a. Chọn sơ bộ máy gia công: Như nguyên công 2, mũi khoan, dao tiện vật liệu T15K6
b. Lập sơ đồ gá đặt
Hình 3.11. Sơ đồ định vị gia công lỗ ren 3.4. Một số hình ảnh gia công chi tiết trục vít trong thực tế
Hình 3.12. Gia công rãnh vít bằng trung tâm NT4300DCG
Hình 3.13. Công đoạn mài và kiểm tra sản phẩm
( Nguồn: Công ty TNHH Thiên Thành)
Kết luận: Quy trình công nghệ để gia công chi tiết trục vít được giới thiệu ở trên đây chỉ là một trong những phương án gia công hợp lý có thểứng dụng để sản xuất chứ không phải là một phương án tối ưu. Để có được phương án tối ưu thì ngoài quy trình hợp lý còn cần phải có những công trình nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của các chế độ cắt và các yếu tố khác đến chất lượng khi gia công. Khi đó, nếu đưa vào sản xuất thì mới đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật cũng như tối ưu trong giá thành sản phẩm.
Chương 4
ỨNG DỤNG MỀM CATIA TRONG THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG TRỤC VÍT 4.1. Lịch sử phát triển của phần mềm CATIA
CATIA (Computer Aided Three Dimensional Interactive Application) có nghĩa là “ Xử lý tương tác trong không gian ba chiều có sự hỗ trợ của máy tính”,. CATIA là một bộ phần mềm thương mại phức hợp CAD/CAM/CAE được hãng Dassault Systemes (Pháp) phát triển và IBM là nhà phân phối trên toàn thế giới. Nó được viết bằng ngôn ngữ lập trình C++ và là nền tảng đầu tiên của bộ phần mềm quản lý toàn bộ một chu trình sản phẩm của hãng Dassault
Phiên bản mới nhất hiện nay là CATIA V6R2011x bao gồm rất nhiều các module để giải quyết hàng loạt các bài toán lớn trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: xây dựng, cơ khí, tựđộng hóa, công nghiệp ô tô, tàu thủy và cao hơn là công nghiệp hàng không. Nó giải quyết công việc một cách triệt để, từ khâu thiết kế mô hình CAD, đến khâu sản xuất dưa trên cơ sở CAM và khả năng phân tích tính toán, tối ưu hóa lời giải dựa trên chức năng CAE của phần mềm CATIA.
Phần mềm này được viết vào cuối những năm 1970 và đầu 1980 để phát triển máy bay chiến đấu Mirage của Dassault, sau đó được áp dụng trong ngành hàng không vũ trụ, ô tô, đóng tàu và các ngành công nghiệp khác. Kiến trúc sư Frank Gehry đã sử dụng nó để thiết kế các Bảo tàng Guggenheim Bilbao và Walt Disney Concert Hall.
CATIA bắt đầu được hãng sản xuất máy bay Avions Marcel Dassault - Pháp phát triển, vào thời điểm đó nó là khách hàng của các phần mềm CADAM CAD. Lúc đầu phần mềm tên là CATI (Conception Assistée Tridimensionnelle Interactive - tiếng Pháp nghĩa là Thiết kế ba chiều được máy tính hỗ trợ và có tương tác) nó đã được đổi tên thành CATIA năm 1981, khi Dassault tạo ra một chi nhánh để phát triển bán các phần mềm và ký hợp đồng không độc quyền phân phối với IBM.
Năm 1984, Công ty Boeing đã chọn CATIA là công cụ chính để thiết kế 3D, và trở thành khách hàng lớn nhất. Năm 1988, CATIA phiên bản 3 đã được chuyển từ các máy tính Mainframe sang UNIX. Năm 1990, General Dynamics/Electric
Boat Corp đã chọn CATIA như là công cụ chính thiết kế 3D, thiết kế các tàu ngầm hạt nhân của Hải quân Hoa Kỳ. Năm 1992, CADAM đã được mua từ IBM và các năm tiếp theo CADAM CATIA V4 đã được công bố. Năm 1996, nó đã được chuyển từ một đến bốn hệ điều hành Unix, bao gồm IBM AIX, Silicon Graphics IRIX, Sun Microsystems SunOS và Hewlett-Packard HP-UX.
Năm 1998, CATIA V5 - một phiên bản viết lại hoàn toàn CATIA đã được phát hành với sự hỗ trợ cho UNIX Windows NT và Windows XP từ 2001. Từ năm 2002 trở lại đây, một loạt các phiên bản Version V5R8 đến V5R16 ra đời với các tính năng mới và các ưu điểm vượt trội trợ giúp ngày càng đắc lực hơn cho các công ty trong việc thiết kế và chế tạo sản phẩm. Trở thành một phần mềm công nghiệp không thể thiếu được trong các công ty công nghiệp hàng đầu trên thế giới.
Năm 2008, Dassault công bố CATIA V6 hỗ trợ cho các hệ điều hành Windows, các hệđiều hành không phải Windows không được hỗ trợ nữa.
Phần mềm công nghiệp CATIA được ứng dụng rộng rãi tại các hãng sản xuất công nghiệp lớn trên thế giới như hãng sản xuất máy bay Boing; Hãng ô tô Ford (Mỹ); BMW(Đức); Nissan, Toyota (Nhật Bản); cũng như nhiều công ty khác ở nhiều nước phát triển trên thế giới. Hiện tại với hơn 170 modul được tích hợp, đủđể đáp ứng tất cả nhu cầu sử dụng trong tất cả các ngành nghề như cơ khí, ô tô, hàng không, kiến trúc, điện tử, hệ thống đường ống...Và các module này có thể mua riêng để có thể phù hợp với đặc điểm từng ngành nghề cụ thể.
4.2. Cấu trúc phần mềm
Hiện nay phần mềm CATIA có rất nhiều phiên bản khác nhau. Trong luận văn này tôi sử dụng bản V5R20 để thiết kế và lập trình mô phỏng gia công.
Phần mềm này được thiết kế với cấu trúc phân thành nhiều Module với các chức năng của các Module phục vụ cho các công việc khác nhau trong thiết kế, phân tích, lắp ráp, chế tạo cũng như mô phỏng, xuất bản vẽ chi tiết 2 chiều. Tất cả các Module đều sẽ sử dụng thống nhất một cơ sở dữ liệu và dễ dàng chuyển qua lại giữa các Module khi thiết kế.
Hình 4.1. Sơ đồ hệ thống CAD/CAM/CAE trong CATIA 4.2.1. Một số module chính sử dụng trong thiết kế (CAD)
* Mechanical Design: Là phần chuyên về thiết kế sản phẩm của CATIA. Nó bao gồm nhiều Module với các chức năng khác nhau. Sau đây là một số Module cơ bản và chức năng của chúng.
Hình 4.2. Module thiết mechanical design và shape
- Part Design: Module thiết kế Solid, tạo các chi tiết khối rắn Solid.
- Assembly Design: Module lắp ráp các chi tiết thành một cụm sản phẩm hay một sản phẩm hoàn chỉnh. CATIA Mechanical Design (Chứa các Module thiết kế, lắp ráp, mô phỏng động, tạo khuôn ...v.v.)
Analysis & Simulation
(Chứa các Module phân tích phần tử hữu hạn FEM) Machining NC (Chứa các Module tạo chu trình gia công trên các máy
- Drafting: Module tạo các bản vẽ 2 chiều một cách tựđộng với cơ sở là các bản vẽ 3D.
- Wireframe & Surface Design: Module thiết kế khung dây và các bề mặt Surface phức tạp.
- Core & Cavity Design: Module tạo các bề mặt hốc, lõi, lõi mặt bên của sản phẩm để chuẩn bị cho quá trình thiết kế khuôn.
- Mold Tooling Design: Module thiết kế khuôn tự động. Với nhiều chi tiết tiêu chuẩn và công cụ sẽ giúp cho quá trình thiết kế khuôn được nhanh chóng và hiệu quả, trực quan.
* Shape:Được tích hợp các module xử lý bề mặt, tạo các mặt phức tạp, ứng dụng nhiều trong hàng không như: Generative Shape, Free Style, Sketch Tracker…v.v.
4.2.2. Module phân tích phần tử hữu hạn (Analysis & Simulation)
Là phần chuyên để phân tích phần tử hữu hạn (phân tích FEM ứng suất, biến dạng kết cấu, phân tích tần số, phân tích nhiệt, phân tích độổn định…) của chi tiết máy cũng như của cả kết cấu của một máy gồm nhiều chi tiết. Gồm 2 Module sau:
- Advanced Meshing Tools: Module tạo và hiệu chỉnh việc chia lưới phần tử hữu hạn, tối ưu hoá việc chia lưới khi phân tích phần tử hữu hạn.
Hình 4.3. Module phân tích phần tử hữu hạn
- Generative Structural Analysis: Module tạo các ràng buộc, các thuộc tính, đặt lực và phân tích phần tử hữu hạn cũng nhưđưa ra các kết quả phân tích FEM.
4.2.3. Một số module chính sử dụng trong lập trình gia công (CAM)
Là các module được sử dụng sau khi thiết kế, các chi tiết 3D được đưa vào module này để tiến hành tạo các chu trình gia công trên các máy CNC và xuất sang mã gia công (NC Code).
Phần lập trình gia công gồm các Module tạo và điều khiển chu trình gia công tiện, phay, khoan CNC 2,5 trục và 3, 4, 5 trục. Trong phiên bản CATIA V5R20, các Module phục vụ cho mục đích tạo các chu trình gia công bao gồm:
- Lathe Machining: Tạo các chu trình gia công tiện CNC.
- Prismatic Machining: Tạo các chu trình gia công phay, khoan các hốc phẳng 2,5 trục và 3 trục.
- Surface Machining: Tạo các chu trình gia công phay, khoan bề mặt Surface từđơn giản đến phức tạp trên máy 3 trục.
- Advanced Machining: Tạo các bước gia công thô, bán tinh, tinh bề mặt Surface phức tạp trên các máy nhiều trục.
- NC Manufacturing Review: Mô phỏng, kiểm lại những chu trình gia công. - STL Rapid Prototyping: Module trợ giúp tạo mẫu nhanh.
Hình 4.4. Module lập trình gia công machining
Mỗi Module đảm nhận các chức năng riêng biệt và có thể chuyển đổi qua lại với nhau để tạo các chu trình gia công cần thiết gia công chi tiết. Sau đó, sẽ tạo các đường chạy dao Toolpath và mô phỏng từng chu trình hoặc toàn bộ các chu trình gia công trên màn hình đồ hoạ, kiểm tra sự va chạm dao với chi tiết hoặc đồ gá,
kiểm tra lượng dư còn lại giữa các chu trình cũng như của toàn bộ các chu trình đã thiết kế trước khi xuất ra dữ liệu chương trình gia công.
Ngoài ra phần mềm còn một số module khác như:
- Module Equiptment & systems: Cho phép xây dựng các trang thiết bị, các hệ thống của một nhà máy theo tiêu chuẩn
- Module Ergonomics design & Analysis: Phần này dùng để phân tích con người về sử dụng phương tiện đểđưa ra những khoảng cách và tư thế phù hợp cho từng vóc dáng của con người, không gây cảm giác mỏi khi sử dụng phương tiện trong thời gian dài
- Module Digital Mockup: Phần này được sử dụng để mô phỏng động học các cơ cấu máy.
Như đã giới thiệu ở trên, phần mềm CATIA có rất nhiều module với các chức năng khác nhau. Tuy nhiên, do yêu cầu cũng như do thời gian có hạn nên trong báo cáo của luận văn này không thể nghiên cứu và trình bày hết tất cả các chức năng của các Module mà ở đây chỉ nêu ra các Module cần thiết cho việc lập trình gia công chi tiết trục vít có bước thay đổi
4.3. Một số thao tác cơ bản trong module lập trình gia công 4.3.1. Các thiết lập ban đầu 4.3.1. Các thiết lập ban đầu
- Vào môi trường Module gia công: Từ Menu của phần mềm, vào: Start > Machining, rồi lựa chọn hình thức gia công.
- Chọn loại máy CNC: Tiện, phay 3,4,5 trục. Thiết lập hệ toạ độ gốc phôi. Nhập chi tiết, phôi.
- Sau khi vào môi trường của các Module gia công. Bên trái cửa sổ màn hình có cây phả hệ Specification Tree chứa các đối tượng kỹ thuật khi tạo chu trình gia công.
- Click đúp vào Part Operation.1 trên cây phả hệ. Một hộp thoại hiện ra như hình 4.5 :
Hình 4.5. Hộp thoại thiết lập Part Operation
- Click nút để chọn loại máy sẽ dùng để gia công. Một hộp thoại hiện ra để chọn các loại máy và thiết lập các thông số cho máy như trục chính Spindle; Dụng cụ cắt Tooling; Mã NC sử dụng cho máy đó Numerical Control.
- Click nút để thiết lập hệ toạ độ gia công sẽđược dùng là hệ toạ độ gốc phôi cho khi sinh mã gia công. Với Icon
- Click nút . Một trình duyệt hiện ra và ta chọn chi tiết cần gia công, sau đó nhập vào màn hình đồ hoạ.
- Click nút Design Part để chọn hình dạng chi tiết ban đầu trên màn hình đồ hoạ.
- Chọn Select Stock và chọn phôi trên màn hình đồ hoạ cho quá trình gia công. Phôi này có thể là một phôi thiết kế sẵn nhập vào cùng với chi tiết. Hoặc là phôi được tạo ngay trong môi trường Module gia công. Nếu không chọn cái này thì CATIA sẽ tự tạo phôi hình chữ nhật bao lấy chi tiết.
- Chọn Fixture để chọn đồ gá (đòn kẹp, đồ gá gá đặt…) trên màn hình đồ hoạ phục vụ cho việc mô phỏng và tạo chu trình gia công.
4.3.2. Chu trình gia công tiện thô
Click nút Lathe Roughing ICon. Hộp thoại hiện ra và chọn kiểu Roughing Mode mong muốn trong Machining Parameter Strategy Tab Page .
Hình 4.6. Hộp thoại lựa chọn các kiểu tiện thô
Có 3 kiểu Roughing Mode là:
+ Longitudinal: Tiện với các đường chạy dao cắt theo từng lớp dọc theo cho toàn bộ chiều dài của Profile chi tiết từ ngoài cùng vào trong.
+ Face: Tiện với các đường chạy dao cắt theo từng lớp kim loại theo chiều ngang hướng kính.
+ Parallel Contour: Tiện với đường chạy dao hớt đi các lớp kim loại song song với đường Profile biên dạng của chi tiết.
1. Lựa chọn biên dạng phôi và chi tiết
Click vào các vùng màu đỏđể chọn các Profile Stock và Profile Part cũng như chọn mặt giới hạn đường chạy dao. Khi chọn các Profile Stock và Profile Part thì thanh công cụ Edge Selection Toolbar xuất hiện để trợ giúp chọn ra các Profile.
Hình 4.7. Hộp thoại lựa chọn bề biên dạng phôi và chi tiết
Khi muốn chọn tựđộng chọn lựa một cách liên tục các đường Profile tiếp nối, Click vào nút Options để hiện ra hộp thoại Options và chọn kiểm kết nối liên tục Link Types.
2. Thiết lập thông số gá thân dao vào bàn xe dao
Hình 4.8. Hộp thoại lựa chọn thông số thân dao và bàn xe dao
+ Setup Angle: Góc gá thân dao so với trục hướng kính trên bàn xe dao. 00 là gá thẳng; ≠ 00 là gá nghiêng.
Góc nghiêng = 00 Góc nghiêng = 450
+ Set X; Set Y; Set Z: Định nghĩa thành phần tổng chiều dài thiết lập cho Tool Assembly.
+ Tool Inverted: Định nghĩa nếu muốn dụng cụ cắt đảo chiều.
Invert No Check Invert Check
+ Number of Component: Định ra số của các thành phần của Tool Assembly. + Pref. output point 1; 2; 3: Định ra điểm Output ưu tiên đầu tiên. Có 10 giá trị lựa chọn. P1; P2; P3; P4; P5; P6; P7; P8; P9; P9R.
Thiết lập các thông số hình học của thân dao và tạo các kiểu dao như: dao tiện ngoài; dao tiện trong; dao tiện rãnh ngoài; dao tiện rãnh trong ..v.v. Ví dụ như dao tiện ngoài gồm các thông số như sau:
+ Hand Style: gồm Left Hand; Right Hand ; Neutral.
+ Holder Capability: Định nghĩa khả năng của cán dao gồm có mặt ngoài của dao Surface; Mặt ngang của dao Traverse; Mặt ngắn nhất Shortest.
+ Cutting Edge Angle (Kr):Định nghĩa góc phía cạnh cắt của dao.
Hình 4.9. Hộp thoại thiết lập thông số hình học kiểu dao
Hình 4.10. Hộp thoại thiết lập thông số chế độ gia công 4.3.3. Chu trình gia công dạng xoắn vít
- Vào môi trường gia công, chọn module gia công “Advanced machining”. Chọn kiểu gia công “Mutil-axis Helix machining ”
Hình 4.11. Hộp thoại Machining Parameter Strategy và Geometry Tab
- Machining Parameter Strategy : Thiết lập các thông số công nghệ: + Machining Tab: Thiết lập hướng gia công và độ chính xác gia công. + Radian tab: Thiết lập thông số cắt hình học theo chiều hướng kính. + Tool Axis: Thiết lập góc nghiêng của dụng cụ
- Geometry Tab : Định nghĩa thông số hình học cho chu trình gia công. Kick vào các vùng màu đỏ và lựa chọn chi tiết, điểm đầu cuối biên dạng .v.v.
- Tool Tap : Lựa chọn, thiết lập dụng cụ cắt.
Hình 4.12. Hộp thoại Tool Tap
- Feeds & Speeds Tab : Lựa chọn các thông số công nghệ gia công.
Hình 4.13. Hộp thoại Feeds & Speeds Tab và Macros
- Macros : Định nghĩa di chuyển dao khi vào và ra dao của đường chạy dao theo Macro.
4.3.4. Mô phỏng quá trình gia công
- Chọn chu trình gia cụng và Click nút Replay hoặc Right Click vào chu trình gia cụng trong phần Process > Part Operation.i trên cây phả hệ Specification
Tree và chọn Replay trong Menu ngữ cảnh. Hộp thoại Replay hiện ra như hình