Ứng dụng của công nghệ CAD/CAM/CAF trong việc thiết kế, đánh giá và chế tạo chi tiết doc

Ứng dụng của công nghệ CAD/CAM/CAF trong việc thiết kế, đánh giá và chế tạo chi tiết Chương 1: ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGH Ệ CAD/CAM TRONG GIA CÔNG CƠ KHÍ 1.1 Giới thiệu về CAD/CAM/CAE CAD - Computer Aided Design: Thiết kế trợ giúp bằng máy tính. Mục tiêu của lĩnh vực CAD là tự động hóa từng bước, tiến t ới tự động hóa cao hơn trong thiết kế sản phẩm. CAM - Computer Aided Manufacturing: Chế tạo sản xuất có s ự trợ giúp của máy tính. Mục tiêu của CAM là: Mô phỏng quá trình ch ế tạo, lập trình chế tạo sản phẩm trên các mấy công cụ tự độ ng CNC (Computer Numerical Control –Điều khiển số dùng máy tính). Quá trình CAM được thực hiện trên hệ thống máy công cụ điều khiển số NC, CNC. CAE - Computer Aided Engineering: Kĩ thuật mô hình hóa và t ạo mẫu nhanh trong thiết kế, chế thử sản phẩm. Công nghệ CAE bao g ồm: + Phân tích ứng suất trên những thành phần sử dụng FEA (Phân tích ph ần tử hữu hạn) + Động lực học tính toán chất lỏng, tính toán phân tích luồng nhi ệt và lỏng + Mô ph ỏng cơ khí + Động lực học + T ối ưu hóa sản phẩm và quá trình CAD/ CAM là lĩnh vực nghiên cứu nhằm tạo ra các hệ thống tự động thiết kế và chế tạo trong đó máy tính điện tử được sử dụng để thực hiện một số chức năng nhất định. CAD/CAM tạo ra mối quan hệ thiết giữa hai dạng hoạt động : Thi ết kế và chế tạo - Tự động hóa thiết kế là dùng hệ thống và phương tiện tính toán giúp người kĩ sư thiết kế, mô phỏng, phân tích và tối ưu hóa giải pháp thiết kế. - Tự động hóa chế tạo là dùng máy tính điện tử để kế hoạch hóa, điều khiển và kiểm tra nguyên công gia công. 1.2 Một số phần mềm CAD/CAM sử dụng trong cơ khí chế tạo Một số phần mềm CAD/CAM dùng trong cớ khí chế tạo, sản xu ất công nghiệp:  AUTOCAD: Dùng cho thiết cơ khí, xây dựng, kiến trúc, điện, điện tử.  UNIGRAPHICS: Rất mạnh trong thiết kế, tính toán cơ khí chế tạo  DOLIDWORK : Rất mạnh trong thiết kế, tính toán cơ khí chế tạo và xây dựng  CIMATRON: Tích hợp liên hoàn CAD/CAM/CNC cho cơ khí chế tạo  MASTER CAM: Tích hợp liên hoàn CAD/CAM/CNC cho cơ khí chế tạo  DENFORD: Giải pháp CAD/CAM/CNC trọn gói  CATIA: Là phần mềm chuyên thiết kế các sản phẩm 3D có s ự hỗ trợ của máy tính, là bộ phần mềm có sự phức hợp của CAD/CAM/CAE  PRO/ENGINEER: Là phần mềm CAD/CAM/CAE tích hợp, có nhi ều chức năng trợ giúp thiết kế, phân tích kĩ thuật và lập trình cho máy NC 1.3 Chức năng, ứng dụng và lợi ích của CAD/CAM 1.3.1 Ch ức năng của CAD/CAM Khác biệt cơ bản với qui trình thiết kế theo công nghệ truyền th ống, CAD cho phép quản lý đối tượng thiết kế dưới dạng mô hình hình h ọc số trong cơ sở dữ liệu trung tâm, do vậy CAD có khả năng hỗ trợ các chức năng kỹ thuật ngay từ giai đoạn phát triển sản ph ẩm cho đến giai đoạn cuối của quá trình sản xuất, tức là hỗ trợ điề u khiển các thiết bị sản xuất bằng điều khiển số. H ệ thống CAD được đánh giá có đủ khả năng để thực hiện chức năng yêu cầu hay không, phụ thuộc chủ yếu vào chức năng xử lý của các ph ần mềm thiết kế. Ngày nay những bộ phần mềm CAD/CAM chuyên nghi ệp phục vụ thiết kế và gia công khuôn mẫu có khả năng thực hiện được các chức năng cơ bản sau: - Thi ết kế mô phỏng hình học 3 chiều (3D) những hình dạng ph ức tạp. - Giao ti ếp với các thiết bị đo, quét toạ độ 3D thực hiện nhanh chóng các ch ức năng mô phỏng hình học từ dữ liệu số. - Phân tích và liên k ết dữ liệu: tạo mặt phân khuôn, tách khuôn, qu ản lý k ết cấu lắp ghép - T ạo bản vẽ và ghi kích thước tự động: có khả năng liên kết các b ản vẽ 2D với mô hình 3D và ngược lại. - Liên k ết với các chương trình tính toán thực hiện các chức năng phân tích kỹ thuật: tính biến dạng khuôn, mô phỏng dòng ch ảy vật liệu, trường áp suất, trường nhiệt độ, độ co rút vật liệu, - N ội suy hình học, biên dịch các kiểu đường chạy dao chính xác cho công ngh ệ gia công điều khiển số. - Giao ti ếp dữ liệu theo các định dạng đồ hoạ chuẩn. - Xu ất dữ liệu đồ hoạ 3D dưới dạng tập tin STL để giao tiếp v ới các thiết bị tạo mẫu nhanh theo công nghệ tạo hình lập thể. 1.3.2 Những ứng dụng của CAD/CAM trong ngành chế tạo máy  Tạo mẫu nhanh thông qua giao tiếp dữ liệu với thiết bị tạo m ẫu nhanh theo công nghệ tạo hình lập thể (đo quét toạ độ)  Giảm đáng kể thời gian mô phỏng hình học bằng cách tạo mô hình hình h ọc theo cấu trúc mặt cong từ dữ liệu số.  Chức năng mô phỏng hình học mạnh, có khả năng mô tả những hình dáng phức tạp nhất.  Khả năng mô hình hoá cao cho các phương pháp phân tích, cho phép l ựa chọn giải pháp kỹ thuật tối ưu. 1.3.3 Lợi ích của CAD/CAM Lợi ích của CAD có nhiều, song chỉ có một số trong đó là có thể định lượng được. Một số lợi ích khác khó có thể lượng hoá được mà chỉ thể hiện ở chất lượng công việc được nâng cao, thông tin ti ện dụng, điều khiển tốt hơn v.v M ột số lợi ích của CAD trong hệ tích hợp CAD/CAM: - Nâng cao năng suất kỹ thuật - Gi ảm thời gian chỉ dẫn - Gi ảm số lượng nhân viên kỹ thuật - D ễ cải tiến cho phù hợp với khách hàng - Ph ản ứng nhanh với nhu cầu thị trường - Tránh ph ải ký các hợp đồng con để kịp tiến độ - H ạn chế lỗi sao chép đến mức tối thiểu - Độ chính xác thiết kế cao - Khi phân tích d ễ nhận ra những tương tác giữa các phần tử cấu thành - Phân tích ch ức năng vận hành tốt hơn nên giảm khâu thử nghiệm trên mẫu - Thu ận lợi cho việc lập hồ sơ, tư liệu - B ản thiết kế có tính tiêu chuẩn cao - Nâng cao năng suất thiết kế dụng cụ cắt - D ễ tiết kiệm về chi phí, giảm giá thành - Giảm thời gian đào tạo hội họa viên và lập trình viên cho máy NC - Ít sai sót trong l ập trình cho máy NC - Giúp tăng cường sử dụng các chi tiết máy và dụng cụ cắt có sẵn - Thi ết kế dễ phù hợp với các kỹ thuật chế tác hiện có. - Ti ết kiệm vật liệu và thời gian máy nhờ các thuật toán tối ưu. - Nâng cao hi ệu quả quản lý trong thiết kế. - D ễ kiểm tra chất lượng sản phẩm phức tạp. - Nâng cao hi ệu quả giao diện thông tin và dễ hiểu nhau hơn giữa các nhóm k ỹ sư, thiết kế viên, hội họa viên, quản lý và các nhóm khác. Chương 2: Phân tích một số lợi ích điển hình 1. Nâng cao năng suất thiết kế Năng suấ t cao giúp cho vị thế cạnh tranh của một hãng được nâng lên vì gi ảm được yêu cầu nhân lực của một đồ án, dẫn tới hạ giá thành và thời gian xuất xưởng của một sản phẩm. Tổng kết một s ố đơn vị có sử dụng hệ CAD cho thấy năng suất có thể tăng từ 3 - 10 l ần so với công nghệ thiết kế cũ, thậm chí còn cao hơn, tuỳ theo các yếu tố sau đây :  Độ phức tạp của bản vẽ kỹ thuật  Mức độ tỉ mỉ của bản vẽ  Mức độ lặp đi lặp lại của chi tiết hay bộ phận được thiết kế  Mức độ đối xứng của bộ phận được thiết kế  Tính dùng chung của các chi tiết để lập thư viện. 2. Gi ảm thời gian chỉ dẫn Thi ết kế với hệ CAD nhanh hơn thiết kế theo cách truyền thống, đồng thời nó cũng đẩy nhanh các tác vụ lập biểu bảng và báo cáo (l ập các bảng liệt kê cụm lắp ghép chẳng hạn) mà trước đây phải làm b ằng tay. Do vậy, một hệ CAD có thể tạo ra một tập bản vẽ cuối cùng về các chi tiết máy và các báo cáo, biểu bảng kèm theo m ột cách nhanh chóng. Thời gian chỉ dẫn trong thiết kế được rút ngắn dẫn đến kết quả là làm gi ảm thời gian kể từ khi nhận đơn đặt hàng đến khi giao sản ph ẩm. 3. Phân tích thi ết kế Các chương trình phân tích thiết kế có sẵn trong một hệ CAD giúp quá trình thi ết kế diễn ra theo những khuôn mẫu tác nghiệp có logic h ơn, không cần phải trao đi đổi lại giữa nhóm thiết kế và nhóm phân tích mà c ũng những con người ấy, họ vẫn có thể tiến hành công vi ệc phân tích khi bản thiết kế vẫn còn nằm trên máy tính c ủa trạm thiết kế. Điều đó giúp cho người kỹ sư tập trung tư tưởng hơn vì họ đang đối thoại trực tiếp với bản thiết kế cuả mình. Nh ờ khả năng phân tích này mà bản thiết sẽ tối ưu hơn. Mặt khác, th ời gian thiết kế nói chung cũng sẽ được tiết kiệm hơn do sự phân tích thi ết kế giờ đây ứng xử nhanh hơn và không còn mất thời gian trao đi đổi lại từ bản vẽ của người thiết kế tới bàn làm việc của ng ười phân tích như trước đây nữa. Hãy l ấy việc thiết kế động cơ máy bay làm ví dụ. Ở đây trọng l ượng của động cơ là chỉ tiêu rất quan trọng, do vậy từng chi tiết c ủa nó phải được xác định tỉ mỉ. Theo cách thiết kế thủ công thì để xác đị nh trọng lượng của một chi tiết máy, nhất là ở những chi tiết có hình dáng ph ức tạp, cần chia nó ra thành những mảnh đơn giản để tính rồi cộng lại để biết trọng lượng chung của chi tiết ấy. Sau đó cộng trọng lượng tất cả các chi tiết để biết trọng lượng toàn bộ [...]... thuận tiện cho việc so sánh với những yêu cầu của bản vẽ hay bản thiết kế mới 9 Các lợi ích trong giai đoạn chế tạo Cơ sở dữ liệu của hệ CAD/CAM được dùng cho cả giai đoạn thiết kế và việc lập kế hoạch và điều khiển sản xuất Các lợi ích trong giai đoạn chế tạo bao gồm:  Thiết kế đồ gá và dụng cụ cắt để chế tạo sản phẩm  Lập trình NC  Lập quy trình công nghệ bằng máy tính  Liệt kê bản vẽ lắp (do hệ... lắp ráp các chi tiết máy đã thiết kế bạn cần thực hiện các thao tác như thoát file của chi tiết bạn đang thiết kế và tạo một file lắp ráp mới rất mất thời gian Đối với Catia, ngay khi bạn đang làm việc trong môi trường thiết kế chi tiết mà bạn muốn chuyển đổi sang môi trường lắp ráp thì bạn chỉ việc chọn thanh công cụ Start và sau đó chọn môi trường lắp ráp chi tiết là bạn đã thực hiện bước tạo file lắp... sử dụng các hệ CAD còn thể hiện ở rất nhiều phương diện Chẳng hạn các chi tiết được đặt tên và đánh số như thế nào thì chúng vẫn được bảo toàn trong toàn bộ các bản vẽ Hoặc nếu có một sự thay đổi nào của một chi tiết thì sự thay đổi ấy vẫn được bảo toàn trong toàn bộ gói hồ sơ và tác động tới tất cả các bản vẽ có sử dụng chi tiết ấy Độ chính xác do hệ CAD mang lại còn làm cho việc lập tiên lượng và. .. năng kiểm tra việc vào dữ liệu loại này tuỳ thuộc vào ý định của các nhà thiết kế hệ CAD muốn đặt câu hỏi cho dữ liệu đầu vào nào và hỏi cái gì để người thiết kế tự kiểm tra lại xem mình vào đã đúng chưa 5 Các phép tính thiết kế có độ chính xác cao hơn Độ chính xác toán học trong hệ CAD là 14 con số có nghĩa sau dấu chấm thập phân Đặc biệt độ chính xác khi thiết kế các đường và mặt ba chi u thì cho... tập tin dạng văn bản G-code và được chương trình direct numerical control (DNC) chuyển đến máy công cụ để tiến hành quá trình gia công Có nhiều Module có thể gia công CNC như: Lathe Machining, Suface Machining, Prismatic Machining…(Thông thường khi gia công CNC ta thường dùng module Prismatic Machining) Sau đây là một ví dụ sử dụng module Prismatic Machining trong việc gia công lòng khuôn: Start -> NC... cụm chi tiết, một cơ cấu máy hay một máy cơ khí hoàn chỉnh Người sử dụng phần mềm Catia có thể mô phỏng chuyển động của cụm chi tiết, cơ cấu hay máy cơ khí đã lắp ráp một ở trên một cách sinh động Sự chuyển đổi giữa các môi trường làm việc trong Catia hết sức linh hoạt bằng cách sử dụng thanh Start giúp cho người thiết kế cảm thấy thoải mái và tiết kiệm được nhiều thời gian Với những phần mềm thiết. .. như thiết lập bản vẽ Các bản vẽ đều được vẽ ra theo một quy định thống nhất, không hệ bị lẫn lộn vì những quy định này đã được thiết lập sẵn trong hệ CAD rồi 7 Bản vẽ dễ đọc và dễ hiểu hơn CAD tạo ra và sửa đổi một bản vẽ hình chi u trực lượng, chi u xiên cũng dễ dàng như vậy đối với bản vẽ hình chi u trực giao Nói chung, tính dễ đọc dễ hiểu của một bản vẽ phụ thuộc trực tiếp vào phép chi u được sử dụng. .. Design, Mold Tooling Design…: + Part Design: Thiết kế chi tiết 3D + Assembly Design: Lắp ghép các cụm chi tiết + Weld Design: Tạo mối nối bằng công nghệ hàn + Mold Tooling Design: Thiết kế khuôn + Drafting: Bản vẽ kỹ thuật + Core Design: Thiết kế lòng lõi khuôn + Wireframe and Surface Design: Thiết kế dạng bề mặt và khung dây + Generative Sheetmetal Design: Thiết kế kim loại tấm - Module Shape có các... Lập công nghệ nhóm Tất cả những lợi ích này có được là nhờ cơ sở dữ liệu do hệ CAD/CAM tạo ra mà khởi đầu là những dữ liệu được tạo ra từ giai đoạn CAD Chương 3: Tìm hiểu về phần mềm Catia 1.4.1 Tổng quan về Catia I Giới thiệu về phần mềm Catia Phần mềm Catia là phần mềm hỗ trợ cho công việc thiết kế các chi tiết của người kĩ sư thiết kế Ngoài ra Catia còn cung cấp các chức năng lắp ghép các chi tiết. .. Manufacturing -> Prismatic Machining Hình 1.7 Các thanh công cụ sử dụng trong gia công CNC Hình 1.8 Giao diện Prismatic Machining Pocketing Opertions - Chu trình phay hốc Pocket Một chu trình Pocket có thể được tạo để gia công: + Closed Pockets: Dụng cụ cắt được giới hạn bởi đường bao kín cứng + Open Pockets: Dụng cụ cắt ở vùng có ít nhất một đường bao mềm Closed Pockets: Tạo một chu trình phay trong chương trình . Ứng dụng của công nghệ CAD/CAM/CAF trong việc thiết kế, đánh giá và chế tạo chi tiết Chương 1: ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGH Ệ CAD/CAM TRONG GIA CÔNG CƠ KHÍ 1.1 Giới thiệu. nhanh theo công nghệ tạo hình lập thể. 1.3.2 Những ứng dụng của CAD/CAM trong ngành chế tạo máy  Tạo mẫu nhanh thông qua giao tiếp dữ liệu với thiết bị tạo m ẫu nhanh theo công nghệ tạo hình. Rất mạnh trong thiết kế, tính toán cơ khí chế tạo  DOLIDWORK : Rất mạnh trong thiết kế, tính toán cơ khí chế tạo và xây dựng  CIMATRON: Tích hợp liên hoàn CAD/CAM/CNC cho cơ khí chế tạo  MASTER