Đồ án tốt nghiệp thiết kế, chế tạo khuôn ép cánh máy bay mô hình sử dụng công nghệ tái tạo và CAD CAM CNC

1 MỤC LỤC BẢN DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT - CAD: Computer Aided Design (Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính) - CAE: Computer Aided Engineering (Phân tích kỹ thuật có sự trợ giúp của máy tính) - CAM: Computer Aided Manufacturing (Sản xuất có sự trợ giúp của máy tính) - CAPP: Computer Aided Process Planning (Chuẩn bị công nghệ có sự trợ giúp của máy tính) - CNC: Computer Numerical Control (Điều khiển số bằng máy tính) - EPS: Expanded Polystyrene - RE: Reverse Engineering (Thiết kế ngược) - RP: Rapid Prototyping (Tạo mẫu nhanh) 2 LỜI NÓI ĐẦU Cơ – Điện tử là một kỹ thuật liên ngành sinh ra do sự tích hợp hữu cơ giữa kỹ thuật cơ khí, điện tử, khoa học máy tính và công nghệ thông tin, dùng để chế tạo những sản phẩm thông minh. Do vậy Cơ – Điện tử là ngành có vị trí quan trọng trong nền kinh tế, là cơ sở của quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Trong một khóa đào tạo kỹ sư Cơ – Điện tử, quá trình làm đề tài đồ án tốt nghiệp có ý nghĩa vô cùng quan trọng đối với một sinh viên chuyên ngành Cơ – Điện tử. Đồ án tốt nghiệp giúp sinh viên có thể tổng hợp được các kiến thức chung về cơ khí, về điện tử… đã tích lũy được từ các năm học trước. Đồng thời hiểu sâu sắc hơn về sự tích hợp của hệ cơ điện tử. Vận dụng những kiến thức đã được học đi vào thực tế, vận dụng vào thực tiễn để tạo ra các sản phẩm thực. Không những thế trong quá trình làm đề tài đồ án tốt nghiệp còn giúp cho sinh viên rút ra được những kinh nghiệm, kỹ năng làm việc có kế hoạch… Đó là hành trang thiết thực cho mỗi sinh viên chuẩn bị rời ghế nhà trường. Hiện nay, nhu cầu về khuôn mẫu là vô cùng lớn không chỉ ở trong nước mà trên toàn thế giới. Do đó ngành khuôn mẫu trong nước phải không ngừng đổi mới, cải tiến công nghệ, từng bước công nghiệp hóa hiện đại hóa đáp ứng nhu cầu trong nước và xuất khẩu ra nước ngoài. Trước xu thế hội nhập toàn cầu, nhu cầu sử dụng về sản phẩm là rất lớn, đòi hỏi ngành khuôn mẫu phải không ngừng phát triển, luôn luôn tạo ra những sản phẩm mới với sự đa dạng về mẫu mã, chủng loại để đáp ứng mọi nhu cầu của người tiêu dùng trên khắp các vùng miền. Với những mục tiêu đó em đã chọn đề tài: “Thiết kế, chế tạo khuôn ép cánh máy bay mô hình sử dụng công nghệ tái tạo và CAD/CAM/CNC” với đối tượng thiết kế, chế tạo là “khuôn ép xốp” làm đồ án tốt nghiệp. Trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp, mặc dù hết sức cố gắng nhưng do hạn chế về kiến thức và thiết bị nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót. Em rất 3 mong nhận được sự góp ý, bổ sung, đóng góp ý kiến của thầy giáo và bạn đọc để đồ án hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy trong khoa Hàng không vũ trụ cùng thầy giáo TS.Tăng Quốc Nam và thầy giáo KS.Phùng Văn Bình đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo, tạo điều kiện để em có thể hoàn thành đồ án. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 17 tháng 9 năm 2012 Học viên thực hiện Hỏa Thiên Thanh 4 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Trên thế giới, cuộc cách mạng về máy tính điện tử đã có tác động lớn vào nền sản xuất công nghiệp. Đặc biệt, trong ngành cơ khí chế tạo hiện đại, công nghệ thông tin đã được ứng dụng rộng rãi, để nhanh chóng chuyển đổi các quá trình sản xuất theo kiểu truyền thống sang sản xuất công nghệ cao, nhờ đó giai đoạn thiết kế và chế tạo khuôn mẫu từng bước được tự động hóa. Công nghệ tái tạo ra đời dựa trên nhu cầu sản xuất thực tế, khi người ta cần chế tạo sản phẩm theo những mẫu có sẵn mà không có bản vẽ thiết kế tương ứng hoặc là có nhưng bị mất hay không còn nguyên vẹn như: các chi tiết là đồ cổ vật, những chi tiết đã ngừng sản xuất từ lâu, những chi tiết không rõ xuất xứ, những phù điêu, bộ phận cơ thể con người… Ngày nay người ta thường sử dụng máy quét để số hoá chi tiết, sau đó sử dụng các phần mềm chuyên dụng để xử lý dữ liệu số hoá, cuối cùng sẽ tạo ra được mô hình CAD 3D cho các chi tiết với độ chính xác cao so với mẫu ban đầu. CAD/CAM/CNC đang là chủ đề nghiên cứu, ứng dụng rộng khắp với nhiều thế mạnh nổi bật trong ngành công nghiệp ô tô, công nghiệp hàng không vũ trụ… Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp, những yêu cầu cấp bách về các loại khuôn để đáp ứng nhu cầu của thị trường về chủng loại, mẫu mã sản phẩm ngày càng tăng. Đa số các sản phẩm khuôn có những yêu cầu cao về mặt công nghệ và kỹ thuật để sản xuất các linh kiện và thiết bị như máy giặt, tủ lạnh, xe máy, ô tô… Với việc ứng dụng CAD/CAM đã cho phép rút ngắn quy trình thiết kế, chế tạo khuôn, cho phép thay đổi mẫu mã, sản phẩm một cách nhanh chóng và linh hoạt, có thể sản xuất được những loại khuôn có độ phức tạp cao với tính năng tối ưu. Hiện nay, nhu cầu về khuôn là vô cùng lớn không chỉ ở trong nước mà trên toàn thế giới. Do đó ngành khuôn trong nước phải không ngừng đổi mới, cải tiến công nghệ, từng bước công nghiệp hóa hiện đại hóa đáp ứng nhu 5 cầu trong nước và xuất khẩu ra nước ngoài. Trước xu thế hội nhập toàn cầu, với những yêu cầu ngày càng cao, đòi hỏi ngành khuôn mẫu phải không ngừng phát triển để tạo ra những sản phẩm mới, với sự đa dạng về chủng loại và chất lượng ngày càng cao đáp ứng mọi nhu cầu của người tiêu dùng trên khắp các vùng miền với các nền văn hóa khác nhau. Từ những yêu cầu thực tế em được giao thực hiện đồ án: “Thiết kế, chế tạo khuôn ép cánh máy bay mô hình sử dụng công nghệ tái tạo và CAD/CAM/CNC” 1.2 Mục đích của đồ án Mục tiêu của đồ án bao gồm: - Tìm hiểu tổng quan về công nghệ thiết kế ngược, CAD/CAM/CNC, khuôn ép xốp và công nghệ ép xốp. - Ứng dụng công nghệ quét 3D HandyScan và các phần mềm Geomagic, Rapidform để xây dựng lại mô hình máy bay. - Ứng dụng phần mềm Unigraphics để thiết kế và lập trình gia công khuôn ép cánh máy bay mô hình. 1.3 Phạm vi của đồ án Trong khuôn khổ đồ án, tập trung giải quyết một số nội dung sau: - Giới thiệu tổng quan về công nghệ thiết kế ngược, CAD/CAM/CNC, khuôn ép xốp và công nghệ ép xốp. - Xây dựng lại mô hình máy bay bằng phần mềm Geomagic, Rapidform. - Thiết kế và lập trình gia công khuôn ép cánh máy bay mô hình bằng phần mềm Unigraphics. - Chế tạo khuôn ép cánh máy bay mô hình trên máy CNC 1.4 Bố cục của đồ án Bản thuyết minh đồ án được chia thành 5 chương: Chương 1: Giới thiệu. Chương 2: Tổng quan Chương 3: Tái tạo máy bay mô hình sử dụng công nghệ quét 3D HandyScan. 6 Chương 4: Thiết kế khuôn ép cánh máy bay mô hình. Chương 5: Lập quy trình công nghệ, lập trình gia công khuôn ép cánh máy bay mô hình. Kết luận và kiến nghị 7 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN 2.1 Giới thiệu về công nghệ tái tạo 2.1.1 Khái niệm Trong lĩnh vực sản xuất, thông thường để chế tạo ra một sản phẩm, người thiết kế đưa ra những ý tưởng về sản phẩm đó, phác thảo sản phẩm, tiếp theo là quá trình tính toán thiết kế, chế thử, rồi kiểm nghiệm, hoàn thiện thiết kế để đưa ra phương pháp tối ưu, cuối cùng mới là công đoạn sản xuất ra sản phẩm. Đây chính là chu trình sản xuất truyền thống, là công nghệ thiết kế thuận. Trong vài chục năm trở lại đây với sự phát triển vượt bậc về công nghệ, xuất hiện một dạng sản xuất theo một chu trình mới, đi ngược với sản xuất truyền thống, đó là phương pháp chế tạo ra sản phẩm theo hoặc dựa trên một sản phẩm có sẵn. Quy trình này được gọi là công nghệ thiết kế ngược (Reverse Engineering) hay công nghệ tái tạo. Công nghệ tái tạo ra đời dựa trên nhu cầu sản xuất thực tế, khi người ta cần chế tạo sản phẩm theo những mẫu có sẵn mà không có thiết kế tương ứng hoặc là có nhưng bị mất hay không còn nguyên vẹn như: các chi tiết là đồ cổ vật, những chi tiết đã ngừng sản xuất từ lâu, những chi tiết không rõ xuất xứ, những phù điêu, bộ phận cơ thể con người… Để tạo được mẫu của những sản phẩm này trước đây người ta cần phải đo đạc rồi vẽ phác lại hoặc là dựng sáp, thạch cao để in mẫu rất phức tạp. Các phương pháp này thường cho độ chính xác không cao, tốn nhiều thời gian và công sức, đặc biệt là với những chi tiết phức tạp như là huy hiệu, logo, các khảo cổ vật. Để khắc phục vấn đề này, ngày nay người ta sử dụng máy quét để số hoá hình dáng của chi tiết, sau đó sử dụng các phần mềm chuyên dụng để xử lý dữ liệu số hoá, cuối cùng sẽ tạo ra được mô hình CAD 3D cho các chi tiết với độ chính xác cao so với mẫu ban đầu. Trên một phạm vi rộng hơn, công nghệ tái tạo được định nghĩa là hoạt động bao gồm các bước phân tích để lấy các thông tin về một sản phẩm đã có sẵn (bao gồm thông tin về chức năng các bộ phận, đặc điểm về kết cấu hình học, 8 vật liệu, tính công nghệ…) sau đó tiến hành khôi phục lại mô hình CAD cho chi tiết hoặc phát triển thành sản phẩm mới, sử dụng các công cụ CAD/CAM/CAE để tối ưu thiết kế, cuối cùng là áp dụng CAPP/RP/CNC để chế tạo sản phẩm. Công nghệ tái tạo đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như hóa học, điện tử, xây dựng, cơ khí, y học, nghệ thuật… Trong lĩnh vực cơ khí chế tạo, công nghệ tái tạo được định nghĩa là hoạt động tạo ra sản phẩm từ các mẫu sản phẩm cho trước mà không có bản vẽ thiết kế hoặc có nhưng đã bị mất hay không rõ ràng. Sản phẩm mới được tạo ra trên cơ sở khôi phục nguyên vẹn hoặc phát triển lên từ chi tiết ban đầu đó. Hình 2.1 Hình ảnh quét mẫu chi tiết Từ khi ra đời vào những năm 90 của thế kỷ trước, công nghệ tái tạo đã được nghiên cứu, áp dụng trong nhiều lĩnh vực để phát triển nhanh sản phẩm, đặc biệt là thiết kế trong lĩnh vực mô hình hoá 3D từ mô hình đã có sẵn nhờ sự trợ giúp của máy tính. Công nghệ tái tạo ngày càng phát triển theo sự phát triển của công nghệ thông tin và các kỹ thuật chụp ảnh 3D. Nó luôn được quan tâm và cũng liên tục được cải tiến để đáp ứng nhu cầu của xã hội trên nhiều lĩnh vực sản xuất. Công nghệ tái tạo trở thành một bộ phận vô cùng quan trọng của sản xuất hiện đại. Hiện nay, đã có nhiều công ty của nhiều quốc gia ứng dụng hiệu quả và rất thành công công nghệ này. Nhiều loại sản phẩm như xe máy, ôtô, 9 máy móc và hàng loạt đồ gia dụng, đồ chơi… đã được sao chép các mẫu có sẵn trên thị trường của các hãng nổi tiếng một cách nhanh chóng và chính xác. 2.1.2 Quy trình công nghệ tái tạo Với sự phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ hiện đại, quá trình sản xuất ngày càng được chuyên môn hóa cao, việc chế tạo ra một loại sản phẩm được chia tách thành nhiều công đoạn riêng biệt nhưng có quan hệ mật thiết với nhau theo một tiêu chuẩn chung, thống nhất hợp thành quy trình sản xuất. Tuy có nhiều cải tiến mới song quy trình sản xuất hiện nay nhìn chung đều được biểu hiện bằng 2 sơ đồ (hình 2.2) Trong quy trình thiết kế thuận, xuất phát từ ý tưởng thiết kế (của người thiết kế hoặc của khách hàng mô tả sản phẩm), người thiết kế phác thảo sơ bộ sản phẩm bản vẽ CAD. Bản vẽ phác thảo này sẽ được tính toán, phân tích, kiểm tra các thông số kỹ thuật, tính công nghệ (dữ liệu được chuyển từ CAD sang CAE). Sau đó mô hình sẽ được tối ưu hóa xuất ra bản vẽ thiết kế (bản vẽ CAD) hoàn chỉnh. tiếp theo qua các bước chuẩn bị công nghệ, lập trình gia công (CAM), mô phỏng và chế tạo thử sản phẩm bằng phương pháp tạo mẫu nhanh (RP) hoặc trên các máy CNC. Một sản phẩm chế thử này sẽ được đem đi kiểm tra thực tế xem có thỏa mãn các yêu cầu đặt ra hay không. Nếu không đạt thì sẽ quay về chỉnh sửa lại từ bản vẽ phác thảo. Tiếp tục lặp lại quá trình trên tới khi sản phẩm đạt yêu cầu thì mới đưa vài sản xuất đại trà. Trong quy trình thiết kế ngược lại làm ngược lại. Xuất phát điểm từ một mẫu sản phẩm thực tế. Sản phẩm này được số hóa và xử lý bằng các thiết bị và phần mềm chuyên dụng để đưa ra mô hình CAD cụ thể. Sau khi có được mô hình CAD cho sản phẩm rồi thì các công đoạn tiếp theo cũng giống như chu trình sản xuất thuận qua các bước tính toán, phân tích, tối ưu hóa trên các phần mềm CAE/CAM, chuẩn bị công nghệ (CAPP), gia công tạo mẫu nhanh hoặc lập trình gia công trên các máy CNC hay các máy công cụ khác, kiểm tra thực tế cuối cùng mới đưa vào sản xuất đại trà. 10 Hình 2.2 Quy trình thiết kế thuận và ngược 2.1.3 Đặc điểm công nghệ tái tạo  Ưu điểm - Kiểm tra chất lượng sản phẩm bằng cách so sánh mô hình CAD với sản phẩm, từ đó điều chỉnh mô hình hoặc các thông số công nghệ tạo ra sản phẩm theo yêu cầu. - Mô hình CAD được sử dụng như là mô hình trung gian trong quá trình thiết kế bằng cách tạo sản phẩm bằng tay trên đất sét, thạch cao, sáp…rồi quét hình để tạo mô hình CAD. Từ mô hình CAD này người ta sẽ chỉnh sửa theo ý muốn. - Giảm bớt thời gian chế tạo dẫn tới năng suất cao. - Chế tạo được theo nguyên mẫu mà không cần bản thiết kế. [...]... bản về công nghệ tái tạo, lịch sử, công nghệ và ứng dụng của CAD/ CAM/ CNC Đồng thời hiểu được quá trình thiết kế khuôn ép xốp, nguồn gốc của xốp và công nghệ ép xốp Trong chương III em sẽ trình bày cụ thể hơn về công nghệ tái tạo thông qua các bước thu thập và xử lý dữ liệu của chi tiết máy bay mô hình 33 CHƯƠNG III: TÁI TẠO MÁY BAY MÔ HÌNH SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ QUÉT 3D HANDY SCAN 3.1 Kỹ thuật và quy trình... molding): vật liệu xốp được đúc trong một khuôn lớn tạo thành xốp dạng khối lớn Hình 2.9 Hệ thống khuôn đúc xốp dạng khối - Khuôn tạo hình (shape molding): vật liệu xốp được đúc theo hình dạng tạo hình của lòng khuôn a) 21 b) Hình 2.10 a) Máy đúc khuôn xốp tạo hình b) Lòng khuôn và lõi khuôn đúc xốp tạo hình a Công nghệ chế tạo khuôn mẫu  Công nghệ truyền thống Hầu hết các công việc cơ bản đều do con người... hoàn CAD/ CAM/ CNC cho cơ khí chế tạo MASTERCAM: tích hợp liên hoàn CAD/ CAM/ CNC cho thiết kế cơ khí chế tạo - DENFORD: giải pháp CAD/ CAM/ CNC trọn gói - PRO/ENGINEER: phần mềm CAD/ CAM/ CAE tích hợp, cùng với chức năng trợ giúp thiết kế, phân tích kỹ thuật - CATIA: phần mềm chuyên thiết kế sản phẩm, mô hình 3D tích hợp CAD/ CAM/ CAE - UNIGRAPHICS: phần mềm tích hợp CAD/ CAM/ CAE, rất mạnh trong thiết kế, tính... thực chất là dùng máy tính để trợ giúp con người trong hầu hết các bước (giai đoạn) quan trọng của quá trình thiết kế, chế tạo sản phẩm Với việc sử dụng các công cụ trợ giúp máy tính cùng các phần mềm chuyên dụng như CAD/ CAM/ CNC, khắc phục được các nhược điểm của quá trình thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống, hỗ trợ người 22 thiết kế rất lớn trong thiết kế, chế tạo khuôn mẫu cũng...11  Nhược điểm - Cần có công nghệ hiện đại là các máy quét hình 2.1.4 Ứng dụng của công nghệ tái tạo trong một số lĩnh vực  Trong lĩnh vực nghệ thuật Hình 2.3 Công nghệ tái tạo tạo mô hình CAD cho tác phẩm nghệ thuật Trong lĩnh vực này công nghệ tái tạo được thể hiện ở việc sao chép hoặc phân tích các đặc điểm trên hình ảnh của các nhà hội họa, điêu khắc Thông thường với... tưởng phù hợp Thiết kế tổng thể, sau đó thiết kế cho sản phẩm Chế tạo thử: bằng vật liệu đơn giản hoặc vật liệu thực Thiết kế chế tạo khuôn (mặt phân khuôn, lòng khuôn, các dụng cụ khác) Chế tạo thử: phân tích và đánh giá mẫu, sửa chữa thiết kế Thiết kế được sửa chữa lại đưa vào quá trình chế tạo thử… Quá trình như vậy nhằm chế - tạo ra sản phẩm phù hợp nhất với yêu cầu của chi tiết Chế tạo thật phục... cho gia công sản phẩm, chi tiết thật Kiểm tra chất lượng, lắp ráp, đóng gói Đặc điểm: Hầu hết các giai đoạn đều do con người trực tiếp thực hiện Quá trình thiết kế, chế thử kéo dài, khó đạt được phương án thiết kế tối ưu, phải sử dụng nhiều thiết bị, năng suất thấp - Độ chính xác thiết kế và chế tạo thấp, khó đạt độ chính xác cao b Công nghệ gia công trên CNC Quá trình thiết kế, chế tạo với công nghệ. .. đo, vẽ lại bằng các dụng cụ thông thường Công nghệ tái tạo khắc phục những khó khăn đó giúp xây dựng lại mô hình CAD cho chi tiết đồng thời kiểm tra, đánh giá chất lượng sản phẩm 13 Hình 2.4 Ứng dụng RE trong ngành công nghiệp ô tô Trong lĩnh vực thời trang, công nghệ tái tạo trợ giúp đắc lực cho các nhà thiết kế tạo các mẫu trang phục theo hình dáng kích thước con người Ví dụ tạo ra được các mẫu... phép linh hoạt trong các thao tác sản phẩm và thời gian cần thiết cho thay đổi máy móc để sản xuất các linh kiện khác CNC thực sự đã tạo ra cuộc cách mạng trong ngành công nghiệp cơ khí chế tạo, các sản phẩm được chế tạo ra ngày càng chính xác hơn Với sự phát triển không 18 ngừng của khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp chế tạo máy công cụ đã cho ra đời ngày càng nhiều loại máy CNC từ máy phay, máy. .. tiện cho đến máy xung, máy cắt dây… Với mỗi loại máy lại phân ra nhiều chủng loại máy khác nhau như máy phay CNC 3 trục, 5 trục, 6 trục, máy tiện CNC từ 2 trục đến 4 trục, máy cắt dây CNC 2 trục đến 4 trục Hiện nay, CAD/ CAM là một phương pháp tạo ra chương trình điều khiển cho máy CNC hiệu quả nhất, đặc biệt khi gia công các sản phẩm phức tạp về hình dáng hình học và phức tạp về công nghệ Thông thường . Thiết kế, chế tạo khuôn ép cánh máy bay mô hình sử dụng công nghệ tái tạo và CAD/CAM/CNC” với đối tượng thiết kế, chế tạo là khuôn ép xốp” làm đồ án tốt nghiệp. Trong suốt quá trình làm đồ. hiện đồ án: Thiết kế, chế tạo khuôn ép cánh máy bay mô hình sử dụng công nghệ tái tạo và CAD/CAM/CNC” 1.2 Mục đích của đồ án Mục tiêu của đồ án bao gồm: - Tìm hiểu tổng quan về công nghệ thiết. hình sử dụng công nghệ quét 3D HandyScan. 6 Chương 4: Thiết kế khuôn ép cánh máy bay mô hình. Chương 5: Lập quy trình công nghệ, lập trình gia công khuôn ép cánh máy bay mô hình. Kết luận và kiến