Tạo bản vẽ kỹ thuật vẫn là chức năng khụng thể thiếu đ−ợc của CAD. Cỏc phần mềm CAD hiện đại cú 2 cụng cụ giỳp tạo ra cỏc bản vẽ kỹ thuật.
ó Dựng chức năng Sketch
Sketcher là cụng cụ phỏc thảo, cú nhiệm vụ chớnh là tạo ra cỏc Profile 2D hoặc 3D để từ
đú hỡnh thành cỏc mụ hỡnh vật đặc (Solid) hc bỊ mỈt (Surface). Tuy nhiờn, do kế thừa đ−ỵc cỏc cụng cụ vẽ của CAD truyền thống, lại đ−ợc bổ sung cụng cụ tham số hoỏ, Sketcher của CAD hiện đại trở thành cụng cụ vẽ mạnh và linh hoạt để tạo ra cỏc bản vẽ kỹ thuật. Ng−ời ta th−ờng dùng Sketcher để tạo cỏc bản vẽ đơn giản.
ó Tạo bản vẽ từ mụ hỡnh
Trong CAD hiện đại, bản vẽ là sự biểu hiện bằng ngụn ngữ kỹ thuật của mụ hỡnh. Vỡ vậy, cỏch thông th−ờng nhất để tạo bản vẽ là xuất trực tiếp cỏc hỡnh chiếu, hỡnh cắt từ mụ hỡnh (nh− thấy trong hình 1-Error! Bookmark not defined.). Vỡ vậy, ngồi cỏch gọi thụng th−ờng
∗
Mụ hỡnh đợc tạo bởi phần mềm Autodesk Mechanical Desktop 4.0 (MDT4)
hay nhiều bản vẽ. Giữa mụ hỡnh và cỏc bản vẽ đ−ợc tạo từ đú cú mối liờn hệ qua lạ Mỗi thay đổi từ mụ hỡnh sẽ đợc tự động cập nhật sang bản vẽ và ng−ợc lạ
1.1.3. Chức năng phõn tớch
Đú là chức năng tớnh toỏn động học, động lực học, nhiệt, ứng suất, biến dạng,... của cỏc chi tiết, cơ cấu, thiết bị và hệ thống. Cỏc cụng cụ tớnh toỏn, phõn tớch trờn xuất hiện độc lập với CAD, nh−ng đã đợc tớch hợp vào CAD để tận dụng khả năng đồ hoạ kỹ thuật ngày càng mạnh của nú. Sự tớch hợp cỏc chức năng phõn tớch vào CAD làm xuất hiện một thuật ngữ mới: CAE (Computer Aided Engineering). Nhờ CAE, chúng ta
cú thể tạo và khảo sỏt cỏc đối t−ỵng và quỏ trỡnh một cỏch trực quan. Trong hình 1.Error! Bookmark not defined. là vớ dụ về chức năng mụ phỏng động lực học của mỏy bơm*. Đồ thị ghi lại chuyển vị và vận tốc của đầu piston nhờ sự dẫn động của vành qua Chức năng nữa hay gặp trong cỏc phần mềm CAD là tớnh toỏn cơ học và nhiệt nhờ ph−ơng phỏp phần tử hữu hạn.
Mụ phỏng động lực học
Phần lớn hệ CAD cú chức năng tớnh toỏn cỏc bộ truyền cơ khớ thụng dụng, nh− bánh răng, xớch, đai, cam,... kốm theo th− viƯn chi tiết tiêu chn, nh ổ lăn, vũng bít, trơc, chi tiết kĐp chặt,.. Chỳng cũn cú thể nối ghộp với cỏc modul chuyên dùng, nh− thiết kế khuôn, thiết kế đ−ờng ống, thiết kế chi tiết vỏ mỏng,...
1.1.4. Chức năng CAM
CAM xuất hiện một cỏch độc lập với CAD, nhằm mục đớch riờng là trợ giỳp lập trỡnh cho các máy NC. Xu h−ớng tích hợp CAD/CAM nảy sinh từ những năm 70 của thế kỷ tr−ớc đĨ tận dơng môi tr−ờng đồ hoạ hấp dẫn của CAD. Hiện nay phần lớn cỏc hệ CAD hiện đại đều cú chức năng CAM và trở thành cỏc hệ CAD/CAM. Chức năng CAM đợc hỡnh thành trong CAD theo 2 h−ớng nh− đà phõn tớch ở đầu ch−ơng:
- Theo h−ớng thứ nhất, cỏc nhà sản xuất phần mềm CAD bổ sung thờm chức năng CAM vào sản phẩm CAD của họ để tạo ra cỏc phần mềm CAD/CAM thống nhất. Đú là tr−ờng hợp của cỏc phần mỊm Pro/Engineer, Cimatron, CATIẠ
- Theo h−ớng thứ hai, cỏc nhà chuyờn viết phần mỊm CAM phát triĨn các modul CAM trờn nền cỏc phần mềm CAD của hÃng khỏc. Bằng cỏch này, cỏc sản phẩm CAD/CAM kế thừa đợc tinh hoa của cỏc hÃng sản xuất hàng đầu thế giới trong cả 2 lĩnh vực. Ví dụ, hãng Pathrace đà chọn cỏc phần mềm CAD đ−ỵc −a chuộng nhất thế giới, nh− Mechanical Desktop, Inventor, Solid Work để phỏt triển phần mềm EdgeCAM của họ. Kết quả là sinh ra cỏc tổ hợp
* Mụ hỡnh đ−ỵc thực hiƯn bởi phần mềm Dynamic Designer của ADAMS, chạy trờn MDT4.
Solid Work) tốt hơn nhiỊu so với mỊm EdgeCAM chính gốc của Pathracẹ
1.2. Những cụng nghệ mới trong CAD
Cỏc phần mềm CAD 2D (nh− AutoCAD) buộc ng−ời dựng phải nhập chớnh xỏc cỏc kích thớc và cỏc quan hệ hỡnh học giữa cỏc đối tợng vào bản vẽ. Điều đú khụng thể thực hiện đ−ỵc khi ch−a cú bản thiết kế hoàn chỉnh. Vỡ vậy, chức năng vẽ dự tốt đến đõu thỡ cũng khụng thể đảm bảo cho CAD thành cụng cụ trợ giỳp thiết kế thực sự. Muốn có mơi tr−ờng thiết kế phải cú CAD 3D với chức năng mụ hỡnh hoỏ và phõn tớch mạnh với cỏc cụng nghệ thiết kế mớ Cỏc cụng nghệ này đảm bảo cho ng−ời kỹ s− thiết kế theo "quy trình thuận", nh− trong sơ đồ hỡnh 1-Error! Bookmark not defined..
Kết quả Phỏc thảo Lập mụ hình Tính tốn KiĨm nghiệm Chỉnh sửa
Quy trình thiết kế thuận
Cỏc hệ CAD hiện đại đều sử dụng cụng cụ mụ hỡnh hoỏ 3D, trong đú tớch hợp cỏc cụng nghệ sau:
1.2.1. Thiết kế theo tham số (Parametric Design)
Với cụng nghệ này, thay vỡ phải vẽ chớnh xỏc ngay từ đầu (điều khú thực hiện), chỳng ta bắt đầu bằng phỏc thảo, sau đú mới chớnh xỏc hoỏ bằng cỏch gán kích th−ớc và cỏc liờn kết hỡnh học cho đối t−ỵng. Chúng ta cịng cú thể gỏn mối quan hệ giữa cỏc kớch th−ớc (ví dụ sự phụ thuộc cđa đ−ờng kớnh lỗ vào chiều dày moay ơ) để mỗi khi thay đổi chiều dày moay ơ thỡ đ−ờng kính tự động thay đổi the Cụng nghệ tham số tạo cho CAD cỏc −u điĨm sau:
- Giúp ng−ời kỹ s− hỡnh thành và thể hiện ý t−ởng thiết kế đỳng theo quy luật tự nhiờn của quỏ trỡnh t− duy: đi từ phỏc thảo ý đồ đến chớnh xỏc hoỏ mụ hỡnh rồi mới xt tài liƯu thiết kế.
- Làm cho quỏ trỡnh thiết kế đợc mềm dẻo, linh hoạt. Cỏc sản phẩm thiết kế có thĨ đ−ợc sửa đổi một cỏch dễ dàng, trong bất cứ giai đoạn nà
- Dễ kế thừa cỏc kết quả thiết kế đà cú. Nhờ cụng nghệ này mà ng−ời dùng có thể tự tạo cỏc th− viƯn các chi tiết hoặc kết cấu mỏy cho riờng mỡnh và sư dơng chúng một cách hiƯu quả.
- Giữ mối liờn kết giữa mụ hỡnh và tài liệu thiết kế (nh− đà đề cập ở trờn).
Cụng nghệ này đánh dấu một b−ớc tiến lớn trong công nghƯ CAD. Thay vỡ làm việc với cỏc đối t−ợng đơn giản, nh− đ−ờng thẳng, cung trịn, kích th−ớc,... rời rạc, ng−ời dùng làm viƯc trực tiếp với cỏc bề mặt (trơ, ren, rãnh then), với cỏc chi tiết và cụm lắp rỏp (xem hình 1-Error! Bookmark not
defined.). Nhờ vậy có thể tạo cỏc
mối ghộp, cỏc khớp, cặp truyền động nh− trong thế giới thực.
Quản lý mụ hỡnh theo đối t−ỵng
Nhờ cỏc đối tợng đợc quản lý chặt chẽ theo tờn gọi và số lợng, việc tạo ra cơ sở dữ liệu và xuất bảng danh mục sản phẩm trong bản vẽ lắp đ−ợc thuận tiện và dễ dàng, chớnh xỏc.
Đối t−ợng cơ sở dựng trong CAD hiện đại là cỏc Feature. Từ các Feature mới hình thành cỏc chi tiết mỏy, cỏc cụm lắp và cỏc sản phẩm lắp rỏp hoàn chỉnh.
1.2.3. Thiết kế thích nghi (Adaptive Design)
Đến thời điểm này cụng nghệ thiết kế thích nghi cịn rất mới, duy nhất chỉ có ở phần mỊm Inventor cđa Autodesk. Nú cho phộp tạo ra cỏc mụ hỡnh "thụng minh", tự thay đỉi kích th−ớc để lắp vừa với chi tiết đối ứng. Tr−ờng hợp trong hỡnh 1-Error! Bookmark not
defined. là một ví dơ: càng 1 (chi tiết thớch nghi) khụng lắp vừa với vành 2 (chi tiết cố định)
do kích th−ớc cđa chúng khác nhaụ Sau khi lắp đợc mặt bờn trỏi, càng 1 tự thay đổi kích thớc để lắp vừa mặt bờn phải của vành 2. Cụng nghệ thớch nghi giỳp cho quỏ trỡnh thiết kế đ−ợc mềm dẻo và năng suất hơn.
Cơng nghƯ thích nghi cđa Autodesk Inventor
Trong phần này chỳng tụi giải thớch cỏc thuật ngữ cơ bản dựng trong cỏc phần mỊm thiết kế theo tham số và h−ớng đối t−ỵng*.
• Sketch
Sketch là đối tợng hỡnh học đơn giản, dạng khung dõy 2D hoặc 3D, đợc dựng để tạo ra
các Feature. Sketch bao gồm cỏc phần tử hỡnh học cơ bản (Entity) của CAD, nh đoạn thẳng
(Line), cung tròn (Arc), vòng tròn (Circle), chữ nhật (Rectang),... đ−ợc sắp xếp và định hỡnh
một cỏch cú chủ đớch nhờ cỏc liờn kết (Constraint) và cỏc kớch th−ớc (Dimension).
Các Constraint quy định vị trớ t−ơng quan giữa cỏc phần tử hỡnh học. Cỏc Constraint
th−ờng dùng là:
- Same Point: trựng khớt toạ độ 2 điểm
- Horizontal: gióng một đ−ờng thành nằm ngang - Vertical: gióng một đ−ờng thành thẳng đứng
- Point On Entity: buộc một điểm nằm trờn một đ−ờng
- Tanggent: buộc 2 đ−ờng tiếp tuyến với nhau
- Perpendicular: buộc 2 đ−ờng thẳng vuụng gúc với nhau - Parallel: buộc 2 đ−ờng thẳng song song với nhau - Equal Radii: buộc 2 cung trũn cú bỏn kớnh bằng nhau - Equal Lengths: buộc 2 đ−ờng có chiỊu dài bằng nhau - Symmetric: bc 2 điĨm đối xứng nhau qua một centerline - Line Up Horizontal: bc 2 điĨm nằm ngang với nhau - Line Up Vertical: buộc 2 điểm thẳng đứng với nhau - Collinear: buộc 2 đ−ờng thẳng trùng nhau
- Allinment: bc một điĨm hoặc một đờng nằm trờn một đ−ờng khác.
Các kích th−ớc dùng trong Sketch là kích th−ớc tham số (Parametric Dimension). Khác với trong CAD truyền thống, mỗi đối t−ỵng nhận cỏc giỏ trị kớch thớc cố định, trong CAD tham số, chúng nhận các tham số (biến) với giỏ trị thay đổi đợc. Mỗi khi thay đổi giỏ trị của tham số thỡ bản thõn đối tợng bị thay đổi the Hơn nữa, giữa cỏc tham số cú thể hỡnh thành mối quan hệ (Relation), để khi một tham số thay đổi thỡ cỏc tham số liờn quan bị thay đổi the Điều này tạo sự linh hoạt cho quỏ trỡnh thiết kế.
Ví dơ vỊ mối quan hệ tham số nh− trong hình 1-Error! Bookmark
not defined.. Khi thay đổi giỏ trị chiều
rộng d1 của khối hộp thỡ giỏ trị của chiều dài d2 và chiều cao d3 thay đổi theo quan hệ: d2 = 2 ì d1 d3 = 0.8 ì d1 Quan hệ tham số d1 d3=0.8*d1 d2=2*d1
* Ban đọc nờn dựng cho quen cỏc thuật ngữ chuẩn bằng tiếng Anh. Vỡ vậy, chỳng tụi khụng dịch mà chỉ giải thớch một lần. Sau này chỳng sẽ đ−ỵc dùng nh− nguyờn bản.
Feature là đối tợng hỡnh học 3D cơ bản nhất của Feature Based CAD, hỡnh thành hoặc
trợ giỳp cho hỡnh thành cỏc mụ hình chi tiết (Part) hoặc mụ hỡnh lắp rỏp (Assembly). Theo vai trò cđa Feature trong thiết kế hc trong kết cấu, ng−ời ta phân biệt cỏc loại Feature sau:
• Sketched Feature: Feature đợc tạo ra từ Sketch. Sau khi có Sketch, ng−ời ta mới
dựng cỏc cụng cụ mụ hỡnh hoỏ (Extrude, Revolve, Sweep, Loft,...) để tạo ra Featurẹ Feature đầu tiờn trong mỗi chi tiết phải là Sketched Feature. Vì vậy Sketched FeatureI cũn đ−ỵc gọi là
Feature cơ sở. Cỏc Sketched Feature thờng là cỏc bề mặt cơ bản trong chi tiết.
• Placed Feature:Feature đợc tạo ra trờn cơ sở các Feature khỏc. Chỳng khụng dựa
vào Sketch hoặc chỉ dựa một phần vào Sketch. Cỏc loại Placed Feature cơ bản là Hole (lỗ),
Fillet hc Round (vờ trũn cạnh hoặc gúc), Chamfer (vát cạnh hoặc gúc), Rib (gân), Sheel (vỏ
mỏng). Pro/E gọi cỏc loại này là Construction Feature.
• Work Feature: Feature khụng cấu thành chi tiết mà chỉ giỳp ớch cho hỡnh thành chi
tiết. Chỳng th−ờng đ−ợc dựng làm chuẩn kớch thớc để định vị các Feature khác trong chi tiết hoặc để định vị cỏc chi tiết trong cụm lắp. T−ơng ứng với 3 loại chuẩn cơ bản (mặt chn, trơc chn, điĨm chn) có 3 loại Work Feature là Work Plane, Work Axis và Work Point. Pro/E gọi các Work Feature là Datum: Datum Plane, Datum Axis, Datum Point.
• Part
Khái niƯm Part t−ơng ứng với khỏi niệm chi tiết mỏy trong cơ khớ. Vỡ vậy, khi làm việc với cỏc phần mềm thiết kế cơ khớ nên gọi Part là chi tiết mỏy, hay đơn giản là chi tiết. Khi lắp ráp, ng−ời ta còn dùng từ Component (cấu tử) thay thế cho từ Part.
• Assembly
Assembly đ−ỵc hiĨu t−ơng tự nh− trong cơ khớ là cụm lắp độc lập. Assembly đ−ợc hỡnh
thành bằng cỏch ghộp chi tiết hoặc cỏc cụm lắp con (Sub Assembly) nhờ các mối ghép
(Constraint). Sơ đồ cấu trỳc của Assembly cú dạng nhỏnh cõ
• Sub Assembly
Sub Assembly đ−ỵc hiĨu t−ơng tự nh trong lắp rỏp cơ khớ là cụm lắp con. Nó đợc hỡnh
thành từ cỏc chi tiết hoặc cỏc cụm lắp con khỏc. Sub Assembly khác với Assembly chỉ ở tính độc lập.
1.4. Khỏi quỏt về cỏc hệ CAD/CAM cú mặt ở Việt Nam
Số hệ CAD/CAM cú thể gặp ở Việt Nam cú thể đến vài chục, trong đú cú sản phẩm của cỏc nhà cung cấp nổi tiếng bậc nhất thế giớ Trong bài này chỉ đề cập cỏc hệ đ−ợc biết đến nhiều nhất, nh− CATIA, Cimatron, Pro/Engineer, SolidWorks. Mỗi ng−ời sư dơng CAD/CAM cú thể cú đỏnh giỏ riờng. Sau đõy là một số thụng tin thu thập qua cỏc tài liệu phõn tớch thị tr−ờng của n−ớc ngoàị
Với xu h−ớng toàn cầu hoỏ và trỡnh độ thông tin nh− hiện nay thỡ việc cập nhật cỏc chức năng và cụng nghệ tiờn tiến khỏ dễ dàng. Điều đú thể hiện ở chỗ thời gian để cỏc hÃng đ−a ra một version mới đợc rỳt ngắn rất nhanh. Một cụng nghệ mới ra đời tại hÃng này thỡ chỉ mấy thỏng sau đà thấy xuất hiện ở sản phẩm của hÃng khỏc. Vỡ vậy, khụng thấy cú sự khỏc biệt Ch−ơng 1.Tổng quan về cụng nghệ tham số và h−ớng đối t−ợng trong CAD/CAM hiện đại 8
cỏch cung cấp cỏc modul chức năng tới khỏch hàng nh− thế nào, mà đú là vỡ lý do th−ơng mạ Khi lựa chọn phần mềm, ngoài tớnh năng kỹ thuật, cần đặc biệt quan tõm đến mụi trờng làm việc mà phần mềm tạo ra và chi phớ sử dụng phần mềm.
Pro/E là sản phẩm cđa PTC (Parametric Technology Corp). Đõy là hÃng lớn, có bỊ dày và doanh thu cao trong thị tr−ờng CAD thế giớị Mọi cụng việc về cơ khớ: thiết kế thụng th−ờng, khuụn, phần tử hữu hạn, lắp rỏp, CAM (lập trỡnh cho mỏy phay tới 5 trục, tiƯn với trơc C, cắt dõy,...) đều cú thể thực hiện trờn Pro/E và cỏc modul mở rộng của nó. Nhợc điểm lớn nhất cđa Pro/E là rất khó học và khú sử dụng. Cỏc phiờn bản tr−ớc cđa Pro/E chạy trong Unix. Gần đõy PTC cho ra cỏc phiờn bản Windows, và kể từ phiờn bản Pro/E 2000i đà rất cố gắng cải tiến giao diƯn ng−ời dùng theo chuẩn Windows. Phiờn bản Pro/E Wildfire ra năm 2002 đà thĨ hiƯn bớc tiến đỏng ghi nhận vỊ giao diƯn ng−ời dùng của Pro/Ẹ Tuy nhiờn, ngay cả trong cỏc phiờn bản mới của Pro/E, khả năng xử lý tài nguyờn cũn hạn chế. Cựng một cụng việc, Pro/E đũi hỏi cấu hỡnh phần cứng mỏy tớnh cao và chạy khỏ nặng nề.
Cimatron là sản phẩm của hÃng cựng tờn (Israel), cú tớnh năng và đặc điểm t−ơng tự nh− của Pro/ Đú là phần mềm mụ hỡnh hoỏ 3D mạnh, đặc biệt về thiết kế khuụn mẫu, mụ hỡnh hoỏ và gia cụng bề mặt. Cỏc phiờn bản tr−ớc của Cimatron cũng rất khú dựng. Bắt đầu từ phiờn bản 12, giao diện cđa Cimatron cịng đ−ợc cải tiến một cỏch tớch cực theo chuẩn Windows.
SolidWorks và Autodesk là 2 hÃng sản xuất phần mềm CAD nổi tiếng thế giới, đà sớm cho ra cỏc phiờn bản Windows.
SolidWorks là sản phẩm của hÃng cựng tờn (SolidWorks Corp.). Ưu điểm lớn nhất cđa nó là giao diƯn hồn tồn t−ơng thớch với Windows và giỏ cả phải chăng. Nhợc điểm của SolidWorks là chức năng vẽ (Draft) và mụ hỡnh húa bề mặt hạn chế.
Autodesk cú 2 sản phẩm thiết kế cơ khớ chuyờn dựng là Mechanical Desktop (MDT) và Inventor. MDT chạy trờn nền AutoCAD nờn mọi giao diện t−ơng tự cđa AutoCAD, đ−ỵc ng−ời sử dụng hoan nghờnh khi họ muốn chuyển từ mụi tr−ờng CAD trun thống sang mô hỡnh hoỏ 3D. Inventor chạy độc lập, sử dụng cụng nghệ tiờn tiến. Ngoài cụng nghệ tham số, h−ớng đối t−ỵng nh cỏc phần mềm khỏc, Inventor lần đầu trỡnh diễn cụng nghệ thiết kế thớch