Nghiên cứu ứng dụng phần mềm tích hợp cad / cam - Mastercam 9.0 vào quá trình gia công trên máy phay CNC emco 105 mill

Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 2(46) Tập 2/Năm 2008 
 131
Nghiên cứu ứng dụng phần mềm tích hợp cad/cam-mastercam 9.0 
vào quá trình gia công trên máy phay cnc emco 105 mill 
 Nguyễn Thái Bình (Tr−ờng Cao đẳng Công nghiệp Thái Nguyên) 
Trần Vệ Quốc (Tr−ờng ĐH Kỹ thuật Công nghiệp - ĐH Thái Nguyên) 
1- Đặt vấn đề. 
Phát triển mạnh mẽ và bùng nổ vào những năm cuối của thế kỷ 20, công nghệ 
CAD/CAM đ- trở thành một lĩnh vực đột phá trong thiết kế, chế tạo và sản xuất sản phẩm công 
nghiệp. Thực tế chứng minh khi CAD/CAM-CNC đ−ợc ghép nối lại với nhau đ- trở thành một 
loại hình công nghệ cao (High-Tech) là hạt nhân chính để sáng tạo và sản xuất sản phẩm giúp 
năng suất lao động tăng, c−ờng độ lao động giảm, nâng cao độ chính xác của chi tiết và đạt hiệu 
quả kinh tế cao. ở n−ớc ta hiện nay việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM-CNC đang là một vấn 
đề đ−ợc rất nhiều các cơ sở đào tạo và sản xuất quan tâm, bởi công nghệ này cho phép chế tạo 
ủ−ợc những sản phẩm cơ khí có biên dạng phức tạp, có độ chính xác cao mà chúng ta đang phải 
nhập siêu để phục vụ cho công nghiệp chế tạo khuôn mẫu hiện đại... Tuy nhiên bất cập là việc 
ứng dụng và khai thác công nghệ này ở nhiều cơ sở lại đạt đ−ợc hiệu quả không cao và th−ờng 
gặp phải nhiều khó khăn. 
Lý do chủ yếu đó là: Ch−a tích hợp đ−ợc trục công nghệ CAD/CAM-CNC 
Qua những nhận định trên cho thấy việc tích hợp CAD/CAM vào quá trình gia công trên 
máy công cụ CNC là một vấn đề cấp thiết nhằm tạo ra giải pháp tích cực để giải quyết bài toán 
về gia công các khuôn mẫu có biên dạng phức tạp đồng thời dần đ−a kỹ thuật CAD/CAM-CNC 
vào ứng dụng rộng r-i ngay cả những nơi mà nguồn nhân lực và thông tin còn hạn chế để nâng 
cao năng suất, chất l−ợng sản phẩm, tăng c−ờng sức cạnh tranh của các doanh nghiệp góp phần 
thúc đẩy mạnh công cuộc CNH- HĐH đất n−ớc và hội nhập kinh tế quốc tế. 
2- Cơ sở lý thuyết. 
Với đặc thù là sự liên ngành của: Tin học- Điện tử- Tự động hoá- Vật liệu mới- Cơ khí 
chính xác cùng với sự phát triển của kỹ thuật máy tính mà công nghệ CAD/CAM ngày càng 
hoàn thiện. Việc ứng dụng các phần mềm CAD - để thiết kế các bản vẽ 2D, 3D cho các chi tiết 
máy từ đơn giản đến phức tạp trở lên rất nhanh chóng, chính xác và đạt hiệu quả cao, các phần 
mềm CAM mạnh còn cho phép xuất đ−ợc các ch−ơng trình NC tự động điều khiển các máy CNC 
gia công chi tiết theo thiết kế Tuy nhiên việc tích hợp giữa các phần mềm CAD/CAM thông 
dụng với một máy CNC cụ thể không hề đơn giản, thậm chí đây còn là một thách thức không 
nhỏ đối với rất nhiều cơ sở sản xuất và đào tạo. Các nhà sản xuất máy CNC vì nhiều lý do khách 
quan hoặc chủ quan nh−: sự độc quyền, hoặc cần tạo ra những sự khác biệt, hoặc do thiếu sự tiêu 
chuẩn hoá giữa các hệ thống điều khiển, thiết kếdo đó đ- dẫn đến tình trạng, m- lệnh nguồn 
của máy CNC có nhiều câu lệnh không t−ơng thích với m- lệnh NC của phần CAM chung khiến 
cho quá trình tích hợp CAD/CAM với một máy CNC cụ thể gặp rất nhiều khó khăn, thậm chí 
không thể tích hợp đ−ợc. Xin đơn cử tr−ờng hợp cụ thể tại tr−ờng CĐ Cơ khí luyện kim Thái 
Nguyên thuộc Bộ Công th−ơng: 
Máy phay CNC EMCO MILL105 đ−ợc nhà tr−ờng nhập về năm 2004 nhằm phục vụ cho 
công tác học tập, nghiên cứu và làm thực nghiệm sản xuất. Đây là loại máy thuộc thế hệ mới sử 
dụng hệ điều khiển Fanuc21M. Hệ điều khiển này đ−ợc cài đặt trên PC liên kết trực tiếp với máy 
Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 2(46) Tập 2/Năm 2008 
 132
CNC qua cổng Broadcom. Hệ thống ch−ơng trình đ−ợc cài đặt nằm trong PC có cấu trúc nh− một 
phần mềm ứng dụng thông th−ờng nên có thể quản lý dễ dàng bằng PC. “Đặc biệt các ch−ơng 
trình NC dùng để gia công chi tiết là các file dữ liệu có cấu trúc đơn giản nên có thể mở và sửa 
đổi bằng các ch−ơng trình soạn thảo thông dụng trên máy tính nh− WinWord, WordPad, 
NotePad, vv” Mọi hoạt động của máy phay Mill 105 đều thông qua PC, khi khởi động phần 
mềm WinNC Fanuc, hệ điều khiển sẽ nhận diện máy CNC và cho phép hoạt động. Một vấn đề 
đ−ợc đặt ra là liệu các file NC của phần mềm CAM dịch ra có thể đ−a trực tiếp vào WinNC 
Fanuc và gia công đ−ợc hay không? Để trả lời cho câu hỏi này cần phải nghiên cứu và xem xét 
kỹ một ch−ơng trình NC của CAM đ- dịch ra xem có phù hợp với máy phay Mill105, và câu trả 
lời ở đây là không. Lý do của vấn đề này ở chỗ: Bản thân phần mềm CAM khi chọn bộ hậu xử lý 
(Postprocessor) sẽ không thể chọn đ−ợc chính xác máy phay Mill 105 vì không có sự liên kết 
trực tiếp và do đó không thể nhận đúng đ−ợc điểm gốc của hệ trục toạ độ phôi, phần mềm CAM 
sẽ mặc định chọn gốc toạ độ của máy là (G53). Mặt khác cấu trúc file NC của CAM và WinNC 
Fanuc cũng không giống nhau nên WinNC Fanuc không mở đ−ợc ch−ơng trình NC của CAM 
Ngoài ra bản thân ch−ơng trình NC trên máy Mill 105 cũng có một số điểm riêng 
Hơn thế nữa do chỉ đ−ợc chuyển giao công nghệ phần cứng, không có phần mềm tích 
hợp kèm theo nên ch−a xác định rõ đ−ợc các m- nguồn nào của máy không t−ơng thích với m- 
lệnh NC của phần mềm CAM vì vậy đ- không thể tích hợp đ−ợc CAD/CAM cho máy CNC (máy 
phay Emco Mill 105 chỉ lập trình đơn giản để gia công những biên dạng 2D, không gia công 
đ−ợc những chi tiết có biên dạng phức tạp 3D)... Nh− vậy có thể thấy đ−ợc khả năng công nghệ 
của máy là hạn chế, điều này khiến cho việc N/C và ứng dụng máy trở nên rất khó khăn Tr−ớc 
thực tế trên việc tích hợp CAD/CAM để có thể mở rộng khả năng công nghệ cho máy phay EMCO 
Concept MILL105 nhằm phục vụ tốt cho quá trình đào tạo và dịch vụ SX đ−ợc xem là rất cấp thiết. 
Sau một thời gian nghiên cứu và làm nhiều thử nghiệm, chúng tôi đ- ứng dụng phần mềm 
tích hợp CAD/CAM- MasterCam 9.0 cho máy phay CNC EMCO MILL105 thành công. Việc 
này đ- mang lại một kết quả rất hữu ích, đó là đ- thiết kế, lập trình mô phỏng và sản xuất thực 
nghiệm thành công với các mô hình 3D, đ−ờng cong bậc cao (Spline), các bề mặt bất kỳ, dạng 
hốc, đảo chữ nhật, elip... Đặc biệt là gia công thành công đ−ợc biên dạng phức tạp của một số bộ 
khuôn mẫu dập nguội nh−: Kìm vạn năng 7, Nắp bình nóng lạnh Ferroli(đây là các sản phẩm 
đang rất đ−ợc quan tâm ở một số doanh nghiệp trong n−ớc). 
Cũng cần phải nói thêm về phần mềm công nghệ MasterCam.Trong số nhiều các phần 
mềm CAM thông dụng nh−: GIPCAM, DELCAM, SOLIDCAM thì MasterCam đ−ợc xem là 
một trong những phần mềm mạnh, chuyên nghiệp trong gia công khuôn mẫu và chế tạo các sản 
phẩm công nghiệp cũng nh− trong công tác giáo dục đào tạo. Nó có những −u điểm nổi bật nh−: 
 - Bộ phần mềm có cấu trúc lệnh đơn giản, yêu cầu cấu hình máy tính và bộ l−u trữ không lớn. 
 - Giao diện rõ ràng, thân thiện, dễ sử dụng, làm việc thuận lợi trên môi tr−ờng Window. 
 - Tích hợp mạnh với các phần mềm CAD thông dụng (đọc và chuyển đổi trực tiếp đ−ợc các 
định dạng của các phần mềm CAD thông dụng thông qua chức năng Converters). 
- Phiên bản MasterCam V9.0 là một phiên bản hiện đại, hoàn thiện, trọn gói, tin cậy và 
dễ kiếm... 
Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 2(46) Tập 2/Năm 2008 
 133
 Chính với những −u điểm lớn nh− vậy nên chúng tôi đ- quyết định lựa chọn phần mềm 
MasterCam 9.0 để hỗ trợ lập trình công nghệ và tích hợp CAD/CAM-CNC. 
3- Kết quả và bàn luận. 
Trong quá trình tích hợp CAD/CAM cho máy CNC, chúng tôi đ- sử dụng các phần mềm 
CAD thông dụng (hoặc modul Design của MasterCam) để thiết kế và modul MasterCam Mill để 
lập trình công nghệ và mô phỏng quá trình gia công. Tuy nhiên nếu chỉ dừng lại ở đây thì ch−a 
đủ, nh− đ- trình bày ở trên, vì có nhiều m- nguồn của máy CNC EMCO 105 Mill không t−ơng 
thích với m- lệnh NC của phần mềm CAM biên dịch ra, kiểu tệp NC của MasterCam và kiểu tệp 
NC của Mill105 không giống nhau (cụ thể là: địa chỉ các tệp dữ liệu NC của Mastercam là 
C:\Mcam*\Mill\NC; còn địa chỉ các tệp dữ liệu NC của Mill105 là: 
C:\WinNC32\Fanuc21\PRG) nên nếu đ−a thẳng tệp NC của Mastercam vào danh sách thì 
Mill105 sẽ không mở đ−ợc, vả lại thông th−ờng một ch−ơng trình NC đ−ợc dịch từ MasterCam 
có dung l−ợng rất lớn nên việc kiểm tra và sửa chữa lỗi rất khó khăn...Do vậy quá trình tích hợp 
CAD/CAM cho máy không thực hiện đ−ợc... Để giải quyết những vấn đề tồn tại này chúng tôi 
đ- ”Xây dựng ch−ơng trình tiện ích tự động tạo lập và chuyển đổi mN lệnh ch−ơng trình gia công 
trong MasterCAM cho máy CNC EMCO Concept MILL 105” . 
Trên cơ sở là một ch−ơng trình tiện ích viết bằng ngôn ngữ lập trình bậc cao Visual 
Basic, nó sẽ tự động sửa lỗi ch−ơng trình, cấu trúc file NC của ch−ơng trình thiết kế chung 
(CAM) và chuyển đổi chính xác, t−ơng thích với ch−ơng trình m- nguồn NC điều khiển máy 
CNC EMCO concept MILL 105. Kết quả là chúng tôi đ- gia công đ−ợc với các mô hình 3D, các 
bề mặt bất kỳ có biên dạng phức tạp... D−ới đây là sơ đồ thuật toán và một đoạn ch−ơng trình 
chuyển đổi trích dẫn: 
 retstring = a.ReadLine 
 phantram=InStr(1,retstring,"%",vbTextCompare) 
 ngoac = InStr(1, retstring, "(", vbTextCompare) 
 aa = InStr(1, retstring, "A0.", vbTextCompare) 
 If (phantram = 0) And (ngoac = 0) Then 
 If aa = 0 Then 
 a1.writeline (retstring) 
 Else 
 sret = Replace(retstring, "A0.", "", , , vbTextCompare) 
 a1.writeline (sret) 
 End If 
 End If 
Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 2(46) Tập 2/Năm 2008 
 134
Đ 
Đ 
S 
Bắt đầu 
+ Mở a (File .NC) để đọc 
+ Mở b (Tạo file mới) để ghi 
Not EOF(a) 
Đọc 1 dòng của a 
Kiểm tra mã Emco 
+ Đóng (a) 
+ Đóng (b) 
S 
Chuyển sang mã 
của Emco 
Ghi vào b 
Kết thúc 
Để chứng minh cụ thể hơn, chúng tôi sẽ trình bày từng b−ớc của quá trình tích hợp 
CAD/CAM và thuật chuyển đổi m- lệnh NC để: Gia công bộ khuôn dập nguội nắp bình nóng 
lạnh Ferroli trên máy máy phay CNC EMCO Concept MILL105. 
a - Thiết kế bản vẽ chi tiết. 
Có thể dùng modun Design trong MC 9.0 để thiết kế chi tiết (3D), hoặc Thiết kế trên các 
phần mềm CAD thông dụng rồi “converter” sang MasterCam để tiến hành làm CAM. Ta có bản 
vẽ chi tiết (3D) của bộ khuôn dập nguội bình nóng lạnh Ferroli: 
Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 2(46) Tập 2/Năm 2008 
 135
b- Quá trình lập trình công nghệ gia công khuôn d−ới (Cối) ở modul MastreCam 
MiLL. 
 - Thiết đặt phôi, các tham số về máy, dụng cụ 
 - Thiết lập các nguyên công để gia công chi tiết 
 + Gia công thô hốc có đảo (Rough) 
 + Gia công tinh mặt cong (Finish), 
 - Chọn kiểu chạy dao h−ơng kính (Radial), 
 - Chọn ph−ơng pháp cắt xoắn ốc gối chồng liên tiếp (Constant Overlap) 
 - Xác định các thông số công nghệ cơ bản nh− : 
L−ợng chạy dao (F), tốc độ trục chính chính (S), chiều sâu cắt (T), tốc độ tiến theo các 
trục x,y,z, bù dao, dung sai, b−ớc tiến lớn nhất... 
 - Chọn OK khi kết thúc quá trình nhập và chọn các thông số. Ch−ơng trình sẽ tính toán 
theo các thông số đ- chọn và sinh đ−ờng chạy dao nh− trên hình sau đây: 
d- Kiểm tra và xuất dữ liệu tới máy gia công. 
Sau khi lập trình cho các nguyên công ta tiến hành 
mô phỏng toàn bộ quá trình gia công và xuất ch−ơng trình NC. 
e- Nhập ch−ơng trình NC để gia công. 
- B−ớc 1: Tiến hành sửa lỗi NC ở file .NC (đ−ợc dịch ra từ PossProsessor của ch−ơng 
trình CAM) bằng Ch−ơng trình tiện ích tự động tạo lập và chuyển đổi mN lệnh ch−ơng trình gia 
công trong MasterCAM cho máy CNC EMCO Concept MILL 105” để t−ơng thích với file NC 
của máy CNC EMCO 105 Mill. 
- B−ớc 2: Nhập File ch−ơng trình gia công đ- đ−ợc sửa vào máy CNC EMCO Concept 
MILL10. (Copy vào th− mục: C:\ Win NC \ FANUC \ PRG) 
g- Thao tác trên máy CNC 
Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 2(46) Tập 2/Năm 2008 
 136
- Gá đặt phôi lên máy 
- Thiết đặt điểm 0 cho phôi và máy CNC (W, R) - Chọn chế độ gia công tự động. 
h- Mô phỏng gia công. 
- Chọn chế độ mô phỏng (GRAPH). 
- Chọn “W.SHFT” để nhập kích th−ớc phôi và toạ độ điểm W. 
- Chọn chế độ mô phỏng (SIMULATION) 
i - Chạy ch−ơng trình gia công. 
- Chọn chế độ EDIT→ PROG →Nhập tên của ch−ơng trình (01112)→UP 
AROW→ MEM → START→ Block → CHECK, CURRENT ( hiển thị G, M, S, F,) 
k- Quá trình lập trình công nghệ gia công khuôn trên (Chày) ở modul MastreCam 
MiLL. 
- Tiến hành làm tuần tự nh− ch−ơng trình gia công khuôn trên (chỉ khác ở việc thiết đặt 
phôi, chọn dụng cụ cắt, kiểu chạy dao (Constan Scallop) 
Hình ảnh thực tế trong quá trình gia công chi tiết và sản phẩm sau gia công. 
 * Nhận xét 
Qua công việc cụ thể trình bày ở trên, chúng tôi nhận thấy: 
 + Với ch−ơng trình gia công chi tiết gồm gần 10.000 dòng lệnh là việc không thể lập trình 
bằng ph−ơng pháp thủ công (lập trình bằng tay) kể cả đối với những kỹ thuât viên lập trình giỏi. 
 + Chi tiết có biên dạng phức tạp nh− vậy nếu không sử dụng phần mềm hỗ trợ mạnh nh− 
MasterCam và tiến hành chuyển đổi m- lệnh NC của MasterCAM cho t−ơng thích với m- lệnh NC 
của máy CNC EMCO MILL105 thì không thể tích hợp đ−ợc CAD/CAM-CNC để gia công chi tiết . 
4 - Kết luận. 
Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 2(46) Tập 2/Năm 2008 
 137
Việc “ứng dụng kỹ thuật CAD/CAM và thuật chuyển đổi mN lệnh NC của Mastrecam 
9.0 sang mN lệnh NC của máy phay CNC EMCO Concept MILL 105” đ- có những đóng góp 
nhất định về khoa học, cụ thể nh− sau: 
- Tổ chức ghép nối thành công hệ thống MasterCam 9.0 với một máy phay cụ thể (máy phay 
CNC EMCO Concept MILL105 của tr−ờng CĐ CKLK Thái Nguyên, đại diện cho một hệ máy hạn 
chế về khả năng công nghệ khá phổ biến tại n−ớc ta) đạt mục đích: Gia công đ−ợc khuôn mẫu có 
biên dạng phức tạp, có độ chính xác cao. Kết quả này đ- cho phép mở rộng đ−ợc khả năng công 
nghệ giúp tăng năng suất lao động, giảm c−ờng độ lao động và nâng cao hiệu quả kinh tế. 
- Mở ra một trang mới cho việc dạy và học, kết hợp đ−ợc lý thuyết với thực hành, qua đó 
có thể sử dụng Mastercam 9.0 trên máy phay EMCO MILL 105 làm thiết bị để giảng dạy về một 
hệ thống tích hợp CAD/CAM-CNC cho các hệ học sinh và sinh viên, việc làm này giúp nâng cao 
chất l−ợng đào tạo và th−ơng hiệu của nhà tr−ờng trong giai đoạn mới. 
- Góp phần tích cực vào việc tiếp cận, phát triển và ứng dụng các công nghệ tiên tiến của 
thế giới đồng thời hạn chế phần nào những bất cập trong việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM-
CNC tại cơ sở đào tạo và tiến tới là các dịch vụ sản xuất công nghiệp. 
 Việc này đi đúng h−ớng với mục tiêu đ- đề ra của ngành cơ khí nói riêng và sự nghiệp 
CNH-HĐH đất n−ớc trong giai đoạn từ nay đến 2020 nói chung. 
- Việc xây dựng đ−ợc ch−ơng trình chuyển đổi t−ơng thích dữ liệu để có thể tích hợp đ−ợc 
CAD/CAM cho máy phay CNC EMCO Concept MILL 105 có ý nghĩa về mặt kinh tế không nhỏ 
đó là giảm thiểu chi phí cho đầu t− (ví dụ nh− việc phải thuê chuyên gia, mua phần mềm hỗ trợ 
tích hợp của n−ớc ngoài với giá caovà hoàn toàn chủ động đ−ợc về máy và công nghệ)
 
Tóm tắt 
Bài báo trình bày về việc: ”ứng dụng phần mềm tích hợp CAD/CAM-MasterCam V9.0 và 
thuật chuyển đổi mN lệnh NC để tích hợp CAD/CAM cho máy phay CNC EMCO MILL 105” 
ph−ơng pháp này đ−ợc áp dụng để gia công các chi tiết có biên dạng phức tạp trên máy phay 
CNC EMCO Mill 105 . 
Summary 
A study on application of MasterCam V 9.0 software into machining process of 
EMCO MILL 105 CNC machine) 
This paper present application of MasterCam V 9.0 software and a NC program modifier 
in improvement machining capacity of 2 ẵ D CNC EMCO MILL 105 machine. Complex 
surfaces were machined successfully by 2 ẵ D CNC EMCO MILL 105 machine using NC 
program generated by MasterCam 9.0 software and modified by CN program modifier. 
Tài liệu tham khảo 
[1]. Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 2006 - NguyễnThái Bình- ĐHKTCN-TN. 
[2].Bùi Thế Đức, Thao tác vận hành và lập trình gia công trên máy CNC EMCO Concept MILL 
105, .CĐCKLK- TN 
[3]. Trần Vệ Quốc (2002) Hệ thống điều khiển số CNC- Sinumerik 810/820T. 
[4]. S.C.Jonathan Lin (1994), "Computer Numerical Control". Delmar Publishers Inc.