Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu cad cam và ứng dụng trong chế tạo mẫu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ CHÂU NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU CAD/ CAM VÀ ỨNG DỤNG TRONG CHẾ TẠO MẪU Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS BÙI NGỌC TUYấN Hà Nội tháng năm 2012 LỜI CAM ĐOAN Tờn là: Nguyễn Thị Châu Học viên lớp: Cao học Công nghệ CTM 2009 Dưới hướng dẫn TS Bùi Ngọc Tuyên nhận nghiên cứu đề tài: “Nghiờn cứu, xây dựng sở liệu CAD/ CAM ứng dụng chế tạo mẫu” Tôi xin cam đoan, luận văn trình nghiên cứu thân Nếu có sai sót gỡ tụi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Hà Nội, ngày 20 tháng năm 2012 Người cam đoan Nguyễn Thị Châu MỤC LỤC TRANG LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học đề tài 3.2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài .10 TỔNG QUAN .12 Phương pháp nghiên cứu .12 Nội dung cần giải đề tài 12 CHƯƠNG I: CƠ SỞ DỮ LIỆU CAD .14 1.1.Mụ hỡnh khung dây 14 1.1.1 Đường thẳng .14 1.1.2 Đường tròn 16 1.1.3 Elip 17 1.1.4 Đường cong Hermite 19 1.1.5 Đường cong Bezier 22 1.1.6.Đường cong B- Spline 25 1.2 Mơ hình bề mặt .30 1.2.1 Phương pháp biểu diễn bề mặt CAD 30 1.2.2 Biểu diễn bề mặt 31 1.3 Mô hình khối rắn 39 1.3.1 Hình học khối rắn ( Constructive Solid Geometry – CSG) 39 1.3.2 Mơ hình biểu diễn B-rep 43 CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU CAD .48 2.1 Kỹ thuật thuận .48 2.1.1 Quá trình thiết kế chế tạo sản phẩm 48 2.1.2 Một số phần mềm CAD CAD/CAM 49 2.1.3 Giới thiệu phần mềm ứng dụng CATIA 50 2.2 Kỹ thuật ngược .54 2.2.1.Giới thiệu tổng quan Reverse Enigeering 58 2.2.2 Sử dụng máy đo tọa độ BROWN &SHARP 544 với phần mềm PC-DMIS xây dựng mơ hình CAD 60 2.2.3.Ứng dụng .63 CHƯƠNG III : THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU CAD/ CAM VÀ CHẾ TẠO MẪU 65 3.1 Ứng dụng kỹ thuật thuận thiết kế mơ hình mẫu .65 3.1.1 Trình tự thiết kế bề mặt tự CATIA 65 3.1.1.Các bước thiết CATIA 67 kế chuột 3.2 Thực nghiêm xây dựng CSDL CAM CATIA 70 3.3 Thực nghiệm gia cơng mẫu chuột máy tính mini trờn mỏy phay CNC 72 3.3.1.Cơ sở, thiết bị, dụng cụ thí nghiệm: 72 3.3.2 Cơ sở vật chất: 72 3.3.3 Tiến hành gia công .74 CHƯƠNG IV:ỨNG DỤNG KỸ THUẬT NGƯỢC TRONG KIỂM TRA MẪU GIA CÔNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 80 4.1 Nội dung phương pháp .80 4.1.1 Quy trình kỹ thuật ngược 80 4.1.2 Ứng dụng kỹ thuật ngược chế tạo 81 4.2 Thực nghiệm ứng dụng phương pháp kiểm mẫu chế tạo 83 4.2.1 Đo quét mẫu đầu quét laze Renishaw VIVID910D hãng KONICA MINOTA 83 4.2.2 Xử lý số liệu phần mềm kiểm tra mặt tự 84 4.2.3 Điều kiện thực nghiệm kiểm tra bề mặt chuột mini 84 4.2.3 Nội dung tiến hành thực nghiệm kiểm tra bề mặt mẫu 85 4.2.4 Nhận xét đánh giá kết thực nghiệm 89 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .91 Kết luận .91 Kiến nghị hướng nghiên cứu .91 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Mơ hình khung dây 14 Hình 1.2 Biểu diễn đoạn thẳng 14 Hình 1.3 Xác định L 16 Hình 1.4 Biểu diễn đường trịn 17 Hình 1.5 Biểu diễn elip 17 Hình 1.6 Điểm đường cong tham số bậc ba .19 Hình 1.7 Thêm vào đoạn đường cong tham số bậc ba 19 Hình 1.8 Đường cong Bezier thỏa mãn tính chất thân lồi 23 Hình 1.9 Sự thay đổi cưa đường cong Bezier di chuyển điểm điều khiển 23 Hình 1.12 Đường cong Bezier điều khiển khu vực thiếu 25 Hình 1.13.Nội suy B- spline 26 Hình 1.14 Mặt phẳng qua điểm 31 Hình 1.16 Mặt phẳng qua điểm hướng .33 Hình 1.17.Phương trình tham số bề mặt kẻ 33 Hình 1.18 Bề mặt trịn xoay .34 Hình 1.21.Biểu diễn tham số bề mặt trụ .3 Hình 1.18 Mảnh bậc Bezier 41 Hình 1.19 Mảnh bề mặt tam giác .38 Hình 1.22 Bề mặt Bezier tam giác .39 Hình 1.23 Mơ hình khối rắn sở .41 Hình 1.24 Biểu đồ Venn 42 Hình 1.25 Cây CSG .42 Hình 1.26 Mơ hình biểu diễn B- rep 45 Hình 1.27 Mơ hình B- rep vật thể 46 Hình 2.1.Chu trình sản phẩm 48 Hình 2.2 Mơi trường vẽ phác thảo CATIA .51 Hình 2.3 Mơi trường thiết kế chi tiết .52 Hình 2.4 Một số cơng cụ sử dụng thiết kế chi tiết .54 Hình 2.5 Một số thiết bị số hóa sử dụng kỹ thuật ngược 55 Hình 2.6 Sơ đồ thực q trình số hố lặp 57 Hình 2.7 Sơ đồ quét kiểu LINEAR CLOSE .61 Hình 2.8: Direction drrection cho Patch 62 Hình 2.9: Sơ đồ quét kiểu Patch 62 Hình 2.10: Định dạng tam giác file STL .63 Hình 3.1 Hình thành lưới bề mặt CATIA 65 Hình 3.2 Bề mặt hình thành sau thiết kế xong 66 Hình 3.3 Sửa lại lưới bề mặt để tạo bề mặt theo yêu cầu 66 Hình 3.4 Bề sửa cách sửa tọa độ điểm 67 Hình 3.5 Bề mặt tự hình thành .67 Hình 3.6 Biên dạng chuột hình thành .68 Hình 3.7 Tạo hai cạnh vát bên cạnh chuột 68 Hình 3.8 Dựng cỏc lệnh cắt, chỉnh sửa bề mặt chuột .69 Hình 3.9 Mẫu chuột đầy đủ sở vừa tạo 69 Hình 3.10 Sản phẩm bề mặt chuột thiết kế CATIA V5R19 .70 Hình 3.11 Chi tiết đưa vào Module gia công 70 Hình 3.12 Tạo phơi .71 Hình 3.13 Phụi tạo, Rough stock xuất trờn cõy thư mục 71 Hình 3.14 Mơ gia công CATIA 72 Hình 3.15 Phơi đưa vào khơng gian gia cơng CATIA 75 Hình 3.16 Phụi đưa vào gia công dạng mặt STL có độ phân giải thấp .76 Hình 3.17 Phụi đưa vào gia cơng dạng mặt STL có độ phân giải cao 77 Hình 4.1 Sơ đồ kỹ thuật ngược 80 Hình 4.2 Giai đoạn quét mẫu .82 Hình 4.2 Một nửa mơ hình người tạo dạng lưới điểm 82 Hình 4.4 Mơ hình người tạo dạng lưới điểm 82 Hình 45 Mơ hình đầu người hồn chỉnh hình thành dạng mặt NURBS 82 Hình 4.6 Mơ hình mặt người gia cơng trờn mỏy CNC 83 Hình 4.7 Bề mặt “mau1.txt” “chitiet1.txt” trước sau thực chương trình kiểm tra 85 Hình 4.8 Bề mặt “mau1.txt” “chitiet2.txt” trước sau thực chương trình kiểm .87 Hình 4.9 Bề mặt “mau1.txt” “chitiet3.txt” trước sau thực chương trình kiểm tra 88 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài “Nghiờn cứu, xây dựng sở liệu CAD/ CAM ứng dụng chế tạo mẫu” Hệ thống CAD/ CAM/ CNC ngày sử dụng rộng rãi sản xuất công nghiệp nước ta Nắm vững cấu trúc hệ thống phát triển nhằm nâng cao hiệu kinh tế bước góp phần đại hóa ngành cơng nghiệp nước nhà vấn đề đặt cho tất nhà làm kỹ thuật Bề mặt sản phẩm sản xuất công nghiệp đa dạng phức tạp, để thiết kế chế tạo thuận lợi người ta sử dụng máy tính để trợ giúp trình Lĩnh vực thiết kế mơ tả bề mặt gia cơng máy tính gọi CAMM (Computer Aided Modeling Machining), đóng vai trò quan trọng hệ CAD/ CAM/ CNC Việc nghiên cứu, xây dựng sở liệu CAD/ CAM ứng dụng chế tạo mẫu nhằm giỳp cỏc nhà kỹ thuật hiểu rõ trình hình thành bề mặt chi tiết thiết kế chế tạo sản phẩm thực, qua nắm bắt sai sót mắc phải trình thiết kế chế tạo nhằm mục đích tối ưu hóa sản phẩm q trình tạo chúng để có sản phẩm đạt hiệu cao Vì việc Nghiên cứu, xây dựng sở liệu CAD/ CAM ứng dụng chế tạo việc cấp thiết, lý mà tác giả lựa chọn nghiên cứu đề tài Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài - Nắm vững lý thuyết sở liệu CAD/CAM - Nêu phương pháp xây dựng sở liệu CAD - Ứng dụng khai khai thác phần mềm CAD/CAM CATIA Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học đề tài Ngày công nghệ CAD/CAM/CNC công nghệ tái tạo ngược ứng dụng nhiều thực tế sản xuất sản phẩm khí chất lượng cao, nhờ vào công nghệ mà sản xuất sản phẩm khí chất lượng có tính kinh tế kỹ thuật cao đem lại hiệu kinh tế to lớn ngành khí chế tạo Hiện tại, với chế mở cửa thu hút nhà đầu tư nước, đặc biệt nhà đầu tư nước ngồi đem đến cho cơng nghiệp nước nhà diện mạo Khi nhà đầu tư nước ngồi vào nước nhà khơng đem đến phương pháp quản lý đại, mà với thiết bị tối tân trợ giúp trình tạo sản phẩm cách nhanh chóng, dễ dàng xác phần mềm CAD/CAM/CAE đóng vai trị vơ quan trọng khâu thiết kế, chế tạo, mô kiểm tra chất lượng sản phẩm trước ứng dụng sản xuất hàng loạt