CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC ĐẠI HỌC NGÀNH ĐÀO TẠO: CÁC NGÀNH KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: CÁC NGÀNH CƠ KHÍ ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN THIẾT KẾ SẢN PHẨM VỚI CAD – MEC 421

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC ĐẠI HỌC NGÀNH ĐÀO TẠO: CÁC NGÀNH KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: CÁC NGÀNH CƠ KHÍ ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN THIẾT KẾ SẢN PHẨM VỚI CAD – MEC 421 (Học phần bắt buộc) Tên học phần (ghi phần mã số): Thiết kế sản phẩm với CAD – MEC 421 Số tín chỉ: Tổng số tín lý thuyết; Trình độ cho sinh viên năm thứ: Ba/Tư Phân bổ thời gian: - Lên lớp lý thuyết: 24 tiết - Thực hành/ thảo luận: 06 tiết x = 12 tiết Các học phần học trước: Vẽ kỹ thuật khí, Chi tiết máy Học phần thay thế, học phần tương đương: Học phần mới, khơng có mơn tương đương thay Mục tiêu học phần: Giúp sinh viên làm quen thực hành bước tiến trình tính tốn, thiết kế thiết kế lại với trợ giúp máy tính; Phát triển kỹ thiết kế sản phẩm độc lập, có tính thực tiễn đầy đủ chức ứng dụng cho sinh viên; Giúp sinh viên thực hành kỹ thiết kế sản phẩm khí có trợ giúp máy tính, hồn chỉnh vẽ từ phác thảo, vẽ lắp, vẽ chế tạo, phiếu vật liệu báo cáo kỹ thuật hoàn chỉnh; Giúp sinh viên phát triển kỹ giao tiếp kỹ thuật báo cáo viết thuyết trình kết Phát triển kỹ chuẩn bị báo cáo kỹ thuật toàn diện thiết kế sản phẩm mới; Mô tả vắn tắt nội dung học phần: Nghiên cứu q trình thiết kế khí sản phẩm chức sử dụng từ lý thuyết đến triển khai thực sự; bao gồm chủ đề CAD Thảo luận trình thiết kế tập tình - thiết kế lại sản phẩm sử dụng CAD; Học phần yêu cầu đồ án kèm theo tài liệu thiết kế chuyên nghiệp bao gồm vẽ lắp, vẽ chi tiết CAD, báo cáo phân tích thiết kế giá thành sản phẩm Đồ án có tên với tên mơn học, có đề cương đính kèm Nhiệm vụ sinh viên: Dự lớp: có Dụng cụ học tập: Vở ghi, bút viết, máy vi tính; Bài tập nhà: có Thực hành phịng máy tính 10 Tài liệu học tập: • Bài giảng “Thiết kế sản phẩm với CAD” – Bộ môn Thiết kế khí; cập nhật hàng năm • Product design in a CAD Environment, J DiCorso, University of New York at Buffalo • Tài liệu đọc thêm: Các tài liệu hướng dẫn sử dụng AutoCAD Mechanical, AutoDesk Inventor, SolidWorks, Catia, TopSolid 11 Tiêu chuẩn đánh giá sinh viên: Dự lớp: ≥ 80% tổng số thời lượng học phần Thảo luận: thực hành phịng máy tính, có cài đặt phần mềm sau: AutoCAD Mechanical 6, AutoDesk Inventor 10 trở lên Ghi chú: Trong trường hợp bố trí thực hành có hướng dẫn, học sinh phải tự thực hành máy cá nhân Giờ thực hành bố trí buổi thảo luận, giáo viên học sinh trao đổi giải pháp cho vấn đề mà học sinh vướng mắc làm nhà Chuyên cần: có Bài tập: 01 đồ án kết thúc môn học Kiểm tra học phần: điểm chấm thuyết minh thực hành máy; Thi kết thúc học phần: Thi máy, giáo viên đánh giá trực đề thi môn thông qua Khác: Không 12 Thang điểm: Thang điểm 10 (làm tròn đến phần nguyên), bao gồm: Điểm đánh giá phận tỷ trọng gồm: - Kiểm tra kỳ: 30% - Điểm thi kết thúc học phần: 70% 13 Nội dung chi tiết học phần: Người biên soạn: TS Nguyễn Văn Dự Môn học không mang nội dung nhằm hướng dẫn học sinh cách sử dụng phần mềm CAD, mà chủ yếu giới thiệu cách thức ứng dụng CAD để thiết kế sản phẩm khí Do vậy, tên mục trùng với nội dung hướng dẫn sử dụng phần mềm CAD bất kỳ, nội dung giảng trọng nguyên tắc khai thác phần mềm ứng dụng để thiết kế sản phẩm khí mà Dự kiến, Microsoft Excel, AutoDesk Inventor AutoCAD Mechanical sử dụng cho mục đích tính tốn thiết kế chi tiết máy; AutoCAD, AutoCAD Mechanical AutoDesk Inventor sử dụng để thực nội dung thiết kế chi tiết mô Học sinh sử dụng phần mềm khác để thực tập, đồ án phải đạt mục đích đề tài thiết kế đồng ý giáo viên Chương Giới thiệu 1.1 Các khái niệm 1.1.1 Máy tính trợ giúp thiết kế 1.1.2 Các dạng vẽ 1.1.3 Mơ hình khối rắn 1.1.4 Chuyển đổi kết thiết kế 1.2 Các phần mềm hỗ trợ thiết kế 1.2.1 Tính tốn 1.2.2 Vẽ thiết kế 1.2.3 Kết nối CAD/CAM/CNC Chương Các ngun tắc tạo mơ hình khối rắn 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Giới thiệu Tạo mơ hình từ hình chiều Các tham chiếu Hiệu chỉnh mơ hình khối rắn Ví dụ tổng hợp 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 Chương Thiết kế chi tiết có cơng dụng chung Giới thiệu Thiết kế bánh Thiết kế trục Tạo mơ hình ổ lăn Thiết kế then, then hoa Thiết kế bu lông, vít Chương Lắp ráp mơ 4.1 4.2 Giới thiệu Nguyên tắc tạo mối lắp 4.3 4.4 Mơ q trình lắp ráp Mơ hoạt động hệ thống 4.5 Ví dụ minh họa Chương Báo cáo thiết kế 5.1 Giới thiệu 5.2 Bản vẽ 5.2.1 Tạo vẽ 2D từ mơ hình 3D 5.2.2 Ghi kích thước, hiệu chỉnh 5.2.3 5.2.4 Khung tên Bản vẽ lắp 5.2.5 Bản vẽ chế tạo 5.3 Thuyết minh 5.4 Ví dụ 14 Lịch trình giảng dạy: Lịch giảng dạy lý thuyết thảo luận bố trí tuần học kỳ; nhằm có thời gian tuần cho sinh viên tự làm đồ án thơng qua định kỳ theo nhóm Tuần Nội dung Đọc thêm tài liệu Ghi - Chương 1; (4 tiết) - Chương (1 tiết) Chương [1]; Giảng Chương (4 tiết) (4 tiết) Chương [1]; Giảng Thực hành/ thảo luận Mềm dẻo Chương (4 tiết) Chương [1] Giảng Chương (4 tiết) Chương [1] Giảng Thực hành/ thảo luận Mềm dẻo Chương (4 tiết) Chương 4[1]; Các tài liệu [2] Giảng Chương (4 tiết) Chương 5[1]; Các tài liệu [2] Giảng Tuần Nội dung Đọc thêm tài liệu Thực hành / thảo luận Ghi Mềm dẻo 15 Ngày phê duyệt: 16 Cấp phê duyệt: Trưởng môn Chủ tịch Hội đồng KH&GD khoa Cơ khí Chủ tịch Hội đồng khối ngành Cơ khí MỤC LỤC MỤC LỤC Chương Giới thiệu 1.1 Các khái niệm bản 1.1.1 Máy tính trợ giúp thiết kế 1.1.2 Các dạng bản vẽ 1.1.3 Các dạng mô hình CAD 1.1.4 Chuyển đổi kết quả thiết kế 11 1.2 Các phần mềm trợ giúp thiết kế 11 1.2.1 Phần mềm hỗ trợ tính toán 12 1.2.2 Phầm mềm hỗ trợ vẽ thiết kế 12 1.2.3 Kết nối CAD/CAM/CNC 14 Chương Các nguyên tắc tạo mơ hình khối rắn 15 2.1 Giới thiệu 15 2.2 Tạo mơ hình khối rắn từ hình phẳng (2D) 15 2.3 Các mặt phẳng tham chiếu 17 2.4 Hiệu chỉnh mơ hình khối rắn 18 2.5 Ví dụ tổng hợp 19 Chương Thiết kế chi tiết có cơng dụng chung 32 3.1 Giới thiệu 32 3.2 Ngun tắc tính tốn thiết kế máy tính 32 3.3 Thiết kế bánh 33 3.3 Thiết kế truyền trục vít bánh vít 35 3.4 Thiết kế trục 37 3.5 Thiết kế ổ lăn 39 3.6 Thiết kế Then 41 3.7 Thiết kế bu lơng, vít 43 Chương Lắp ráp mô 46 4.1 Giới thiệu 46 4.2 Nguyên tắc tạo mối lắp 46 4.3 Mơ q trình lắp ráp 47 4.4 Mô hoạt động hệ thống 49 Chương Báo cáo thiết kế 50 5.1 Giới thiệu 50 5.2 Bản vẽ 50 5.2.1 Tạo vẽ 2D từ mơ hình 3D 50 5.2.2 Ghi kích thước hiệu chỉnh 52 5.3 Thuyết minh 54 Chương Giới thiệu 1.1 Các khái niệm bản 1.1.1 Máy tính trợ giúp thiết kế Việc thiết kế kỹ thuật thường xuất phát từ các hình ảnh được hình dung , phác thảo đầu người thiết kế Bản vẽ kỹ thuật đượ c sử dụng để thể hiện các ý tưởng người thiết kế công cụ chủ yếu giao tiếp kỹ thuật Từ máy tính đời, nhà thiết kế tạo các bản vẽ điện tử thay vì vẽ trự c tiếp giấy Thuật ngữ CAD hiểu thiết kế với trợ giúp máy tính (Computer Aided Design) Bản thiết kế máy tính có ưu điểm vượt trội tính tự động, hiệu độ xác khả lưu trữ đơn giản Hệ thống thiết kế có trợ g iúp của máy tính đầu tiên được cho là chương trình SKETCHPAD Ivan Sutherland phát triển tại Viện MIT (Massachu Setts Institute oi Technology) năm 1963 Vào những năm 1980, với sự đời phát triển của máy tính cá nhân , CAD phát triển mạnh mẽ và trở thành một công cụ chuẩn công nghệ thiết kế Kỹ t huật mô hình hóa vật rắn (Solid Modeling) phát triển nhanh chóng, cho phép biểu diễn các vật thể máy tính giống thực tế với đầy đủ các đặc tín h vật lý: kích thước, khới lượng, Từ mơ hình khối rắn, việc tạo vẽ chế tạo trở nên dễ dàng nhờ hỗ trợ phần mềm thiết kế 1.1.2 Các dạng bản vẽ Trong thực tế, 92% quá trình thiết kế là các công việc liên quan đến bản vẽ Đánh giá tổng quan, viết báo cáo và thuyết trình chỉ chiếm 8% Bản vẽ, kỹ thuật đầu tiên thực hiện vào năm 2130 B.C., dựa vào thông tin bức tượng ở bảo tàng Louvre, Paris Trước đây, vẽ kỹ thuật được thực hiện một bức ảnh minh họa Các bản vẽ này sử dụng phép chiếu phối cảnh (Perspective view), các đường song song của vật thể thực sẽ thu hẹp dần khoảng cách vì coi gặp ở xa Các bản vẽ thường khơng mơ tả chính xác được hết cấu tạo chi tiết của đối tượng Bản vẽ chi tiết chính xác (được biết đến với tên gọi Exploded view) được phát vào thế kỷ 15 và hoàn thành nhờ công sức của Leonardo de Vinci Tuy nhiên, các dạng bản vẽ đó vẫn chưa mô tả được chi tiết các kích thước và cấu trúc đối tượng Bản vẽ sử dụng hình chiếu vuông góc (Orthographic Projections) được Albrecht Durer phát triển năm 1528 và thông dụng cho đến ngày Để mô tả bao quá t đối tượng, các hình chiếu đẳng cự (Isometric View) được sử dụng phổ biến là phép chiếu phối cảnh Phép chiếu đẳng cự được Willian Farish giới thiệu vào đầu thế kỷ 19 Các bản vẽ truyền thống Mục đích của các bản vẽ kỹ thuật là biểu diễn đầy đủ các vật thể thực cho người khác đọc có thể hiểu và hình dung một cách đúng đắn vật thể đó Bản vẽ truyền thống bao gồm các đường nét được vẽ không gian phẳng , có thể vẽ trực tiếp giấy vẽ bằng tay hoặc máy tính, hoặc in từ máy tính Các bản vẽ truyền thống thường sử dụng các hình chiếu (Section view) để biểu diễn các góc nhìn vật thể (Projected view), hình cắt Đơi khi, hình chiếu xiên (Auxiliary view) được sử dụng để mô tả một bề mặt vật thể ở một góc nhìn khác minh họa của các khái niệm này được trình bày hình Số lượng các hình chiếu , hình cắt nên ít nhất phải mô tả được hế t cấu tạo và kích thước vật thể Trong hầu hết các trường hợp , hình chiếu là đủ ; nhiều trường hợp vật thể đơn giản (ví dụ một trụ tròn xoay) có thể chỉ cần hình chiếu và một vài hình cắt) - Bản vẽ ch ế tạo còn gọi là bản vẽ chi tiết (Detail Drawing) được sử dụng để mô tả chi tiết của vật thể đã được thiết kế hoàn tất Bản vẽ này cần cung cấp đầy đủ các thông tin cho chi tiết có thể được chế tạo đúng mà không c ần lấy thông tin ở nơi khác Nói cách khác, bản vẽ chế tạo phải bao gồm đủ các hình chiếu , hình cắt để hình dung vật thể , có đủ các kích thước, yêu cầu về vật liệu và yêu cầu về kỹ thuật chế tạo sản phẩm - Bản vẽ lắp Bản vẽ lắp (Assembly Drawing) dùng để biểu diễn kết cấu lắp ghép của các chi tiết với kích thước và các thông tin chi tiết khác thường không được biểu diễn nhằm giúp cho bản vẽ dễ nhìn Thông thường, bản vẽ lắp chứa các hình chiếu , hình cắt của toàn bộ cụm chi tiết cần biểu diễn Đôi một hình chiếu trục đo đẳng cự cũng đủ cho một bản vẽ lắp Trên một bản vẽ lắp , các chi t iết phải được đánh số để đưa vào bảng kê Bảng kê (Part list hoặc Bill of material) nhất thiết phải có bản vẽ lắp Bảng kê phải bao gồm số liệu chi tiết, tên chi tiết, vật liệu, số lượng của chi tiết và các thơng tin khác nếu cần 1.1.3 Các dạng mơ hình CAD Một mô hình CAD (CAD Model) là một biểu diễn của vật thể máy vi tính Một mô hình CAD thực chất là một tài liệu kỹ thuật về vật thể máy tính Nó bao gồm tất cả các thông tin thiết kế tương quan hình học , kích thước, dung sai, vật liệu và các thông số chế tạo Mô hình CAD đã thay thế các bản vẽ thiết kế giấy từ nhiều thập kỷ Mơ hình CAD đơn giản nhất là mô hình chiều (Two Dimensional Model) Mô hình này thực chất là các hình chiếu vuông góc được vẽ bằng máy tính , hoàn toàn tương đương với các bản vẽ truyền thống trước Các phầm mềm CAD lưu trữ các hình chiếu này khơng thể "hình dung" được các mới liên quan giữa các hình chiếu để tạo thành vật thể ba chiều , điều mà người cần làm để tưởng tượng vật thể được vẽ Một mô hình CAD cao cấp được gọi là mô hình 2,5 chiều (Two - and - one Half - dimensional model) Ở mô hình này, các phần mềm máy tính lưu trữ chiều thứ ba của vật thể một cách đơn giản là độ sâu của tiết diện ngang Nói cách khác , mơ hình 2,5 chiều được dùng để biểu diễn vật thể có tiết diện ngang không đổi Mô hình CAD ba chiều hay gọi tắt là 3D (Three - dimensional model) là mơ hình phở biến nhất hiện Một cách đơn giản, có thể hình dung rằng phần mềm máy tính lưu trữ các tọa độ chiều của tất cả các điểm của đối tượng và quan hệ giữa các điểm đó với Các hình chiếu, hình cắt dễ dàng được tạo một cách tự động từ mô hình chiều Các phần mềm CAD hiện đều dựa nguyên tắc làm vi ệc với mô hình chiều Theo tiến trình phát triển, có dạng mô hình CAD chiều, đó là: - Mơ hình khung dây (Wireframe model) - Mô hình bề mặt (Surface model) - Mô hình khối rắn (Solid model) Mơ hình khung dây là mơ h ình 3D đơn giản nhất Mô hình này chỉ biểu diễn các cạnh của vật thể Phầm mềm CAD chỉ lưu giữ thông tin về các đỉnh và nối các đỉnh đó với bằng các đoạn thẳng Cung tròn được biểu diễn một chuỗi hữu hạn các đỉnh, nối với bằng các đoạn thẳng Nhược điểm lớn nhất của mô hình khung dây là rất khó hình dung vật thể , tất cả các cạnh đều ở dạng thấy rõ (Visible), không có đường nào bị che khuất được Ưu điểm của mô hì nh này là nó cần ít không gian lưu trữ thông tin và lực xử lý của máy tính, và đó, nó phù hợp với giai đoạn phát triển trước Mô hình bề mặt định nghĩa đối tượng bằng các mặt phẳng (Flat) và mặ t cong (Curved) Mô hình này khắc phục được nhược điểm về các đường thấy đường khuất của mô hình khung dây Thêm nữa, nó có thể mơ phỏng khá trực quan vật thể bằng cách đặt các nguồn sáng ảo và tạo hiệu ứng ánh sáng lên vật thể Kỹ thuật này được biết đến với tên gọi tạo bóng mờ (Shading) hay biểu diễn (Rendering) Nhược điểm lớn nhất của mô hình bề mặt là nó không lưu trữ được thông tin về cấu trúc bên (Interior) của vật thể Chẳng hạn , thông tin về khối lượng, mômen quán tính mặt cắt , ứng suất, hình cắt … của vật thể không được lưu trữ hay xử lý ở mô hình này Mô hình khối rắn là mô hình CAD tân tiến nhất (the current - state - of - the - art) hiện Mô hình này chứa đựng hầu hết các thông tin cần thiết để mô tả vật thể thực Các nguyên tắc bản của việc xây dựng mô hình khối rắn được tóm tắt dưới a Mô hình hóa dựa khối bản (Feature - Base modeling) Mô hình hóa dựa khối bản nghĩa là quá trình xây dựng mô hình vật thể được thực hiện bằng cách sửa , hiệu chỉnh các khối bản Khối bản một vật thể được hiệu chỉnh theo những cách thức tương tự để tạo dáng vật thể bằng phương pháp gia công thực Chọn dạng khối bản có ý nghĩa việc chọn phôi để gia công chi tiết Mỗi bước hiệu chỉnh mơ hình để tạo thành chi tiết có ý nghĩa tương tự bước gia công thực Trong CAD, khối bản là một khối rắn chiều, được tạo thành bằng cách xoay hoặc kéo dài một tiết diện của nó Bảng 1.1 dưới trình bày một ví dụ về các h tạo mô hình CAD của một cán dao cắt bánh Pizza; thứ tự các bước là các hàng được đánh số (cột STT) Mối tương quan giữa việc hiệu chỉnh mô hình CAD và quá trình gia công được biểu diễn tương ứng cột và Bảng 1.1 Ví dụ quá trình tạo mô hình và gia công cán dao Thiết kế mô hình 3D STT Mơ hình 3D Bước gia cơng Vẽ mặt cắt ngang Chọn đường kính phôi Kéo dãn (Extrude) để tạo khối sở Cắt phôi trụ tròn theo chiều dài Xấn rãnh đầu, vê tròn đầu cịn lại Tiện máy tiện Tạo lỡ Khoan lỗ Tạo rãnh phần Tiện rãnh b Mô hình hóa các ràng buộc Ở số vẽ, tương quan vị trí hay kích thước giữa các thành phần của mô hình có ràng buộc chặt chẽ với nha u Chẳng hạn, một lỗ có vị trí cách một bề mặt một khoảng xác định, thì di chuyển mặt đó đến vị trí mới , vị trí của lỗ cũng di chuyển theo , đảm bảo khoảng cách giữa lỗ và bề mặt được giữ nguyên c Mô hình tham số (Parametric Model) Mô hình tham số là dạng khác của mô hình có ràng buộc Chẳng hạn, kích thước coi là tham số của mô hình Người kỹ sư có thể lệnh thay đổi kích thước , đó mô hình sẽ thay đổi theo Trái lại , mô hình được hiệu chỉnh (kéo d ãn chẳng hạn ), kích thước tương ứng của nó cũng sẽ tự cập nhật Một ví dụ khác, một lỗ được thiết kế có tâm nằm giữa mặt của khối rắn Nếu hai mặt có khoảng cách là 40 , tâm lỗ sẽ cách mỗi mặt là 10 20 Nếu ta thay đổi khoảng cách giữa mặt thành 100 chẳng hạn, lỗ sẽ tự dịch chuyển để tâm lỗ cách mỗi mặt 50 1.1.4 Chuyển đổi kết quả thiết kế Về nguyên tắc định dạng file chứa dữ liệu kết quả thiết kế của các phần mềm CAD nói chung không giống Vì vậy, một phần mềm CAD không thể mở để đọc hay sửa file kết quả của phần mềm CAD khác Thậm chí, phầm mềm CAD cũng hầu hết các phầm mềm ứng dụng khác, không thẻ mở file được tạo bởi chính phần mềm đó ở phiên bản cao Về bản , có phương pháp chuyển đổi dữ liệu thiết kế từ phần mềm mềm CAD khác: CAD này sang phần Nhập/xuất (Import/Export) trực tiếp; Chuyển đổi qua định dạng trung gian; Sử dụng công cụ chuyển đổi của hãng phần mềm thứ ba a Nhật/xuất dữ liệu trực tiếp Nhiều phần mềm CAD cho phép mở file hay lưu cất file ở định dạng của phần mềm CAD khác cách trực tiếp (Menu Open/Save As hay Import/Export) Tuy nhiên, các chức này thường không đầy đủ , nhiều vẽ thiết kế phức tạp sẽ mất các đặc tính quan trọng Đa số cá hãng, cạnh tranh , cho phép nhập file định dạng của hãng khác lại hạn chế xuất kết quả sang định dạng của các hãng khác Để biết phần mềm dùng cho phép nhập /xuất định dạng này , hãy kiểm tra danh sách File Type hoặc Option của các chức Open/Import và Save As/Export của phần mềm đó b Chuyển đổi qua định dạng trung gian Hầu hết các phần mềm CAD đều có thể nhập xuất file dữ liệu ở dạng trung gian Các định dạng này thường được định nghĩa bởi các tổ chức tiêu chuẩn , độc lập với các hãng hoặc của hãng đề xuất được chấp nhận rộng rãi Hiện nay, các định dạng file IGES (đọc là Ai -Jess), ACIS và SAT được sử dụng rất phổ biến Có thể tìm thấy tùy chọn mở /lưu cất theo các định dạng ở hầu hết các phần mềm CAD c Sử dụng tiện ích chuyển đổi Nhiều công ty phầm mềm cung cấp các tiện ích chuyển đổi qua lại các định dạng file cho các phần mềm CAD /CAM Sử dụng tiện ích cho phép bảo toàn được nhiều đặc tính của thiết kế người dùng thường phải chi trả cho tiện ích này 1.2 Các phần mềm trợ giúp thiết kế Máy vi tính ngày càng trợ giúp người nhiều các công việc Công tác thiết kế thường chứa các công đoạn tư , sáng tạo, tính toán, vẽ Phần này trình bày 11 một số phần mềm thông dụng có thể được sử dụng để hỗ trợ các công việc tính toán và vẽ thiết kế sản phẩm 1.2.1 Phần mềm hỡ trợ tính tốn MS.Excel là mợt phần mềm có khả hỗ trợ tí nh toán thiết kế khá tốt Trong Excel có sẵn rất nhiều hàm xử lý số liệu , từ những hàm đơn giản tính tổng , tích, khai căn, các hàm mũ, loga, hàm lượng giác tớ i các hàm thống kê , dự báo… Một đặc điểm phù hợp của Excel với các bài toán thiết kế là : các ô dữ liệu của Excel tự động cập nhật kết quả tính toán nếu các giá trị ô liên quan thay đổi Nhà thiết kế có thể lặp lại các phép thử , quan sát kết quả và hiệu chỉnh cho đến đạt yêu cầu Trong lĩnh vực thiết kế khí , gói ứng dụng MITcal hoàn toàn chạy nền Excel, có khả năng: - Phân phối tối ưu tỉ số truyền cho các hộp giảm tốc theo các chỉ tiêu khác - Tính toán các bộ truyền bánh trụ, nón, trục vít - Xuất kết quả tính toán sang CAD thông qua ngôn ngữ VBA Bạn đọc có thể tải gói ứng dụng này về dùng thử , qua đó học cách tạo lập bảng tính cho bài toán cụ thể của riêng mình Autodesk Mechanical Desktop hỗ trợ tính trực tiếp các chi tiết thông dụng trục , ổ, bánh răng, trục vít, then, then hoa … kết quả tính toán được xuất trực tiếp một hình chiếu 2D của chi tiết được tính Nhược điểm chính của Mechanical Desk top là không tạo mô hình 3D cho các chi tiết này Autodesk Inventor hỗ trợ tính toán các chi tiết thông dụng , tương tự với Mechanical Desktop Ưu điểm của Inventor là kết quả tính được sử dụng để tạo mô hình khối rắn Từ đó, ta dễ dàng kết xuất các bản vẽ chế tạo , có đầy đủ các kích thước , hoặc sử dụng trực tiếp cho việc lắp ráp hệ thớng Autodesk Inventor là số phần mềm 3D có thư viện tính toán đầy đủ cho các chi tiết có cơng dụng chung (trục, ổ, bánh răng, trục vít…) Từ Inventor 2008, gói tính toán ANSYS hỗ trợ tính ứng suất , biến dạng của chi tiết máy theo phương pháp phần từ hữu hạn đã được tích hợp sẵn 1.2.2 Phầm mềm hỗ trợ vẽ thiết kế Hiện có khá nhiều phần mềm hỗ trợ thiết kế Mỗi phần mềm có những ưu , nhược riêng của nó Việc sử dụng phần mềm nào cho công tác thiết kế tùy thuộc vào ý muốn và khả của các nhà thiết kế Với người mới bắt đầu , việc chọn phần mềm nào để học nên dựa vào tính sẵn có của tài liệu, khả cài đặt máy của mình Tất cả các phần mềm CAD hiện đều hỗ trợ các thao tác cần thiết cho thiết kế tạo mô hình khối rắn , lắp ráp, mô phỏng chuyển động … bạn đã sử dụng thành thạo phần mềm CAD thì việc học sử dụng các phần mềm CAD khác là công việc đơn giản và không mất thời gian Cần lưu ý rằng, hiện khái niệm thiết kế có nghĩa là làm việc với 12 các mô hình khối rắn chứ không phải là chỉ tạo các bản vẽ giấy truyền thống Một số phần mềm hỗ trợ thiết kế phổ biến hiện được tóm tắt dưới Autodesk AutoCAD là phần mềm trợ giúp thiết kế 2D và 3D Phiên bản 1.0 đời tháng 12/1982 là phần mềm CAD đầu tiên chạy máy tính cá nhân AutoCAD hỗ trợ nhiều ứng dụng lập trình API AutoLisp , Visual Lisp, VBA, NET vào object ARX , cho phép lập trình tùy biến và tự động hóa thiết kế Phiên bản AutoCAD 2011 được phát hành vào tháng 3/2010 Các file AutoCAD có đuôi DW G Lưu ý có các định dạng DWG theo phiên bản AutoCAD có phiên bản thấp không đọc được các file DWG phiên bản cao Các mốc phiên bản DWG có R14 (1997), DWG 2000, 2004, 2007 và 2010 Autodesk Inventor là phần mềm CAD hỗ trợ thiết kế khí 3D, mô phỏng sản phẩm và giao tiếp thiết kế Phiên bản đầu ti ên (Inventor 1.0) được phát hành tháng 11/1999 Phiên bản 11 được phát hành tháng 4/2006 Các phiên bản sau đó được gắn với năm dương lịch thay vì các số thứ tự Phiên bản Inventor 2011 được phát hành vào tháng 3/2010 Solidworks là phần mềm CAD 3D dùng cho thiết kế khí , được giới thiệu lần đầu tiên năm 1995, mang tên Solidworks95 Solidworks đã được 3,4 triệu kỹ sư 100.000 công ty toàn thế giới sử dụng Top Solid là gói p hần mềm tích hợp CAD/CAM, cho phép thiết kế gia công các sản phẩm cùng phần mềm Gói phần mềm Top Solid trải rộng các lĩnh vực thiết kế gia công khí , từ khí thông dụng (Top Solid Design ) cho đến các giải pháp cụ thể , kim loại tấm (Top Solid 's Sheet Metal ), gỗ (Top Solid ' wood), chế tạo khuôn (Top Solid'Mold) và chế tạo dụng cụ dập (Top Solid's Progress) Top Solid đã được xếp hạng thứ số các phần mềm CAD /CAM ở Pháp (Sau Catia của Dassault Systemes) và đứng thứ thế giới CATIA là gói phần mềm CAD /CAM/CAE đa dụng , cũng được phát triển bởi hã ng Dassault Systemes (tác giả của Solid works) CATIA là tên viết tắt của thuật ngữ: “máy tính trợ giúp ứng dụng tươn g tác chiều (Computer Aided Three-dimensional Interactive Application)” Gói phần mềm này được xây dựng cuối những năm 1970 với mục đích hỗ trợ phát triển máy bay phản lực chiến đấu Mirage , sau đó được sử dụng cho các lĩnh vự c công nghiệp khác hàng không, ô tô, tàu thủy … ProEngineer là gói phần mềm tích hợp CAD /CAM/CAE, dành cho thiết kế và gia công khí , phiên bản Pro /E được phát hành năm 1987; phiên bản cuối cùng mang tên Pro/E được đánh số thứ tự là Pro /E 2001 Từ 2002, phần mề m mang tên mới là Pro /E Wildfire Phiên bản Pro/E wildfire 5.0 được phát hành năm 2009 MasterCAM là sản phẩm tích hợp CAD /CAM của c ông ty phần mềm CNC (CNC Software Inc ) Đây là những ph ần mềm CAD /CAM đầu tiên được viết dàn h cho cả người thiết kế người gia công MasterCAM cho phép người dùng thiết kế sản phẩm và điều khiển máy gia công số (CNC) để gia công sản phẩm đó Bên cạnh thư viện các máy CNC tích hợp sẵn, chương trình cũng cho phép người dùng tạo thư viện mới 13 1.2.3 Kết nối CAD/CAM/CNC Thuật ngữ CAD/CAM là viết tắt của Computer - Aided Design (CAD) và Computer Aided Manufacturing (CAM - máy tính trợ giúp gia công ) CNC là viết tắt của Computer Numerically Controled machines (các máy được điều khiển số bằng máy tính ) Trước có CAD , giới gia công đã sử dụng các công cụ được điều khiển số để gia công các bề mặt phức tạp , yêu cầu chính xác và sản xuất loạt lớn Từ những năm 1950, các máy gia công số đã sử dụng các bằng giấy đục lỗ để cung cấp dữ liệu điều khiển cho các động xác lập vị trí dụng cụ cắt Vào những năm 1960, các máy CN C phát triển mạnh mẽ , nâng mức độ tự động hóa lên tầm mới, nhờ việc tích hợp các bộ lặp phản hồi (Feedback loops) Tín hiệu từ dụng cụ cắt được truyền về máy tính , máy tính báo lại tín hiệu điều khiển dụng cụ cắt , cứ vậy quá trình gia công được thực hiện , đòi hỏi rất ít tác động trực tiếp của người vận hành máy CAD/CAM tích hợp : Sự phát triển của CAD ban đầu có ít ảnh hưởng đến công nghệ CNC bởi có định dạng file dữ liệu khác giữa các chương trình CAD và CAM Sau này, các phần mềm CAD AutoCAD , Inventor, Solid works đã tích hợp khả xuất d ữ liệu cho CAM và ngược lại , các phần mềm gia công Master CAM, đã có khả chấp nhận các công cụ CAD Các gói phần mềm CAD /CAM tích hợp cũng góp phần khai thông ngăn cách giữa CAD/CAM 14 Chương Các ngun tắc tạo mơ hình khối rắn 2.1 Giới thiệu Trong phần mềm CAD, chi tiết đơn thường được gọi là Part Mỗi mơ hình chi tiết được hình thành từ các khới bản Tḥt ngữ Feature được dùng để chỉ tập hợp thông tin về khối bản Các thông tin này bao gồm các tham số hình dạng , kích thước, vị trí tương quan … của các thành phần hình học tạo nên khối đó Để thuận tiện, ta quy ước gọi tắt Feature là khới bản Mơ hình chi tiết (Part Model) tập hợp phần riêng rẽ chi tiết (Feature), mà chỉnh sửa nào, đa số Feature tạo từ phác thảo (Sketch) Các Feature liên kết với theo trình tự đặt người thiết kế Có nhiều cách để tạo mơ hình chi tiết Lập định hướng thiết kế tốt giúp ta tạo lập chỉnh sửa mơ hình dễ dàng Mơ hình khối rắn hay 3D mơ hình biểu diễn vật thể ba chiều (3D) hồn chỉnh Mơ hình bao gồm cạnh, mặt đặc điểm bên Mơ hình khối rắn có đặc điểm sau: Dùng lệnh cắt khối rắn ta nhìn thấy tồn bên mơ hình Mơ hình dạng tính thể tích đặc tính khối lượng thường gọi Solid Các mơ hình Solid Autodesk Inventor hình thành từ hai thuộc tính Featurebased Persistent Trong đó, Feature-based chi tiết tổ hợp từ Feature hole (lỗ), flange (Gờ mép), fillet (vê tròn), boss (vấu lồi) Thuộc tính Persistent mơ hình tập hợp thông tin khối sở tiến trình hiệu chỉnh mơ hình Ta thay đổi đặc điểm mơ hình cách trở lại thay đổi Sketch mơ hình thay đổi giá trị tham số sử dụng lệnh tạo mơ hình Từ mơ hình khối rắn ta tạo lập vẽ thiết kê hai chiều (2D) cách dễ dàng môi trường Draft Để tạo mô hình khối rắn , các kiến thức bản về vẽ 2D nguyên tắc hình thành là khá cần thiết Trong phần 2.2 giới thiệu cách tạo mơ hình khối rắn từ hình 2D Các cách tạo mặt phẳng tham chiếu vẽ hiệu chỉnh khối rắn trình bày phần 2.2 Để tạo chi tiết hồn chỉnh cần phải có bước hiệu chỉnh khối rắn phần 2.3 Phần 2.4 đưa ví dụ tổng hợp để minh họa bước thiết kế hồn chỉnh chi tiết 2.2 Tạo mơ hình khối rắn từ hình phẳng (2D) Hình phẳng hay vẽ 2D tập hợp đoạn thẳng đường cong (đường trịn, cung trịn, elíp ) nằm mặt phẳng Trong vẽ 3D, mô hình dựng lên theo 15 phương đường dẫn Q trình xây dựng mơ hình 3D từ hình phẳng 2D minh họa hình 2.2 Hình 2.1 Xây dựng mơ hình 3D từ hình phẳng 2D Tạo mơ hình khối rắn từ hình phẳng 2D gồm nguyên tắc sau: + Nguyên tắc thứ nhất: Qt biên theo phương vng góc ( Extrude) + Ngun tắc thứ hai: Quét biên quanh trục ( Resolve) + Nguyên tắc thứ ba: Quét biên theo đường dẫn( Sweep, Loft) Ba nguyên tắc minh họa bảng 2.1 Bảng 2.1 Các nguyên tắc tạo khối rắn từ hình phẳng 2D Minh họa nguyên tắc thứ nhất( sử dụng lệnh Extrude) Hình phẳng 2D ban đầu Mơ hình khối rắn tạo Chú ý: Chiều quét bên dạng tùy chọn hướng lên hướng xuống 16 Minh họa nguyên tắc thứ hai ( sử dụng lệnh Revolve) Hình phẳng 2D ban đầu Mơ hình khối rắn tạo Chú ý: Theo ngun tắc góc quét chọn giá trị tùy ý Minh họa nguyên tắc thứ ba ( sử dụng lệnh Sweep) Hình phẳng 2D ban đầu Mơ hình khối rắn tạo Chú ý: Ở nguyên tắc ta phải tạo thêm đường dẫn vng góc với hình phẳng Để tạo mơ hình chi tiết hoàn chỉnh ta cần phải qua bước trung gian tạo mặt phẳng tham chiếu Các mặt phẳng giới thiệu phần 2.3 2.3 Các mặt phẳng tham chiếu Trong môi trường thiết kế Standard.ipt để tạo mặt phẳng tham chiếu ta sử dụng lệnh Plane Có 12 cách tạo mặt phẳng tham chiếu trình bày bảng 2.2 Bảng 2.2 Các mặt phẳng tham chiếu Offset from Plane: Tạo mặt phẳng cách mặt phẳng chọn khoảng tùy ý; Parallel to Plane through Point: Tạo mặt phẳng song song với mặt phẳng chọn qua điểm tùy chọn; Midplane between Two parallel Planes Tạo mặt phẳng nằm mặt phẳng; 17 Midplane of torus: Mặt phẳng nằm hình vành xuyến; Angle to Plane around Edge: mặt phẳng chứa đường thẳng hợp thành góc tùy ý với mặt phẳng chọn; Three Points: Tạo mặt phẳng qua điểm không thẳng hàng; Two Coplanar Edges: tạo mặt phẳng qua đường thẳng song song vng góc với nhau; Tangent to Surface through Egde: Tạo mặt phẳng tiếp tuyến với mặt trụ qua đường thẳng; Tangent to Surface through Point: Tạo mặt phẳng tiếp tuyến với mặt trụ qua điểm; 10 Tangent to Surface and Parallel to Plane: Tạo mặt phẳng tiếp tuyến với mặt trụ song song với mặt phẳng; 11 Nomal to axis through Point: Mặt phẳng chứa đường thẳng qua điểm; 12 Nomal to axis through Point: Mặt phẳng qua điểm vng góc với đường curve; Việc tạo mặt phẳng tham chiếu bước trung gian để tạo tiết hoàn chỉnh Để tạo chi tiết hoàn chỉnh cần phải trải qua bước hiệu chỉnh Các lệnh hiệu chỉnh mô hình khối rắn trình bày cụ thể mục 2.4 2.4 Hiệu chỉnh mơ hình khối rắn Các cơng cụ hiệu chỉnh khối rắn nằm công cụ Panel minh họa bảng 2.2 Bảng 2.2 Một số lệnh hiệu chỉnh Hole: Tạo lỗ Fillet: Bo tròn cạnh Chamfer: Vát mép cạnh Shell : Tạo khối rỗng Draft: Kéo mặt Các lệnh hiệu chỉnh cịn lại dùng bao gồm Thread (tạo ren), Split (chia khối), Combine (hợp khối rắn) Hình 2.2 minh họa chi tiết trước sau hiệu chỉnh 18 Trước hiệu chỉnh Sau hiệu chỉnh Hình 2.2 Mơ hình khối rắn trước sau hiệu chỉnh 2.5 Ví dụ tổng hợp Ví dụ tổng hợp nhằm giúp người đọc hệ thống hóa ứng dụng lệnh hiệu chỉnh để xây dựng mơ hình điển hình lĩnh vực khí Người đọc nên thực theo trình tự trình bày Điều khơng giúp ích cho việc ứng dụng lệnh hiệu chỉnh biết cho ứng dụng cụ thể, mà cịn giúp cho người học đồng thời làm quen với cách thực ứng dụng lệnh Đây cách học hiệu Ví dụ tổng hợp đề xuất nửa thân vỏ hộp giảm tốc khai triển cấp (Hình 2.3) Hình 2.3 Mơ hình nửa thân hộp giảm tốc khai triển cấp 19  Trình tự lệnh xây dựng mơ hình liệt kê chi tiết - Bước 1: Vẽ hình chữ nhật có kích thước 440 x 240 nằm mặt phẳng xy có tâm nằm gốc O (Hình 2.4) Chú ý, để di chuyển hình chữ nhật có tâm trùng với gốc O ta phải + Tạo đường thẳng tham chiếu với lệnh Construction + Di chuyển tâm hình chữ nhật gốc với lệnh buộc Coincident constraint - - Hình 2.4 Hình chữ nhật có kích thước 440 x 240 Bước 2: Tạo biên dạng offset từ hình chữ nhật ban đầu với khoảng cách 50 60 Sử dụng lệnh Trim Extend để hiệu chỉnh lại biên dạng (Hình 2.5) Hình 2.5 Biên dạng Offset từ hình chữ nhật ban đầu Bước 3: Sử dụng lệnh Extrude tạo đáy thân hộp (Hình 2.6 hình 2.7) 20 ... tập tình - thiết kế lại sản phẩm sử dụng CAD; Học phần yêu cầu đồ án kèm theo tài liệu thiết kế chuyên nghiệp bao gồm vẽ lắp, vẽ chi tiết CAD, báo cáo phân tích thiết kế giá thành sản phẩm Đồ án... Inventor AutoCAD Mechanical sử dụng cho mục đích tính tốn thiết kế chi tiết máy; AutoCAD, AutoCAD Mechanical AutoDesk Inventor sử dụng để thực nội dung thiết kế chi tiết mô Học sinh sử dụng phần mềm... 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 Chương Thiết kế chi tiết có cơng dụng chung Giới thiệu Thiết kế bánh Thiết kế trục Tạo mơ hình ổ lăn Thiết kế then, then hoa Thiết kế bu lông, vít Chương Lắp ráp mơ 4.1