2.4.1 Giới thiệu chung
Hiện tại, thị trường phần mềm đồ họa trên thế giới rất đa dạng, việc lựa chọn phần mềm nào để phục vụ tốt cho công việc thực sự là một điều khó khăn. Tuy nhiên, có năm chỉ tiêu cần biết khi chọn phần mềm là:
- Tính linh hoạt - Tính khả thi - Tính đơn giản
- Tính biểu diễn được & tính kinh tế
Một trong những phần mềm có được những tính năng trên như Catia, Ý TƯỞNG
VẼ VÀ TẠO BẢN VẼ
BẢN VẼ KỸ THUẬT
MÔ HÌNH HOÁ HÌNH HỌC
TẠO CHƯƠNG TRÌNH GIA CÔNG (CAM)
MẪU SẢN PHẨM
MÔ HÌNH HÌNH HỌC SỐ
(CGM) Hiệu chỉnh
Lấy mẫu, số hoá
giá là rất mạnh và rất nổi tiếng trong lĩnh vực CAD/CAM/CNC. Tùy vào thế mạnh của mỗi phần mềm mà chúng có những ứng dụng chuyên biệt: Catia, Unigraphics NX phục vụ triệt để cho ngành công nghiệp hàng không, ô tô, tàu thủy. Catia phục vụ rất tốt cho ngành cơ khí khuôn mẫu ( thiết kế và gia công) như khuôn dập, khuôn rèn, khuôn nhựa…. Catia đang chiếm lĩnh các thị trường hạng trung và cao.
Catia được viết tắt từ cụm từ (Computer Aided three dimensional interactive Application), dịch nôm na nghĩa trong tiếng việt có nghĩa là “ Xử lý tương tác trong không gian ba chiều có sự hỗ trợ của máy tính”, Catia là một phần mềm thương mại phức hợp CAD/CAM/CAE được hãng Dassault Systemes (đây là một công ty của Pháp) phát triển và IBM là nhà phân phối trên toàn thế giới. Catia được viết bằng ngôn ngữ lập trình C++. Catia là viên đá nền tảng đầu tiên của bộ phần mềm quản lý toàn bộ 1 chu trình sản phẩm của hãng Dassault.
Hình 2.3. Giao diện chính của phần mềm Catia
Catia là tiêu chuẩn thế giới khi giải quyết hàng loạt các bài toán lớn trong nhiều lĩnh vực khác nhau: Xây dựng, cơ khí, tự động hóa, công nghiệp ô tô, tàu thủy và cao hơn là công nghiệp hàng không, nó giải quyết một cách triệt để, từ khâu mô
Phần mềm Catia có các môđun sau:
CAD: (Dùng để thiết kế sản phẩm từ đơn giản đến phức tạp) Được tích hợp bao gồm các modul như Part Desgin,Drafting,Sheet Metal, Mold Tooling, tích hợp các modul xử lý bề mặt, tạo các mặt phức tạp, ứng dụng nhiều trong hàng không như: Generative Shape, Free Style, Sketch Tracker...
Hình 2.4. Thiết kế sản phẩm với Catia
CAM: (bao gồm các modul về phay và tiện, áp dụng các phương pháp phay, tiện
tiên tiến nhất) Lathe Machining, Mill Machining...
Hình 2.6. Lập trình gia công phay CNC trên Catia
CATIA BASE: Đảm bảo điều kiện, kiểm tra hệ thống, tạo điều kiện thiết lập môi
trường, điều kiện hội thoại, kiểm tra thực hiện các toán tử và cả các tiệm cận vào dữ liệu của các modun.
CATIA LIBRARY: Thư viện của các phần tử CAD/CAM mà chúng có thể hòa đồng một số mô hình cùng đồng thời. Các đối tượng có thể tìm kiếm bằng từ khóa
Hình 2.7. Thư viện Catia.
CATIA INTERFACE: Truyền các dữ liệu giữa các phần mềm CAD khác nhau
Hình 2.8. Truyền dữ liệu CAD bằng IGES.
CATIA DRAFTING: Chứa hàm số để tạo phần tử 2D, ghi kích thước, tô mặt cắt,
mô tả câu chữ…
CATIA SOLIDS GEOMETRY: Mô hình hóa thể tích để tạo hình, hiệu chỉnh và phân tích vật thể, nó cho phép các toán tử logic giữa các vật thể( hợp, giao, trừ). Vật thể được tạo từ các đối tượng đơn giản bằng việc dịch chuyển hoặc quay Profile
CATIA KINEMATICS: Giúp xác định cấu trúc động học của cơ cấu, mô phỏng và
phân tích chuyển động, xác định vận tốc và gia tốc của các chi tiết cơ cấu, đường chuyển động và các bài toán va chạm.
CATIA IMAGE DESIGN: Tạo sự biểu diễn thực với phần khuất hoàn toàn, xác
định điều kiện chiếu sang và các thông số bề mặt của đối tượng.
CATIA FINITE ELEMENT MODELLER: Mô hình tổng thể mô tả tính chất vật lý
và vật liệu, điều kiện biên và tải trọng đối tượng.
CATIA ROBOTIC: Thiết kế và mô phỏng robot với các lệnh chuẩn, định nghĩa cấu
Hình 2.9. Thiết kế và mô phỏng robot bằng Catia.
CATIA BUILDING DESIGN AND FACILITIES LAYOUT: Tạo thiết kế các bản
vẽ xây dựng, sắp đặt các đối tượng và định nghĩa mối quan hệ giữa chúng.
CATIA SHEMATICS: Công cụ để sắp đặt vị trí các công cụ cơ bản, vẽ các sơ đồ,
thiết lập các liên kết logic giữa các phần tử và điều khiển chúng.
CATIA PIPING AND TUBING: Thiết kế những tuyến ống dẫn phức tạp, toán tử
logic với vật thể, thăm dò va chạm…
CATIA GRAPHIC TINTENSIVE INTERFACE: Công cụ lập trình để mở rộng
những hàm số mới và tiếp cận mở vào môi trường Catia.
Tuy nhiên Catia còn rất nhiều Modun hỗ trợ thiết kế và gia công khuôn mẫu, thiết kế kim loại tấm, xử lý các quá trình gia công không phoi, hỗ trợ lập trình điều khiển, thiết kế bo mạch…
Như vậy, Catia là một chương trình đầy quyền năng tích hợp nhiều phân hệ thiết kế, ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong quá trình sản xuất người thiết kế phải học sử dụng rất nhiều chương trình riêng biệt để có các phân hệ tương ứng phục vụ cho quá trình thiết kế. Thì với Catia ta đã có đầy đủ các công cụ, lệnh cũng như các giải pháp cho nhiều ngành nghề Cơ khí, Cơ- Điện tử, Điện- Điện tử Công nghệ thiết kế tham số có ưu điểm sau:
- Giúp các nhà thiết kế phát triển ý tưởng thiết kế của mình theo đúng quy luật: Đi từ phác thảo ý tưởng đến chính xác hóa mô hình và cuối cùng là đưa ra tài liệu thiết kế.
- Giúp cho quá trình thiết kế được mềm dẻo, linh hoạt, các ý tưởng thiết kế dễ dàng thay đổi, chỉnh sửa trong từng giai đoạn.
- Dễ kế thừa các kết quả đã thiết kế, trao đổi tài liệu thiết kế, tạo ra các thư viện thiết kế dùng chung hoặc cho riêng bản thân mình.
- Giữ được mối liên kết giữa mô hình sản phẩm và tài liệu thiết kế.
- Catia là một phần mềm thiết kế theo trường phái “dán hình”, từ chuyên môn gọi là thủ pháp Lampshade. Tức là giống như công việc tạo hình từ những mặt cong phức tạp trên cơ sở những đường cong biên 3 chiều. Sau đó mới dùng từ mặt phức hợp Surface để tạo khối Solid, với cách thức này thì việc thiết kế các bề mặt phức tạp là điểm mà Catia rất mạnh và đó cũng là lý do mà các hãng công nghiệp lớn về ô tô, đóng tàu, chế tạo máy bay… trên thế giới lựa chọn làm công cụ thiết kế.
2.4.2 Các khái niệm trong Catia
Để sử dụng Catia ta hình dung một sản phẩm công nghiệp( Product) thường được cấu tạo từ nhiều cụm chi tiết khác nhau, và trong mỗi cụm chi tiết(component)
tiết như sàn xe, các cánh cửa, hệ thống bánh xe, máy móc..Trong cụm hệ thống bánh xe thì mỗi bánh xe là một chi tiết, và trong mỗi bánh xe thì lại chứa nhiều chi tiết con khác. Catia giúp chúng ta quản lý các sản phẩm của mình theo hệ thống các cụm chi tiết và các chi tiết như trên.
Mức độ đơn giản nhất các bộ phận có thể là những hình dạng hình học riêng biệt gọi là các Features, bao gồm các chi tiết dạng Solid như: Khối kéo(Extrusion), Lỗ (hole) vát (Chamfer), tạo vỏ mỏng (Shell), khối xoay (Revolve), khối quét (Sweep), quét xoắn (Helical Sweep), quét với tiết diện thay đổi (Variable Section Sweep), bo (Round), côn (Draft), gân (Ribs), gờ (Líp), tai (Ears)…ở mức độ cao hơn chúng có thể là những chi tiết lắp ráp riêng biệt, cùng kết hợp với nhau, phụ thuộc lẫn nhau theo một phương pháp nào đó.
Tại tất cả các cấp độ, các bộ phận được tạo ra và lắp ráp với nhau để hướng tới một mục đích chung là thiết kế.
2.4.3 Liên kết tham số và mục đích thiết kế
Khi thiết kế trong Catia ta có thể sử dụng các ràng buộc, các tham số, ta cũng có thể sử dụng ý tưởng này vào các xử lý khác để có các định nghĩa hình học một cách đơn giản, hoặc ta có thể sử dụng chúng với những tính toán phức tạp hơn như thể tích khối, trọng tâm…thành lập những mối quan hệ động học giữa những thực thể thiết kế có thể tránh số lượng lớn thời gian khi cần đến thay đổi thiết kế. Xây dựng mô hình sử dụng các tham số liên kết sẽ giúp người thiết kế có thể thử nghiệm nhanh các giải pháp thiết kế.
a. Liên kết linh hoạt giữa các môi trường làm việc.
Sự chuyển đổi giữa các môi trường làm việc trong Catia hết sức linh hoạt bằng cách sử dụng thanh công cụ Start giúp cho người thiết kế cảm thấy thoải mái và tiết kiệm được thời gian không chỉ cho phép ta thiết kế những chi tiết riêng lẻ một cách nhanh chóng. Với những phần mềm khác như: Pro/E, Solid/Edge, Solid Work…Để bắt đầu lắp ráp các chi tiết máy thiết kế các bạn cần các thao tác thoát file các chi tiết bạn đang thiết kế và tạo một file lắp ráp mới rất mất thời gian. Đối với Catia ngay cả khi bạn đang làm việc trong môi trường thiết kế mà bạn muốn chuyển sang
môi trường lắp ráp thì bạn chỉ cần chuyển sang môi trường lắp ráp là bạn đã thực hiện được bước tạo file rất nhanh chóng và linh hoạt. Hoặc khi muốn mô phỏng cơ cấu chuyển động đã lắp ráp bạn cũng chỉ việc thực hiện thao tác tương tự ở trên để vào môi trường mô phỏng chuyển động. Ngoài ra ta cũng có thể thấy được những chức năng, tính năng thiết kế và mô phỏng của Catia khi sử dụng nó.
Trong Catia có chứa cây thư mục Specification Tree nằm ở bên trái màn hình đồ họa, cây thư mục này chứa toàn bộ thông tin trong quá trình thiết kế, trình tự thực hiện lệnh trong quá trình thiết kế theo thứ tự từ trên xuống, do đó người dùng có thể dễ dàng hiệu chỉnh và xóa bỏ các câu lệnh đã thực hiện ở mọi giai đoạn thiết kế bằng cách kích lên vị trí tương ứng
b. Các chế độ thiết kế cơ bản của Catia
Khi ta đưa ra một ý tưởng thiết kế để hoàn thành trong Catia, ta chuyển những thông tin thiết kế qua 3 bước thiết kế cơ sở:
- Tạo những chi tiết là các thành phần của thiết kế (Parts).
- Ghép những chi tiết trong một lắp ráp ở đó ghi những quan hệ vị trí của các chi tiết (Assembly).
- Tạo những bản vẽ chi tiết căn cứ trên những thông tin trong Parts và Assembly.
Catia coi mỗi bước là một chế độ riêng biệt, mỗi chế độ có những đặc trưng riêng, phần mở rộng của file riêng, các chế độ có mối liên hệ mật thiết với nhau. Khi xây dựng một mô hình thiết kế, mô hình đó được nhập để lưu trữ tất cả những thông tin kích thước, dung sai và những phương thức rằng buộc. Nếu thay đổi thiết kế tại một chế độ (Part, Assembly, Drawing), Catia phản hồi tự động đến tất cả các chế độ khác.
* Chế độ Part (vẽ chi tiết)
Hầu hết các thiết kế bắt đầu ở chế độ Part. Trong những file chi tiết (.CATPart) ta tạo các bộ phận riêng biệt, các bộ phận này sẽ lắp vào nhau trong cùng một file lắp ráp (.CATProduct), chế độ Part cho phép ta tạo và hiệu chỉnh các
xoay (Revolve), khối quét (Sweep), quét xoắn (Helical Sweep), quét với tiết diện thay đổi (Variable Section Sweep), bo (Round), tinh chỉnh (Tweak), côn (Draft), gân (Ribs), gờ (Líp), tai (Ears)…
Hầu hết các Feature bắt đầu từ một tiết diện, khi tiết diện được định nghĩa, ta gán giá trị kích thước thứ 3 cho nó để tạo thành dạng 3D. Ta tạo tiết diện 2D bằng công cụ phác thảo (Sketcher). Sketcher cho phép vẽ tiết diện với các đường thẳng (line), các góc (Angles), các cung tròn (Arcs), và nhập chính xác các kích thước khi vẽ xong.
* Chế độ Assembly (lắp ráp)
Sau khi tạo xong các chi tiết trong một mô hình, ta tạo một file lắp ráp rỗng cho mô hình rồi lắp ráp từng chi tiết trong phạm vi giới hạn của nó. Trong quá trình này ta phối hợp hoặc sắp xếp các chi tiết tới vị trí chúng sẽ chiếm ở thủ tục cuối cùng. Trong lắp ráp ta có thể định nghĩa những khung nhìn khai triển để quan sát hoặc hiển thị những mối quan hệ của các chi tiết một cách tốt hơn.
Với những công cụ phân tích mô hình, ta có thể đo lường những thuộc tính và thể tích của khối lắp ráp để xác định trọng lượng, trọng tâm và quán tính của nó. Ta cũng có thể xác định sự giao nhau giữa các bộ phận trong toàn bộ lắp ráp.
* Chế độ Drawing (tạo bản vẽ)
Chế độ Drawing của Catia cho phép ta tạo ra khâu cuối cùng của thiết kế, những bản vẽ chi tiết chính xác, trên bản vẽ ghi đầy đủ các thông số kỹ thuật, thông số kích thước…
Một số đối tượng thông tin như các kích thước, dung sai hình học, ghi chú…đã tạo trong mô hình 3D có thể chuyển qua chế độ Drawing. Khi những đối tượng chuyển qua từ mô hình 3D, chúng giữ nguyên mối liên kết, có thể hiệu chỉnh để tác động trở lại mô hình 3D từ Drawing.
- Các chuẩn, trục và các hệ tọa độ
Khi tạo một file chi tiết mới, ta thấy 3 mặt phẳng chuẩn và một hệ tọa độ được tự động thêm vào trên màn hình. Các mặt phẳng chuẩn tự động thêm vào có tên
hướng mặt chuẩn Front đồng phẳng với màn hình thì trục Z vuông góc với màn hình.
Có thể thêm các chuẩn tại các thời điểm khác nhau từ menu chính, sử dụng
Insert Datum: Xác định kiểu chuẩn, tham chiếu và khoảng offset nếu cần.
Để định nghĩa lại các chuẩn ta chọn chúng từ Model Tree và dùng lệnh Edit
Definition trên menu tắt của nút chuột phải.
- Định nghĩa về Sketcher
Sketcher là một chế độ con của chế độ Part, có thể xem nó như bản vẽ 2D ở trong môi trường 3D. Ta sẽ sử dụng nó để tạo hầu hết các hình học sử dụng trong một chi tiết. Sau khi xây dựng xong một phác thảo, hoặc một tiết diện các thành phần liên kết như các ràng buộc hình học hoặc các quan hệ kích thước phải được thêm vào và hiệu chỉnh.
- Các công cụ Sketcher
Các công cụ hình học Sketcher cơ bản tạo đường thẳng (line), đường tròn (Circle), và cung tròn (Arc) như ở hầu hết các chương trình vẽ.
+ Mặt phẳng vẽ phác và các tham chiếu Sketcher
Đầu tiên ta phải chọn một mặt phẳng, đây là mặt ta sẽ vẽ lên nó. Khi chọn một mặt phẳng hoặc một bề mặt làm mặt phác thảo thì mặt đó sẽ được quay trùng với mặt phẳng màn hình.
+ Thêm hoặc hiệu chỉnh các kích thước
Khi đã kết thúc việc phác thảo, các kích thước được Sketcher tự động thêm vào khi vẽ. Ta phải nhập giá trị đúng cho từng kích thước.
+ Thêm các rằng buộc (Constraints) trong Sketcher - Từ phác thảo đến 3D
Khi một tiết diện Sketcher được gán chiều sâu nó trở thành một thực thể 3D gọi là khối Extrusions, khối này có thể được thêm hoặc bỏ bớt vật liệu, nó
có thể là một khối đặc hoặc một khối cắt.
Khi hoàn tất tiết diện và thoát khỏi chế độ Sketcher, ta được nhắc định nghĩa chiều sâu, lúc này ta sẽ nhập giá trị chiều sâu.
2.4.4 Chức năng trợ giúp sản xuất CAM của Catia
Catia là gói phần mềm tích hợp nhiều chức năng trợ giúp thiết kế, phân tích kỹ thuật và lập trình cho máy CNC. Catia được chia nhỏ thành nhiều modul, người sử dụng có thể chọn mua tuỳ theo nhu cầu sử dụng. Các chức năng của Catia có thể được gộp thành 3 nhóm chính như sau: Chức năng trợ giúp thiết kế (CAD), chức năng trợ giúp phân tích thiết kế (CAE) và chức năng trợ giúp sản suất (CAM).
* Chức năng trợ giúp sản suất CAM
- Catia/NC: Thực hiện chức năng lập trình cho các máy CNC. Việc lập trình được thực hiện qua các bước: Tạo mô hình gia công (Manufacturing Model), định nghĩa thiết bị (Work Cell), nguyên công (Operation), trình tự gia công (NC Sequence), sinh quỹ đạo dao (CL Data), hậu xử lý (Postprocessor).
Để đáp ứng các nhu cầu da dạng, Catia/NC lại được chia thành các modul nhỏ