giản hoặc phức tạp.
Bước 1. Gia công thô
Bước này bao gồm xử lý những mảnh vật liệu còn độ dày lớn và cần được gia công trước khi bán hoặc hoàn thiện. Trong giai đoạn này, máy tính CAM được sử dụng để lập kế hoạch các chi tiết gia công như khoan, phay, cắt và mài. Các thiết bị gia công được điều khiển bởi phần mềm CAM sẽ hoạt động theo các thông số đã được thiết lập trước đó và có thể gia công một cách nhanh chóng và chính xác.
Bước 2. Bán hoàn thiện
Bước tiếp theo là bán hoàn thiện, bao gồm xử lý các chi tiết được gia công thô theo hình dạng cần thiết để hoàn thiện sản phẩm. Các máy móc và phần mềm CAM được sử dụng để gia công và xử lý tỉ mỉ với độ chính xác cao. Các công cụ gia công như máy tiện, máy phay, máy cắt dây, máy laser được điều khiển bởi phần mềm CAM để đảm bảo mức độ chính xác và thời gian hoàn thành sản phẩm.
Bước 3. Hoàn thiện
Bước cuối cùng là hoàn thiện sản phẩm. Bằng cách sử dụng các thiết bị và kỹ thuật gia công đặc biệt, các sản phẩm được hoàn thiện với độ chính xác và chất lượng cao. Việc sử dụng máy tính CAM giúp làm giảm thời gian và chi phí trong quá trình gia công sản phẩm cuối cùng. Ngoài ra, phần mềm CAM cũng hỗ trợ trong quá trình kiểm tra chất lượng sản phẩm, đảm bảo rằng các chi tiết và kích thước đều phù hợp với yêu cầu của khách hàng.
Tóm lại, sử dụng phần mềm CAM (1 trong ba phần mềm CAD CAE và CAM)trong quá trình sản xuất giúp tăng tốc độ và độ chính xác, giảm chi phí và nâng cao chất lượng sản phẩm. Nó là một công cụ hữu ích cho các doanh nghiệp chế tạo và công nghiệp cơ khí trong việc cải thiện quá trình sản xuất của họ.
Những thay đổi do công nghệ CAD/CAM mang lại cho sản xuất công nghiệp:
CAD/CAM đề cập đến việc sử dụng máy tính để phân tích, mô phỏng, thiết kế, vẽ và lập kế hoạch sản xuất cũng như quy trình sản xuất và kiểm soát quá trình sản xuất, nghĩa là từ thiết kế đến xử lý, tất cả đều dựa vào sự trợ giúp của máy tính, vì vậy CAD/CAM (2 phần mềm trong CAD CAE và CAM) là một phần quan trọng của tự động hóa, ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng công nghiệp.
1. Sản xuất gia công CNC
Với sự phát triển của sản xuất hàng tiêu dùng trong ngành hàng không, công nghiệp ô tô và công nghiệp nhẹ, yêu cầu về độ chính xác của sản phẩm ngày càng tăng, cấu trúc và hình dạng ngày càng phức tạp hơn, và sự phát triển chu kỳ sản xuất ngày càng ngắn hơn, gia công truyền thống không thể đáp ứng được nhu cầu nên gia công CNC đã ra đời.
2. Sự ra đời của phần mềm CAD/CAM
Ứng dụng gia công CNC giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả sản xuất. Tuy nhiên, khi cấu trúc và hình dạng của sản phẩm phức tạp, nó khó có thể hoàn thành việc chuẩn bị chương trình gia công bằng cách sử dụng công nghệ lập trình thủ công điều khiển số truyền thống, vì vậy CAD/CAM ra đời theo yêu cầu của thời đại.
3. Tính năng của phần mềm CAD/CAM
Trong 3 phần mềm CAD CAE và CAM, chức năng mô hình hóa ba chiều của CAD/CAM; như đã đề cập ở trên, thông tin hình học của bề mặt gia công là cơ sở để tính toán đường chạy dao của phần mềm, do đó phần mềm có thể cung cấp các chức năng mô hình hóa bề mặt cơ bản.
Quản lý tham số: các tham số bao gồm đối tượng gia công, tham số dao, tham số máy công cụ, công nghệ xử lý… Cài đặt tham số là nội dung hoạt động chính của lập trình đồ họa tương tác. Nó bao gồm sửa đổi đầu vào của các tham số, tối ưu hóa quản lý…
4. Quy định và chính sách của phần mềm CAD/CAM
Trong 3 phần mềm CAD CAE và CAM, quy định và chính sách phần mềm CAD/CAM là mô phỏng đồ họa trực quan và thực tế quá trình gia công để xác minh xem có vấn đề gì với chương trình được lập trình hay không.
Những quy định, hướng dẫn hoặc nguyên tắc được áp dụng trong quá trình sử dụng phần mềm này được đặt ra để đảm bảo rằng việc phát triển sản phẩm và sản xuất được thực hiện đúng tiến độ, chất lượng và tính hiệu quả. Chính sách này có thể liên quan đến các quy trình thiết kế sản phẩm, quản lý tài liệu kỹ thuật, quá trình sản xuất bằng máy CNC hoặc các hướng dẫn đối với việc sử dụng phần mềm để đảm bảo tính bảo mật và tránh sai sót.
5. Chỉnh sửa và sửa đổi đường chạy dao:
Cung cấp nhiều phương pháp khác nhau để chỉnh sửa đường chạy dao NC.
6. Xử lý hậu kỳ
Đó là quá trình xử lý văn bản, chương trình có thể đáp ứng yêu cầu về thiết bị, đồng thời thêm một số lệnh phụ trợ vào đầu và cuối chương trình.
7. Quy trình tạo tài liệu
Viết thông tin theo yêu cầu của người vận hành máy công cụ (chẳng hạn như tên chương trình, trình tự gia công và dữ liệu dao) vào các tài liệu tiêu chuẩn và tiêu chuẩn hóa.
Cập nhật thông tin mới nhất về sản phẩm và các hoạt động của AES Việt Nam tại facebook.com/AESTrainingCentre
Tìm hiểu thêm về phần mềm CAD CAE và CAM tại website: aesvietnam.com
