5.1.1. Quét mẫu
Vật mẫu được số hóa bề mặt bằng máy quét Scan 3D ViVid 9i với trang bị bàn xoay.
50
Đặc tính kỹ thuật của máy quét Scan 3D ViVid 9i như sau: Khoảng cách tới đối tượng 0.6 m – 2.5 m
Phạm vi quét: 0,6 - 1m trong chế độ tiêu chuẩn , 0,5 - 2,5m trong chế độ mở rộng Độ chính xác 0.05 mm
Thời gian mỗi lần quét 2.5 giây
Thời gian chuyển đổi để lưu dữ liệu trên máy tính khoảng 1.5 giây Số điểm khi quét mẫu 307000 points/2.5 giây
Thời gian quét mẫu quạt chip: 15 phút
Hình5.2 . Máy Scan 3D ViVid 9i
Dữ liệu thu được dưới dạng đám mây điểm *STL Sai số bước quét mẫu là: 0.05 mm
5.1.2. Thiết kế lại sử dụng phần mềm Rapidform
Bƣớc 1: Nhập dữ liệu scan vào phần mềm theo đường dẫn: insert/ import/ và chọn file cánh quạt đã quét: Canhquat.STL
Bƣớc 2 : Xây dựng mặt phẳng tọa độ chuẩn cho dữ liệu lưới
Chuyển dữ liệu Scan về tọa độ chuẩn XYZ của hệ tọa độ trong phần mềm. Đối với chi tiết cánh quạt, đưa tâm của bầu cánh quạt trùng với tâm của hệ tọa độ.
51
Chọn Ref.Vector, cài đặt Method/ Removing Axit click chọn các vùng dữ liệu cong của phần bầu cánh, chức năng sự tự động phân tích và dựa trên các miền cong đó để triết xuất ra một trục vector của vùng cong đó
Hình 5.3. Tạo vector cánh quạt
Di chuyển đám mây điểm về hệ trục tọa độ chuẩn của phần mềm
Sử dụng công cụ Tool/ Align/Interactive Alignmentkết hợp với trục xoay vừa xây dựng để di chuyển scan về tọa độ phần mềm
Bƣớc 3. Xây dựng các Sketch cơ sở và dựng nên phần bầu cánh quạt
Phần mềm Rapidform với công cụ “3D Mesh Sketch” hiển thị phần giao tuyến giữa mặt phẳng cơ sở Plane với dữ liệu đám mây điểm, từ đó xây dựng các Sketch trên mặt phẳng cơ sở. Dùng mặt phẳng Top Plane, và dựng Sketch kết hợp với các lệnh như: Revolve, Extrude, Sweep… để tạo ra biên dạng của mô hình CAD
52
* Dựng phần bầu của quạt:
- Vào chế độ Mesh Sketch, dùng mặt phẳng Top Plane để tạo thiết diện cắt giữa mặt phẳng và đám mây điểm, tạo ra giao điểm và xây dựng Sketch tạo lên biên dạng của bầu quạt
Hình 5.4. Sketch biên dạng phần bầu quạt
- Dùng lệnh Revolve, chọn trục quay là Vector 1, Profileschọn Sketch 1, góc xoay Angle 360 độ
53 Kết quả mô hình phần thân chính:
Hình 5.6. Xây dựng bầu cánh quạt từ Sketch
chiết xuất từ mặt phẳng Top Plane và dữ liệu Point Cloud
Bƣớc 4: Xây dựng biên dạng cong tự do của cánh quạt có thể thực hiện theo hai cách như sau:
Cách 1: Xây dựng các mặt phẳng Plane cơ sở song song với nhau và cắt dữ liệu Point Cloud của một cánh quạt, sau đó chiết xuất các Sketch và dùng lệnh Surface Loft giữa các Sketch đó để xây dựng biên dạng cong của cánh quạt
Hình 5.7. Dùng lệnh SurfaceLoft tạo cánh quạt
Cách 2: Dùng chế độ Region Group để phân vùng màu dữ liệu Scan, các biên dạng cong tiếp tuyến nhau sẽ được hiển thị thành các vùng màu riêng biệt. Sau đó dùng
54
chức năng Mesh Fit, dựa vào thông số của vùng màu trên Point Cloud, giúp xây dựng bề mặt cong của cánh quạt
Hình 5.8. Dùng lệnh MeshFit tạo cánh quạt
* Xây dựng biên dạng bao quanh của cánh quạt:
Tạo Sketch chứa biên dạng của cánh quạt và tạo surface để cắt tạo biên dạng cánh quạt
55
* Dùng lệnh Trim để cắt giữa biên dạng cong cánh quạt và biên dạng bao quanh của cánh quạt:
Hình 5.10. Mô hình 1 cánh quạt
Dùng lệnh tạo mảng Pattem để tạo 7 cánh quạt và nhập các khối solid giữa bầu quạt và cánh quạt, được mô hình cad hoàn thiện
56
Bƣớc 5: Kiểm tra độ lệch giữa mô hình CAD và đám mây điểm So sánh dung sai giữa mô hình CAD và dữ liệu Point Cloud
Phần mềm Rapidform tích hợp chức năng Accuracy Analyzer ™, giúp kiểm tra so sánh, đánh giá sai số giữa mô hình CAD thiết kế lại và đám mây điểm dữ liệu thông qua bảng hiển thị các thang màu về độ lệch thiết kế. Mô hình cánh quạt thiết kế lại đạt được độ chính xác cao so với dữ liệu đám mây điểm. Sai lệch của mô hình khoảng 0.1 mm.
Chức năng Deviation với bảng đồ màu cho thấy vùng màu xanh ứng với khu vực với dung sai là 0 mm
Hình 5.12. Bảng so sánh mô hình thiết kế và đám mây điểm
Kết quả kiểm tra tại các khu vực trên mô hình có màu xanh ứng với độ lệch mô hình trong khoảng giá trị đã cài đặt. Các vùng có màu vàng, đ , xanh lam… bị lệch so với dữ liệu đám mây điểm ban đầu.
57
5.2. Gia công chế tạo mẫu
Hình 5.13. Mẫu thiết kế bằng phần mềm Rapidform XOR
Mẫu chế tạo bề mặt của một cánh quạt chip: vật liệu thép C45
Thiết bị gia công: Máy Phay CNC_ DMU50 tại Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải
Trong phần này tác giả trình bày gia công sản phẩm cánh quạt bằng phần mềm Mastercam X5, sau đó xuất file NC để gia công, với trình tự gia công cơ bản như sau:
- Gia công mặt trên Facing .
- Gia công các mặt cạnh phôi Contour)
- Gia công thô mặt Surface Rough - Parallel).
- Gia công tinh biên dạng cánh Surface Finish - Contour). - Gia công tinh mặt cánh quạt (Surface Finish - Radial).
Bƣớc 1. Khai báo phôi
Từ Machine Group/ Properties Mill Default MM/ Stock setup vào Shape chọn Rectangular Với kích thước như sau: X 42, Y 42, Z 31.115.
58
Hình 5.14. Stock setup cánh quạt
Hình 5.15. Phôi gia công
Bƣớc 2. Gia công mặt trên (Facing).
59
Hình 5.16. 2D Toolpaths - Facing
Trong bảng 2D Toolpaths - Facing vào chain geometry chọn mặt gia công
60
Chọn vào tool để chọn dao và thông số cho dao theo đường dẫn: Tool/Select library tool / Filter/ Tool types/ Facemill
Ở nguyên công phay mặt phẳng tác giả chọn phay dao mặt đầu có đường kính Ø50 mm , chiều quay trục chính phay thuận, tốc độ quay trục chính 3000 vòng/phút , tốc độ tiến dao 305 mm/phút , tốc độ hạ dao 152 mm/phút , tốc độ rút dao 152 (mm/phút)
Hình 5.18. Define Tool - Face mill
61
Hình 5.19. Cut Parameters
Chọn vào Depth cuts để khai báo số chiều sâu cắt thô, cắt tinh
62
Chọn vào Linking parameters để khai báo thông số mỗi lần đi dao, rút dao, tọa độ mặt gia công, chiều sâu cắt thực tế để đảm bảo trong quá trình gia công
Hình 5.21. Linking parameters
Chọn tiếp vào Planes để chọn mặt phẳng làm việc phôi, mặt phẳng dao, mặt phẳng quan sát
63
Hình 5.22. Planes (WCS)
Chọn vào Coolant để khai báo chế độ tưới nguội ở đây tác giả chọn Flood
64
Từ Operations Manager/ Toggle display on selected operations ta được đường chạy dao như hình dưới.
Hình 5.24. Đường chạy dao mô ph ng - Facing
Bƣớc 3. Gia công các mặt cạnh phôi (Contour)
Từ Toolpaths / Contour
65
Trong bảng 2D Toolpaths – Contour vào chain geometry chọn mặt gia công
Hình 5.26. Chain Manager – Contour
Chọn vào tool để chọn dao và thông số cho dao
Từ Tool / Select library tool/ Filter/ Tool types/ Endmill
Ở nguyên công phay cạnh phôi tác giả chọn dao phay ngón Ø 6 mm, chiều quay trục chính dao phay quay theo chiều thuận , tốc độ quay trục chính 1600 (vòng/phút), tốc độ tiến dao 160 mm/phút , tốc độ hạ dao 80 mm/phút , tốc độ rút dao 80 (mm/phút)
66
Hình 5.27. Define Tool – Contour
Trong bảng 2D Toolpaths – Contour các thông số công nghệ chọn như nguyên công facing
Từ Operations Manager/Toggle display on selected operations Chọn được đường chạy dao như hình dưới.
67
Hình 5.28. Đường chạy dao mô ph ng – Contour
Bƣớc 4. Gia công thô mặt (Surface Rough – Parallel).
Từ Toolpaths/ Surface Rough/ Parallel xuất hiện bảng Surface Rough Parallel như hình dưới.
68
Từ Operations Manager/ Geometry để chọn Drive surface cho nguyên công phay Surface Rough Parallel
Chọn Drive chọn mặt như hình dưới
Hình 5.30. Drive- Surface Rough Parallel
Chọn vào check và chọn các mặt như hình dưới Bảng Surface Rough Parallel/ Tool parameters
69
Hình 5.31. Check- Surface Rough Parallel
Ở nguyên công phay thô mặt ta chọ dao phay ngón đường kính dao Ø 4 mm , tại bảng Tool parameters ta chọn các thông số như sau: chiều quay trục chính quay thuận, tốc độ trục chính 2000 vòng/phút , tốc độ tiến dao 120 mm/phút , tốc độ hạ dao 60 mm/phút , tốc độ rút dao 60 mm/phút .
70
Chọn Planes để chọn mặt phẳng làm việc
Hình 5.33. Planes - Surface Rough Parallel
Bảng Surface Rough Parallel/ Surface parameters đề chọn chiều cao rút dao, chiều cao bắt đầu gia công, lượng dư gia công, giới hạn vùng chạy dao
71
Bảng Surface Rough Parallel/ Rough parallel parameters để chọn phương pháp cắt, lượng cắt giữa hai lần đi dao, góc làm việc của máy
Hình 5.35. Rough parallel parameters - Surface Rough Parallel
Chọn Cuts depths để xác định chiều sâu cắt, cắt theo giá trị tuyệt đối hay tương đối ở đây tác giả chọn theo cắt theo giá trị tương đối
72
Từ Operations Manager/ Toggle display on selected operations ta được đường chạy dao như hình dưới.
Hình 5.37. Đường chạy dao Gia công thô mặt
Bƣớc 5. Gia công tinh biên dạng cánh (Surface Finish - Contour)
Từ Toolpaths/ Surface Finish/ Contour xuất hiện bảng Surface Finish Contour như hình dưới
73
Từ Operations Manager/ Geometry để chọn Drive surface cho nguyên công phay Surface Finish contour
Chọn Drive chọn mặt như hình dưới
Hình 5.39. Drive - Surface Finish Contour
74
Hình 5.40. Containment - Surface Finish Contour
Bảng Surface Finish Contour / Tool parameters
Chọn Select library tool / Filter/ Tool types / Endmill
Ở nguyên công phay tinh contur biên dạng cánh quạt ta chọn dao phay ngón Ø 4 mm tại bảng Tool parameters ta chọn các thông số như sau: chiều quay trục chính quay thuận, tốc độ trục chính 2500 vòng/phút , tốc độ tiến dao 200 mm/phút , tốc độ hạ dao 90 mm/phút , tốc độ rút dao 90 mm/phút .
75
Hình 5.41. Define Tool - Surface Finish Contour
76
Hình 5.42. Surface parameters - Surface Finish Contour
Bảng Surface Finish Contour / Finish Contour parameters để chọn phương pháp cắt, chiều quay của dao
77
Hình 5.43. Finish Contour parameters - Surface Finish Contour
Từ Operations Manager / Toggle display on selected operations ta được đường chạy dao như hình dưới.
78
Hình 5.44. đường chạy dao contour cánh quạt
Bƣớc 6. Gia công tinh mặt cánh (Surface Finish - Radial).
Từ Toolpaths / Surface Finish / Radial xuất hiện bảng Surface Finish Radial như hình dưới
Hình 5.45. Surface Finish Radial
Từ Operations Manager/ Geometry để chọn Drive surface cho nguyên công phay Surface Finish Radial
79
Hình 5.46. Drive - Surface Finish Radial
Chọn Check
80 Bảng Surface Finish Radial/ Tool parameters
Chọn Select library tool/ Filter / Tool types/ Endmill2
Chọn dao phay ngón Ø 4 mm , R đỉnh dao 2 mm , tại bảng Tool parameters ta chọ các thông số như sau tại bảng Tool parameters ta chọn các thông số như sau: chiều quay trục chính quay thuận, tốc độ trục chính 3000 vòng/phút , tốc độ tiến dao 120 mm/phút , tốc độ hạ dao 65 mm/phút , tốc độ rút dao 65 (mm/phút).
Hình 5.48. Define Tool - Surface Finish Radial
Bảng Surface Finish Radial/ Surface parameters và Finish Radial parameters chọn thông số như các bước trên
81
Hình 5.49. đường chạy dao mặt cánh
Qua các nguyên công ta được đường chạy dao mô ph ng như hình dưới
82
Bƣớc 7. Xuất m NC (Code)
Từ Operations Manager/ Post selected operations / Xuất hiện bảng Post processing
Hình.5.51. Post processing Cánh quạt
83
Hình 5.52. Chương trình gia công NC
84
5.3. Kiểm tra độ chính xác gia công bằng phần mềm Geomagic Bƣớc 1: Quét lại mẫu đã gia công Bƣớc 1: Quét lại mẫu đã gia công
Dùng máy quét để quét lại mẫu đã gia công, xuất ra file dạng đám mây điểm.
Bƣớc 2: Tách biên dạng đám mây điểm của bề mặt cánh quạt trên mẫu quét Nhập dữ liệu đám mây điểm đã Scan vào phần mềm Rapidform theo đường dẫn: Insert/Import/ FileGiaCong.STL
Chọn chế độ Mesh để tách riêng biên dạng cánh quạt
Chọn công cụ Paint Brush và quét chọn các vùng điểm cần xóa, sau đó chọn phím Delete để xóa. Cuối cùng còn lại phần biên dạng cánh quạt dùng để so sánh độ lệch. Xuất dữ liệu đám mây điểm dưới dạng STL: Export/MauGiaCong.STL
Hình 5.54. Tách biên cánh quạt từ đám mây điểm
Bƣớc 3: Tách biên dạng bề mặt một cách quạt trong file đã thiết kế ban đầu
Trên phần mềm Rapidfom, dùng lệnh Surface Offset và chọn vào bề mặt một cánh quạt trên file đã thiết kế, chọn giá trị Offset = 0 mm, để copy biên dạng một cánh quạt trong file đã thiết kế. Xuất biên dạng cánh quạt dạng file IGS, Export/ CanhQuat.IGS
85
Hình 5.55. Tách biên dạng Surface của một cánh quạt
Bƣớc 4: So sánh độ lệch bằng phần mềm Geomagic Nhập dữ liệu cần so sánh lên phần mềm Geomagic
+ Nhập dữ liệu Scan một cánh quạt từ file gia công: Import/MauGiaCong.STL + Nhập đồng thời dữ liệu đã tách một cánh quạt từ file thiết kế: Getting Started/Import/CanhQuat.IGS
Chọn vào CanhQuat, và chọn Alignment/ Best Fit Alignment. Phần mềm sẽ tự động ghép khít dữ liệu Scan và dữ liệu Surface
Tiếp theo, hiện thị so sánh độ lệch: Analysis/ Deviation. Phần mềm sẽ tính toán đưa ra kết quả so sánh độ lệch giữa đám mây điểm và file đã thiết kế ban đầu
- Độ lệch lớn nhất: 0.0185mm - Độ lệch trung bình: 0.0078mm - Độ lệch chuẩn: 0.0083mm
86
Hình 5.56.Kết quả so sánh trên phần mềm Geomagic
KẾT LUẬN
Trong chương này, tác giả đã trình bày nội dung thực nghiệm dùng phần mềm Rapidform để thiết kế lại chi tiết cánh quạt chíp máy tính, đồng thời xây dựng chương trình NC gia công cánh quạt và thực hiện so sánh độ lệch giữa file gia công và file mô hình CAD đã thiết kế lại
87
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. KẾT LUẬN
Trong đề tài luận văn này tác giả đã nghiên cứu tìm hiểu quá trình RE hoàn chỉnh, xây dựng quy trình ứng dụng kỹ thuật ngược trong thiết kế và kiểm tra mẫu có bề mặt tự do.
Tác giả đã trình bày các công dụng cơ bản và ý nghĩa từng mô đun trong phần mềm thiết kế ngược Rapidform XOR
Ngoài ra, tác giả đã thực nghiệm ứng dụng quy trình RE với mô hình mẫu cánh quạt chip máy tính, với đầy đủ các giai đoạn
* Giai đoạn thiết kế lại quạt chíp máy tính:
- Số hóa bề mặt: dùng máy Scan 3D ViVid 9i để quét mẫu
- Thiết kế lại mô hình quạt chíp bằng phần mềm Rapidform XOR - Kiểm tra đánh giá sai số thiết kế trên phần mềm Rapidform XOR * Giai đoạn kiểm tra độ chính xác gia công:
- Thiết kế lại mô hình một cánh quạt để làm mô hình khi gia công