Tin học kỹ thuật ứng dụng - Giáo trình cho sinh viên ngành chế tạo máy các trường đại học kỹ thuật

Có thể đưa ra đây một loạt các thiết bị, máy móc và hệ thống trong quá trình tạo sản phẩm mà không thể thiểu được sự tham gia của máy tính: máy ảo tọa độ 3D CMM, máy quét tọa độ 4D, máy

:N LONG - PGS.TS.TRAN VAN NGHIA ,

TRAN XUAN THAI - ThS.BUI NGOC TUYEN

NHA XUAT BAN KHOA HOC VA KY THUAT

GS TSKH BANH TIEN LONG - PGS TS TRAN VAN NGHIA

TS HOANG VINH SINH -THS TRAN XUAN THAI

THS BUI NGOC TUYEN

Cha bién: GS TSKH BANH TIEN LONG

‘TIN HOC KY THUAT UNG DUNG

(Giáo trình cho sinh viên ngành chế tạo máy

các trường đại học kỹ thuật)

In lần thứ nhất

NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2005

LOI NOI DAU Công nghệ thông tin là công cụ không thể thiếu được trong tất cả các lĩnh vực của nên sản xuất hiện đại Nền sản xuất trong thế kỳ 21

là nên sản xuất trong sự cạnh tranh toàn cầu, các sản phẩm phải thoả

mãn các yêu cầu như: giá thành thấp, mẫu mã đa dạng, chu kỳ đưa

các sản phẩm mới ra thị trường phải ngắn từ đó dẫn đến loại sản phẩm ít đi và tuổi tho không cân quá cao Điều đó chỉ có thể được đáp ứng nhờ công nghệ thông tin

Máy tính ngày càng đóng vai trò quan trọng trong các hệ thông

sản xuất Máy tính có khả năng nhận và điều khiển một lượng đữ liệu

lớn trong một thời gian ngắn làm cho các hệ thống sản xuất tiện ích

về linh họat hơn Có thể đưa ra đây một loạt các thiết bị, máy móc và

hệ thống trong quá trình tạo sản phẩm mà không thể thiểu được sự tham gia của máy tính: máy ảo tọa độ 3D (CMM), máy quét tọa độ 4D, máy tạo mẫu nhanh (RP), máy công cụ điều khiển theo Chương

trình số (CNC), hệ thống sản xuất tích hợp (CIM) và hệ thống sản xudt linh hoat (FMS)

Sự kết hợp các hệ thống phân cứng với các phân mêm ứng dụng cho phép tạo ra các công nghệ mới như công nghệ ngược (RE) Công nghệ ngược là ứng dụng máy đo tọa độ để lấy mẫu và phần mềm để

xử lý một khối lượng tính toán lớn cho pháp sinh ra chương trình điễu khiển số để chế tạo dụng cụ, khuôn mẫu một cách trực tiếp từ mô hình vật mẫu Hệ thống sản xuất linh họat, hệ thống sản xuất tích hợp là các điền hình cho sự kết hợp linh họat giữa phần cứng và phân mêm

để đa dạng chức năng của hệ thống bằng cách thay đổi phần mêm trên phần cứng sẵn có

Một điển hình của việc ứng dụng công nghệ thông tin trong sản

xuất sản phẩm là việc ứng dụng các hệ thống CAD/CAM Hệ thống CAD/CAM đã phái triển không ngừng, vượt ra phạm vì đáp ứng nhu

câu đến việc nâng cao liên tục về năng suất, chất lượng, tính cạnh

tranh của sản phẩm Công nghệ thông tin mang lại cho nên sản xuất những lợi ích sau:

© Tăng năng suất

e_ Nâng cao chất lượng sản phẩm

© Truyền thông nhanh và chính xác từ thiết kế đến sản xuất

thông qua hệ cơ sở đữ liệu máy tính dùng chung

© Giảm chỉ phí chế thử và tạo mẫu

©_ Đáp ứng nhanh nhu cầu của khách hàng

Tăng năng suất:

Việc tứng dụng CAD/CAM/CAE giảm thời gian tính toán toán học,

lưu trữ và phục hồi dữ liệu Việc thiết kế trực quan được trợ giúp bằng máy tinh’ cũng như các tài liệu của quá trình thiết kế được quản

lý và kết xuất nhanh chóng Một số lý do trên làm giảm thời gian thiết

kế hay tăng năng suất cho cả quá trình thiết kế và sản xuất

Nâng cao chất lượng sẵn phẩm:

Thiết kế và sản xuất ứng dụng CAD/CAM/CAE cho phép kiểm tra, phân tích các kết quả của nhiều phương án thiết kế một cách nhanh

chóng từ đó có thể chọn phương án tối nhất trước khi sản xuất và kết

quả sẽ có phương án đạt chất luong tot nhi

Truyén thông nhanh và chính xác:

Các tài liệu thiết kế như: bản vẽ, danh sách các chỉ tiết, phiếu vật

liệu và thông số kỹ thuật được sử đụng để truyền thông đến sản xuất Nhờ CAD mà việc thiết kế sử dụng tốt các chỉ tiết, vật liệu, dụng cụ được tiêu chuẩn hoá Mức độ tiêu chuẩn hoá trong thiết kế càng cao

thì việc truyền thông đến sản xuất càng tốt hay kết quả sản xuất càng

tiệm cận đến thiết kế Dữ liệu sinh ra trong quá trình thiết kẾ sản

phẩm được sử đụng trong quá trình sản xuất sản phẩm loại bỏ bức tường ngăn cách thiết kế và sản xuất

Giảm chỉ phí chế thử và tạo mẫu:

Với thiết kế bằng tay các mô hình và mẫu thì chúng phải được chế tạo và kiểm tra Ứng dụng các hệ thống CAD/CAM/CAE 3D cho phép

phân tích và kiểm tra các mô hình nhờ đồ họa và cho các kết quả tin cậy như các mô hình vật lý

4

Đáp ứng nhanh nhu cầu của khách hàng:

Với các ưu điểm nồi trội của CAD/CAM/CAE đã dẫn đến thời

gian quá trình từ thiết kế đến chế tạo giảm đáng kể, nâng cao tính

cạnh tranh của sản phẩm, đáp ứng nhanh nhu câu thị trường

Cuốn sách này được biên soạn làm giáo trình cho môn học “Tìn

học kỹ thuật ứng dụng” dùng cho sinh viên cơ khí trường Đại học

Bách khoa Hà Nội Chúng tôi trình bày các kiến thức cơ bản để người

đọc biết cách tư duy ứng dụng công nghệ thông tin của một kỹ sư cơ

khí cũng như khai thác ứng dụng và phái triển các hệ thông phân

mềm, phần cứng Bên cạnh đó chúng tôi cũng cố gắng đưa vào các

thông tìn mới nhất hiện nay Nhưng trong công nghệ thông tin thi

những kiến thức mới hôm nay có thể sẽ là cũ đối với ngay ngay mai do

đó chúng tôi hy vọng sẽ sớm có điều kiện tái bản cuốn sách này để bổ

sung, cập nhật những kiến thức mới

- Để đạt mục tiêu trên cuỗn sách được trình bày theo từng phân

như sau:

Phan 1: C ông nghệ thông tin trong nền sản xuất tiên tiễn

Phân này trình bày mang tính tổng quan về các hệ thông sản xuất

tiên tiễn như CMM, RP, FMS, CIM và vai trò của công nghệ thông

tin trong các hệ thống này

Phân 2: Công nghệ CAD/CAM

Trong phân này trình bày các khái niệm, kiến thức cơ bản về một

hệ CAD/CAM, phương pháp đánh giá và khai thác ứng dụng các hệ

CAD/CAM Một mảng kiến thức về bản chất của hệ thông CAD/CAM

như: phương pháp biểu diễn mô hình hình học, phương pháp biến đổi

tọa độ, phương pháp sinh đường dụng cụ được trình bày tỉ mỉ để

sinh viên có thể dựa vào các kiến thức này để viết mới và phái triển

các phần mềm ứng dụng của riêng mình, tiễn tới có thể viết các phẩm

mém CAD/CAM chạy độc lập

Phần 3: Một số phần mềm ứng dụng

Trong phan nay sẽ giới thiệu các tính năng chủ yếu và ứng dụng

của các phân mÊm sau:

- Phan mềm CAD/CAM tích hợp CIMATRON dùng trong thiết kế

và gia công khuôn mẫu trên máy CNC.'

- Phan mém cong nghé CAE - Moldex dùng trong công nghệ ép

phun chất dẻo và dic dp luc

- Phan mém MatLab đùng trong các bài toán xử lý số liệu và mô

phỏng các hệ thống

Cuốn sách này được xuất bản lần đầu nên chắc chắn không tránh

khỏi những sai sót, chúng tôi trân trọng cảm ơn và mong nhận được

sự đóng góp ý kiến của các bạn đọc để bồ sung, chỉnh sửa cho các lần

in sau Moi y kién xin gui vé B6 mén Gia céng vat ligu va Dung cu công nghiệp, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Các tác giả.

MUC LUC

Trang

PHAN 1 CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRONG NỀN SẢN

Chương 1 Tông quan về CAD/CAM/CAE và ứng dụng máy

1.1.2 Các quá trình trong thiết kế trợ giúp bằng máy tính 16

1,1.6 Mô hình hình học trong CAD/CAM 20

1.2 Máy tính trong một số thiết bị và hệ thống công

Chương 2 Cơ sở dữ liệu cho thiết kế đưới sự trợ giúp của máy

2.1.2 Sử dụng các tọa độ thuần nhất để biểu diễn ma trận

2.1.3 Các phép biến đổi có chuẩn khác gôc tọa độ 44

2.1.4 Các phép biến đổi trong không gian 46

2.3.1 Biéu diễn các đường cơ bản

2.3.2 Biểu diễn các đường cong trơn bậc 3

2.4 Biểu diễn các bề mặt

2.4.1 Phương pháp biểu diễn bể mặt trong CAD

2.4.2 Biểu diễn các bề mặt cơ bản

2.4.3 Biểu diễn các bề mặt cong trơn

2.5 Biểu diễn mô hình khối răn

2.5.1 Giới thiệu

2.5.2 Mô hình CSG (Constructive Solid Geometry)

2.5.3 Mô hình biểu diễn trên B-rep

3.2 Dụng cụ phổ biến trong gia công phay CNC

3.3 Các thông số của đường dụng cụ

3.4 Một số phương pháp tính đường dụng cụ

3.4.1 Nguyên tắc chung

3.4.2 Phương pháp đăng tham số (iso-parametric)

3.4.3 Phương pháp đăng dốc (iso-phote)

3.5 Đường dụng cụ cho phay Š trục

3.5.1 Nguyên lý tạo hình 5 trục

3.5.2 Cơ sở lý thuyết tính đường dụng cụ cho phay 5 trục

3.5.3 Tính đường dụng cụ 5D gia công mô hình bề mặt

_ Bezier bằng ‹ đao đầu cầu

Chuong 4 Ung dung phan mém tich hyp CAD/CAM Cimatron 135

4.1, Giới thiệu chung

4.1.1 Các phần mềm " Best in Class"

4.1.2 Các phần mềm tích hợp

4.2 Giao điện của CIMATRON

4.2.1 Màn hình đồ họa của Cimatron

4.2.2 Sử dụng chuột

4.2.3 Sử dụng bàn phím

4.3 Xây dựng mô hình bề mặt trong Cimatron

.4.3.1 Trình tự tiến hành xây dựng mô hình bề mặt

4.3.2 Các nguyên tắc chung khi chọn lựa các bề mặt

4.3.3 Các bê mặt cơ sở có thể được tạo ra trong Cimatron

4.4 Sir dung modun NC

4.4.6 Các công cụ trợ giúp trong CIMATRON NC

Chuong 5 Ung dung phan mém CAE Moldex 3D

5.1 Giới thiệu chung về phần mềm CAE Moldex3D

Chương 6 Ung dụng Matlab trong kỹ thuật

6.1 Các công cụ nội suy của MatLAB

6.1.1 Hàm nội suy một biến: interpl

6.1.2 Hàm nội suy hai biến

6.1.3 Phép nội suy 3 biến và n biến

6.2 Tối ưu các hàm số (Tìm nghiệm của hàm số)

6.3 Giải các hệ phương trình vi phân thường

6.3.1 Giới thiệu về hệ phương trình vi phân thường

6.3.2 Phuong pháp giải hệ phương trình Cauchy trong

MATLAB

6.3.3 Giải hệ phương trình vi phân có ma trận khối lượng

6.3.4 Giải hệ phương trình vi phân có tham số

6.3.5 Xác định các điểm cực trị, điểm uốn của đường cong

BAI MO DAU

MỤC ĐÍCH VÀ NOI DUNG MON HOC

1 MUC DICH CUA MON HOC

1.1 Cung cấp các kiến thức về tin học ứng dụng trong thiết kế, chế tạo cơ khí

Thiết kế và chế tạo là hai mảng công việc chính của kỹ sư cơ

khí Để ứng dụng công nghệ thông tin trong hai lĩnh vực này sinh viên

phải nghiên cứu hai lĩnh vực là CAD (Computer Aided Design) và CAM (Computer Aided Manufacturing) Việc nghiên cứu CAD/CAM bao gồm cả việc khai thác ứng dụng các phần mềm và nghiên cứu

bản chất hạt nhân bên trong của hệ thống như cơ sở dữ liệu

CAD/CAM và các thuật toán cơ bản của hệ thống như các phương pháp biểu diễn và quản lý đối tượng, hiệu chỉnh đối tượng, các

phương pháp tính đường chạy dao, v v

Với các phần mềm CAE chúng ta có thể biết trước được kết

quả sản phẩm như: độ co ngót, cong vênh, ứng xuất dự, khả năng điền - đầy trước khi chế tạo thật dụng cụ, điều này cho phép nâng cao chât

lượng sản phẩm, giảm chỉ phí chế tạo

Với phần mềm MatLab-Simulink cho phép chuẩn đoán các tín

hiệu đầu ra khi biết các tín hiệu đầu vào thông qua các phần tử mô

phỏng, từ đó cho phép loại trừ được các thiết kế không tốt, tạo khả

năng thiết kế được các hệ thống có chất lượng cao với các chỉ phí giảm thiểu trong một thời gian ngăn

1.2 Cung cấp các công cụ lập trình để giải quyết một số những bài toán kỹ thuật

_ Việc lập chương trình là rất cần thiết cho các bài toán kỹ thuật

có khối lượng tính toán lớn Chương trình máy tính cho phép nhận

được các ket quả nhanh chóng, chính xác từ một bộ số liệu đầu vào,

điêu này rât thuận lợi, vì khi có các thay đổi thông số đầu vào người

10

sử dụng chỉ cần nhập lại đữ liệu là có các kết quả ngay Chương trình máy tính cũng là một công cụ vô cùng hữu ích cho việc giải các bài toán tối ưu vì lớp bài toán này cần một khối lượng lặp rất lớn mà

không thể tính toán thủ công được Chương trình máy tính cho phép

mô phỏng các quá trình động học bằng, đề họa từ đó người thiết kê dễ đàng đánh giá được nguyên lý thiết kế của mình có họat động được hay không, có tối ưu hay chưa

Ví dụ, để giải bài toán thiết kế tính toán hộp giảm tốc thì mỗi lần thay đổi thông số phải tính toán I tuần, sau đó mới thay đổi bản

vẽ Nếu dùng kỹ thuật lập trình và thiết kế trên CAD (như AutoCAD)

sẽ cho khả năng thay đổi nhanh và ra ngay bản vẽ Điều quan trọng là việc xây dựng thuật toán và mô hình hoá, điều này tuỳ thuộc vào kiến thức và khả năng của mỗi cá nhân

Để giải bài toán tổng hợp cơ cấu cam, nếu làm thủ công thì khi một kích thước nào đó thay đổi người thiết kế phải vẽ lại rất nhiều các

vị trí, còn nếu chạy bằng chương trình máy tính khi thay đổi thông số

đầu vào thì chỉ cần chạy lại chương trình và cho kết quả trong vài giây

1.3 Cung cấp kiến thức để khai thác, ứng dụng và pháp triển

phần mềm CAD/CAM

Hiện nay, rất nhiều phần mềm đang được sử dụng Liệu chúng

có được sử dụng và khai thác theo phương pháp tốt nhất? Liệu mô

hình hình học đã xây dựng có đáp ứng được nhu cầu gia công? Vì vậy

môn học tin học kỹ thuật ứng dụng (THKTUD) sẽ cung cấp kiến thức

để khai thác các phần mềm này Hiện nay, các phần mềm CAD chỉ

được ứng dụng dưới hình thức là công cụ vẽ hình thay cho vẽ bằng

tay Cần phân biệt phần mềm CAD và CAD/CAM tích hợp Các phần

mềm chỉ có CAD chỉ cho các công cụ để mô hình hoá mà không cho

các công cụ hỗ trợ gia công

Hầu hết các phần mềm hiện nay đều có cầu trúc mở, nghĩa là cho phép lập trình trên nền của nó Vì vậy, ngoài việc sử dụng phan mềm thì hiểu biết sâu rộng về CAD/CAM còn cho phép phát triển

11

phan mềm, viết các chương trình ứng dụng trên nền (ON TOP) của

chúng đề phục vụ cho các bài toán của thực tế

Nghiên cứu cơ sở dữ liệu được sử dụng trong CAD/CAM cũng

như cơ sở của đồ họa vi tính (CG) và các thuật toán trong CAD/CAM sinh viên có thể thiết kế và viết các phần mềm CAD/CAM cho các

ứng dụng cụ thể và có thể tiến tới viết các phần mềm đa chức năng

1.4 Cung cẤp kiến thức để khai thác, lập trình cho các thiết bị

và hệ thống công nghiệp

Làm chủ được công nghệ thông tin mới có thể khai thác được hết tính năng của các thiết bị, máy móc và các hệ thống công nghiệp hiện

đại, khắc phục được các sự cố của hệ thống vì các sự cố thường gặp

trên các hệ thống công nghiệp hiện đại là các van dé liên quan đến đo lường, điều khiển và ghép nỗi máy tính

Các máy móc và các hệ thống công nghiệp hiện đại như máy công

cụ CNC, hệ thống CIM, hệ thống FMS đều được sử dụng để sản

xuất rất nhiều dạng sản phẩm Muốn làm được điều đó thì người sử

dụng phải biết lập chương trình và tối ưu hóa chương trình

1.5 Thiết kế các sản phẩm cơ điện tử (Mechatronics) và các hệ

thống công nghiệp hiện đại

Không thể chỉ dừng lại ở việc khai thác ứng dụng các máy móc và

hệ thống công nghiệp của nước ngoài mà mục tiêu cao hơn cho các kỹ

sư cơ khí của Việt Nam là phải từng bước thiết kế và chế tạo được các

hệ thống đó Hiện nay bất kỳ máy móc, hệ thống sản xuất công nghiệp

nào cũng đều là sản phẩm mechatronics, là sự kết hợp của các ngành

kỹ thuật như cơ khí, điện-điện tử, đo lường, điều khiển và tin học

Trong đó các bộ điều khiển họat động theo chương trình máy tính là

trái tìm của các máy móc và hệ thống nói trên, điều đó cho thấy vai trò

vô cùng quan trọng của tin học kỹ thuật ứng dụng

12

2 NOI DUNG MON HOC

2.1 Công nghệ thông tin trong các thiết bị và hệ thống sản

xuất tiên tiến

Phần này sẽ trình bày cho sinh viên nguyên lý họat động, ứng

dụng, lập chương trình điều khiển và ghép nối máy tính của các thiết

bị và hệ thống điển hình như: máy đo tọa độ 3D, máy tạo mẫu nhanh

RP, may céng cu CNC, hé théng CIM, hé théng FMS, công nghệ ngược RE Các nội dung được trình bày chủ yếu để làm nôi bật vai trò của công nghệ thông tin (cả phần cứng và phần mềm) trong các thiết

bị và hệ thống trên chứ không đi sâu về công nghệ vì phần này sẽ được trình bày trong các tài liệu chuyên môn

Trước đây, gia công cổ điển là một chuỗi gồm các họat động

không liên kết chặt chẽ với nhau: ý tưởng thiết kế được thể hiện trên

bản vẽ, sau đó được đưa xuống bộ phận gia công Gia công theo

phương pháp này sẽ không được đảm bảo khi tính phức tạp của thiết

kế tăng lên

Ngày nay, ý tưởng được thể hiện bằng các thiết kế trên máy tính,

kiểm nghiệm qua hiển thị đồ họa, sau đó được biến thành chương

trình gia công tương ứng và được gia công trên máy gia công điều

khiển số Đó là quá trình tích hợp

Tích hợp có thể hiểu như sau: dữ liệu thiết kế được đưa vào Ì

chương trình (đĩa mềm, băng từ, ) và chuyển sang các máy gia công Với những chi tiết gia công phức tạp, việc tích hợp này có những lợi

13

ích: tận dụng mọi thông tin đã được thé hiện trong bản vẽ, đảm bảo sự

chính xác và tương ứng giữa thiết kế và sản phẩm

Phần này được minh họa bằng một số phần mềm tích hợp

CAD/CAM phổ biến trên thế giới như: CIMATRON,

PRO-ENGINEER, MASTER-CAM, DELCAM Từ đó khái quát

hoá được quy trình tổng quát ứng dụng CAD/CAM/CNC trong gia

công tạo hình trên trung tâm gia công phay và tiện CNC

2.4 Kỹ thuật mô phông

Ở đây trình bày lý thuyết mô phỏng số và ứng dụng một số phần

mềm mô phỏng để giải các bài toán kỹ thuật

14

PHAN 1 CONG NGHE THONG TIN TRONG NEN

SAN XUAT TIEN TIEN

CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE CAD/CAMICAE VA UNG

DUNG MAY TINH TRONG CONG NGHIEP

1.1 Téng quan về CAD/CAM/CAE

1.1.1 Lịch sử phát triển của CAD/CAM

Nhờ sự phát triển của công nghệ máy tính, các nhà sản xuất muốn

tự động quá trình thiết kế và muốn sử dụng cơ sở dữ liệu này cho qúa

trình tự động sản xuất Đây là ý tưởng cho ngành khoa học

CAD/CAM ra đời CAD/CAM được hiểu là sử dụng máy tính trong

quá trình thiết kế và sản xuất hay theo thuật ngữ tiếng Anh là máy tính

trợ giúp thiết kế và sản xuất Từ sự ra đời của CAD/CAM các lĩnh vực

khác của việc ứng dụng máy tính cũng đã phát triển theo như:

- Đồ họa máy tính: CG

- Công nghệ trợ giúp bằng máy tính: CAE

- Thiết kế và phác họa trợ giúp bằng máy tính: CADD

- Quá trình sản xuất trợ giúp bằng máy tính: CAPP

Tất cả những lĩnh vực sinh ra đó đều liên quan tới những nét đặc

trưng của quan niệm về CAD/CAM CAD/CAM là một lĩnh vực rộng

lớn nó là trái tim của nền sản xuất tích hợp và tự động

Lịch sử phát triển của CAD/CAM gắn liền với sự phát triển của

công nghệ máy tính và kỹ thuật dé hoa tuong tac (ICG) Cuối 1950

đầu 1960 CAD/CAM có những bước phát triển đáng kê, khởi đầu có

thể nói là tại Viện công nghệ Maxasuxet, Mỹ (Massachusetts Institute

of Technology - MIT với ngôn ngữ lập trình cho máy tính APT

(Automatically Programmed Tools) Mục đích của APT là để lập trình

cho máy điều khiển số, nó được coi như là một bước đột phá để tự

động hoá quá trình sản xuất

Những năm 1960 đến 1970 CAD tiếp tục phát triển mạnh, hệ

thống CAD có tên là TƯRNKEY được thương mại hoá, đây là một hệ

thống hoàn chỉnh bao gồm phần cứng, phần mềm, bảo trì và đào tạo,

15

hé théng nay duge thiét ké chạy trên máy tính lớn có bộ nhớ khổng lồ

và máy tính loại nhỏ Tuy nhiên khả năng xử lý thông tin, bộ nhớ và ICG của chúng hạn chế nên các hệ CAD/CAM thời kỳ này kém hiệu

quả, giá thành cao và chỉ được sử dụng trong một số rất ít lĩnh vực

Năm 1983 máy tinh IBM-PC ra đời, đây là thế hệ máy tính lý

tưởng về khả năng xử lý thông tin, bộ nhớ, đồ họa cho CAD/CAM Điều này tạo điều kiện cho các hệ CAD/CAM phát triển rất nhanh

chóng

Cuối những năm 1990 là thời kỳ CAD/CAM đạt đến những thành tựu đáng kể, rất nhiều phần mềm đồ sộ được tung ra thị trường và ứng dụng rộng rãi trong thiết kế và sản xuất của nhiều ngành công nghiệp Hiện nay các phần mềm CAD/CAM nổi tiếng đang có mặt trên thị trường như:

CIMATRON- Israel, DELCAM- Anh, Pro-Engineer- Mỹ, Uni- Graphics- Mỹ, SURFCAM- Mỹ, MasterCAM-Mỹ

Phần mềm CAE xuất hiện sau CAD/CAM, khi mà những đòi hỏi

về chất lượng của sản phẩm rất cao Moldflow (Australia) và Moldex (Đài Loan) là 2 phần mềm điển hình dùng cho tính toán dòng chảy khuôn nhựa

1.1.2 Các quá trình trong thiết kế trợ giúp bằng máy tính

Ở đây có các quá trình sau:

- Thiết kế mô hình hình hoc (design modeling)

- Phan tich mé hinh (design analysis)

- Tham dinh thiét ké (design review)

- Kết xuất tài liệu thiết kế (design documentation)

1) Thiết kế mô hình hình học

Thiết kế mô hình hình học của một chỉ tiết là quá trình xây dựng

mô hình toán học của chỉ tiết đó trên máy tính Mô hình toán học này

được chuyên sang dạng đồ họa và hiển thị trên màn hình Quá trình bắt đầu khi người thiết kế tạo các hình ảnh đỗ họa bằng các tiện ích

của ICG, các hình ảnh được tạo bởi các điểm, đường thẳng, đường

tròn và đường cong Các hình ảnh xuất hiện trên màn hình được máy

tính lưu trữ bằng các tọa độ của mô hình toán học

16

Khi hiệu chỉnh các đối tượng thiết kế thì trước tiên máy tính tính

toán lại mô hình hình học thông qua mô hình toán học, sau đó thay

đôi sự hiển thị trên màn hình

Mô hình hình học có thể biểu diễn 1 trong 3 dạng: 2D, 2,5D và

3D Mô hình 3D co thé la khung day (wire-frame) hay khdéi ran

(solid)

_ Kỹ thuật đồ họa cho phép quan sát mô hình thiết kế một cách tốt

nhất thông qua việc biêu diễn các đôi tượng vẽ băng màu và kỹ thuật

tô bóng (render)

2) Phân tích mô hình hình học

Việc phân tích mô hình sau thiết kế được thực hiện nhờ phần

mềm CAD/CAM CAD/CAM đã làm cho công việc phân tích trở nên

đơn giản hơn nhiều so với toán học thông thường và cho kết quả đáng

tin cậy trong một thời gian nhanh chóng, nhờ vào kết quả đó mà người

thiết kế sẽ hiệu chỉnh lại thiết kế cho phù hợp Tuỳ theo tính năng và

yêu cầu của chỉ tiết mà sự phân tích có thể là những quá trình sau:

phân tích nhiệt, áp suất, ứng suất, biến dạng, cong vênh, khả năng điển

đầy khuôn, quá trình đông đặc

Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) là một công cụ toán học

quan trong trong các bài toán phân tích Phương pháp này chia tự

động chỉ tiết thành nhiều phần nhỏ hình tam giác hay chữ nhật nối tiếp

nhau, rồi phân tích từng phần nhỏ đó Kết quả của quá trình phân tích

có thể là một bảng báo cáo (report), một bức tranh điền đầy hay một

mô hình chỉ tiết đã bị cong, hay biến dạng được đặt trùng với mô hình

lý thuyết, từ đó người thiết kế sẽ nhìn thay những vị trí biến dạng cực

đại và điều chỉnh thiết kế Ví dụ, Moldex và Mold-flow là các phân

mềm CAE chuyên phân tích quá trình điền đầy khuôn, cong vénh,

nhiệt, áp suất, còn ANSYS chuyên phân tích ứng suất và biến dạng

3) Thiết kế thâm định

Quá trình này kiểm tra lại độ chính xác của tất các các yêu tố, khía

cạnh (aspects) trong bản thiết kế như: kích thước, phân lớp (layers)

các đối tượng theo tính năng, kiểm tra va chạm và cắt lẹm Một số

công việc kiểm tra có thể sử dụng kỹ thuật mô phỏng dé hoa

ˆ_ 4) Kết xuất tài liệu thiết kế

Đây là giai đoạn kết xuất các tải liệu kỹ thuật, bản vẽ chế tạo, quy

trình công n hệ, bảng vật liệu, fim mô phỏng Các tài liệu này có thé

được kết xuất tự động hoặc bán tự động và được lưu trữ cùng bản

17

thiét ké.m6 hinh theo dy 4n (project) Ching được cập nhật khi mô hình thiết kế thay đồi

1.1.3 Thông tin dữ liệu trong CAD/CAM

Vấn đề cốt yếu trong giao tiếp CAD/CAM là giao tiếp giữa thiết

kế và sản xuất trên cơ sở dữ liệu dùng chung, hình 1.1 Mô hình toán

học, mô hình đồ họa, bảng thông số kỹ thuật của vật liệu, dung sai là

các dữ liệu dùng chung của CAD và CAM được lưu trữ trong cơ sở dữ

liệu của một dự án thiết kế và chế tạo Trong thiết kế và sản xuất thủ

công thì truyền thông dữ liệu thông qua các tài liệu kỹ thuật, bản vẽ Người thiết kế ra kết quả cuôi cùng là bản vẽ chế tạo và người sản

xuất tiếp nhận bản vẽ đó để chế tạo sản phẩm

Với phương pháp cỗ điển bộ phận sản xuất không thể truy cập

thông tin khi bộ phận thiết kế chưa hoàn thành công việc, điều này dẫn

đến quá trình làm việc cho năng suất thấp, thời gian kéo dài Với công

nghệ CAD/CAM do đữ liệu là dùng chung nên tại bất cứ thời điểm

nào bộ phận sản xuất cũng có thể truy cập dữ liệu từ bản vẽ thiết kế dé lấy thông tin, từ các thông tin đó bộ phận sản xuất có thể chuẩn bị kế họach sản xuất, đặt vật tư, lập chương trình NC Do vậy khi giai đoạn

thiết kế kết thúc cũng là lúc mà quá trình sản xuất đã sẵn sàng

CPU (Central Processing Unit), thiết bị nhập đữ liệu, thiết bị xuất

dữ liệu, thiết bị nhớ dữ liệu là các phần cứng cơ bản trong các hệ CAD/CAM Một máy tính cá nhân PC (personal computer) thong thường như hình 1.2 với các thiết bị ngoại vi tôi thiểu gồm bàn phím, 18

con chuột, màn hình và một ỗ đĩa mềm đã có thé đủ để một số phẩm

mêm CAD/CAM làm việc, nhưng rất khó thực hiện được việc thiết kế

và chế tạo cho các dự án lớn, phức tạp Để tăng năng suất và chất lượng thiết kế người ta đã tạo ra nhiều phần cứng mở rộng cho

CAD/CAM Ví dụ như:

e© Thiết bị nhập liệu phổ biến nhất là con chuột và ban phím,

nhưng các thiết bị này không đủ khả năng để nhập thông tin của các

đối tượng thiết kế phức tạp như mô hình của một pho tượng Để nhập thông tin cho các đối tượng phức tạp như vậy phải sử dụng thiết bị số hoá ghép nói với máy tính như máy đo tọa độ 3D, máy quét lade (scaner laser) 4D

se Đểsử dụng cho các nhà thiết kế chuyên nghiệp người ta đã chế

tạo ra các băng số hoá trên đó là toàn bộ các chức năng của phần

mềm va vùng đồ họa ghép nối với phần mềm CAD/CAM gọi là tablet

Cũng cần lưu ý rang trong phan cứng của hệ CAD/CAM không bao gồm các máy công cụ, vì kết thúc của giai đoạn CAM là kết xuất

ra các chương trình gia công NC

Bóng xoay

Hình 1.2 Phản cứng CAD/CAM'

19

1.1.5 Phan mém trong hé CAD/CAM

Phần mềm cho phép điều khiển phần cứng, để khai thác những tính năng kỹ thuật của cả hệ thống, phục vụ cho thiết kế và sản xuất Có thể

chia ra 5 tác vụ chính mà phần mềm cho phép chúng ta làm việc trên

hệ thống CAD/CAM, đó là:

Chức năng nhập dữ liệu

Mỗi phần mềm được thiết kế theo một phương pháp nhập dữ liệu

khác nhau Khả năng tương tác tốt giữa người sử dụng và máy tính nói

lên rằng phần mềm đó có các chức năng nhập dữ liệu tốt

Chức năng hiệu chính bao gồm các chức năng như xoá, thay thế hay sửa đôi thuộc tính

Chức năng biến đỗi hình ảnh bao gồm các chức năng như: di

chuyền, quay, thu phóng, v v

Chức năng điều khiển màn hình bao gồm các chức năng như: zoom, pan, ân nét khuât, tô bóng, thay đôi điễm nhìn, v v

Chức năng xuất dữ liệu bao gồm các chức năng kết xuất dữ liệu bản vẽ, tài liệu, văn bản kỹ thuật ra máy in hay các thiết bị ngoại vi khác và khả năng kết xuất dữ liệu cho các phân mêm khác

Các tác vụ trên chỉ cho chúng tạ đánh giá về mặt hình thức của

một phần mềm, còn phần quan trọng nhất trong phần mềm là các thuật toán tính toán trong đó có tối ưu u hay không? Độ tin cậy của các

kết quả tính toán ra sao ?

Điều này chỉ các nhà viết chương trình mới biết còn người sử

dụng muốn biết chỉ có thể đưa ra các bài toán cụ thể để kiểm tra

1.1.6 Mô hình hình học trong CAD/CAM

Để biểu diễn các vật thể trên máy tính, việc đầu tiên là phải mô

hình toán học được vật thể đó Sau đó sử dụng kỹ thuật đồ họa máy

tính đề hiện thị vật thê trên màn hình CAD/CAM dựa vào toán học và

kỹ thuật đồ họa máy tính để biểu diễn các vật thể trong không gian thiệt kê gọi là các mô hình hình học (geometric modeling)

Các hệ CAD/CAM có khả năng biểu diễn các đối tượng đồ họa

trong không gian 2D; 2,5D và 3D

20

1 Biéu dién 2D

Cac hé thống đầu tiên chỉ có khả năng biểu diễn 2D, đây là một nhược điểm rất lớn vì nó gây ra nhiều lỗi trong quá trình sản xuất do khả năng quan sát hình ảnh kém và lượng thông tin không đầy đủ

Các bản vẽ 2D nói chung sử dụng hơn 2 hình chiếu, ví dụ hình chiếu đứng, chiếu bằng và chiếu cạnh Bộ phận sản xuất lẫy thông tin để chế tạo sản phẩm dựa vào các hình chiêu đó nên họ phải tưởng tượng ra sản phẩm thật trong không gian, điều này gây ra những khó khăn nhất định vì không phải bất cứ ai cũng có trí tưởng tượng tốt

2 Biểu diễn 2,5D

Đây là phương pháp biểu diễn tốt hơn 2D, các đối tượng biểu diễn

được gán thêm chiều dày làm cho việc quan sát hình ảnh tốt hơn

3 Biểu diễn 3D

Đây là xu thể tất yếu của CAD/CAM Biểu diễn 3D làm cho việc

quan sát hình ảnh trên màn hình đồ họa gan giống nhất với chỉ tiết thực, điều này tạo thuận lợi hơn cho việc thiết kế và chế tạo các chỉ tiết Các chỉ tiết được biểu điễn 3D gọi là các mô hình hay các chỉ tiết được mô hình hoá Biểu diễn 3D bao gồm 2 loại: khung dây (wire-frame) và khối rắn (solid) Mô hình khung đây thể hiện ít thông tin hơn mô hình khối rắn nhưng việc xử lý trên máy tính thì nhanh hơn

và không đòi hỏi cấu hình máy phải cao lắm Mức độ cao nhất của mô

hình khung đây là biểu diễn vật thể bằng các bề mặt (surfaces), hiện

nay các phần mềm CAD/CAM đã đạt đến độ hoàn hảo cho việc biểu

diễn vật thể bằng mô hình bề mặt Mô hình khối rắn là mô hình thật

của chỉ tiết, nó chứa đựng cả thông tin bên trong và bề mặt chỉ tiết Có

2 xu hướng nghiên cứu mô hình khối rắn, đó là:

+ Hình học khối rắn cơ bản (Constructive Solid Geometry — CSG) Phuong phap nay sử dụng các khối rắn co bản như: lập

phương, trụ, câu, chóp để xây dựng mô hình Mô hình loại này đòi hỏi một khối lượng tính toán lớn nhưng yêu cầu ít không gian lưu trữ đữ liệu

+ Biểu diễn đường bao (Boundary representation B-rep) Mô hình này sử dụng tất cả các đường bao dé biéu diễn chỉ tiết, nó cho phép

biểu diễn được các chỉ tiết có bề mặt rất phức tạp Mô hình B- -rep cân

một không gian lưu trữ dữ liệu lớn nhưng sự tính toán lại ít hơn mô hình CSG

21

Xu thế hiện nay trong các phần mềm CAD/CAM là kết hợp cả 2

phương pháp biểu diễn CSG và B-rep để sử đụng các điểm mạnh của

mỗi phương pháp biểu diễn Với mỗi cách biểu diễn bằng khung dây

hay khối rắn các phần mềm đang phát triển mạnh mẽ theo phương

pháp biểu diễn mô hình tham số hoá, các đặc điểm toán học của mô

hình như tọa độ, độ cong, các vectơ tiếp tuyến, pháp tuyến được

gắn với các tham số được hiển thị động khi kích chuột và cho phép

thay đổi trực tiếp các đặc điểm này ngay trong quá trình thiết kế

1.1.7 Mô phỏng trong CAD/CAM

Mô phỏng là một khả năng quan trọng trong CAD/CAM, nhờ mô

phỏng mà người thiết kế có thể thiết kế một sản phẩm hay một quá trình và phân tích các ứng xử của hệ thông mà không cần phải chế tạo

mẫu thật hay tiêu hao năng lượng dé họat động một hệ thống thật

Ví dụ, mô phỏng trong thiết kế các mối ghép co khí; mô phỏng họat dong của robot trong một dây truyền sản xuất; mô phỏng quá

trình cắt bề mặt không gian trén may phay CNC

1.2 Máy tính trong một số thiết bị và hệ thống công nghiệp 1.2.1 Máy công cụ NC và CNC

Điều khiển máy công cụ sử dụng băng đục lỗ (punched tape) hay

chương trình được lưu trit (stored program) goi la diéu khién sé (NC)

NC được định nghĩa bởi tổ chức hiệp hội công nghiệp điện tử EIA

(Eletronic Industries Association) nhu sau: “NC là một hệ thống mà

trong đó các họat động được điều khiển trực tiếp bởi dữ liệu số Hệ thống đó phải thông dịch í! nhất một vài phần của dữ liệu này” Dữ liệu số đó gọi là chương trình

Một hệ thống máy công cụ điều khiẻn số bao gồm một bộ điều khiển máy (MCU-Machine Control Unit) và máy MCU được chia ra

2 phần bao gồm phần xử lý đữ liệu (DPU-Data Processing Unit) va phần điều khiển vòng lặp (CLU-Control Loops Unit) DPU xử lý dữ liệu mã hóa từ băng từ hay các thiết bị nhớ khác và chuyển các thông tin như vị trí các trục, hướng chuyền động, bước tiến, và các tín hiệu phụ khác về CLU CLU sẽ kích họat các cơ cấu điều khiển máy, nhận

tín hiệu phản hồi về vị trí và tốc độ của các trục và các tín hiệu khi kết thúc các họat động DPU lại tiếp tục đọc đữ liệu và quá trình tiếp

diễn cho đến khi kết thúc chương trình Công nghệ NC được ứng dụng trong các máy như: phay, tiện, EDM, cất laser

22

Sự phát triển mạnh của PC đã cho phép thế hệ máy CNC ra đời Trong CNC bộ điều khiển vi tính được sử dụng để điều khiển 1 hay vài máy NC thay cho băng đục lỗ Chương trình NC được nhập vào

vi tính từ đĩa mêm hay download từ máy tính chủ

Có thể nói may CNC cd đầy đủ những đặc điểm thuận lợi của PC như chương trình gia công có thể lập theo dạng tham số (có biến), có

bộ nhớ cho phép lưu trữ nhiều chương trình gọi lại sử dụng được, cho phép soạn thảo chương trình một cách linh họat như copy, cắt, dán Các phần tử của một hệ CNC bao gồm:

+ Phần điều khiển là CPU như PC có ROM, RAM bộ xử lý số học, xử lý logic và truyền thông giữa phần nhập và xuất dữ liệu

+ Phần nhập dữ liệu cho phép nhận dữ liệu từ người vận hành, nhận các tín hiệu phản hồi từ hệ thông đo lường

+ Phần xuất dữ liệu thực hiện các chỉ thị từ phần điều khiển đến các cơ cầu chấp hành của máy

Bộ nhớ của CNC bao gồm RAM và ROM Chương trình NC được đọc từ thiết bị lưu trữ tin vào RAM để dễ truy cập và hiệu chỉnh Chương trình điều hành hệ thống và các chức năng chuẩn đoán lỗi được nhớ trong ROM

1.2.2 Hệ thống sản xuất linh họat FMS

Một hệ thống sản xuất được định nghĩa là một hệ thống có thể

thực hiện một loạt các quá trình làm tăng giá trị và chuyển nguyên liệu

thô thành những dạng có ích hơn và cuôi cùng là các sản phẩm Trong

hệ thống sản xuất hiện đại tính linh họat là một đặc điểm quan trọng,

nó nói lên rằng hệ thống sản xuất có tính đa năng và tính thích nghỉ trong khi vẫn đạt được một năng suất khá cao Tính thích nghỉ thé hiện ở việc hệ thống sản xuất có thê được thay đổi nhanh chóng để sản xuất những sản phẩm hoàn chỉnh khác nhau

Hệ thống sản xuất linh họat (F MS) có thể là một máy riêng lẻ hay

một nhóm máy có trang bị hệ thống cấp nguyên liệu tự động Hệ thống này họat động bởi chương trình máy tính hay nói cách khác là

được điều khiển bằng chương trình máy tính, do vậy nó có thê sản

xuất được nhiều loại sản phẩm khác nhau, đó chính là tính linh họat

của hệ thống FMS là một bước tiến chính để hướng tới hệ thống sản xuất tích hợp (CIM) CIM đòi hỏi sự tích hop et của các quá trình sản xuất tự động ở mức cao

23

Một hệ thống FMS điển hình bao gồm:

+ Thiết bị xử lý: máy công cụ, trạm lắp ráp, rôbôt

+ Thiết bị cấp phát, kiểm tra, phân loại

+ Thiết bị mang chuyên: rôbôt, băng chuyển, xe tự hành

+ Hệ thống truyền thông

+ Hệ thống điều khiển máy tính

Có thể hiểu hệ thống FMS là một dây chuyển sản xuất, trong đó

bao gồm nhiều trạm, mỗi trạm thực hiện các chức năng khác nhau và

các trạm phải có mối liên thông ràng buộc nhau để quá trình sản xuất được nhịp nhàng Mỗi trạm được điều khiển bằng chương trình nhớ

trong PUC và thường kèm theo một máy tính để lập chương trình cho trạm nạp (download) vào PLC và khi cần thay đôi chương trình thì thực hiện việc lấy (upload) chương trình từ PLC vào máy tính để thay

đổi Cả hệ thông sẽ được điều khiển bằng một chương trình chung

nhằm quản lý, kết nối các trạm, hình 1.3

Trong FMS cdc may gia cong ty động và hệ thống mạng

chuyên (handing) dùng chung (share) thông tin tức thời theo kiểu

mạng máy tính Đây là sự tích hợp mức thấp

Trạm phân loại sản phẩm Trạm lấy sản phẩm

Trạm robot Băng chuyền lắp ráp

Hình 1.3 Hệ thống FMS 50 của hóng FESTO

; 24

Con người và máy tính đóng vai trò chính trong FMS Sức lao

động của con người ở đây ít hơn rất nhiều so với ở các hệ thống họat động thủ công Tuy nhiên vai trò của con người là không thể thiếu được với các nhiệm vụ sau:

+ Sửa chữa bảo trì hệ thống

+ Thay đổi dụng cụ và cài dat (setup): thay tay gắp cho robot

+ Khởi động và tắt hệ thống

+ Nhập dữ liệu

+ Lập các chương trình gia công cho sản phẩm

1.2.3 Sản xuất tích hợp máy tính (CIM)

Sản xuất tích hợp máy tính là thuật ngữ được sử dụng để mô tả

hướng tiếp cận hiện đại trong sản xuất Mặc đù CIM bao gồm rất

nhiều các công nghệ sản xuất tiên tiến như: điều khiển số máy tính

(CNC), CAD/CAM, robot nhưng quan niện về CIM còn nhiều hơn

thế nữa hay có thể nói CIM chính là một quan niệm hoàn toàn mới về sản xuất, một phương pháp mới trong công việc kinh doanh

Để hiểu CIM trước hết cần so sánh việc sản xuất cổ điển và hiện

đại Sản xuất hiện đại bao gồm tất cả những họat động với các quá

trình cần thiết để biến nguyên liệu thô thành sản phẩm, phân phối

chúng ra thị trường, các dịch vụ sau bán hàng Các họat động này bao gồm:

+ Xác định nhu cầu đối với sản phẩm

+ Thiết kế sản phâm để đáp ứng nhu cầu đó

+ Chuẩn bị nguyên liệu để sản xuất sản phẩm đó

+ Tiến hành sản xuất sản phẩm

+ Tiêu thụ sản phẩm

+ Bảo trì sản phẩm và cải tiến sản phẩm

Có thể đưa ra sơ đồ các họat động chính câu thành CIM như trên

hình 1.4

25

Lap quy trinh

Hình 1.4 Cáu trúc cúa mó hÌnh CIM

1.2.4 Công nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping ~ RP) Sản xuất ngày nay đang phải đối mặt với 2 thử thách quan trọng

là: giảm thời gian phát triển sản phẩm và cải thiện tính linh họat cho

sản xuất các sản phẩm loạt nhỏ cũng như cho tính đa dạng của sản

phẩm Thiết kế và sản xuất có trợ giúp bằng máy tính ( CAD/ CAM )

đã cải thiện đáng kê cho quá trình thiết kế và sản xuất theo lối truyền thông Tuy nhiên vẫn còn có một số trở ngại trong việc tích hợp thực

sự giữa CAD và CAM để có thể giúp cho phát triển nhanh chóng các

sản phâm mới Mặc dù đã có rất nhiều nghiên cứu và ứng dụng về tích

hợp CAD/CAM, lập trình CNC, lập kế họach quá trình sản

xuất nhưng vẫn còn những khoảng trống tồn tại giữa CAD và CAM

là:

+ Vấn đề tạo ra nhanh chóng các mô hình 3D, các mẫu

+ Vân đê hiệu quả sản xuất và giá thành chế tạo các mẫu , các

khuôn có bê mặt phức tạp

Để rút ngắn thời gian cho phát triển chế tạo các khuôn, mẫu từ

những năm 86,87 của thê kỷ 20 các nhà chế tạo đã nghiên cứu phát trién phương pháp tạo mẫu nhanh Ngày nay công nghệ này đã phát

triển và ứng dụng hiệu quả với trên 30 phương pháp với những

phương pháp điển hình như: SỊ, (Stereo Lithography), SLS (Solution

Laze Sintering), LOM (Laminated Object Manufacturing), FDM 26

(Fused Deposition Modeling), 3-D Printing Các nhà sản xuất đã sử dụng các phương pháp này dé chế tạo các mẫu phức tạp cũng như các mẫu đơn lẻ, .Công nghệ tạo mẫu nhanh (RP) là một phương pháp gia công mới, là sự kết hợp của nhiều ngành như hoá học Polyme, vật lý laze, toán ứng dụng, phần mềm máy tính, mô hình hoá CAD, CAM, động học chất lỏng nhớt, vật liệu học, quang học cũng như kỹ thuật điện và cơ học Công nghệ này được ứng dụng rộng rãi trong những

lĩnh vực sau:

1 Thiết kế

e - Hình dung thiết kế (Visualization) :

Các mô hình khái niệm rất quan trọng trong khi thiết kế sản phẩm Các nhà thiết kế sử dung CAD để tạo ra cách biểu diễn trong máy tính các ý tưởng của họ Với các mô hình phức tạp việc hình dung chính xác là gặp nhiều khó khăn Với các mẫu thực được tạo bằng RP trong

một thời gian ngắn giúp cho các nhà thiết kế có thể đánh giá thiết kế một cách nhanh chóng, chính xác

© Kiểm tra và tối wu hoa (Verification and Optimization):

Cải tiến chất lượng sản phẩm luôn là vấn đề quan trọng của sản xuất Với các phương pháp truyền thống, việc chế tạo các mẫu để phê

chuẩn hay tối ưu hoá một thiết kế thường mat nhiều thời gian va chi

phí Các mẫu được tạo ra bằng RP thường rất nhanh và giảm đáng kể chỉ phí dụng cụ và công lao động Do vậy việc kiểm tra các ý tưởng thiết kế trở nên đơn giản, chất lượng sản phẩm có thể được cải thiện trong khoảng thời gian giới hạn với giá thành hợp lý

¢ Tinh lap (Iteration)

Các nhà sản xuất thường xuyên cần phải đưa ra các mẫu sản phẩm

mới Với công nghệ RP cho phép thực hiện qúa trình thiết kế lặp đi

lặp lại nhiều lần trong một thời gian ngăn, và kết quả là giảm chi phí thời gian cho việc phát triển các mẫu sản phẩm mới

Sử dụng công nghệ này để tạo mẫu trước bằng một phương pháp

RP nào đó ví dụ như SL hay LOM, Sau đó căn cứ trên mẫu tạo ra

này để hiệu chỉnh thiết kế, trước khi đưa vào sản xuất hàng loạt Như

vậy sử dụng công nghệ này làm tăng khả năng hình dung, phát hiện

những lỗi thiết kế, trước khi tiến hành sản xuất hàng loạt, tôi ưu hoá

thiết kế, giảm chỉ phí và thời gian quá trình từ khâu thiết kế đến khi chế tạo ra sản phẩm

27

2 Sản xuất chế tựo

Có thể SỬ dụng các mẫu RP để nghiên cứu khả năng chế tạo được

một sản phẩm nào đó Nhờ có các mẫu thực ngay trong giai đoạn đầu của thiết kế, ta có thể đây nhanh tốc độ lập kê họach công nghệ cũng như thiết kế dụng cụ Hơn nữa, nhờ có các mẫu thực mô tả hình học chính xác có thể giảm tối đa các nhằm lẫn trong quá trình chế tạo Một ứng dụng quan trọng của RP trong kỹ thuật cơ khí là chế tạo các khuôn mẫu, các lõi đúc Ngoài ra RP còn được áp dụng trong trong y học (chế : tạo các khớp xương có hình dáng phức tạp dùng đề thay thé trong phẫu thuật chỉnh hình ), trong lĩnh vực sản xuất các sản phẩm phục vụ sinh họat -Cong nghệ này cho phép chế tạo được những chỉ tiệt phức tạp mà với những phương pháp gia công thông thường không thể chế tạo được hoặc khó chế tạo

3 Tiếp thị (Marketing)

Các mẫu RP có thể hỗ trợ cho bán hàng Người ta sử dụng các mẫu này để trình bày mô tả các ý tưởng, các thiết kê, cũng như khả năng của công ty chê tạo ra mẫu đó Các mẫu thực này xác nhận tính

khả thí của thiết kế Chúng cũng có thể được dùng để tiếp nhận các phản hồi của khách hàng về việc sửa đổi thiết kế, đáp ứng kịp thời các yêu cầu của họ Công nghệ RP có tiềm năng rất lớn cho việc phát triển nhanh chóng các sản phẩm chất lượng cao nhờ hai lý do chính là: không có một giới hạn nào về, mặt tạo hình sản phẩm, và chế tạo theo công nghệ nay cho phép két nối trực tiếp và rất đơn giản giữa CAD và

CAM, giảm tôi đa chi phi lap kế họach công nghệ

A Nguyên lý chung của RP

Các tham số dir lie

Công nghệ tạo mẫu nhanh trực tiếp tạo ra các vật thể thực từ cơ Sở

dữ liệu CAD Đặc điểm cơ bản nhất của công nghệ này là: chỉ tiết mẫu được tạo ra bằng cách bổ sung dần vật liệu chứ không phải bằng cách lay đi vật liệu thừa như các phương pháp gia công truyền thống Các

mô hình chỉ tiết gia công được tạo dựng trên máy tính, được cắt lát toán học nhờ máy tính thành một chuỗi các lát cắt ngang song song với nhau Sau đó phần mềm RP tạo ra các đường dẫn lưư hoá shay gan két vật liệu cho mỗi lát cắt này Đường dẫn gia công này sẽ điều khiển trực tiếp thiết bị RP tạo ra chỉ tiết bang cach hod ran hay gắn kết các đường vật liệu Sau khi một lớp đã được tạo ra, một lớp mới sẽ được chế tạo tương tự như vậy ngay trên lớp đó Cứ như vậy mô hình thực được tạo ra từ đáy cho tới đỉnh theo kiểu gắn kết lớp này trên lớp khác trong không gian thực Nói chung các phương pháp RP đều gồm hai phần chính là chuẩn bị dữ liệu và thực hiện chế tạo mô hình Quá trình này có thể biểu diễn theo sơ đồ trên hình 1.15

Quá trình bắt đầu bằng việc thiết kế mô hình solid của chỉ tiết gia công Sau đó mô hình được lưu lại, kết xuất ra dưới dang file STL Biểu diễn STL là một dạng biểu diễn biên các mặt gay tam giác của

mô hình, sử dụng tập các tam giác để mô tả bề mặt bao kín của thể

tích mô hình File STL được hiệu chỉnh trước khi kết xuất sang dạng

CLI Quá trình hiệu chính gồm có sửa lỗi, thu phóng tỷ lệ, tách chia,

định hướng chế tạo

Định hướng chế tạo là vẫn đề đặc biệt quan trọng đối với quá trình

RP Một sự định hướng hợp lý SẼ có thể nâng cao được độ chính xác chỉ tiết và giảm được thời gian cần thiết cho chế tạo, từ đó giảm được

giá thành Định hướng chế tạo phụ thuộc đáng kế vào các mục tiêu lựa chọn Có rất nhiều các mục tiêu như: chiều cao chế tạo, chất lượng bề mặt căn cứ theo hiệu ứng bậc thang (stair-stepping effect) của bề mặt sản phẩm, thời gian chế tạo, việc tạo dựng các phần đỡ sản phẩm tuỳ theo phương pháp RP Ví dụ như trong quá trình SL⁄S, thì các mục

tiêu lựa chọn thường là chất lượng bề mặt và thời gian chế tạo Do vậy các hàm mục tiêu được lựa chọn để tránh hiện tượng biến đạng cong

thường xảy ra trong quá trình SLS là:

+ Chiều cao chế tạo là nhỏ nhất

+ Tỷ số giữa chiều dài theo hướng trục x và chiều cao theo hướng trục y ở mặt cắt ngang của mô hình là nhỏ nhất

Máy tính sẽ thực hiện cắt lát tạo ra các file CLI (Common Layer Interface) chứa các thông tin hình học của các đường bao trong và

29

ngoài của một lát cắt (dit ligu 2D) Cac dit liéu công nghệ khác như tốc độ, kiểu quét laze được xác định như là các biển của quá trình Chúng thường được xác định băng thực nghiệm và được lưu và quản

lý trong một cơ sở dữ liệu Từ các dữ liệu này bộ tạo đường dẫn sẽ tạo

nên các dữ liệu đường dân gia côngvà dịch sang định dạng dữ liệu NC

để điều khiển quá trình RP

B Chuẩn bị dữ liệu cho RP

a) Các kỹ thuật mô hình hóa hình học Các kỹ thuật mô hình hoá hình học được sử dụng trong CAD để xây dựng các mô hình hình học số hoá cho một phạm vi lớn các vật thể Có rất nhiều các kỹ thuật mô hình hoá, mỗi kỹ thuật này đều có các ưu nhược điểm riêng khi xây dựng các kiểu mô hình khác nhau

Có nhiều tiêu chuẩn để đánh giá các kỹ thuật này, ví dụ như:

+ Tính thích hợp của kỹ thuật này cho một phạm vi ứng dụng nào

đó Một kỹ thuật có thể rất có ích cho việc xây dựng bề mặt cánh máy

bay, nhưng lại không thích hợp cho xây dựng mộ mặt vít đơn giản

+ Tính trực quan của quá trình thiết kế: mô hình hoá hình học

thường có quan hệ tương tác với một hệ thông máy tính Vì vậy kỹ

thuật này cân phải bao hàm đến người thiết kế

+ Độ chính xác của mô hình số hoá: kỹ thuật mô hình hoá phải tạo

ra được các mô hình thoả mãn các tiêu chuẩn dung sai nào đó

+ Tính dễ hiệu chỉnh mô hình: mô hình hoá hình học thường liên

quan đến các quá trình chế tạo thử và sửa lỗi Vì vậy kỹ thuật này cần

phải cho phép người sử dụng hiệu chỉnh các mô hình tạo ra

Trên cơ sở phạm vi ứng dụng, các kỹ thuật mô hình hoá hình học

có thẻ được phân ra thành mô hình hoá bê mặt và mô hình hoá vật rắn

Đây là dạng mô hình biểu diễn thông tin đầy đủ và rõ ràng nhất Hau hệt các hệ thông CAD mô phỏng khối rắn hiện có được xây dựng ở

hình học, cho phép dễ dàng sửa chữa, hiệu chỉnh các thực thể 2 chiều,

3 chiêu, các thực thé bé mat tir don giản đến phức tạp

30

(3) Kỹ thuật xấp xi hoá bề mặt biên: chia đối tượng khối rắn thành các bề mặt phăng Các bề mặt phẳng này có thể là các mặt tam giác hay tứ giác Tăng mật độ các mặt sẽ đạt được độ chính xác cao hơn

b) Yêu cầu về dữ liệu CAD của hệ thống RP

Một hệ thống RP phụ thuộc nhiều vào đữ liệu đầu vào của nó, vì

nó biến déi các mô tả dữ liệu trực tiếp thành các đối tượng vật rắn Do vậy dữ liệu đầu vào của hệ thống RP phải thoả mãn các yêu cầu sau: + Mô tả hình học vật thể phải rõ ràng, không nhập nhằng

+ Một bộ đữ liệu mô tả chỉ biểu diễn cho một vật thể duy nhất

+ Mỗi mặt của mô hình đều phải có định hướng pháp tuyến Pháp tuyến được xác định sao cho các điểm của nó hướng ra xa phần đặc của vật thể

+ Dễ dàng cắt lát (slicing), tạo ra các đường bao kín (closed contour), phân biệt rõ ràng giữa phần bên trong và bên ngoài vật thể,

giữa vùng đặc và vùng rỗng

Các đường bao tạo thành khi cắt lát phải được xác định và biểu

diễn được bằng các phương trình toán học

c) Mô hình vật rắn với định dạng STL (Standard Triangulation Language)

Đây là đữ liệu đầu vào tiêu chuẩn phô biến cho tất cả các hệ thống

RP M6 hinh vat ran ở đây được biểu diễn xấp xỉ thành mô hình

xấp xi đa diện với các mặt là các mảnh phẳng tam giác Mô hình này

có các đặc điểm sau:

+ Bề mặt bao vat thể được xắp xỉ bằng các mặt phẳng tam giác + Mỗi tam giác đều có pháp tuyến định hướng xác định phần đặc của vật thể

+ Số lượng tam giác biểu diễn càng lớn, mặt bao càng xấp xỉ đến

+ Khi cắt lát, sẽ tạo ra các đa tuyến kín gồm rất nhiều các đoạn thắng thuận tiện cho biểu diễn hình học và sử dụng thuật toán đường quét để tạo ra các đường dẫn điều khiển quá trình “gia công”

Chiều dài dây cung

Tỷ lệ % = khoảng cách lớn nhất / Chiều đài dây cung

Hình 1.6a Phương pháp phân giải bề mặt SDRC I-DEAS

STL là định dạng hình học của vật thể dựa trên các dữ liệu mảng

lưới tương tự như biểu diễn mặt lưới phần tử hữu hạn Các hệ thống

mô phỏng khối rắn nói chung tạo ra được các file theo đúng dạng

STL Đó là vì bản thân chúng đáp ứng được nguyên tắc đỉnh nối đỉnh giữa các đỉnh khác nhau trong cấu trúc STL Mỗi hệ thống CAD đều cần có một chương trình dịch cho riêng nó để chuyển đổi cơ sở dữ liệu

hình học bên trong nó sang định dạng STL tiêu chuẩn Phần mềm giao

diện này hoặc được cung cấp bởi các hãng CAD hay bởi các nhà phát

triển phần mềm nhóm ba Một số viện nghiên cứu lớn đã cố gắng

soạn thảo các chương trình dịch dạngâtj chỗ (in-house) để cải thiện

hay tuỳ biến quá trình

Quá trình và phương pháp dịch được thực hiện khác nhau Một số chương trình dịch được kích họat bên trong một phần mềm CAD tương tác Trong khi đó, một số chương trình dịch khác được thực hiện như một chương trình độc lập Chương trình Pro/ENGINNER là

tương đối dễ làm Người sử dụng chỉ cần kích họat chương trình dịch

SLA trong thực đơn chính INTERFACE, tiếp đó vào thực đơn con EXPORT M6 hinh on-screen dang kích hoat nếu đang ở Mode “Part”,

nếu đang ở Mode “Assembly”, người sử dụng chỉ định một đối tượng

trên màn hình bang chuột và sau đó chọn một trị số chất lượng tir 1

dén 1 0 Trị sô chât lượng tác động đến mật độ các mảnh bề mặt của

các bê mặt cong Nói chung, theo kinh nghiệm của một số người sử

dụng thì giá trị băng § đem lại các kết quả tốt nhất Sau đó người sử

32

dụng được nhắc chọn kiểu dữ liệu đầu ra, la dang ma ASCII hay dang

nhị phân Cần phải luôn chọn ở dạng nhị phân, vì ở dạng này các file STL sé nén được nhiều hơn, quan sát và cắt lát nhanh hơn Lúc này,

người vận hành cần tạo ra một điểm gốc mới hoặc chọn một điểm gốc

đã có hay chấp nhận điểm gốc mặc định Cần chú ý định hướng các

vật thể trong không gian có các tọa độ dương để thuận lợi cho người vận hành SLA

Sự dịch sẽ không thực hiện được nếu có một “lỗi hình học” được phát hiện Hãy thử với một trị số chất lượng thấp hơn hay thay đổi giá trị độ chính xác mặc định của hệ thống (thường 0,00012” hay 0,003mm) Việc thay đổi độ chính xác sẽ tạo dựng lại toàn bộ vật thể

và có thể phát hiện được nguyên nhân tại sao chương trình dịch không dịch được Sau đó, người sử dụng nhập vào tên file xuất ra có phần

mở rộng là “STL” Các kết cấu chân đỡ phải được chọn như là các file đầu ra riêng rẽ với các file chỉ tiết

Thủ tục phần mềm tạo mẫu nhanh I-DEAS của hãng SDRC đã

được đơn giản hoá theo yêu cầu của người sử dụng Giờ đây, kỹ thuật tạo mẫu nhanh là một nhiệm vụ riêng biệt trong phần mềm mô phỏng khối rắn I- DEAS Trước hết, người sử dụng cân phải tam giác hoá bề mặt đã được xấp xỉ hoá của đối tượng Giống như chương trình

Pro/ENGINEER, các mặt bị lỗi có thể sẽ được phát hiện ra và nó sẽ

yêu cầu người sử dụng định vị lỗi và sửa lỗi mô hình Tiếp theo, vào

thực đơn con “Create-Prototype", người sử dụng sẽ được giới thiệu một danh sách các loại SLA như SLA-1, SLA-190, SLA-250, SLA-

500 Từ đó người vận hành sẽ biết được các thông số của hệ thống và

chọn lựa một hệ thống thích hợp để tiến hành tạo dựng vật thể Sau

đó, người sử dụng có thể lựa chọn đối tượng để tạo mẫu, Một đối

tượng có thể được kích chọn trên màn hình nêu đối tượng đó tồn tại trên ° ‘workbench”, sử dụng thực đơn thứ cấp để chọn đối tượng theo

nhãn tên hoặc để chọn đối tượng đã được cất giữ Phần mềm sẽ kiểm

tra các bề mặt của đối tượng, kích thước và vị trí của nó Ở giai đoạn

này người sử dụng có thé tăng mật độ số mặt của các bề mặt cong bằng

cách giảm di các giá trị “sai lệch tuyệt đối” hay giảm đi “tỷ lệ % chiều dài day cung” Cuỗi cùng, người sử dụng nhập tên cho file đầu ra

Người sử dụng CADKEY dịch các đối tượng 2D hoặc 3D thành chương trình solids CADKEY bằng chương trình CADR Chuyển đổi sang STL thực hiện ở bên ngoài CADKEY

Như vậy mỗi hệ thống CAD có các thủ tục địch sang STL khác nhau

33

Phương pháp cắt lát truyền thong Cắt lát (slicing) bang máy tính là một quá trình thiết yếu của kỹ

thuật tạo mẫu nhanh Đầu vào của quá trình cắt lát thường là một mô

hình khối rắn có định dạng STL Đầu ra của quá | trình là một mô hình

các đải xếp chồng lên nhau, xấp xỉ với mô hình gốc, hình 1.6b

{R’ eR)

Cắt lát

(Slicing)

Hình 1.6b Đầu uào Input & Output của quá: trình cắt lột

Trong phương pháp truyền thống mô hình vật thê được cắt thành

các lát cắt cách đều nhau một khoảng gọi là bước cắt lát Hình 1.7 mô

tả sơ đề cắt lát một khối cầu

Phan day cua vat thé

Hình 1.7 Các mặt phẳng cắt giao uới mô hình uật thể

Sau đó các dải tạo ra băng cách kéo lên (extrude) các vùng mặt cắt

có giao tuyến Thông thường các điểm giao tuyến được kéo kên phía

trên tạo ra các dải Vì lát cất sát đáy được kéo lên nên phần đáy không

được chế tạo Có 3 cách xấp xi mô hình gốc R thành mô hình các dải

xếp chồng R°:

Cách 1: R va R’ giao nhau Trong trường hợp này vật liệu thừa cần được lay đi và bổ sung vật liệu vào- phan thiểu của mẫu tạo ra 6 đây rất khó xác định phan 1 nao cần lấy đi và phần nào cần bổ sung để tạo ra chính xác mô hình gốc (hình 1.8a)

34

_ Cách 2: R’ bao R (Rc R’) Trong trường hợp này vật liệu thừa cần được lấy đi từ vật mẫu tạo ra dé có được hình dạng và kích thước

chính xác đúng như mô hình gôc khởi thuý (hình 1.8b)

Cách 3: R bao R’ (R'c R) Trong trường hợp này vật liệu cần được bô sung vào vật mầu tạo ra để có được hình dạng và kích thước chính xác đúng như mô hình gốc khởi thuỷ (hình 1.8c)

Vật liệu thừa cần lấy đi Vật liệu thừa wwe

1 _¡ _ cân lây đi

be ¬— } ; Hình học của vật | : Tạ Hình học của vật

Hình 1.8 Các cách xáp xi mô hình gốc R thành mô hình các dải xếp chồng R?

Với các phương pháp cắt lát truyền thống này, máy tính sẽ thực

hiện quá trình cắt lát tạo ra các dữ liệu lát cắt 2D Các dữ liệu này sẽ

được cung cấp cho bộ tạo đường dẫn (tool path) tạo ra các fie NC điều

khiển quá trình RP Bề mặt tạo ra có hiện tượng bậc thang ở những

vùng có độ cong và những vùng bề mặt nghiêng Sau khi kết thúc quá

trình, người ta tiến hành quá trình xử lý sau chế tạo Sản phẩm được

bé sung thêm vật liệu hoặc loại bớt đi vật liệu thừa là tuỳ theo phương pháp cắt lát Qúa trình hoàn thiện này phụ thuộc nhiều vào độ phân giải bề mặt đạt được Độ phân giải càng cao (mô hình xấp xi tạo được cảng gần với mô hình thực và chất lượng bề mặt càng cao) nếu như bước cắt lát càng nhỏ Nhưng khi giảm bước cắt lát thì chỉ phí tính

35

toán cho cắt lát sẽ tăng đáng kế cả về bộ nhớ cũng như thời gian cắt lát

Hiện nay một số các thuật toán cắt lát thích nghỉ đang được phát triển trên cơ sở xem xét đến những vẫn để sau:

1 Khái niệm và đặc điểm RE

RE là một quá trình được sử dụng để tái tạo lại các vật thé thực đã tồn tại nhưng không thể sử dụng được các bản thiết kế cũ của chúng Chi tiệt cần phải được đo đạc vẽ lại để nhận lại được bản ghi dữ liệu

mới cũng như cho phép tái sản xuất các chỉ tiết này Kỹ thuật này có thê thực hiện băng nhiêu cách, từ những phương pháp đo kích thước đơn giản bằng thước cặp hay pan me và ghi lại số liệu đo đề thiết kế lại chỉ tiết, cho đên các phương pháp kỹ thuật hiện đại như : xử lí sô hình ảnh tia X, hay đưa dữ liệu quét lase 3D, quét bằng các đầu đo tiếp xúc trên máy CMM vào các file dữ liệu CAD

RE dưới ánh sáng của kỹ thuật tạo mẫu nhanh (RP) liên quan tới quá trình tái tạo lại một vật thể thực thành định dạng CAD số hoá, sau

đó tạo ra các bản copy nguyên vẹn hay có sửa đôi của vật thể gốc ban

đầu bằng cách sử dụng các phương pháp tạo mẫu nhanh

Trên hình 1.9 giới thiệu một số thiết bị số hóa

Quá trình RE được thực hiện qua các bước cơ bản như sau:

(1) Vật mẫu thực cần tái tạo lại được quét bằng các đầu quét điện

tử để tạo ra một đám mây các tọa độ điểm của các vùng bề mặt của vật

thể Một đám mây điểm là một tập hợp điểm dữ liệu tọa độ trong không gian 3D để biểu diễn một vật rắn Qua trình này có thể được thực hiện bằng các đầu đo bằng tay (manual probe) Người vận hành máy dùng tay đưa đầu đo chạm vào vật mẫu và nhập dữ liệu điểm nhận được này vào máy tính bằng cách nhắn một nút hay bàn đạp điều 36

khiển nào đó Máy đo tọa độ 3 chiều (CMM) thực hiện quá trình RE trên cơ sở nguyên lý tương tự như vậy, ngoại trừ điều chỉ tiết được

kẹp chặt và đầu đo cảm biến thì được dẫn động theo kiểu điện từ để

chạm vào bề mặt đo và nhập các điểm dữ liệu

„

Hình 1.9 Một só thiết bị số hóa sứ dụng trong kỹ thuật

a) Máy 3D ảo; b) Tay máy toàn khớp quay; c) Hệ thống trắc địa đèn LED; d) Máy đo tọa độ 3 chiều

Một kỹ thuật khác là kỹ thuật dạng phá huỷ (phương pháp chụp

cắt lớp) Phương pháp này cắt chỉ tiết thành các lớp và chụp các mặt cắt ngang này Sau đó chuyển đổi các bản ghi hình ảnh này các lát dữ

liệu tọa độ kế tiếp nhau Cuối cùng dữ liệu quét dang hinh anh céng

huong từ, chụp x quang, tia-x có thể được dùng để tạo ra đám mây điểm của bề mặt chỉ tiết

(2) Đám mây điểm tạo ra cần phải được chuyển đổi thành biểu diễn bề mặt thực Sử dụng các phan mem RE chuyên dụng dạng kết

nối các điểm “connect-the-dot” để kết nối các điểm xây dựng các bề Sau đó dùng các công cụ CAD thích dụng để hiệu chỉnh , ghép

nỗi các bề mặt, làm trơn xây dựng các mô hình Hiện nay có rất

nhiều các phần mềm CAD, CAD/CAM có thể sử dụng trong kỹ thuật ngược như Cimatron, Pro/ Engineer, Cuối cùng là xuất ra các file định dạng tiêu chuẩn cho RP dạng STL hay xuất ra các file giao diện CAD tiêu chuẩn như IGES

Trên hình 1.10 là một ví dụ về công nghệ ngược (RE)

37

Hình 1.10 Công nghệ ngược (Reuerse Engineering)

(3) Sử dụng các phương pháp tạo mẫu nhanh (RP) với dữ liệu đầu vào là các file CAD hay STL vừa tạo ra để tạo ra các vật mẫu hoặc chỉ

„mẫu | binh >Ì biếndữ | —| sácbè mặt [| hiệu chỉnh

3 Ứng dụng của RE

_ RE ứng dụng chủ yếu trong quá trình thiết kế chế tạo sản

phâm:

- Hỗ trợ thiết kế và phát triển sản phẩm, trong giai đoạn nghiên

cứu và thiết kế, các mô hình CAD của vật mẫu thực cần được phát

triển cho phân tích thiết kế và hiệu chỉnh

- Cung cấp thiết kế và dữ liệu hình học, phân tích các mẫu của khách hàng, tiếp thu các kỹ năng know-how để thực hiện các thiết kế sản phẩm mới

- Phân tích lỗi, kiểm tra so sánh các đữ liệu hình học của chỉ

tiết chế tạo ra với các dữ liệu hình học mẫu gốc

Ngoài ra RE còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như

y học, điển tử, khảo cổ học Các mẫu phẫu thuậtcủa các nội tạng, khối

u, xương được chế tạo từ các đữ liệu MRI dé tro gitip cho cac bac sĩ trước khi thực hiện phẫu thuật thực trong phòng mô RE cũng được ứng dụng trong việc tái tạo lại những con khủng long hoá thạch nhờ

các đữ liệu số hoá

39

PHAN 2 CONG NGHE CAD/CAM

CHUONG 2 CO SO DU LIEU CUA CAD 2.1 Cac phép bién déi hình học

Biến đổi hình học là một chức năng không thể thiếu được trong

bất kỳ một hệ CAD/CAM nào Các phép biến đổi hình học bao gồm di chuyên, quay, thu phóng, đối xứng, bóp méo trong một hệ trục tọa độ Biến đổi hình học là làm cho mô hình bị thay đổi kích thước, tọa độ trong không gian chứ không phải thay đổi điểm nhìn hay sử dụng các phép chiếu khác nhau, phần này sẽ được trình bày ở một mục khác

Một mô hình vật thể trên máy tính suy cho cùng việc lưu trữ và tính

toán nó được thực hiện trên các điểm đặc biệt cho dù nó là bất kỳ mô

hình gì: khung dây hay khối rắn Chính vì vậy việc nghiên cứu biến

đổi hình học của các mô hình được đưa về việc nghiên cứu cơ Sở toán học của các phép biến đổi tọa độ điểm Có 2 quan điểm về việc biến đổi hình học của đối tượng là: biến đổi tọa độ của đối tượng trong một

hệ trục tọa độ cố định, quan điểm thứ hai là biến đổi hệ tọa độ Trong

tài liệu này trình bày việc biến đổi hình học theo quan điểm thứ nhất

và các lý thuyết này là cơ sở toán học cơ bản được sử dụng trong đồ họa máy tính

2.1.1 Các phép biến đỗi trong mặt phẳng

1 Pháp di chuyển, hình 2.1a

Giả sử điểm P(x,y) được di chuyển đến điểm P° (x’,y’), long di

chuyén theo phương x là dx, theo phương y là dy:

Như vậy áp dụng công thức (2.1) hoặc (2.3) có thể xác định

được tọa độ của các điểm của đối tượng sau khi đi chuyển

40