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

Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAF việc thiết kế, đánh giá chế tạo chi tiết Chương 1: ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ CAD/CAM TRONG GIA CÔNG CƠ KHÍ 1.1 Giới thiệu CAD/CAM/CAE CAD - Computer Aided Design: Thiết kế trợ giúp máy tính Mục tiêu lĩnh vực CAD tự động hóa bước, tiến tới tự động hóa cao thiết kế sản phẩm CAM - Computer Aided Manufacturing: Chế tạo sản xuất có trợ giúp máy tính Mục tiêu CAM là: Mô trình chế tạo, lập trình chế tạo sản phẩm công cụ tự động CNC (Computer Numerical Control –Điều khiển số dùng máy tính) Quá trình CAM thực hệ thống máy công cụ điều khiển số NC, CNC CAE - Computer Aided Engineering: Kĩ thuật mô hình hóa tạo mẫu nhanh thiết kế, chế thử sản phẩm Công nghệ CAE bao gồm: + Phân tích ứng suất thành phần sử dụng FEA (Phân tích phần tử hữu hạn) + Động lực học tính toán chất lỏng, tính toán phân tích luồng nhiệt lỏng + Mô khí + Động lực học + Tối ưu hóa sản phẩm trình CAD/ CAM lĩnh vực nghiên cứu nhằm tạo hệ thống tự động thiết kế chế tạo máy tính điện tử sử dụng để thực số chức định CAD/CAM tạo mối quan hệ thiết hai dạng hoạt động : Thiết kế chế tạo - Tự động hóa thiết kế dùng hệ thống phương tiện tính toán giúp người kĩ sư thiết kế, mô phỏng, phân tích tối ưu hóa giải pháp thiết kế - Tự động hóa chế tạo dùng máy tính điện tử để kế hoạch hóa, điều khiển kiểm tra nguyên công gia công 1.2 Một số phần mềm CAD/CAM sử dụng khí chế tạo Một số phần mềm CAD/CAM dùng cớ khí chế tạo, sản xuất công nghiệp:  AUTOCAD: Dùng cho thiết khí, xây dựng, kiến trúc, điện, điện tử  UNIGRAPHICS: Rất mạnh thiết kế, tính toán khí chế tạo  DOLIDWORK : Rất mạnh thiết kế, tính toán khí chế tạo xây dựng  CIMATRON: Tích hợp liên hoàn CAD/CAM/CNC cho khí chế tạo  MASTER CAM: Tích hợp liên hoàn CAD/CAM/CNC cho khí chế tạo  DENFORD: Giải pháp CAD/CAM/CNC trọn gói  CATIA: Là phần mềm chuyên thiết kế sản phẩm 3D có hỗ trợ máy tính, phần mềm có phức hợp CAD/CAM/CAE  PRO/ENGINEER: Là phần mềm CAD/CAM/CAE tích hợp, có nhiều chức trợ giúp thiết kế, phân tích kĩ thuật lập trình cho máy NC 1.3 Chức năng, ứng dụng lợi ích CAD/CAM 1.3.1 Chức CAD/CAM Khác biệt với qui trình thiết kế theo công nghệ truyền thống, CAD cho phép quản lý đối tượng thiết kế dạng mô hình hình học số sở liệu trung tâm, CAD có khả hỗ trợ chức kỹ thuật từ giai đoạn phát triển sản phẩm giai đoạn cuối trình sản xuất, tức hỗ trợ điều khiển thiết bị sản xuất điều khiển số Hệ thống CAD đánh giá có đủ khả để thực chức yêu cầu hay không, phụ thuộc chủ yếu vào chức xử lý phần mềm thiết kế Ngày phần mềm CAD/CAM chuyên nghiệp phục vụ thiết kế gia công khuôn mẫu có khả thực chức sau: - Thiết kế mô hình học chiều (3D) hình dạng phức tạp - Giao tiếp với thiết bị đo, quét toạ độ 3D thực nhanh chóng chức mô hình học từ liệu số - Phân tích liên kết liệu: tạo mặt phân khuôn, tách khuôn, quản lý kết cấu lắp ghép - Tạo vẽ ghi kích thước tự động: có khả liên kết vẽ 2D với mô hình 3D ngược lại - Liên kết với chương trình tính toán thực chức phân tích kỹ thuật: tính biến dạng khuôn, mô dòng chảy vật liệu, trường áp suất, trường nhiệt độ, độ co rút vật liệu, - Nội suy hình học, biên dịch kiểu đường chạy dao xác cho công nghệ gia công điều khiển số - Giao tiếp liệu theo định dạng đồ hoạ chuẩn - Xuất liệu đồ hoạ 3D dạng tập tin STL để giao tiếp với thiết bị tạo mẫu nhanh theo công nghệ tạo hình lập thể 1.3.2 Những ứng dụng CAD/CAM ngành chế tạo máy  Tạo mẫu nhanh thông qua giao tiếp liệu với thiết bị tạo mẫu nhanh theo công nghệ tạo hình lập thể (đo quét toạ độ)  Giảm đáng kể thời gian mô hình học cách tạo mô hình hình học theo cấu trúc mặt cong từ liệu số  Chức mô hình học mạnh, có khả mô tả hình dáng phức tạp  Khả mô hình hoá cao cho phương pháp phân tích, cho phép lựa chọn giải pháp kỹ thuật tối ưu 1.3.3 Lợi ích CAD/CAM Lợi ích CAD có nhiều, song có số định lượng Một số lợi ích khác khó lượng hoá mà thể chất lượng công việc nâng cao, thông tin tiện dụng, điều khiển tốt v.v Một số lợi ích CAD hệ tích hợp CAD/CAM: - Nâng cao suất kỹ thuật - Giảm thời gian dẫn - Giảm số lượng nhân viên kỹ thuật - Dễ cải tiến cho phù hợp với khách hàng - Phản ứng nhanh với nhu cầu thị trường - Tránh phải ký hợp đồng để kịp tiến độ - Hạn chế lỗi chép đến mức tối thiểu - Độ xác thiết kế cao - Khi phân tích dễ nhận tương tác phần tử cấu thành - Phân tích chức vận hành tốt nên giảm khâu thử nghiệm mẫu - Thuận lợi cho việc lập hồ sơ, tư liệu - Bản thiết kế có tính tiêu chuẩn cao - Nâng cao suất thiết kế dụng cụ cắt - Dễ tiết kiệm chi phí, giảm giá thành - Giảm thời gian đào tạo hội họa viên lập trình viên cho máy NC - Ít sai sót lập trình cho máy NC - Giúp tăng cường sử dụng chi tiết máy dụng cụ cắt có sẵn - Thiết kế dễ phù hợp với kỹ thuật chế tác có - Tiết kiệm vật liệu thời gian máy nhờ thuật toán tối ưu - Nâng cao hiệu quản lý thiết kế - Dễ kiểm tra chất lượng sản phẩm phức tạp - Nâng cao hiệu giao diện thông tin dễ hiểu nhóm kỹ sư, thiết kế viên, hội họa viên, quản lý nhóm khác Chương 2: Phân tích số lợi ích điển hình Nâng cao suất thiết kế Năng suất cao giúp cho vị cạnh tranh hãng nâng lên giảm yêu cầu nhân lực đồ án, dẫn tới hạ giá thành thời gian xuất xưởng sản phẩm Tổng kết số đơn vị có sử dụng hệ CAD cho thấy suất tăng từ 10 lần so với công nghệ thiết kế cũ, chí cao hơn, tuỳ theo yếu tố sau :  Độ phức tạp vẽ kỹ thuật  Mức độ tỉ mỉ vẽ  Mức độ lặp lặp lại chi tiết hay phận thiết kế  Mức độ đối xứng phận thiết kế  Tính dùng chung chi tiết để lập thư viện Giảm thời gian dẫn Thiết kế với hệ CAD nhanh thiết kế theo cách truyền thống, đồng thời đẩy nhanh tác vụ lập biểu bảng báo cáo (lập bảng liệt kê cụm lắp ghép chẳng hạn) mà trước phải làm tay Do vậy, hệ CAD tạo tập vẽ cuối chi tiết máy báo cáo, biểu bảng kèm theo cách nhanh chóng Thời gian dẫn thiết kế rút ngắn dẫn đến kết làm giảm thời gian kể từ nhận đơn đặt hàng đến giao sản phẩm Phân tích thiết kế Các chương trình phân tích thiết kế có sẵn hệ CAD giúp trình thiết kế diễn theo khuôn mẫu tác nghiệp có logic hơn, không cần phải trao đổi lại nhóm thiết kế nhóm phân tích mà người ấy, họ tiến hành công việc phân tích thiết kế nằm máy tính trạm thiết kế Điều giúp cho người kỹ sư tập trung tư tưởng họ đối thoại trực tiếp với thiết kế cuả Nhờ khả phân tích mà thiết tối ưu Mặt khác, thời gian thiết kế nói chung tiết kiệm phân tích thiết kế ứng xử nhanh không thời gian trao đổi lại từ vẽ người thiết kế tới bàn làm việc người phân tích trước Hãy lấy việc thiết kế động máy bay làm ví dụ Ở trọng lượng động tiêu quan trọng, chi tiết phải xác định tỉ mỉ Theo cách thiết kế thủ công để xác định trọng lượng chi tiết máy, chi tiết có hình dáng phức tạp, cần chia thành mảnh đơn giản để tính cộng lại để biết trọng lượng chung chi tiết Sau cộng trọng lượng tất chi tiết để biết trọng lượng toàn động Cuối cùng, đem so sánh xem phương án thiết kế cho động có trọng lượng bé chọn phương án Nhờ hệ CAD với chức phân tích khối lượng mà công việc thực máy tính cách dễ dàng với độ xác cao Do hệ CAD cho phép phân tích sửa đổi thiết kế sơ cách dễ dàng thuận lợi nên người ta đưa nhiều phương án để nghiên cứu, so sánh, nói thiết kế hệ CAD cho kết tốt trước nhiều Giảm sai sót thiết kế Các hệ CAD vốn có khả tránh sai sót thiết kế, vẽ lập hồ sơ tư liệu, thuyết minh kỹ thuật Do lỗi vào (input) di chuyển liệu thường xảy lập liệt kê chi tiết làm dự trù vật liệu cách thủ công bị loại bỏ Sở dĩ xác chủ yếu có vẽ ban đầu thông tin quản lý cách thủ công Mặt khác, công việc lặp lặp lại, tốn nhiều thời gian sau có vẽ nói di chuyển nhiều ký hiệu hay hình vẽ, xếp theo khu vực hay theo chi tiết loại v.v thực nhanh chóng với kết xác quán Nhờ khả tương tác người - máy, hệ CAD có khả đặt câu hỏi xem liệu đưa vào có mắc lỗi không Đương nhiên khả kiểm tra việc vào liệu loại tuỳ thuộc vào ý định nhà thiết kế hệ CAD muốn đặt câu hỏi cho liệu đầu vào hỏi để người thiết kế tự kiểm tra lại xem vào chưa Các phép tính thiết kế có độ xác cao Độ xác toán học hệ CAD 14 số có nghĩa sau dấu chấm thập phân Đặc biệt độ xác thiết kế đường mặt ba chiều chưa có phương pháp tính tay so sánh Độ xác sử dụng hệ CAD thể nhiều phương diện Chẳng hạn chi tiết đặt tên đánh số chúng bảo toàn toàn vẽ Hoặc có thay đổi chi tiết thay đổi bảo toàn toàn gói hồ sơ tác động tới tất vẽ có sử dụng chi tiết Độ xác hệ CAD mang lại làm cho việc lập tiên lượng dự toán công trình xác hơn, tiến độ mua sắm vật tư sát Tiêu chuẩn hoá thủ tục thiết kế, lập vẽ lập tư liệu Trong hệ CAD, có sở liệu hệ điều hành (DOS WINDOWS chẳng hạn) thống dùng chung cho trạm thiết kế hệ Do vậy, cách tự nhiên, hệ cung cấp tiêu chuẩn thống cho thủ tục trình thiết kế thiết lập vẽ Các vẽ vẽ theo quy định thống nhất, không hệ bị lẫn lộn quy định thiết lập sẵn hệ CAD 7 Bản vẽ dễ đọc dễ hiểu CAD tạo sửa đổi vẽ hình chiếu trực lượng, chiếu xiên dễ dàng vẽ hình chiếu trực giao Nói chung, tính dễ đọc dễ hiểu vẽ phụ thuộc trực tiếp vào phép chiếu sử dụng vẽ đó: chiếu phối cảnh dễ hình dung chiếu trực lượng, chiếu trực lượng dễ hình dung chiếu trực giao Trên thực tế, hầu hết vẽ kết cấu từ đường nét kết hợp lại, đánh bóng thêm vào chúng dễ hiểu hơn, đánh màu làm bật Cuối cùng, phép hoạt hoá hình ảnh hình CRT giúp cho người quan sát dễ hiểu thêm mức Các thủ tục thay đổi kỹ thuật cải thiện Các vẽ tư liệu gốc lưu trữ sở liệu hệ CAD Điều cho phép truy nhập dễ chúng cất kho lưu trữ thông thường, cho phép kiểm tra lại chúng cách nhanh chóng dựa theo thông tin Do việc lưu trữ liệu đảm bảo nên thông tin khứ vẽ trước dễ dàng lưu lại sở liệu hệ CAD, thuận tiện cho việc so sánh với yêu cầu vẽ hay thiết kế Các lợi ích giai đoạn chế tạo Cơ sở liệu hệ CAD/CAM dùng cho giai đoạn thiết kế việc lập kế hoạch điều khiển sản xuất Các lợi ích giai đoạn chế tạo bao gồm:  Thiết kế đồ gá dụng cụ cắt để chế tạo sản phẩm  Lập trình NC  Lập quy trình công nghệ máy tính  Liệt kê vẽ lắp (do hệ CAD lập) để sản xuất  Dò khuyết tật máy tính  Lập kế hoạch tay máy người máy  Lập công nghệ nhóm Tất lợi ích có nhờ sở liệu hệ CAD/CAM tạo mà khởi đầu liệu tạo từ giai đoạn CAD Chương 3: Tìm hiểu phần mềm Catia 1.4.1 Tổng quan Catia I Giới thiệu phần mềm Catia Phần mềm Catia phần mềm hỗ trợ cho công việc thiết kế chi tiết người kĩ sư thiết kế Ngoài Catia cung cấp chức lắp ghép chi tiết máy rời rạc thành cụm chi tiết, cấu máy hay máy khí hoàn chỉnh Người sử dụng phần mềm Catia mô chuyển động cụm chi tiết, cấu hay máy khí lắp ráp cách sinh động Sự chuyển đổi môi trường làm việc Catia linh hoạt cách sử dụng Start giúp cho người thiết kế cảm thấy thoải mái tiết kiệm nhiều thời gian Với phần mềm thiết kế khí khác Pro/E, Solid Edge, Solid Work, Để bắt đầu lắp ráp chi tiết máy thiết kế bạn cần thực thao tác thoát file chi tiết bạn thiết kế tạo file lắp ráp thời gian Đối với Catia, bạn làm việc môi trường thiết kế chi tiết mà bạn muốn chuyển đổi sang môi trường lắp ráp bạn việc chọn công cụ Start sau chọn môi trường lắp ráp chi tiết bạn thực bước tạo file lắp ráp nhanh chóng linh hoạt Hoặc muốn mô chuyển động cấu lắp ráp bạn việc thực thao tác tương tự để vào môi trường mô chuyện động Ngoài bạn thấy chức năng, tính thiết kế mô Catia bạn sử dụng Catia có nhiều module lớn chia thành nhiều module nhỏ khác nhau: Hình 1.1 Các module thường dùng Catia - Mechanical design có mô đun nhỏ Part design, Assembly, Weld Design, Mold Tooling Design…: + Part Design: Thiết kế chi tiết 3D + Assembly Design: Lắp ghép cụm chi tiết + Weld Design: Tạo mối nối 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 khung dây + Generative Sheetmetal Design: Thiết kế kim loại - Module Shape có module nhỏ như: FreeStyle, Sketch Tracer, Generative Shape Design (Thiết kế khung dây bề mặt)… - Machining có module nhỏ: Axis Surface Machining, Lathe Machining, NC Manufacturing Infrastructure, Prismatic Machining (gia công CNC) - Module Analysis & Simulation có module nhỏ: Advanced Meshing tools, Generative Structural Analysis: phân tích độ bền giới hạn (Phương pháp phần tử hữu hạn) II Tổng quan giao diện Catia Thanh Menu: Bao gồm như: Start, File, Edit, Views, Insert, Tools, Analyze, Window, Help… - Star Menu: Dùng chuyển đổi môi trường làm việc - File Menu: Bao gồm lệnh New, Open , Save, Save As, Close, Print Nó chứa danh sách file dùng trước - Edit menu: Bao gồm lệnh Cut, Copy, Paste, Update Menu tương tự danh sách sổ xuống - Views Menu: Là menu quan trọng gồm tất công cụ lựa chọn điều khiển (Manupulating) Zoom, Pan, Rotate lựa chọn Render - Insert Menu: Gồm lệnh dùng để chèn vật thể hay chi tiết file - Tools Menu: Là menu quan trọng sử dụng để gán thuộc tính sử dụng cho môi trường làm việc Catia - Window Menu: Dùng để chuyển đổi quan sát file mở - Help Menu: Dùng để mở liệu trợ giúp Catia Hình 1.2 Giao diện Catia Specication Tree vùng vẽ (Geometry Area) : - Specification Tree Để thuận tiện cho trình thao tác quản lý sản phẩm vẽ, Catia cung cấp cho người thiết kế Specification Tree Specification Tree lưu giữ tất sản phẩm lệnh mà người thiết kế dùng để tạo nên sản phẩm mình, ta quan sát thấy Specification Tree phía bên trái hình Để tắt bật Specification Tree ta vào: View-> Specifications (Hoặc ấn F3)