Đề cương ôn tập môn CAD CAM CNC robot

Đề cương ôn tập môn CAD CAM CNC robot

Đề cương ôn tập môn CAD/CAM/CNC

(Hình thức thi vấn đáp Không sử dụng tài liệu)

Cho phép sử dụng bảng G-code

A Phần CAD/CAM

1. Bạn hiểu như thế nào về CAD? Các thành phần chính của một hệ thống CAD? ứng dụng của hệ thống CAD

 CAD (Computer-aided Design)–Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính–Thiết kế ở đây được hiểu là vẽ chi tiết hoặc sản phẩm bằng máy vi tính dưới dạng 2D hoặc mô hình hóa ở dạng 3D

 Các thành phần chính: A CAD system consists of three major parts:

- Hardware: computer and input/output devices

- Operating system software

- Application software: CAD package

 Ứng dụng: CAD được sử dụng rộng khắp trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, bao gồm công nghiệp ô-tô, tàu

thủy, hàng không, kiến trúc, y học, nha khoa v.v… CAD cũng được sử dụng để sản xuất hoạt hình hoặc các hiệu ứng đặt biệt trong phim ảnh và quảng cáo

2. Theo bạn, đầu ra của công nghệ CAD là gì? Các lợi ích mang lại khi sử dụng CAD (giải thích nguyên nhân của các lợi ích đó)

 Đầu ra của CAD: Sản phẩm hay còn gọi là đầu ra của CAD sẽ là các file bản vẽ điện tử chứa các dữ liệu về

hình học để phục vụ cho việc in ấn bản vẽ hoặc phục vụ việc tạo ra dữ liệu cho quá trình gia công chế tạo CAD không chỉ bao gồm vấn đề mô tả hình học Tương tự như các bản vẽ kỹ thuật vẽ bằng tay, đầu ra của CAD còn phải chuyển tải thêm các thông tin khác như vật liệu, kích thước và dung sai

 Các lợi ích

- Tăng năng suất thiết kế

- Hỗ trợ việt thiết kế dễ dàng

- Nâng cao chất lượng và độ chính xác bản vẽ

- Cải thiện việc trao đổi thông tin

- Tạo ra cơ sở dữ liệu phục vụ cho quá trình gia công chế tạo sau này

3.Quy trình chung khi mô hình hóa bằng công nghệ CAD? Liên hệ với phần mềm AutoCAD hoặc ProE để

chứng minh điều đó.

4. Bạn hiểu thế nào về CAM? Các bước trong CAM theo nghĩa rộng? Nêu ứng dụng của CAM mà bạn biết.

 CAM (Computer-aided Manufacturing) Gia công, chế tạo, sản xuất có sự trợ giúp của máy tính Theo nghĩa hẹp và thông dụng nhất, CAM là sử dụng máy tính để điều khiển máy công cụ và các máy móc có liên quan

nhằm gia công các chi tiết Theo nghĩa rộng, CAM là sự sử dụng hệ thống máy tính để lập kế hoạch sản xuất,

quản lý, và điều khiển hoạt động của một nhà máy SX bằng cách trực tiếp hoặc gián tiếp tác động lên các trang thiết bị máy móc trong nhà máy

 Các bước trong CAM theo nghĩa rộng

 Các ứng dụng của CAM

- Mô hình CAD

- Tạo lòng khuôn và phân khuôn

- Tạo đường chạy dao và gia công ảo nhờ CAM

- Gia công thật trên máy CNC

5. Bạn hiểu thế nào về sự tích hợp của CAD/CAM? Cấu thành của một hệ thống CAD/CAM tích hợp?

 Thiết kế và chế tạo có sự trợ giúp của máy tính CAD-CAM thường được gắn liền với nhau (tích hợp)

• The CAM Process is a subset of Manufacturing Process

• Integration of CAD and CAM leads to automation

6 Bạn hiểu thế nào về ứng dụng của một quy trình CAD điển hình trong hệ thống CAD/CAM và ứng dụng của một quy trình CAM điển hình trong hệ thống CAD/CAM.

CAD (computer- aided Design) – thiết kế có sự trợ giúp máy tính

CAM (computer- aided Manufacturing) - gia công, chế tạo, sản xuất có sự trợ giúp máy tính.

- Thiết kế và chế tạo có sự trợ giúp máy tính CAD-CAM thường được gắn liền với nhau

- Sự kết hợp các thành phần, bộ phận khác nhau, làm việc phối hợp chặt chẽ với nhau thành một thể thống nhất cho một mục đích chung.

-Các thông tin điều hành hoạt động từng bộ phận phải đầy đủ, chính xác, và được truyền đúng thời điểm đến đúng bộ phận cần thiết để bộ phận đó biết phải làm gì phục vụ cho mục tiêu chung, hệ thống thông tin máy tính đảm nhiệm chức năng này

*Cấu thành của một hệ thống CAD/CAM

- Công cụ chế tạo

-Công cụ thiết kế

-Mô hình hóa hình học

- Mạng truyền thông

- Công cụ chế tạo

- Đồ họa máy tính

7. Hãy phân biệt sự khác nhau giữa đồ họa vec-tơ và đồ họa mành Các hệ thống CAD sử dụng kỹ thuật

đồ họa nào?

 Đồ họa vector: sử dụng các đối tượng hình học cơ bản như điểm, đường thẳng, đường cong hoặc đa giác,

đường tròn, elipdựa vào các công thức toán học để biểu diễn hình học

•Đồ họa vector dựa trên các hình ảnh được tạo bởi các vector (còn được gọi là các đường hoặc nét).

•Ảnh vector khi zoom to không bị nứt nét hoặc nhòe và không ảnh hưởng đến kích thước của file dữ liệu

 Ảnh đồ họa mành, còn gọi là ảnh bitmap, là tập hợp một ma trận điểm biểu diễn trong khung lưới pixel hay

còn gọi và các điểm ảnh trong một hình chữ nhật Ảnh này có thể nhìn thấy được thông qua các thiết bị như màn hình, giấy hoặc các phương tiện biểu diễn hình ảnh khác

• Ảnh đồ họa mành khi zoom to bị nứt nét hoặc nhòe và có ảnh hưởng đến kích thước của file dữ liệu

 Ưu điểm của đồ họa vector so với đồ họa mành

1 Dung lượng của file ảnh vector nhỏ hơn dung lượng của file ảnh bitmap

2 Khi zoom to ảnh với tỉ lệ rất lớn, độ nét và độ trơn tru của các đối tượng như đường thẳng, cung tròn vẫn được giữ nguyên Độ dày nét của các đường không tăng lên một cách tỉ lệ khi zoom to

3 Các tham số của đối tượng ảnh có thể chỉnh sửa sau này (dễ dàng thực hiện các thao tác di chuyển, tỉ lệ, xoay và tô màu)

4 Với ảnh phối cảnh 3D, tô bóng bằng ảnh vector cho hình ảnh chân thực hơn

=> Các phần mềm CAD đều dùng đồ họa vector để thiết kế.

8. Cho một đoạn thẳng đi qua hai điểm A(0,0) và B(10,5), Hãy dùng thuật toán DDA để tính tọa độ của

9 điểm trung gian còn lại mà đường thẳng đi qua

Vậy ta có:

- Điểm bắt đầu A(0,0)mm

- Điểm kết thúc B(10,5) mm

* Để biểu diễn được toàn bộ đường thẳng trong màn hình, chọn độ phóng đại 1 pixel/mm

- Chuyển tọa độ điểm đầu và điểm cuối của đoạn thẳng thành tọa độ pixel

Điểm đầu: (0*1,0*1) = (0,0), điểm cuối: (10*1,5*1) = (10,5)

- Tính ∆x = 10 -0 = 10

- Tính ∆y = 5 -0 = 5

- Tính m = ∆y/∆x = 5/10 = 0.5

- Vì m < 1 nên chọn dx =1 và áp dụng công thức yk+1 = yk + m

(Ta có thể lập bảng tính, cho y lần lượt tăng 1 đơn vị và tính lần lượt y như sau)

5

4

3

2

1

9.Hiệu ứng bậc thang là gì, cách khử hiệu ứng bậc thang? Bạn hãy cho biết các phần mềm đồ họa nào có hoặc không khử hiệu ứng bậc thang.

 Các thuật toán nội suy và điểm hóa tính toán vị trí các pixel theo cách làm tròn thành số nguyên Do đó các

đường nghiêng sẽ bị hiệu ứng bậc thang.

 Để làm giảm hiệu ứng bậc thang người ta dựa vào lý thuyết lấy mẫu và làm mờ một số pixel ở vùng biên tiếp giáp giữa màu nền và màu của đường

10. Vì sao CAD đưa ra hệ tọa độ người dùng? Bạn hãy cho ví dụ minh họa về việc sử dụng hệ tọa độ người dùng.

 Hệ tọa độ người dùng (use co-ordinate system –UCS): Ngoài hệ tọa độ toàn cục, các hệ thống CAD còn

cho phép người dùng định nghĩa các hệ tọa độ người dùng để dễ dàng vẽ các mô hình mà không cần tính

toán lại vị trí tọa độ so với hệ tọa độ toàn cục.

 Ví dụ khi muốn vẽ một hình trụ có bán kính r và chiều cao trên một mặt bên của một hình khối lập phương,

cách tiện lợi nhất là sử định nghĩa một hệ tọa độ người dùng có tâm nằm ở mặt bên, trục x và y nằm trong mặt phẳng đó

toán

Y làm tròn

11. Hãy cho ví dụ về cấu trúc cây nhị phân trong mô tả hình học khối rắn cấu trúc CSG

12 Cho một khối rắn bất kỳ, yêu cầu bạn phân tích cấu trúc cây nhị phân của nó

Mô tả hình học khối rắn cấu trúc CSG về cấu trúc cây nhị phân là sử dụng các khối cơ sở cộng với phép toán đại số boolean để tạo ra vật thể.

Ví dụ 1:

13. Vì sao phải trao đổi dữ liệu giữa các phần mềm CAD? Các tiêu chuẩn trao đổi dữ liệu và các định dạng file (file format) thông dụng để chuyển đổi dữ liệu mà bạn biết.

 Vì để trao đổi dữ liệu giữa các phần mềm CAD với nhau một cách nhanh chóng và thuận tiện, trao đổi giữa 2 hoặc nhiều kỹ sư dùng 2 hay nhiều phần mềm CAD khác nhau

 Để các phần mềm CAD khác nhau có thể giao tiếp và trao đổi dữ liệu hình học lẫn nhau, việc này đòi hỏi phải sử dụng các chương trình biên dịch giữa các phần mềm với nhau ⇒ sự phức tạp Các phần mềm CAD hiện nay sử dụng các chương trình tiền xử lý (preprocessor) để chuyển dữ liệu CAD của mình thành các file trung hòa (neural file) và ngược lại cũng có thể chuyển các file trung hòa thành dạng dữ liệu CAD của mình

 Các file format thông dụng để chuyển đổi: IGES, STEP (ISO 10303), STL, WRL,…

14. Nêu và cho ví dụ bằng hình vẽ các kỹ thuật mô hình hóa hình học mà bạn biết.

 Mô hình khung dây:

 Mô hình mặt:

 Mô hình khối rắn:

15 Để xây dựng một bề mặt hoặc khối rắn tròn xoay, bạn thực hiện các bước nào? Cho ví dụ minh họa bằng hình ảnh cụ thể.

- Trước tiên, dựng một trục làm tâm (trục quay).

- Vẽ biên dạng mặt cắt một nữa của khối rắn cần xoay.

- Dùng phép xoay (revolve) để xoay biên dạng quanh trục quay.

- Cuối cùng ta được một khối rắn tròn xoay.

16. Để xây dựng một bề mặt hoặc khối rắn bằng phương pháp đùn (extrude), bạn thực hiện các bước nào? Cho ví dụ minh họa bằng hình ảnh cụ thể.

Sau khi khởi động Pro/ Engineer và tạo thư mục mới -> Tạo file mới -> Insert -> Extrude -> Chọn mặt phẳng vẽ (Placement) rồi chọ define -> Vẽ một hình theo yêu cầu ->Ok ->Chọn chiều

cao cần đùn (có thể là Cut) -> Ok.( VD tự cho)

17. Bạn hiểu thế nào về phép quét hình theo đường dẫn, các bước thực hiện? Cho ví dụ minh họa bằng hình ảnh cụ thể.

18. Ưu nhược điểm của mô hình mặt? Theo bạn mô hình mặt ứng dụng nhiều ở lĩnh vực hoặc trường hợp nào? Vì sao?

• Ưu điểm

1 Trực quan hơn mô hình khung dây.

2 Có thể tô bóng.

3 Có thể phân biệt được các phần tử đặc biệt trên mặt như các

lỗ trống.

4 Xác định được giao của các bề mặt.

5 Có thể thực hiện các phép tính toán về diện tích.

6 Có thể dùng làm dữ liệu để lập trình CAM thực hiện gia công

phay mặt cong đó bằng máy CNC.

• Nhược điểm

1 Chỉ mô tả lớp biên của đối tượng, không có thuộc tính bên

trong.

2 Nếu dùng mô hình mặt để vẽ tất cả các mặt bao của vật thể

rồi tạo thành khối rắn thì tốn nhiều thời gian hơn so với sử

dụng mô hình khối rắn.

1 Phức tạp hơn mô hình khung dây, lượng dữ liệu lớn hơn.

 Mô hình mặt được sử dụng phổ biến trong thiết kế các sản phẩm thuộc ngành hàng không và ô-tô Mô hình được biểu diễn bằng các bề mặt, và mặt được biểu diễn bằng các cạnh (edges) và các đỉnh (vertex)

 Các loại mô hình mặt

1 Mô hình mặt sơ cấp (primitive)

2 Mô hình mặt cơ bản (basic surface)

3 Mô hình mặt phức tạp (advanced surface)

4 Mô hình mặt ghép từ các ô lưới tam giác hoặc tứ giác (facets)

19. Bạn hiểu thế nào về mô hình khối rắn CSG (theo đại số Boole)? Đặc tính và ứng dụng của CSG

 Mô hình khối rắn theo phép đại số Boole (CSG)

• Vật thể được xây dựng trên cơ sở phối hợp các khối rắn cơ bản như hộp, cầu, xuyến, tứ diện, chêm, côn…

• Các phép toán đại số Boole như phép hội (∪), giao (∩) và phép trừ (-) được dùng để thao tác loại mô hình này

 Đặc tính và ứng dụng của CSG

1 CSG được dùng khi mô tả các mô hình khi mà độ chính xác của mô hình là yêu cầu quan trọng

2 CSG rất phổ biến vì khá đơn giản khi xây dựng mô hình, một mô hình phức tạp có thể được xây dựng từ các vật thể đơn giản

3 Nếu các vật thế được tham số hóa (có thể thay đổi kích thước và vị trí), người thiết kế dễ dàng thay đổi vị trí, kích thước và các phép toán đại số Boole để có được mô hình mới

4 Ưu điểm của CSG là luôn luôn đảm bảo mô hình thực sự là đặc (solid), hay còn được hiểu là “kín nước” Điều này quan trọng đổi với một số yêu cầu trong chế tạo và phân tích tính toán mô hình

5 Ưu điểm nữa của CSG là dễ dàng xác định một điểm bất kỳ cho trước có nằm trong hay nằm ngoài khối rắn Điều này rất cần thiết đối với các bài toán về kiểm tra sự va chạm của các vật thể

20. Bạn hiểu thế nào về mô hình khối rắn theo mặt biên kín (B-rep)? ưu nhược điểm của B-rep, vì sao?

 Mô hình khối rắn theo mặt biên kín:

• Vật thể được xây dựng từ tập hợp các mặt biên tạo thành một không gian kín

• Các đối tượng tạo nên B-rep bao gồm:

– Các đối tượng hình học

– Các đối tượng topology

 Ưu điểm của B-rep

• Dễ dàng biểu diễn được các mô hình khối rắn phức tạp thân xe hoặc vỏ máy bay mà chúng không thể tạo ra bằng các phối hợp các khối rắn cơ bản như cách của CSG

• Dễ dàng chuyển đổi mô hình khối rắn B-rep sang mô hình khung dây vì biên của B-rep có định nghĩa tương tự như khung dây

• Các thuật toán của B-rep tin cậy và mạnh hơn các thuật toán dựa trên CSG

 Nhược điểm của B-rep

• Đòi hỏi nhiều không gian nhớ thì nó phải chứa các phương trình tường minh biểu diễn lớp biên

• Dong dài và phức tạp hơn CSG

• B-rep xấp xỉ (gần đúng) (Faceted B-rep) tạo từ các mặt phẳng không thích hợp cho việc chế tạo

21. Ưu và nhược điểm của mô hình khối rắn so với các mô hình khác? Tại sao người ta thường sử dụng

mô hình khối rắn hơn là mô hình mặt? còn bạn thì sao?

 Ưu điểm của mô hình khối rắn

1 Xác định đầy đủ các thuộc tính khối lượng

2 Mô hình thiết kế rõ ràng, trực quan, đặc biệt cho những người không quen với bản vẽ 2D

3 Dễ dàng phân biệt vùng bên trong, trên mặt và bên ngoài vật thể

4 Đảm bảo tự động xóa các đường khuất

5 Dễ tự động xây dựng các hình chiếu khi muốn trình bày bản vẽ

6 Thay đổi thiết kế dễ dàng hơn

7 Dễ dàng chuyển dữ liệu hình học sang các phần mềm phân tích bằng FEM

8 Dễ dàng trong lắp ráp và mô phỏng chuyển động, tính toán động lực học

 Nhược điểm của mô hình khối rắn

1 Tiêu tốn nhiều bộ nhớ và đòi hỏi cấu hình máy tính mạnh,

2 Thao tác và tính toán chậm,

3 Khó trao đổi dữ liệu giữa các file CAD 3D tham số từ các phần mềm CAD khác nhau

=> Vì mô hình khối rắn được thiết kế rõ ràng, trực quan, dễ tự động xây dựng các hình chiếu và thay đổi thiết kế dễ dàng Theo tôi thì muốn sử dụng mô hình khối rắn hơn mô hình mặt

22 Cho trước một mô hình khối rắn, hãy nêu các cách khác nhau để xây dựng được mô hình khối rắn đó? Theo bạn cách nào tiện lợi hơn (nhanh hơn), vì sao?

23. Các dạng phương trình đường cong và các phương pháp biểu diễn hình học đường cong? Dạng phương trình nào và phép biểu diễn nào được sử dụng phổ biến trong CAD, vì sao?

 Các dạng phương trình đường cong

1 Phương trình tường minh; y =f(x,y,z)

2 Phương trình ẩn: f(x,y) =0 (xét đường cong 2D)

3 Phương trình tham số: x=x(t), y=y(t), z=z(t)

=> Các phương pháp biểu diễn hình học đường cong

1 Biểu diễn bằng ma trận các điểm (chuỗi điểm)

2 Sử dụng các phương trình giải tích dạng đa thức bậc n

Hàm đa thức rất thuận lợi cho việc tính toán bằng máy tính, dễ dàng vi phân hay tích phân

 Dạng phương trình tham số được dùng nhiều nhất

Mỗi dạng có một số thuận lợi và khó khăn trong một số trường hợp:

- Dạng nào nào dễ xác định một điểm có nằm trên đường cong không?

- Dạng nào cho phép nhanh chóng xác định tọa độ các điểm trên đường cong?

24. Cho trước tọa độ 2 điểm cụ thể và hai véc-tơ tiếp tuyến, hãy viết phương trình đường cong tham số bậc 3 dạng ma trận

25. Đường cong tham số bậc 3 khác đường Spline ở điểm nào?

Đường cong tham số bậc 3 có dạng:

P(t) là một điểm trên đường cong

x(t) = a3xt3 + a2xt2+ a1xt + a0x

y(t) = a3yt3 + a2yt2+ a1yt + a0y

z(t) = a3zt3 + a2zt2+ a1zt + a0z

phương trình trên có 4 hệ số a cần xác định, và xác định qua 2 điều kiện biên.

- qua 2 điểm cho trước( 2 pt)

- Các vec-tớ tiếp tuyến tại điểm đầu và điểm cuối xác định (2 phương trình)

*đường cong spline

Đường cong Spline bậc được biểu diễn bằng một đa thức bậc 3 có đạo hàm bậc 2 liên tục tại các điểm nối chung giữa các phân đoạn •

Đường cong spline phải thỏa mãn tính liên tục của đạo hàm bậc hai

Đạo hàm bậc hai của điểm cuối phân đoạn trước phải bằng đạo hàm bậc hai của phân đoạn sau.

26. Đường cong Bzier khác đường Spline ở những điểm nào? Phân tích các tính chất của đường cong Bezier

27. Cho trước 4 điểm, hãy viết phương trình đường cong B-spline xấp xỉ 4 điểm đó? Nêu tính chất của đường cong B-spline

Tính chất của đường cong B-spline

• Đường cong B-spline có thể thay đổi hình dáng cục bộ khi thay đổi điểm điều khiển

• Hình dáng của đường cong B-spline còn phụ thuộc và các vec-tơ nút t trong hàm cơ sở (đều/tuần hoàn và không đều/không tuần hoàn)

• Đường cong Beizer là một trường hợp con của đường cong B-spline không đều khi các véc-tơ nút = [0 0 … 0 1 1… 1]

28. Ưu điểm của đường cong NURBS? Vì sao gọi đường cong NURBS là đường cong tổng quát nhất?

 Ưu điểm của đường cong NURBS

• Để điều chỉnh hình dạng của đường cong, ngoài việc điều chỉnh tọa độ các điểm điều khiển, có thể thể thay đổi trọng số wi

• Các đường conic có thể được biểu diễn chính xác bằng phương trình đường cong NURBS⇒ các đường cong conic, Bezier và B-spline đều có thể chuyển về đường cong NURBS tương ứng

 NURBS là đường cong được sử dụng phổ biến nhất vì nó bao gồm cả đường cong Bezier và đường cong

B-spline

• NURBS biểu diễn nhiều dạng đường cong khác nhau trong đó có cả các đường conic

29. Các phương pháp gia công phay cơ bản trong ProE mà bạn đã học? Cho ví dụ áp dụng

Các bước cơ bản khi lập chương trình gia công trong phần mềm CAD/CAM ProEngineer

*phương pháp:

- Gia công phay volume

- Gia công phay POCKETING

- Gia công phay Profile

- Gia công lỗ

- Tiện bề mặt trụ ngoài

• Các bước cơ bản khi lập trình gia công: