Lịch sử ra đời và phát triển của CAD/CAM/CNC .

CAD là gì ?

Từ ngàn xưa con người đã có sự sáng tạo . Ban đầu là những vũ khí thô sơ để săn bắt hái lượm , rồi nhà cửa đơn giản để che trú dần dần tiến đến sáng tạo ra những phương tiện đi lại phức tạp hơn như tàu thuyền , cổ xe ngựa . Sự sáng tạo còn tiến những bước dài hơn nữa khi nó gắng liền với chiến tranh : sự ra đời của vũ khí phức tạp như chiến thuyền hay máy bắn đá ...
Lúc đầu do những thứ mà con người sáng tạo ra không có nhiều sự phức tạp nên việc lưu trữ lại cách thức chế tạo gần như không có , nhưng nhu cầu ấy bắt đầu xuất hiện cùng với những cổ máy có độ phức tạp cao hơn và không thể chỉ nhìn qua là có thể làm lại được .Thế là những bản vẽ ra đời .
Trải qua hàng ngàn năm phát triển , con người đã vẽ những sáng chế của mình trên rất nhiều vật liệu : từ hình khắc trong hang động , vẽ tranh trên mãnh da thú , khắc hình lên cuộn tre ... và gần đây nhất là vẽ trên giấy vẽ với những tiêu chuẩn đã được thống nhất .

                                        

Một bản vẽ của họa sĩ Leonardo Davinci

  

Vào những năm 50 thế kỷ trước với sự ra đời của ngành khoa học máy tính việc mô hình hóa các bản vẽ kỹ thuật trở nên khả thi hơn . Tuy nhiên do khoa học máy tính thời ấy vẫn chưa đủ mạnh nên việc phát triển một hệ thống đồ họa điện toán phải dùng đến 1 siêu máy tính của Hoa Kỳ thời ấy la SAGE của không lực Hoa Kỳ . 1962 , Tiến sĩ Ivan Sutherland đã công bố SKETCHPAD được xem là thủy tổ của những phần mềm CAD hiện nay nhưng nó chỉ có thể dựng nên những hình vẽ 2 chiều (2D) . Sau này , T.E Johnson đã kế thừa và tiếp tục phát
triển nên hệ thống SKETCHPAD để thể hiện những mô hình 3D , lúc đầu ông chỉ có thể dựng được những mô hình đơn giản dạng khung dây mà thôi .

    

Hình minh họa phần mềm CAD

Hiện nay cùng sự phát triển vượt bậc của ngành khoa học máy tính , người ta đã tạo ra được những phần mềm có thể mô hình hóa những vật thể trong không gian 3D theo định dạng Khối đặc . Những phần mềm này hiển thị rất trực quan cho người thiết kế và người ta gọi những phần mềm đồ họa được hỗ trợ bởi máy tính là những phần mềm CAD ( computer aided design ) .

CAM là gì ?

Trước khi tiếp cận khái niệm về CAM chúng ta cần phải tìm hiểu một ít về máy CNC . Năm 1949 , một loại máy mà đường chuyển động của nó được số hóa một cách chính xác theo 3 trục được gọi  là máy NC ( numberical control ) đã được phát triển tại trường đại học MIT . 5 năm sau nó được ứng dụng vào sản xuất , rất nhanh chóng sau đó nó tạo nên 1 sự thay đổi rất lớn trong ngành sản xuất công nghiệp tại Mỹ . Việc gia tăng sự tự động hóa trong quá trình sản xuất đã tạo nên sự phát triển đáng kể về năng xuất và độ chính xác trong quá trình chế tạo . Ban đầu những máy NC chỉ chạy theo điểm và đường thẳng , không có quan hệ hàm số giữa chuyển động và tọa độ thế nên những chi tiết mà nó có thể gia công thì rất đơn giản , những máy NC đời đầu không được máy tính hỗ trợ nhiều ( do ngành công nghiệp máy tính lúc ấy cũng chưa phát triển ) nên phần lớn chúng hoạt động bằng cách đọc băng từ ( những cuộn giấy được đục lỗ giúp đầu đọc xuất ra những xung điện cần thiết và mã hóa thành 1 dãy mã nhị phân để điều khiển máy NC ) . Sau này khi mà ngành khoa học máy tính với sự đi đầu là công ty IBM phát triển hơn và tham gia sâu vào quá trình điều khiển máy NC thì những máy NC này được đổi tên thành CNC ( computerized numberical control) . Lúc này những máy CNC đã có thể đọc được hàng nghìn bit thông tin được xử lý và lưu trữ bởi máy tính để thực hiện những đường di chuyển phức tạp hơn rất nhiều . Cũng trong khoảng thời gian này những phần mềm CAM ra đời

Một cổ máy NC được phát triển ở phòng thí nghiệm trường đại học MIT

CAM ( Computer aided manufacturing ) là những phần mềm hỗ trợ việc sản xuất và thường xuất ra một tập tin văn bản dạng G-code . Như đã nói ở trên những chi tiết gia công ngày càng có độ phức tạp cao hơn thế nên việc lập trình tính toán các đường chạy dao 1 cách thủ công tỏ ra không có hiệu quả , nhu cầu có một phần mềm hỗ trợ cho việc tính toán các đường chạy dao phức tạp hơn , các chế độ cắt phù hợp… ngày càng cao hơn và vì vậy CAM ra đời . Phần mềm CAM thường được tích hợp chung với CAD nhưng không phải lúc nào cũng vậy . CAM có thể được xem là cầu nối giữa những ý tưởng được thế kế bằng CAD và những máy móc có thể hoạt động tự động để tạo ra ý tưởng đó CNC tạo ra 1 chu trình khép kín đầu cuối CAD/CAM/CNC

Hình minh họa hệ thống G code của phần mềm CAM

Hiện nay CAD/CAM/CNC vẫn đang trên đà phát triển từng ngày cùng sự hỗ trợ đắc lực với nền tảng máy tính mạnh mẽ . Trong tương lai cùng sự ra đời của trí tuệ nhân tạo sẽ hứa hẹn 1 sự đột phá về công nghệ trong lĩnh vực này .

                                                                 Trương Trung Hiếu