Tập bài giảng Môn học Công nghệ CADCAM

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa Tập giảng Môn học Công nghệ CAD/CAM Biên soạn theo đề cương môn học chuyên ngành khí ĐHBK ĐN Người biên soạn : Bùi trương Vỹ Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Đại học Đà nẵng Đà Nẵng - Năm 2008 Các hệ thống CAD/CAM Các tiến kỹ thuật mở ứng dụng thiết kế gia công tạo hình sản phẩm khí, cấu Máy Sự khác biệt phương pháp gia cơng truyền thống gia cơng tạo hình đại chỗ tạo hình dựa mơ hình hố hình học vật thể Các hệ thống CAD: cho phép mơ hình hố hình học vật thể rắn dựa liệu hình học số sở Cho đến nay, có nhiều phương pháp khác cách mơ hình hố hình học vật thể, nhiên kỹ thuật mơ hình hóa gọi tiến mơ hình vật thể tạo mang đầy đủ thơng tin mà vật thể rắn vốn có thực tế, ví dụ đặc trưng tính chất vật liệu, tính chất học Mục tiêu cuối mơ hình hóa lĩnh vực gia cơng tạo hình phải giúp thực nhiều ứng dụng quan trọng, bao gồm: ─ tính tốn thể tích hay khối lượng vật thể ─ tính tốn momen qn tính ─ phân tích ứng suất ─ tính tốn truyền nhiệt ─ phân tích động lực học ─ tạo mã gia công ─ mô cấu Cơ sở lý thuyết hệ thống CAD: Trong lĩnh vực mô hình hố vật thể, khái niệm mơ hình hình học xử dụng cho yếu tố hình học mơ tả được, yếu tố hình học sở dùng hệ thống CAD, bao gồm: ─ Điểm ─ Đường cong, kể đoạn thẳng ─ Mặt cong, kể mặt phẳng ─ Khối (cấu trúc đặc) Vật thể mô tả liệu số xác, có thể: ─ Điểm mơ tả giá trị tọa độ ─ Đường cong mơ tả chuỗi điểm phương trình ─ Mặt cong mô tả tập hợp điểm (hoặc lưới đường cong), phương trình ─ Khối định nghĩa mặt cong bao quanh Chương 1: Hệ thống tọa độ, Điểm, Đường Mặt phẳng Vật thể 2D 1.1 Điểm Mặt phẳng tọa độ xy có trục tọa độ x y vng góc Các trục tọa độ khơng vng góc dùng, giá thành tính tốn cao Một điểm mặt phẳng xy mô tả số, (x, y), dạng ma trận x  , y  x y tọa độ trục x y 1.2 Đường thẳng ─ Phương trình đường thẳng mặt phẳng xy có dạng: Ax + By +C = với A, B, C hệ số, C số hạng không đổi + Nếu B ≠ 0, phương trình đường thẳng viết lại: y = mx +b m =  C A b =  ; m gọi độ dốc b điểm chắn (tức điểm B B cắt đường thẳng trục y ) + Nếu B = 0, phương trình đường thẳng trở thành: Ax + C = Đây đường thẳng song song trục y cắt trục x điểm (0, -C/A) Phương trình đường thẳng có hệ số, có hệ số độc lập, nghĩa cho trước phương trình đường thẳng, chia phương trình nầy cho hệ số ≠ khơng làm thay đổi đường thẳng Chẳng hạn ta có đường thẳng 4x + 5y + = tương đương với x + 1,25y + 1,75 = 0,8x + y + 1,4 = Chia phương trình cho số ≠ thường gọi chuẩn hóa Có phép chuẩn hóa quan trọng dùng để tính khoảng cách từ gốc tới đường thẳng.Giả sử có phương trình đường thẳng Ax + By +C = 0, khoảng cách từ gốc tới đường thẳng là: d= | C| A  B2 Như vậy, sau chuẩn hóa phương trình đường thẳng cách chia phương trình cho bậc hai tổng bình phương A B, giá trị tuyệt đối số hạng không đổi khoảng cách gốc đường thẳng 1.3 Đường thẳng song song vng góc Cho đường thẳng : Ax+By+C = Ex+Fy+G = ─ Hai đường thẳng Ax+By+C = Ex+Fy+G = đường thẳng song song độ dốc chúng nhau, tức là:  ─ A E    AF  BE B F Hai đường thẳng Ax+By+C = Ex+Fy+G = đường thẳng vng góc tích độ dốc chúng -1, tức là:  A  E        1  AE   BF  B  F  Vật thể 3D 2.1 Điểm Hệ thống tọa độ không gian cần trục tọa độ x,y z Do đó, điểm khơng gian có thành phần (x,y,z) x, y z tọa độ trục x,y z 2.2 Mặt phẳng ─ Phương trình mặt phẳng khơng gian có dạng: Ax+By+Cz+D = A,B,C,D hệ số, D số hạng không đổi Tương tự trường hợp đường thẳng, khoảng cách từ gốc đến mặt phẳng cho bởi: d= ─ |D| A  B2  C Véc tơ pháp mặt phẳng gradient Gradient phương trình f(x,y,z) = định nghĩa sau:  f f f  (f) =  , ,   x y z  Véc tơ pháp mặt phẳng Ax+By+Cz+D = {A,B,C} Đường thẳng không gian coi giao tuyến mặt phẳng Để dễ dàng phân tích, thường dùng véc tơ kiểu biểu diễn truyền thống có ích Véc tơ Véc tơ có ưu tính tốn hình học, có “ tọa độ tự do” Ý nghĩa “ tọa độ tự do” làm rõ Một véc tơ tương tự điểm Nếu véc tơ mặt phẳng (hoặc không gian, tương ứng), có (hoặc 3, tương ứng) thành phần Như vậy, véc tơ không gian n kích thước, có n thành phần Đối với ứng dụng học, thường phân biệt dạng véc tơ: véc tơ vị trí véc tơ hướng Một véc tơ vị trí cho biết vị trí điểm, véc tơ hướng xác định hướng Do đó, véc tơ khơng phải điểm Có thể cọng trừ véc tơ, nhân hay chia véc tơ cho (tức véc tơ lấy theo tỉ lệ) Ta thường coi điểm yếu tố hình học cố định, véc tơ cho phép di chuyển từ điểm nầy đến điểm khác Chiều dài véc tơ bậc hai tổng bình phương thành phần Véc tơ đơn vị véc tơ có chiều dài Chuyển véc tơ sang véc tơ đơn vị cách chia thành phần cho chiều dài véc tơ cho trước, véc tơ đơn vị có chiều dài hướng với véc tơ cho trước Mối liên hệ điểm véc tơ tóm tắt: ─   Đối với cặp điểm P Q, có véc tơ v thoả mãn v = P-Q, nghĩa có phương chiều dài định điểm không gian (H1.1) H1.1   Mỗi điểm P véc tơ v , có điểm Q thoả mãn v = P-Q Hay  nói cách khác, cho trước điểm P, ta di chuyển điểm nầy độ dài v theo  phương v , ta tìm điểm Q (H1.2) ─ H1.2 H1.3   Điểm Q thường viết Q = P+ v , véc tơ v viết Q-P ─ Cho trước điểm P,Q R, điểm nầy thoả mãn (P-Q) + (Q-R) = (P-R) Có thể mơ tả nhận xét theo H1.3 Như vậy, số tính chất sau rút  + Q - Q = Dễ thấy trường hợp R = Q + R-Q = -(Q-R) Chú ý vế trái phải phương trình nầy +   v + (Q-R) = (Q+ v )-R véc tơ Minh họa H1.4 H1.4 +   Q-̣(R+ v ) = (Q-R)- v Chú ý vế trái phải phương trình nầy véc tơ (H1.5) Cũng cần nhận xét véc tơ tự do, khơng có vị trí Hai véc tơ cuối có phương độ dài, chúng H1.5 + P = Q+(P-Q) Chú ý vế trái phải phương trình nầy điểm +     (Q+ v ) -(R+ w ) = (Q-R) + ( v - w ) H1.6 Chú ý vế trái phải phương trình nầy véc tơ (H1.6) 3.1 Tích vơ hướng véc tơ     với Tích vơ hướng véc tơ a b số thực cho bởi: a  b  |a|.|b| cosθ   θ góc a b        ─ Nếu a  b  0, với a b véc tơ ≠ véc tơ , θ = 900 hay a  b     ─ Nếu a  b  |a|.|b| , θ = 00 hay a // b chiều     ─ Nếu a  b  -|a|.|b|, θ = 1800 hay a b véc tơ có phương trái chiều 3.2 Đường thẳng Một đường thẳng xác định dựa điểm sở A véc tơ phương d Do vậy, phương trình véc tơ đường thẳng là: A+td với t: tham số Thường lấy véc tơ phương véc tơ đơn vị 3.3 Mặt phẳng  Một mặt phẳng xác định dựa điểm qua B có véc tơ pháp n Giả    sử X điểm tùy ý thuộc mặt phẳng ( X  B ) phải vuông góc với n , hay:    ( X  B ) n =  X.n – B.n = Đây phương trình mặt phẳng cần tìm ─ Giao điểm đường thẳng mặt phẳng: Mặt phẳng có phương trình: Xn = Bn Đường thẳng có phương trình: A + td cắt mặt phẳng, đó: (A+td).n = Bn  t = (B  A).n d.n Thay t vào phương trình đường thẳng, kết cho giao điểm + Nếu d.n = 0, khơng tìm t, có nghĩa khơng tồn giao điểm Trường hợp nầy xảy d  n, ứng với d // mặt phẳng cho 3.4 Tích có hướng véctơ   Cho trước véc tơ a , b với thành phần {a1, a2, a3} {b1, b2, b3} Tích có hướng     véctơ a b véc tơ a  b cho bởi:   j i k a a a a   a a   a  b  a1 a a =  ,,   b b b1 b b1 b  b1 b b     a  b véc tơ vng góc với véc tơ a b , có chiều dựa theo quy tắc bàn tay     phải theo thứ tự a , b , a  b     ─ b  a có chiều ngược với a  b     ─ Độ dài véc tơ a  b |a||b| sinθ θ góc nhọn a b     Nói cách khác, a  b , độ dài a  b = |a||b| Các đường mặt đơn giản Ta biết qua loại đường mặt đơn giản (đường thẳng mặt phẳng) Gần với đường thẳng mặt phẳng đường cônic mặt bậc Mặc dù đường cônic mặt bậc tồn từ khoảng 2000 năm qua, chúng vật thể thông dụng nhiều hệ thống thiết kế có trợ giúp máy tính mơ hình hóa vật thể 4.1 Đường cong 4.1.1 Vòng tròn Đường cong đơn giản vòng tròn Phương trình vòng tròn có tâm (a,b), bán kính r có dạng : x  a 2  y  b 2  r Nếu tâm nằm gốc, phương trình viết lại: x  y  r Các phương trình gọi dạng ẩn vòng tròn Dạng tham số vòng tròn là: x  r cos t  y  r sin t Đối với vòng tròn có tâm khơng trùng với gốc, dạng tham số là: x  a  r cos t  y  b  r sin t Dạng tham số dùng hàm lượng giác Ta đề cập đến dạng tham số vòng tròn khơng dùng đến hàm lượng giác 4.1.2 Dạng tắc đường cơnic Các đường cônic giao tuyến mặt phẳng mặt nón tròn xoay (tức mặt nón có đáy vòng tròn với trục hình nón vng góc với đáy qua tâm vòng tròn) Có dạng đường cơnic: ellip, hyperbol parabol Các ellip hyperbol đường cơnic có tâm đối xứng, parabol đường cơnic khơng có tâm đối xứng Phương trình tắc ellip phương trình dạng ẩn sau: x2 y2  1 a2 b2 Các trục ellip trục x trục y, a, b chiều dài bán trục lớn bé Dạng tham số ellip: x  a cos t  y  b sin t Phương trình tắc hyperbol phương trình dạng ẩn sau: x y2  1 a b2 Định nghĩa trục lớn trục bé tương tự ellip Trục x cắt đường cong điểm (a, 0) (-a, 0) trục y khơng cắt đường cong Dạng tham số hyperbol: x  a sec t  y  b tan t Tâm ellip hyperbol dạng tắc gốc tọa độ đường cong đối xứng qua tâm trục Phương trình tắc parabol phương trình dạng ẩn sau: x2 = 4py Ở dạng tắc nầy, với điểm (x,y) thuộc parabol, giá trị y phải dương parabol mở lên Trục parabol trục y Cần ý thêm dạng chuẩn parabol dạng tham số Hoặc viết lại dạng tham số sau: x  t  t2   y  4p  4.1.3 Dạng tổng quát đường cônic Các đường cônic đường bậc dạng tổng quát đa thức bậc 2: Ax2 + 2Bxy + Cy2 + 2Dx +2Ey +F = Ở đa thức trên, hệ số xy, x y 2B, 2D 2E, tương ứng Đa thức nầy có hệ số đem chia cho hệ số khác làm giảm Như vậy, nói chung với điều kiện hồn tồn xác định đường cơnic Có trường hợp sau: ─ Nếu B2 < A*C, phương trình tổng qt mơ tả ellip ─ Nếu B2 = A*C, phương trình tổng quát mô tả parabol ─ Nếu B2 > A*C, phương trình tổng qt mơ tả hyperbol Biểu thức B2  A*C gọi định thức đa thức bậc tổng quát 4.1.4 Dạng ma trận đường cơnic Từ dạng tổng qt viết lại dạng ma trận cho đường cônic Trước tiên, điểm x = (x,y) coi véc tơ cột có thành phần thứ ma trận chuyển véc tơ hàng xT = [x,y,1] Tiếp theo, hệ số đa thức bậc tổng quát dùng để tạo ma trận đối xứng 3×3 sau: x  x = y   1  xT = [x y 1]  A B D Q = B C E  D E F  Khi dạng đa thức bậc tổng quát trở thành: xTQ x = 4.2 Bề mặt 4.2.1 Dạng tắc bề mặt bậc hai Các bề mặt bậc gồm loại khác nhau: mặt ellipsoid, mặt hyperboloid tầng, tầng, mặt paraboloid elliptic, mặt paraboloid hyperboloid Chúng có dạng tắc mơ tả qua phương trình ẩn sau Mặt ellipsoid: x2 y2 z2   1 a b2 c2 Mặt hyperboloid tầng: x2 y2 z2   1 a b2 c2 Mặt hyperboloid tầng: x y2 z2    1 a b2 c2 Mặt paraboloid elliptic: x2 y2   2cz a b2 10 Thực hành với Pro|Engineer Chọn mặt phẳng vẽ Vẽ & ghi kích thước vẽ 2D Vẽ trục quay Đặt lệnh " revolve cut/slot" Chọn chiều quay & chiều sâu() cần Chọn mặt phẳng vẽ Vẽ & ghi kích thước vẽ 2D Vẽ trục quay Đặt lệnh " revolve cut/slot" Chọn chiều quay & chiều sâu() cần Chọn mặt phẳng vẽ Vẽ & ghi kích thước vẽ 2D Đặt lệnh " extrude boss" Xác định kiểu extrusion(blind,midplane ) Chọn chiều sâu cần Chọn mặt phẳng vẽ Vẽ & ghi kích thước vẽ 2D Đặt lệnh " extrude cut/slot" Xác định kiểu extrusion Chọn chiều sâu cần Chọn mặt phẳng vẽ Vẽ vẽ 2D kích thước thứ Vẽ vẽ 2D kích thước thứ hai Đặt lệnh " loft " Chọn mặt phẳng vẽ Vẽ đặt kích thước đường dẫn Vẽ đặt kích thước tiết diện x Đặt lệnh " sweep " Đặt lệnh "shell" Chọn bề mặt cắt/mặt phẳng/mặt đầu 56 Assembly ─ Chi tiết assembly gọi base component Các chi tiết khác lắp chi tiết nầy định vị cách gán constraint ─ Mỗi constraint hạn chế chuyển động ─ Một chi tiết muốn hoàn toàn cố định không gian cần hạn chế bậc tự (3 tịnh tiến theo trục x, y, z quay quanh trục x, y, z), bậc tự constraint ─ Pro|Engineer cho phép thành phần lắp với không cần phải hạn chế bậc tự do, trục để quay tự lỗ ─ Bảng liệt kê constraints thường gặp: Mate constraint Align constraint Mate offset constraint Align constraint (offset) Orient constraint Insert constraint ─ File assembly không chứa liệu hình học chi tiết thành phần, chứa liệu dùng làm chuẩn chi tiết thành phần lắp ─ Sub-assembly: tập hợp chi tiết với số lượng gọi sub-assembly (cụm con) lắp trước, sau lắp cụm vào assembly (cụm chính) Có thể coi cụm đơn vị cấu thành độc lập 57 Mechanism Design ─ Bậc tự do: vật thể tự khơng gian có bậc tự do, tịnh tiến quay DOF = * (number of bodies not including ground)-constraints+ redundancies ─ Các khớp nối: có tác dụng constraints chuyển động vật thể với nhau, làm giảm số bậc tự có hệ Ví dụ, ta gán khớp lề cho vật thể (pin joint), ta hạn chế chuyển động vật thể cho xoay quanh chốt số bậc tự vật thể giảm từ Các kiểu khớp nối số bậc tự tương ứng cho bảng sau Bảng khớp nối Khớp Sơ đồ Số bậc tự Q Mô tả T Quay quanh trục Pin Axis alignment Planar mate/align or Point alignment Tịnh tiến theo trục Slider Axis alignment Planar mate/align to restrict rotation along axis Tịnh tiến quay quanh trục định Planar Cylindre Axis alignment 1 Các vật thể lắp theo khớp nối phẳng chuyển động tương mặt phẳng Quay quanh trục vng góc với mặt phẳng Plane alignment 58 Bearing Ball "viên bi tách cầu" Khớp nầy cho phép quay theo phương Phối hợp khớp cầu khớp trượt Hạn chế bậc tự tịnh tiến Weld Rigid Point alignment to edge or axis Dán chi tiết với x →x,y →y,z →z Align coordinate systems Point alignment to point 0 0 Coordinate system alignment Dán chi tiết với thay đổi định nghĩa base component Các chi tiết liên kết khớp nối cứng tạo nên vật thể 59 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ CAD/CAM/CNC MỤC ĐÍCH: Ứng dụng tiến kỹ thuật thiết kế gia cơng khí, thiết kế, chế tạo hỗ trợ máy tính, nhằm giảm thời gian thiết kế, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm giá thành CÁC LOẠI ĐỀ TÀI: Bao gồm thiết kế, lắp ráp, mô loại cấu, tách thiết kế chế tạo chi tiết Ví dụ loại cấu máy, đồ gá, cấu công tác, tay máy, cấu van, cấu vận chuyển NỘI DUNG: ─ Xác định thông số kỹ thuật cho cấu thiết kế ─ Lập sơ đồ nguyên lý ─ Thiết kế kỹ thuật ─ Tính tốn sức bền chi tiết máy ─ Thiết kế lắp ráp, mô ─ Thiết kế chế tạo ─ Trình bày nhận xét Nội dung chi tiết: 3.1 Giới thiệu tổng quan nhiệm vụ thiết kế lựa chọn thông số kỹ thuật 3.2 Thực bước tính tốn thiết kế kỹ thuật ( sơ đồ nguyên lý, sơ đồ động, tính tốn sức bền ) 3.3 Thành lập vẽ lắp vẽ chi tiết sau tiến hành thiết kế vật thể 3D lắp ráp, mơ cấu máy tính Cụ thể: 1) Thiết kế chi tiết cấu 2) Lắp ráp, mơ cấu 3) Trình bày vẽ lắp, vẽ chế tạo chi tiết 3.4 Thiết kế chế tạo 3.5 Mô gia công chi tiết cấu thiết kế máy CNC: 1) Nguyên công 2) Bước đường dịch chuyển dụng cụ 3) Các liệu cần cho lập kế hoạch, tổ chức sản xuất 4) Các chương trình kết nối hệ thống CAD/CAM/CNC 60 CÁC BẢN VẼ ─ Bản vẽ lắp mô cấu ─ Bản vẽ chi tiết quy trình gia cơng Tồn khoảng (35)A4 đĩa ghi THUYẾT MINH Thuyết minh trình bày vấn đề có liên quan đến đề tài thiết kế, mơ tả theo trình tự nội dung phần Phải ghi rõ công thức tính tốn tài liệu tham khảo Thuyết minh trình bày khổ giấy A4, khoảng (3550) trang HÌNH THỨC THỰC HIỆN Sinh viên lựa chọn đề tài đăng ký với giáo viên hướng dẫn để định tên đề tài nội dung thực Sinh viên làm việc theo nhóm, nhóm (34)S/V Mỗi S/V thuộc nhóm phải có vẽ thiết kế chế tạo chi tiết quy trình gia cơng riêng cấu thiết kế ĐÁNH GIÁ: Đồ án đánh giá theo tiêu chí sau: ─ Ý nghĩa đề tài ─ Kỹ vẽ chi tiết máy tính ─ Mức độ phức tạp cấu ─ Kỹ trình bày vẽ lắp, vẽ chế tạo ─ Tính hợp lý cấu thiết kế mức độ ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CNC TÀI LIỆU THAM KHẢO Hướng dẫn sử dụng Pro|Engineer 2000i www.ebook.edu.vn Parts Library Các sách hướng dẫn sử dụng Pro|Engineer Wildfire www.3dmodelspace.com/ptc GHI CHÚ ─ Bìa theo quy định Khoa ─ Font chữ Unicode, Times New Roman ─ Các hình vẽ thuyết minh phải có ký hiệu tên hình vẽ, ví dụ H2.3: Sơ đồ nguyên lý (là hình vẽ thứ chương 2) Công thức phải đánh số ký hiệu, ví dụ (1.4) cơng thức thứ chương 1… Giáo viên phụ trách 61 THÀNH LẬP BẢN VẼ CHI TIẾT Tạo file vẽ chi tiết cách lựa chọn New mục Type, đặt Drawing Ở cửa sổ New Drawing, chi tiết muốn vẽ phải Default Model, chưa có, Browse chọn chi tiết muốn thể Đặt hình chiếu (TOP View): Đặt TOP view nằm phần phía bên trái vẽ: Từ menu chính, Insert, chọn Drawing View – General Gõ vào vẽ phía bên trái để xác định vị trí cho hình chiếu nầy Cửa sổ Drawing View mở ra, chọn từ tên hình chiếu Model: TOP – OK Tất hình hình chiếu (projections): Tiếp theo thêm vào hình FRONT view cách từ menu Insert, lựa chọn Drawing View – Projection Gõ vào nơi muốn đặt hình FRONT view (bên TOP view) Tiếp theo thêm hình RIGHT view cách chọn Insert –Drawing View – Projection Gõ vào nơi muốn đặt hình RIGHT view (bên phải FRONT view) Thêm hình phối cảnh Insert – Drawing View – General Gõ vào nơi muốn đặt hình phối cảnh (bên phải TOP view) Cửa sổ Drawing View mở ra, chọn Scale – Custom Scale nhập giá trị cho tỉ xích hình chiếu nầy sau – OK Có thể thay đổi tỉ xích cho tồn vẽ cách chọn số chỗ gần với Scale cuối vẽ: Edit – Value (chọn Edit từ cửa sổ chính, khơng phải menu Menu Manager) Di chuyển hình chiếu khác cách chọn hình kéo đến vị trí Chú ý hình chiếu trạng thái mặc định không di chuyển Gõ vào chỗ Lock View để chuyển trạng thái Chọn how/what is shown hình cách gõ vào một, hay nhiều hình – sau nhắp chuột phải chọn Properties – chọn View Display cửa sổ Drawing View Đặt lựa chọn ưa thích đường Hidden Tangent: No Hidden; No Disp Tan – Apply Chú ý: Không dùng cách biểu diễn Shading cho cửa sổ đồ họa tắt biểu diễn tính chất Datum (mặt phẳng, đường tâm trục, đường cong, điểm hệ tọa độ) Thêm hình cắt: Insert – Drawing View – Projection Gõ vào nơi muốn đặt, ta có hình chiếu Chọn 62 hình nầy nhắp chuột phải, chọn Properties Ở cửa sổ Drawing View, chọn Sections 2D cross-section Tiếp theo gõ vào chỗ Plus để chọn kiểu, hay tạo mặt cắt Tạo mặt cắt mới, chọn Menu Manager XSEC CREATE Planar | Single | Done Nhập vào A dấu nhắc để ghi tên mặt cắt A-A Nếu khơng có mặt phẳng datum, ta phải đặt mặt phẳng cho mặt cắt Make Datum – Offset Chọn RIGHT chọn Enter Value, điền vào giá trị thích hợp – Done Đọc cửa sổ thơng điệp đặt Apply, Close cửa sổ Drawing View Tạo hình cắt thực mode Part: View – View Manager, chọn Xsec – New, nhập tên cho mặt cắt X Planar – Single- Done Chọn mặt phẳng datum, bề mặt làm nơi cắt, hay trực tiếp tạo Sau trở lại file Drawing ta đặt mặt cắt nầy, hình chiếu hình có sẵn, Xem thêm mục Thêm hình cắt Thêm hình chi tiết (detailed view): Insert – Drawing View – Detailed …Gõ vào khu vực muốn biểu diễn hình có – Vẽ đường cong để xác định đường ranh khu vực muốn biểu diễn, nhắp chuột để kết thúc Đặt vị trí hình muốn biểu diễn, nhập Scale, tên hình Chọn kiểu Boundary đường ranh hình gốc, vòng tròn Xác định vị trí thích gần với hình gốc Ghi kích thước: Để trình bày kích thước hình, gõ vào hộp thoại Open the Show/Erase Chọn Show nhắp Dimension, chọn Axis, đặt đặc tính model tree Gõ End Select Close Cơng cụ làm kích thước - Edit – Cleanup – Dimensions , chọn hình, kích thước riêng lẻ – nhắp chuột để Done Sel; điền giá trị Offset Increment, gõ vào mục Cosmetic chọn lựa chọn – Apply | Close Có thể di chuyển kích thước tay bên hình cách chọn kéo (drag) chúng Chuyển đổi kích thước hình cách chọn nhắp chuột phải, mở menu cho phép chọn Switch View, gõ vào hình nơi muốn chuyển kích thước đến Cũng bổ sung thêm kích thước tay: Từ cửa sổ chọn Insert– 63 Dimension – New References đặt kích thước tương tự Sketcher Chỉnh sữa Kích thước Thêm ký hiệu , hay R cho bán kính cách chọn Properties nhắp chuột phải, menu mở ra, sau thêm tiếp đầu ngữ hay tiếp vĩ ngữ cho giá trị kích thước Thêm dung sai File – Properties, cửa sổ File Properties chọn Drawing Options Tìm tol_display đặt Yes Thêm giấy vẽ Thêm giấy vẽ: Insert – Sheet, mục lại trước, nhập số, tên Sau chuyển đổi vẽ View – Go to Sheet Thêm mô hình khác vào vẽ Thêm mơ hình: File – Properties cửa sổ File Properties chọn Drawing Models – Add Model – tìm chọn file part, sau dùng Set Model để chuyển đổi chi tiết Chú ý: Các thơng tin vẽ chế tạo bao gồm: ─ Các hình chiếu ─ Các hình cắt ─ Bảng biểu, khung tên ─ Kích thước : phần quan trọng phức tạp ghi kích thước phải đáp ứng yêu cầu nhiệm vụ kỹ thuật thiết kế, quy định theo  Dung sai 1) Dung sai kích thước̣ 2) Dung sai hình dạng Tất thơng tin biểu diễn với Pro|E theo tiêu chuẩn quốc tế lựa chọn ( ANSI ISO ) 64 Bài đọc thêm: Gia công mặt cong Mở đầu: Gia công mặt cong yêu cầu đặt nhiều lĩnh vực cơng nghiệp, ví dụ ngành kỹ nghệ tơ, tàu thuyền, điện thoại, máy tính , ứng dụng nầy sản phẩm có bề mặt tùy ý chi tiết chạm trỗ, hình dạng mơ Các liệu mô tả mặt cong: Dữ liệu cần thiết dùng cho mô tả bề mặt xuất phát từ nhiều nguồn khác nhau, chẳng hạn qua biểu diễn toán học từ liệu chụp Để chuyển đổi liệu có sang liệu dùng cho gia công, cần đến mô tả xấp xỉ bề mặt chủ đề thiết kế tạo hình có hỗ trợ máy tính qua hệ thống mơ hình hóa hình học vật thể Ngồi ra, điểm bề mặt mà dụng cụ cắt qua phải nội suy thích hợp đảm bảo chất lượng bề mặt gia cơng Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu lý thuyết khảo sát hàm có liên quan đến mô tả đường mặt cong, ta trích dẫn số tính chất ứng dụng quan trọng phải xác định gia công mặt cong Như biết, mô tả xấp xỉ bề mặt ưa chuộng xử dụng NURBS(nonuniform rational B-splines) Các đường cong xấp xỉ dạng tham số mô tả: n R(u) =  Bi,d (u)Pi (1) i 0 Pi : i = 0,1,….,n điểm điều khiển d : số điểm điều khiển xác định đường cong phân đoạn Bi,d(u): hàm kết nối dùng để biểu thị mức độ ảnh hưởng khác điểm điều khiển vị trí xét so với điểm khác Các bề mặt xấp xỉ dạng tham số mô tả: m R(u,v) = n  Bi,p (u )B j,q ( v)Pij (2) i 0 j0 Pi : i = 0,1,….,m đường chứa điểm điều khiển, Pij: điểm điều khiển thứ j đường thứ i: j = 0,1,….,n (tạo nên mặt lưới theo hướng) Bi,p(u) Bj,q(v): hàm kết nối theo hướng pháp tuyến u, v Giá trị hàm kết nối xác định sau: Bi,1(u) = với ui  u  ui+1 Bi,1(u) = cho trường hợp khác (3) Đối với hàm kết nối có số điểm điều khiển (mức) xác định đường cong phân đoạn d: u  ui u u với d>1 (4) B i ,d ( u )  Bi ,d 1 (u )  i  d B i1, d 1 (u ) u i  d 1  u i u i  d  u i 1 Mặt cong xác định cách đầy đủ qua liệu đường điểm điều khiển dựa vào mơ tả tốn học ta ý thêm số tính chất sau hàm kết nối:  Các hàm bậc cao lặp từ hàm có bậc thấp hàm có d = nhận giá trị u khoảng nút thứ i i+1, có giá trị  Tại giá trị u, tổng giá trị tất hàm kết nối nhận  Tại giá trị u, số lượng hàm kết nối có ảnh hưởng đến đường hay mặt cong nhỏ d  Một đường cong mức d bắt đầu nút d kể từ điểm đầu dãy điểm nút kết thúc nút d tính từ điểm cuối dãy điểm nút Các liệu xác định bề mặt xếp theo đường điểm, với đường có số lượng điểm điều khiển định bề mặt xác định tập hợp đường nầy Thơng thường, đường có số điểm tọa độ điểm đường mô 65 tả theo cách X[2][3], Y[2][3] Z[2][3], có nghĩa thành phần toạ độ X,Y, Z điểm điều khiển số đường số 2… Định hướng bề mặt: Ngay bề mặt xác định, định hướng bề mặt dụng cụ cắt trục máy qua phép biến đổi đồng Giả sử điểm liệu bề mặt mô tả dạng ma trận [Ps], ma trận quay, tịnh tiến, tỉ lệ [R], ta có :  X 11 X 12 X 21 X MN   a b c TX   Y e f g T  Y12 Y21 YMN  11 Y  [Ps] = [R] =   Z11 Z12 Z 21 ZMN   h i j TZ       1 0 0 S   a,b, ,j biểu thị góc quay, TX, TY, TZ đại lượng tịnh tiến S tỉ lệ chung Khi tập liệu trình bày qua [PM] sau:  X M11 X M12 X M 21 X M MN    YM11 YM12 YM 21 YM MN   (5) [PM] = [R][Ps] với [PM] =  Z M11 Z M12 Z M 21 Z M MN      S S S S Như vậy, bề mặt định hướng so với bàn máy Tính tốn pháp tuyến bề mặt: Để định hướng vị trí dụng cụ cắt điểm xác định bề mặt, cần tính toán  véc tơ pháp tuyến đơn vị n bề mặt điểm H1: Định hướng vị trí dụng cụ so với bàn máy   Phép tính dựa vào biểu thức tính tích có hướng véc tơ phân biệt, D j Di , tạo từ điểm kế cận : đó:    Di  D j n   Di  D j (6)  D j = P[i+1, j] - P[i-1, j]  Di = P[i, j+1] - P[i, j-1] (7)   Véc tơ (k  n ) mặt phẳng xy tiếp xúc với đường bao bề mặt, véc tơ    ((k  n )  k ) vng góc với đường bao bề mặt có véc tơ đơn vị xác định theo công thức:     (k  n)  k n xy     (k  n)  k (8) 66   Nói cách khác, véc tơ đơn vị n xy hình chiếu véc tơ pháp đơn vị n lên mặt phẳng ny n  XY có thành phần n xy { x , ,0 } n xy n xy Hiệu chỉnh dụng cụ: Vị trí điểm cắt thực tế dụng cụ so với điểm chuẩn PT ( thường lấy điểm xa đường tâm dụng cụ) nhận qua phép cọng véc tơ véc tơ vị trí điểm bề mặt PM véc tơ nối từ điểm cắt thực tế đến điểm chuẩn PT, phụ thuộc vào loại dụng cụ cắt dùng (dao phay chỏm cầu, cầu hay dao phay mặt mút ) H2: Hiệu chỉnh dụng cụ Vị trí điểm chuẩn dụng cụ PT xác định phương trình: [ PT] = [ PM] + [O1] +[O2] +[O3] (9)   (10) O  nR   O  n xy (R  R ) (11)   O  kR (12)   Ví dụ với dao phay cầu (H2b): OB = nR  kR  Với dao phay ngón (H2c): OC = n xy R [ PM] : toạ độ vị trí điểm cắt gọt bề mặt  n : véc tơ pháp đơn vị điểm cắt gọt bề mặt   n xy : hình chiếu véc tơ pháp đơn vị n lên mặt phẳng xy    i , j, k : véc tơ đơn vị trục toạ độ Ví dụ minh họa: Gia cơng mặt cong với Pro|Engineer Một số chương trình ứng dụng có sẵn cung cấp đầy đủ công cụ cần thiết để xác định mô tả mặt cong, thực xấp xỉ bề mặt dùng cho gia công, định hướng bề mặt dụng cụ cắt trục máy công cụ, hiệu chỉnh dụng cụ H3a: Xác định mặt cong H3b: Chuẩn bị phôi 67 H3c: Mô đường dịch chuyển dụng cụ H3d: Mô mặt gia công Các H3a,b,c,d mơ q trình gia cơng thơ mặt cong với Pro|Engineer Kết nhận từ file liệu đường dịch chuyển dụng cụ Pro|Engineer sau qua xử lý cung cấp mã G thích hợp để thực gia cơng máy phay CNC trục Kết luận: Đối với bề mặt cong có hình dạng bất kỳ, chất lượng bề mặt gia công đạt phụ thuộc nhiều yếu tố cần phải tìm hiểu thêm, nhiên rõ ràng máy công cụ điều khiển số mở triển vọng lĩnh vực gia công mà trước thực qua bàn tay khéo léo người thợ 68 MỤC LỤC Các hệ thống CAD/CAM Chương 1: Hệ thống tọa độ, Điểm, Đường Mặt phẳng Vật thể 2D Vật thể 3D Véc tơ 4 Các đường mặt đơn giản Toạ độ đồng 12 Các phép biến hình 14 Các phép biến đổi affine 17 Các phép chiếu 19 Phép nhân ma trận biến đổi 20 Chương 2: Các phương pháp mô tả đường mặt 21 2.1 Đường cong 21 2.1.1 Đường cong tham số 21 2.1.2 Các tính chất đường cong 21 2.1.3 Đường cong hữu tỷ 25 2.1.4 Nối điểm 25 2.1.5 Nối điểm với phương pháp nội suy khác 27 Nội suy đường cong đa thức bậc 27 Nội suy đường cong đa thức bậc 29 Nội suy Hermite 30 Nội suy Lagrange 32 Đường cong Bezier 33 Đường cong B-spline 39 Mặt cong B-spline 50 Các ví dụ tập 52 Vài nét phát triển hệ thống mơ hình hóa hình học vật thể 53 Thực hành với Pro|Engineer 55 Bài đọc thêm 64 Mục lục 68 Tài liệu tham khảo 69 69 Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn đắc Lộc, Tăng Huy : Điều khiển số công nghệ máy điều khiển số CNC, Nhà xuất Khoa học-Kỹ thuật, Hà Nội 1996 [2] Tạ Liêm : Hệ thống điều khiển số cho Máy công cụ, Nhà xuất Khoa họcKỹ thuật, Hà Nội 1999 [3] Trần văn Địch : Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS & sản xuất tích hợp CIM, Nhà xuất Khoa học-Kỹ thuật, Hà Nội 2001 [4] Nguyễn tiến Đào, Nguyễn tiến Dũng : Cơng nghệ khí ứng dụng CAD/CAM/CNC, Nhà xuất Khoa học-Kỹ thuật, Hà Nội 1999 [5] Đoàn thị Minh Trinh : Công nghệ CAD/CAM, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, thành phố Hồ chí Minh, 1998 [6] G.W Vickers, M.H Ly, R.G Oetter : Numerically Controlled Machine Tools, Ellis Horwood Limited, London, 1990 [7] C.K.Shene, Geometry notes, http://www.cs.mtu.edu/, 2008 70 ... phương pháp gia công truyền thống gia công tạo hình đại chỗ tạo hình dựa mơ hình hố hình học vật thể Các hệ thống CAD: cho phép mơ hình hố hình học vật thể rắn dựa liệu hình học số sở Cho đến... động lực học ─ tạo mã gia công ─ mô cấu Cơ sở lý thuyết hệ thống CAD: Trong lĩnh vực mơ hình hố vật thể, khái niệm mơ hình hình học xử dụng cho yếu tố hình học mơ tả được, yếu tố hình học sở dùng... hình hố hình học vật thể, nhiên kỹ thuật mơ hình hóa gọi tiến mơ hình vật thể tạo mang đầy đủ thông tin mà vật thể rắn vốn có thực tế, ví dụ đặc trưng tính chất vật liệu, tính chất học Mục tiêu