3.3.1.1. Giới thiệu về công nghệ thiết kế ngược
Trên phạm vi rộng công nghệ thiết kế ngược được định nghĩa là hoạt động bao gồm các bước phân tích để lấy thông tin về sản phẩm đã có sẵn
78
(bao gồm thông tin về chức năng các bộ phận, đặc điểm về kết cấu hình học, vật liệu, tính công nghệ) sau đó tiến hành khôi phục lại mô hình CAD cho chi tiết hoặc phát triển thành sản phẩm mới, sử dụng CAD/RP/CNC để chế tạo sản phẩm. Công nghệ thiết kế ngược đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như hóa học, điện tử, xây dựng, cơ khí, y học, nghệ thuật. Ví dụ trong xây dựng, chúng ta luôn học hỏi kỹ thuật thiết kế cũng như thi công của những công trình hoàn thiện của thế giới để giảm thiểu những sai sót. Giảm thời gian thiết kế và tăng thêm những ưu việt cho những công trình của mình.
Trong lĩnh vực cơ khí chế tạo, công nghệ thiết kế ngược được định nghĩa là hoạt động tạo ra sản phẩm từ các mẫu sản phẩm cho trước mà không có bản vẽ thiết kế hoặc đã bị mất hay không rõ dàng. Sản phẩm mới được tạo ra trên cơ sở khôi phục nguyên vẹn hoặc phát triển lên từ thực thể ban đầu .
Từ khi ra đời vào những năm 90 của thế kỷ trước, công nghệ thiết kế ngược đã được nghiên cứu, áp dụng trong nhiều lĩnh vực phát triển nhanh sản phẩm, đặc biệt là trong lĩnh vực thiết kế mô hình 3D từ mô hình đã có sẵn nhờ sự trợ giúp của máy tính. Kỹ thuật thiết kế ngược ngày càng phát triển theo sự phát tiển của các phần mềm CAD/CAM. Nó luôn được quan tâm và cũng liên tục được cải tiến để đáp ứng để đáp ứng nhu cầu của xã hội trên nhiều lĩnh vực sản xuất. RE trở thành 1 bộ phận quan trọng của sản xuất hiện tại. Đã có nhiều công ty của nhiều quốc gia ứng dụng hiệu quả và rất thành công công nghệ này.. Nhiều sản phẩm như xe máy, ô tô, máy móc hàng loạt đồ gia dụng, đồ chơi đã được sản xuất dựa trên sự sao chép các mẫu có sẵn trên thị trường của các hãng nổi tiếng của Nhật, Hàn Quốc như Honda, Misubishi, Toyota…
Ở Việt Nam, trong những năm trở lại đây công nghệ thiết kế ngược cũng đã được áp dụng nhiều vào sản xuất dần mang tính chuyên nghiệp. Việc ứng dụng các thiết bị số hóa công nghệ cao chuyên dụng, các phần mềm thiết kế ngược đã được sử dụng nhiều. Có 1 số công ty có thế mạnh về lĩnh vực này như, Trung tâm số hóa công nghệ CAD/CAM hay các viện các trường đại học
79
như trường Đại Học GTVT, Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã có máy quét 3D để làm dịch vụ và nghiên cứu.
3.3.1.2. Ưu nhược điểm của công nghệ thiết kế ngược
Ưu điểm.
+ Kiểm tra chất lượng sản phẩm bằng cách so sánh mô hình CAD với sản phẩm, từ đó điều chỉnh mô hình hoặc các thông số công nghệ để tạo ra sản phẩm đạt yêu cầu.
+ Mô hình CAD đựơc sử dụng như là mô hình trung gian trong quá
trình thiết kế bằng cách tạo sản phẩm bằng tay trên đất sét, thạch cao, sáp…rồi quét hình để tạo mô hình CAD. Từ mô hình CAD này người ta sẽ chỉnh sửa theo ý muốn.
+ Giảm bớt thời gian chế tạo dẫn tới năng suất cao. + Chế tạo được nguyên mẫu mà không cần bản thiết kế.
Nhược điểm.
+ Cần có công nghệ hiện đại là các loại máy quét hình. + Giá thành cao.
3.3.1.3. Quy trình công nghệ thiết kế ngược:
Trong quy trình thiết kế thuận, xuất phát từ ý tưởng thiết kế (của người thiết kế hoặc của khách hàng mô tả sản phẩm), người thiết kế phác thảo sơ bộ sản phẩm (bản vẽ CAD). Bản vẽ phác thảo này sẽ được tính toán, phân tích, kiểm tra các thông số kỹ thuật, tính công nghệ (Dữ liệu được chuyển từ CAD sang CAE). Sau đó mô hình sẽ được tối ưu hóa đưa ra bản vẽ thiết kế (bản vẽ CAD) hoàn chỉnh. Tiếp theo qua các bước chuẩn bị công nghệ (CAPP), lập trình gia công (CAM), mô phỏng và chế tạo thử mẫu sản phẩm bằng phương pháp tạo mẫu nhanh (RP) hoặc trên các máy công cụ, máy CNC. Mẫu sản phẩm chế thử này sẽ được đem đi kiểm tra thực tế xem có thỏa mãn các yêu cầu đặt ra hay không. Nếu không đạt thì sẽ quay về chỉnh sửa lại từ bản vẽ phác thảo. Tiếp tục quá trình trên cho tới khi mẫu sản phẩm đạt yêu cầu thì mới đưa vào sản xuất thực sự.
80
Còn trong quy trình thiết kế ngược chúng ta làm ngược lại. Xuất phát điểm là 1 mẫu sản phẩm thực tế. Mẫu sản phẩm thực này được số hóa và xử lý bằng các thiết bị và phần mềm chuyên dụng để đưa ra mô hình CAD cụ thể. Sau đó được mô hình CAD cho sản phẩm rồi thì các công đoạn tiếp theo cũng giống như chu trình sản xuất thuận trải qua các bước tính toán, phân tích , tối ưu hóa trên các phần mềm CAE/CAM, chuẩn bị công nghệ (CAPP) gia công tạo mẫu nhanh hoặc lập trình gia công trên máy CNC hay các máy công cụ khác, kiểm tra thực tế cuối cùng mới đưa vào sản cùng mới đưa vào sản xuất đại trà.
Sản phẩm thực
Hình 3.6 Quy trình thiết kế ngược
Kiểm tra thực tiễn Chế thử, mô phỏng (CNC/CAM) Số hóa sản Xử lý dữ liệuSố hóa CAD/CAM/CAE/CAPP Sản xuất đại trà No
81
3.3.2 Phầm mềm Geomagic:
Geomagic Design X là phần mềm thiết kế lại mẫu - mô hình vật lý cho trước thông qua số hóa bề mặt mẫu bằng thiết bị Scan 3d, và xây dựng mô hình thiết kế từ dữ liệu số hóa 3D đó. Ưu điểm của phần mềm thiết kế ngược là cho phép thiết kế nhanh và chính xác mẫu thiết kế có độ phức tạp hình học cao, hoặc mẫu dạng bề mặt tự do (không xác định được quy luật tạo hình).
Phần mềm thiết kế ngược Geomagic Design X cho phép chuyển đổi định dạng tập tin bao gồm: SolidWorks, Creo, NX, Inventor, AutoCAD, CATIA và những phần mềm khác.Tập hợp đám mây điểm, lưới, bề mặt và các vật mẫu tất cả trong một ứng dụng. Bổ sung cho phần mềm CAD bằng cách tạo ra mô hình gốc với cây tính năng - loại phổ biến nhất của các mô hình thiết kế.
Một nghiên cứu đã chỉ ra phần mềm thiết kế ngược Geomagic Design X được coi là "sự lựa chọn duy nhất khả thi" đối với kỹ thuật thiết kế ngược Geomagic Design X là mục đích xây dựng để chuyển đổi dữ liệu quét 3D với tính năng cao dựa trên mô hình CAD. Nó không những kết hợp với các phần mềm khác mà còn có thể kết hợp các vật mẫu, mô hình hóa bề mặt tiên tiến, và xử lý đám mây điểm,bạn có thể quét hầu hết bất cứ điều gì và tạo ra bản vẽ thiết kế để đưa vào sản xuất.
Bộ công cụ mở rộng của Geomagic Design X kết hợp với công cụ CAD, trong lĩnh vực công nghiệp các công cụ xử lý quét, và tất cả các Repower bạn cần để đưa vào các dự án khó khăn nhất. Nó xử lý hàng tỷ điểm quét và có một loạt đầy đủ các tính năng các vấn đề dữ liệu, cho phép bạn bỏ qua quá trình dọn dẹp điểm nhiễu và tạo mô hình CAD ngay lập tức.
3.3.3 Lựa chọn thiết bị quét:
Trên cở sở sản phẩm thực để có cơ sở dữ liệu số hóa nhằm sử dụng để dựng lại mô hình CAD cho sản phẩm dạng Soid hoặc dạng Surface bằng các phần mềm chuyên dụng (Phần mềm Geomagic Design X). Kết quả cuối
82
cùng ta nhận được một bề mặt trơn và được chuyển vào file CAD với các định dạng: DXF.,DWG., STL.
Trong khuôn khổ luận văn đã tham khảo một số máy quét 3D chuyên dụng, mặt khác điều kiện không cho phép nên tác giả lựa chọn sử dụng máy ký hiệu HSCAN331 Handheld 3D Scanner (Hình 3.7), các thông số kỹ thuật của thiết bị được thẻ hiện ở (bảng 3.7). Độ chính xác lên đến 0.03 mm. Tốc độ đạt 265,000 measures/s. Có thể scan được những mẫu đen, bóng, mỏng. Thiết bị hoạt động linh hoạt với phương pháp định vị tọa độ điểm nên cả máy và mẫu đều có thể di chuyển khi scan sau khi quét xong, xuất định dạng đám mây điểm (stl). Các đám mây điểm này được đăng nhập với bề mặt mẫu thiết kế để đánh giá sai số hình học bề mặt.
Hình 3.7 Thiết bị quét HSCAN331 Handheld 3D
Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật thiết bị quét HSCAN 331 Handheld 3D
Tên Tham số
HSCAN331
Trọng lượng 0,95 Kg
Kích thước 315x165x105 (mm)
Nguồn laser 3 tia laser đỏ (+1 tia laser đỏ thêm)
Tốc độ đạt 265,000 measures/s
Khu vực quét 225 mm x 250 mm
83
3.4 Kết luận chương 3:
Phương pháp Taguchi là phương pháp tối ưu hóa các quá trình giao đoạn. Phương pháp được ứng dụng rộng rãi tại các nước phát triển trên thế giới đặc biệt tại Nhật Bản. Tuy nhiên, nó lại chưa được áp dụng nhiều tại Việt Nam. Việc nghiên cứu phương pháp Taguchi giúp tiết kiệm chi phí, thời gian thiết kế thí nghiệm, tăng độ chính xác cho các kết quả nghiên cứu thực nghiệm khi muốn đánh giá một quá trình cụ thể trong thực tế.
Thiết kế thực nghiệm trên cơ sở các thông số chế độ cắt như đã được phân tích, đánh giá ở chương 1 và các thông số về kích thước cũng như yêu cầu kỹ thuật của cánh máy bơm như kết quả của chương 2 đã thực hiện.
Ứng dụng phầm mềm thiết kế ngược và phần mềm Geomagic Design X để xử lý các số liệu nhằm cung cấp cho quá trình thực nghiệm và xử lý số liệu thực nghiệm trong chương 4.
84
CHƯƠNG 4.THỰC NGHIỆM VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM 4.1 Thực nghiệm gia công 9 mẫu trên máy phay CNC 3 trục:
Chương 3 tác giả đã đi nghiên cứu thực nghiệm và thiết kế thực nghiệm với các tham số điều chỉnh cụ thể là: Kiểu đường dụng cụ (T), bước tiến ngang (S0) và đường kính dụng cụ (D)
Ở chương 4 này tác giả tiến hành thực nghiệm và đánh giá và xử lý số liệu thực nghiệm trên cơ sở phân tích và lựa chọn phương án thực nghiệm ở chương 3 để đánh giá mức độ chính xác và mức độ ảnh hưởng của các thông số điều khiển đến tạo hình bề mặt của bề mặt tự do nói chung và bề mặt cánh máy bơm hướng trục nói riêng. Từ đó lựa chọn bộ thông số gia công tối ưu và thực hành gia công mẫu cánh máy bơm trên máy phay CNC 3 trục.
4.1.1 Kế hoạch thực nghiệm:
⁃ Gia công thô 9 mẫu để lại lương dư gia công là 0,1 mm.
⁃ Gia công tinh tạo hình bề mặt với 9 thí nghiệm được thiết kế theo bảng trực giao TAGUCHI L9 với ba biến đầu vào là kiểu đường dụng cụ (T), bước tiến ngang (S0), đường kính dụng cụ (D) và chỉ tiêu đầu ra là sai số hình học trung bình bề mặt mẫu. Mỗi biến có 3 mức được chọn như trong (bảng 3.12). Các thông số công nghệ khác được giữ không đổi cho tất cả các thí nghiệm trong suốt quá trình gia công cụ thể như sau:
Tốc độ cắt v = 138 mm/min;
Chiều sâu cắt t = 0,1 mm
Tốc độ tiến dao f = 549 mm/min;
dung dịch trơn nguội emunxi, v.v...
4.1.2.1.Gia công thô:
Mẫu được chế tạo trên máy phay CNC 3 trục có thứ tự được đánh số từ 1 ÷ 9 với các thống số chế độ cắt ở các cấp độ như ở bẳng 3.12 và được bố trí theo bảng thiết kế thực nghiệm Taguchi ở (bảng 3.2).
Các thông số thử nghiệm của các thông số chế độ cắt như đường dụng cụ, bước tiến ngang và dường kính dụng cụ cắt được sử dụng theo bảng 3.10
85
và các thông số được lựa chọn đối với các mẫu thí nghiệm tuân theo thứ tự theo bẳng thiết kế thực nghiệm Taguchi ở (bảng 3.2).
Hình 4.1 Thực nghiệm gia công trên máy phay CNC 3 trục
Đối với phôi có biên dạng kích thước X,Y là 80, 100 mm. Ta lựa chọn dao phá thô Flat End Mill có đường kính ngoài Ø12 mm. Sử dụng loại dao phá thô chuyên dụng để phay nhôm.
Dao phay thô nhôm có thiết kế lưỡi cắt không phải kiểu mịn mà có bậc rãnh cắt giúp tăng độ cứng vững và độ chịu lực khi gia công. Các thông số của lưỡi dao cắt được tổng hợp dưới bảng sau đây:
Bảng 4.1 Thông số cắt dao phay phá thô nhôm Ø12 mm
Loại dao Đường kính (mm) Số me cắt Tốc trục chính - S (rpm) Bước tiến - F (mm/min)
Flat End Mill 12 4 3500 1800
Làm mát % Đường
kính ăn dao
Chiều sâu cắt - t
Chiều dài cắt tối đa
Khí nén 40 2 50
86
Bảng khai báo thông số dao được thiết lập trong phần mềm Mastercam, phần thông số hình học của dao được khai báo ở mục “Endmill Flat”, còn thông số cắt được khai báo ở mục “Parameters”. Hình ảnh dưới đây là các thông số của dao phay ngón Flat End Mill Ø12 mm:
Hình 4.3 Bảng mô phỏng khai báo kích thước và thông số cắt dao phá thô Ø12 mm
4.1.2.2.Gia công tinh:
Để gọt bỏ lượng dư của dao phá thô để lại, để gia công các vùng dao phá thô không đi vào được. Chúng ta lựa chọn dao gia công tinh có đường kính bé hơn, sử dụng dao gia công tinh nhôm chuyên dụng với 3 cấp độ đường kính dụng cụ theo thứ tự Ø4, Ø6 và Ø8 (mm).
Dao phay tinh nhôm có thiết kế lưỡi cắt kiểu mịn có bậc rãnh cắt giúp tăng độ cứng vững và độ chịu lực khi gia công. Các thông số của lưỡi dao cắt được tổng hợp dưới bảng sau đây:
Bảng 4.2 Thông số cắt dao phay gia công tinh chi tiết Ø8 mm
Loại dao Đường kính
(mm) Số me cắt
Tốc trục chính - S
(rpm)
Bước tiến - F
(mm/min)
Flat End Mill 8 2 6000 800
Làm mát % Đường
kính ăn dao
Chiều sâu cắt - t
Chiều dài cắt tối đa
Khí nén 50 1 40
87
Bảng khai báo thông số dao được thiết lập trong phần mềm Mastercam, phần thông số hình học của dao được khai báo ở mục “Endmill Flat”, còn thông số cắt được khai báo ở mục “Parameters”. Hình ảnh dưới đây là các thông số của dao phay cầu End Mill Ø8 mm::
Hình 4.5 Bảng mô phỏng khai báo kích thước và thông số dao phay Ø8 mm Bảng 4.3 Thông số cắt dao phay gia công tinh chi tiết Ø6 mm
Loại dao Đường kính
(mm) Số me cắt
Tốc trục chính - S (rpm)
Bước tiến - F
(mm/min)
Ball End Mill 6 2 6000 800
Làm mát % Đường
kính ăn dao
Chiều sâu
cắt - t Chiều dài cắt tối đa
Khí nén 50 1 35
Hình 4.6 Hình ảnh dao phay cầu Ø6 mm
Bảng khai báo thông số dao được thiết lập trong phần mềm Mastercam, phần thông số hình học của dao được khai báo ở mục “Endmill2 Sphere”,
88
còn thông số cắt được khai báo ở mục “Parameters”. Hình ảnh dưới đây là các thông số của dao phay cầu Ball End Mill Ø6 mm:
Hình 4.7 Bảng mô phỏng khai báo kích thước và thông số dao phay Ø6 mm Bảng 4.4 Thông số cắt dao phay gia công tinh chi tiết Ø4 mm
Loại dao Đường kính
(mm) Số me cắt
Tốc trục chính - S (rpm)
Bước tiến - F
(mm/min)
Ball End Mill 4 2 6000 800
Làm mát % Đường
kính ăn dao
Chiều sâu
cắt – t Chiều dài cắt tối đa
Khí nén 50 0.1 35
Hình 4.8 Hình ảnh dao phay cầu Ø4 mm
Bảng khai báo thông số dao được thiết lập trong phần mềm Mastercam, phần thông số hình học của dao được khai báo ở mục “Endmill2 Sphere”,
89
còn thông số cắt được khai báo ở mục “Parameters”. Hình ảnh dưới đây là các thông số của dao phay cầu Ball End Mill Ø4 mm:
Hình 4.9 Bảng mô phỏng khai báo kích thước và thông số dao phay Ø4 mm
4.1.2 Kết quả gia công:
Kết quả gia công 9 mẫu thực nghiệm dựa trên các thông số ảnh hưởng