Bài giảng Hệ thống sản xuất linh hoạt: Chương 4 - TS. Trần Đức Tăng (HV Kỹ thuật Quân sự)

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ

KHOA HÀNG KHÔNG VŨ TRỤ

BÀI GiẢNG MÔN HỌC

HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT

Bộ môn CNTB & HKVT ðiện thoại: 0973 991486 Email: tranductang@yahoo.com

TS. Trần ðức Tăng

Chương 4: CAD/CAM/CAE trong CIM

1. Vai trò của máy tính trong SX hiện ñại

2. Các chức năng của CAD/CAM/CAE

Nội dung

3. Những công nghệ mới trong CAD

4. Giải pháp CN mới trong CAD/CAM/CAE

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

1

1. Vai trß cña m¸y tÝnh trong s¶n xuÊt hiÖn ®¹i

1.1 C¸c c«ng cô thiÕt kÕ vµ s¶n xuÊt cã trî gióp cña m¸y tÝnh

(cid:1) ThiÕt kÕ lµ qu¸ tr×nh h×nh dung, tÝnh to¸n, t¹o dùng m« h×nh,

thö nghiÖm,... ®Ó cuèi cïng ®−a ra mét ®Æc t¶ vÒ s¶n phÈm x¸c ®Þnh. Dùa vµo b¶n ®Æc t¶ ®ã, ng−êi ta cã thÓ chÕ t¹o ra s¶n phÈm theo ®óng yªu cÇu ®Æt ra.

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

(cid:1) Néi dung vµ tr×nh tù cña qu¸ tr×nh thiÕt kÕ kh«ng cã g× thay ®æi so víi tr−íc ®©y, nh−ng viÖc øng dông m¸y tÝnh nh− mét c«ng cô ®· lµm nªn mét cuéc c¸ch m¹ng vÒ ph−¬ng ph¸p tiÕn hµnh vµ mang l¹i hiÖu qu¶ to lín kh«ng chØ cho b¶n th©n qu¸ tr×nh thiÕt kÕ mµ cßn cho c¶ c¸c giai ®o¹n tiÕp theo.

(cid:1) ThiÕt kÕ mét s¶n phÈm nh»m tho¶ m·n nhu cÇu cña mét c¸

nh©n, mét nhãm ng−êi hay cña céng ®ång. V× vËy ng−êi thiÕt kÕ ph¶i biÕt râ nh÷ng yªu cÇu ®èi víi s¶n phÈm t−¬ng lai.

(cid:1) Trong kü thuËt, th−êng c¸c yªu cÇu ®ã ®−îc thÓ hiÖn mét c¸ch ®Þnh l−îng b»ng mét bé c¸c ®iÒu kiÖn kü thuËt b¾t buéc, vµ c¸c th«ng sè t−¬ng øng cña s¶n phÈm thiÕt kÕ ph¶i tho¶ m·n (b»ng hoÆc tèt h¬n) c¸c ®iÒu kiÖn ®ã.

(cid:1) Trªn thùc tÕ th−êng tån t¹i kh«ng chØ mét mµ mét sè ph−¬ng

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

¸n cã thÓ tho¶ m·n c¸c ®iÒu kiÖn kü thuËt ®Æt ra. V× vËy, ng−êi thiÕt kÕ ph¶i c©n nh¾c c¸c yÕu tè kü thuËt, kinh tÕ, x· héi liªn quan ®Õn mua s¾m vµ sö dông s¶n phÈm ®Ó chän ph−¬ng ¸n tèt nhÊt.

2

(cid:1) Chän ph−¬ng ¸n thiÕt kÕ lµ mét bµi to¸n phøc t¹p, kh«ng ph¶i lóc nµo còng t−êng minh. V× vËy, ng−êi thiÕt kÕ ph¶i cã ®ñ kinh nghiÖm ®Ó cã thÓ ®−a ra quyÕt ®Þnh chÝnh x¸c.

(cid:1) Theo truyÒn thèng, qu¸ tr×nh thiÕt kÕ ®−îc b¾t ®Çu vµ ®−îc

thùc hiÖn chñ yÕu nhê c¸c kü s− thiÕt kÕ cïng c¸c nh©n viªn can vÏ. Hä cã nhiÖm vô ®−a ra tµi liÖu thiÕt kÕ (gåm thuyÕt minh, m« t¶, b¶n vÏ, m« h×nh,...) cña s¶n phÈm.

(cid:1) C¸c kü s− s¶n xuÊt c¨n cø vµo c¸c tµi liÖu thiÕt kÕ ®Ó chÕ t¹o

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

ra s¶n phÈm. Mét sè ®iÒu kiÖn kü thuËt, nh− kÝch th−íc vµ dung sai kÝch th−íc, ®iÒu kiÖn l¾p r¸p, vËt liÖu,... cã thÓ ®−îc bæ sung hoÆc hiÖu chØnh trong giai ®o¹n s¶n xuÊt nµy.

(cid:1) Sau mçi lÇn hiÖu chØnh, cÇn tiÕn hµnh ph©n tÝch, kiÓm tra c¸c ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña s¶n phÈm, vÝ dô c«ng suÊt, ®é bÒn vµ ®é æn ®Þnh,... Cã tr−êng hîp thËm chÝ ph¶i xem xÐt l¹i c¶ tÝnh hîp lý cña c¸c ®iÒu kiÖn kü thuËt ®Æt ra ban ®Çu.

(cid:1) ThiÕt kÕ lµ mét qu¸ tr×nh t−¬ng t¸c gi÷a c¸c bé phËn: tiÕp thÞ,

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

thiÕt kÕ, s¶n xuÊt

3

C¸c b−íc cña qu¸ tr×nh thiÕt kÕ vµ kh¶ n¨ng trî gióp cña m¸y tÝnh

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

Ph©n tÝch nhiÖm vô thiÕt kÕ

(cid:1) §©y lµ b−íc rÊt quan träng: ng−êi thiÕt kÕ tiÕp cËn ®èi t−îng thiÕt kÕ, tiÕp nhËn c¸c th«ng tin thÞ tr−êng, ph©n tÝch c¸c khÝa c¹nh kinh tÕ, kü thuËt cña s¶n phÈm, ph¶n biÖn tÝnh hîp lý trong yªu cÇu cña kh¸ch hµng,.. lùa chän vµ tËp trung vµo nh÷ng th«ng sè quan träng nhÊt.

(cid:1) Khi ph©n tÝch nhiÖm vô thiÕt kÕ, ng−êi thiÕt kÕ ph¶i lµm râ

nh÷ng vÊn ®Ò sau:

- Môc tiªu chÝnh cña s¶n phÈm, ®èi t−îng vµ ph¹m vi phôc vô.

- C¸c ®iÒu kiÖn kü thuËt cÇn ®¹t ®−îc.

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

- C¸c chØ tiªu kiÓm tra, ®¸nh gi¸ s¶n phÈm.

4

ThiÕt kÕ s¬ bé

(cid:1) Trªn c¬ së nhiÖm vô thiÕt kÕ, th«ng tin vÒ c¸c s¶n phÈm t−¬ng tù vµ b»ng kinh nghiÖm, kiÕn thøc cña m×nh, ng−êi thiÕt kÕ h×nh dung ra diÖn m¹o ban ®Çu cña s¶n phÈm.

(cid:1) §Ó kiÓm tra kh¶ n¨ng ®¸p øng c¸c yªu cÇu chÝnh cña s¶n

phÈm, ng−êi thiÕt kÕ cã thÓ t¹o ra m« h×nh thö nghiÖm. Th−êng th× c¸c s¶n phÈm hoÆc c¸c b¶n thiÕt kÕ ®· cã lµ nh÷ng t− liÖu tham kh¶o rÊt tèt cho thiÕt kÕ s¬ bé.

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

(cid:1) C¸c nhµ s¶n xuÊt cã truyÒn thèng l©u ®êi th−êng cã s½n d÷ liÖu d−íi d¹ng c¸c cataloge, th− viÖn, tiªu chuÈn ®Ó mét mÆt ®¶m b¶o tÝnh thèng nhÊt gi÷a c¸c s¶n phÈm cña cïng h·ng, mÆt kh¸c gióp cho ng−êi thiÕt kÕ tr¶i qua giai ®o¹n nµy mét c¸ch nhanh chãng vµ cã chÊt l−îng.

(cid:1) C¸c s¶n phÈm phøc t¹p th−êng ®−îc chia thµnh c¸c m« ®un.

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

NÕu cã nhiÒu m« ®un ®· ®−îc tiªu chuÈn ho¸ th× qu¸ tr×nh thiÕt kÕ s¬ bé sÏ rÊt ®¬n gi¶n, chØ lµ chän vµ tÝch hîp c¸c m« ®un

5

ThiÕt kÕ kü thuËt

(cid:1) B−íc nµy cßn ®−îc gäi lµ tæng hîp, trong ®ã c¸c khÝa c¹nh kü thuËt, c¸c c¬ cÊu,... ®−îc tÝnh to¸n, s¾p xÕp, nèi ghÐp thµnh hÖ thèng.

(cid:1) Néi dung cña b−íc nµy gåm:

- TÝnh to¸n, thiÕt kÕ c¸c côm chÝnh.

- TÝnh to¸n l¹i c¸c th«ng sè kü thuËt.

- TÝnh to¸n c¸c yÕu tè kinh tÕ, m«i tr−êng, x· héi cña s¶n

phÈm,...

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

Ph©n tÝch, thö nghiÖm

(cid:1) §©y lµ giai ®o¹n phøc t¹p, tèn c«ng nhÊt cña qu¸ tr×nh thiÕt kÕ vµ th−êng do nhiÒu nhãm kü s− thuéc c¸c chuyªn ngµnh kh¸c nhau thùc hiÖn.

(cid:1) B−íc nµy cã nhiÖm vô thö nghiÖm c¸c th«ng sè kü thuËt cña

s¶n phÈm theo ®iÒu kiÖn ®Çu vµo.

(cid:1) C¸c c«ng cô ph©n tÝch (øng suÊt, dao ®éng, nhiÖt,...) ®−îc sö dông chñ yÕu vµo giai ®o¹n nµy, ®Ó kiÓm tra toµn bé thiÕt bÞ hay tõng côm, tõng chi tiÕt,...

(cid:1) Mét sè néi dung ph©n tÝch cã thÓ ®−îc thùc hiÖn ngay trong khi

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

thiÕt kÕ kü thuËt.

6

Hoµn thiÖn thiÕt kÕ

(cid:1) NÕu mäi viÖc kiÓm tra, ph©n tÝch, thö nghiÖm ®· ®−îc hoµn

thµnh vµ chøng tá s¶n phÈm ®· tho¶ m·n c¸c yªu cÇu ®Æt ra th× tiÕn hµnh c¸c néi dung hoµn thiÖn thiÕt kÕ:

- Hoµn thiÖn vÒ kiÓu d¸ng, kÝch th−íc, mµu s¾c, giao diÖn ®iÒu khiÓn, tiÖn nghi sö dông, tÝnh ergonomics (nh©n tr¾c häc), m«i tr−êng,...

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

- T¹o ra c¸c tµi liÖu thiÕt kÕ. §èi víi c¸c s¶n phÈm quan träng hoÆc míi thiÕt kÕ lÇn ®Çu, ng−êi ta cã thÓ t¹o ra c¸c m« h×nh thùc hoÆc chÕ t¹o mét hoÆc nhiÒu lÇn c¸c mÉu thö. Bé tµi liÖu, m« h×nh, s¶n phÈm chÕ thö,... chÝnh lµ s¶n phÈm cuèi cïng cña qu¸ tr×nh thiÕt kÕ.

(cid:1) Sau b−íc nµy, mäi viÖc thiÕt kÕ vÒ c¬ b¶n ®· hoµn tÊt, cã thÓ

chuyÓn giao s¶n phÈm thiÕt kÕ cho s¶n xuÊt.

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

(cid:1) M¸y tÝnh, víi kh¶ n¨ng tÝnh to¸n, hiÓn thÞ ®å ho¹, ho¹t h×nh vµ c¸c c«ng cô ®a ph−¬ng tiÖn cã thÓ trî gióp mäi giai ®o¹n thiÕt kÕ. TËp hîp c¸c c«ng cô trî gióp thiÕt kÕ nhê m¸y tÝnh vµ sù t−¬ng t¸c gi÷a chóng ®−îc gäi chung lµ CAD.

7

2. C¸c chøc n¨ng cña CAD/CAM/CAE

2.1 Chøc n¨ng vÏ

T¹o b¶n vÏ kü thuËt vÉn lµ chøc n¨ng kh«ng thÓ thiÕu ®−îc cña CAD. C¸c phÇn mÒm CAD hiÖn ®¹i cã 2 c«ng cô gióp t¹o ra c¸c b¶n vÏ kü thuËt.

2.1.1 Dïng chøc n¨ng Draft

- Draft lµ chøc n¨ng c¬ b¶n cña c¸c phÇn mÒm vÏ (nh−

AutoCAD vµ c¸c phÇn mÒm CAD 2D).

- §èi t−îng c¬ b¶n dïng trong c¸c phÇn mÒm nµy lµ c¸c ®èi

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

t−îng h×nh häc ®¬n (®iÓm, ®−êng th¼ng, cung trßn, ®−êng trßn, elip,...) vµ c¸c ®èi t−îng phøc hîp (®a tuyÕn, ®a gi¸c,...), c¸c ®−êng kÝch th−íc, c¸c ký hiÖu (®é nh¸m, mèi hµn,...), ch÷ (text), mÉu t« (Hatch),...

- Tõ c¸c ®èi t−îng c¬ b¶n nµy, ng−êi ta t¹o ra c¸c b¶n vÏ

(Drawing) t−¬ng tù nh− dïng bót ch×, th−íc kÎ.

(cid:1) Kh¸c víi c«ng cô vÏ thñ c«ng, c¸c phÇn mÒm Draft cã c¸c tiÖn

Ých, gióp cho viÖc vÏ ®−îc nhanh chãng, chÝnh x¸c h¬n:

- HÖ thèng l−íi vµ c¸c c«ng cô truy b¾t ®iÓm, gióp t¹o lËp c¸c quan hÖ h×nh häc (song song, vu«ng gãc, c¾t nhau, qua t©m,...) ®−îc dÔ dµng.

- Chøc n¨ng copy, xo¸, di chuyÓn, phãng to, thu nhá c¸c ®èi

t−îng, trî gióp viÖc chØnh söa b¶n vÏ.

- Chøc n¨ng ®iÒu khiÓn mµn h×nh (thu phãng, xª dÞch, quay,...)

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

phôc vô viÖc quan s¸t c¸c ®èi t−îng.

8

- Th− viÖn c¸c ®èi t−îng (c¸c ký hiÖu ®Æc biÖt, c¸c chi tiÕt dïng

chung (æ l¨n, chèt, chi tiÕt kÑp,...).

- C¸c macro ®Ó vÏ nhanh c¸c ®èi t−îng th«ng dông (chi tiÕt kÑp, trôc, b¸nh r¨ng,...) hoÆc ghi kÝch th−íc tù ®éng, tra vµ ®iÒn dung sai vµo b¶n vÏ.

(cid:1) PhÇn lín c¸c phÇn mÒm draft cung cÊp giao diÖn lËp tr×nh vµ

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

m«i tr−êng më, cho phÐp lËp tr×nh b»ng c¸c ng«n ng÷ bËc cao ®Ó tù ®éng qu¸ tr×nh vÏ hoÆc më réng chøc n¨ng theo ý muèn cña ng−êi dïng.

(cid:1) Hoµn toµn t−¬ng tù chøc n¨ng vÏ trong c¸c phÇn mÒm draft, c«ng cô sketch (Sketcher) cña c¸c phÇn mÒm CAD 3D cã thÓ ®−îc dïng ®Ó trùc tiÕp t¹o lËp b¶n vÏ.

- Sketcher lµ c«ng cô ph¸c th¶o, cã nhiÖm vô chÝnh lµ t¹o ra c¸c Profile 2D hoÆc 3D ®Ó tõ ®ã h×nh thµnh c¸c m« h×nh vËt ®Æc (Solid) hoÆc bÒ mÆt (Surface).

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

- Do kÕ thõa ®−îc c«ng cô vÏ cña c¸c phÇn mÒm Draft, ®−îc bæ sung c«ng cô tham sè ho¸, Sketcher cña CAD hiÖn ®¹i trë thµnh c«ng cô vÏ m¹nh vµ linh ho¹t ®Ó t¹o ra c¸c b¶n vÏ kü thuËt.

9

2.1.2 T¹o b¶n vÏ tõ m« h×nh

M« h×nh vµ b¶n vÏ trong CAD

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

(cid:1) Trong CAD hiÖn ®¹i, b¶n vÏ lµ sù biÓu hiÖn b»ng ng«n ng÷ kü thuËt cña m« h×nh. V× vËy, c¸ch th«ng th−êng nhÊt ®Ó t¹o b¶n vÏ lµ xuÊt trùc tiÕp c¸c h×nh chiÕu, h×nh c¾t tõ m« h×nh.

(cid:1) V× vËy, ngoµi c¸ch gäi th«ng th−êng (Draw), b¶n vÏ cßn cã tªn

kh¸c, lµ "Lay-Out".

(cid:1) Tõ mét m« h×nh cã thÓ t¹o nhanh chãng mét hay nhiÒu b¶n vÏ,

nhiÒu h×nh chiÕu kh¸c nhau.

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

(cid:1) Gi÷a m« h×nh vµ c¸c b¶n vÏ ®−îc t¹o tõ ®ã cã mèi liªn hÖ qua l¹i. Mçi thay ®æi tõ m« h×nh sÏ ®−îc tù ®éng cËp nhËt sang b¶n vÏ vµ ng−îc l¹i.

10

2.2 Chøc n¨ng t¹o m« h×nh

(cid:1) Víi c¸c hÖ CAD hiÖn ®¹i, m«i tr−êng lµm viÖc chñ yÕu cña kü s− thiÕt kÕ kh«ng ph¶i b¶n vÏ (Drawing) mµ lµ m« h×nh (Model)

(cid:1) B¶n vÏ ®óng lµ ng«n ng÷ cña ng−êi kü s−, nh−ng nã chøa c¸c h×nh chiÕu, h×nh c¾t, kÝch th−íc, c¸c chó gi¶i víi nh÷ng quy −íc mµ chØ ng−êi kü s− míi hiÓu ®−îc vµ chØ dïng ®Ó cho con ng−êi l−u tr÷ hoÆc trao ®æi th«ng tin víi nhau.

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

(cid:1) B¶n vÏ lµ mét tµi liÖu "chÕt". Cßn víi m« h×nh, chóng ta cã thÓ "th¸o", "l¾p", "quan s¸t" tõ c¸c gãc ®é, cù ly kh¸c nhau; cã thÓ tra khèi l−îng, thÓ tÝch cña c¸c chi tiÕt hoÆc côm chi tiÕt; cã thÓ "vËn hµnh" nã ®Ó kh¶o s¸t ®éng häc, ®éng lùc häc cña c¸c c¬ cÊu; cã thÓ tÝnh øng suÊt vµ biÕn d¹ng cña c¸c chi tiÕt,...

(cid:1) M« h×nh ®−îc dïng nh− ®èi t−îng chÝnh vµ chøc n¨ng t¹o m« h×nh lµ chøc n¨ng chÝnh trong c¸c phÇn mÒm CAD hiÖn ®¹i.

(cid:1) C¸c phÇn mÒm CAD hiÖn ®¹i dïng 3 lo¹i m« h×nh:

- M« h×nh khung d©y (Wireframe model) dïng l−íi c¸c ®−êng

th¼ng vµ ®−êng cong ®Ó m« t¶ vËt thÓ 3D.

+ §©y lµ d¹ng m« h×nh ®¬n gi¶n nhÊt, ®ßi hái dung l−îng m¸y tÝnh nhá, hiÓn thÞ nhanh.

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

+ Nh−îc ®iÓm cña m« h×nh khung d©y lµ kh«ng thÓ hiÖn râ c¸c bÒ mÆt nªn khã h×nh dung vËt thÓ.

11

- M« h×nh bÒ mÆt (Surface Model), vËt thÓ ®−îc biÓu diÔn b»ng tËp hîp c¸c bÒ mÆt (ph¼ng hay kh«ng gian) cã mµu s¾c. Mét vËt ®Æc ®−îc biÓu diÔn b»ng mét kh«ng gian rçng, kÝn, bÞ giíi h¹n bëi c¸c bÒ mÆt.

+ M« h×nh bÒ mÆt cã thÓ ®−îc t¹o ra b»ng hai c¸ch: cho mét ®−êng cong "quÐt" theo mét ®−êng cong kh¸c hoÆc ®−îc ghÐp tõ c¸c bÒ mÆt c¬ b¶n.

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

+ Do dÔ t¹o, dÔ hiÖu chØnh, m« h×nh bÒ mÆt cho phÐp t¹o ra c¸c mÆt cong phøc t¹p. Tõ m« h×nh bÒ mÆt dÔ dµng t¹o ra quü ®¹o gia c«ng cho c¸c m¸y CNC.

- M« h×nh vËt thÓ ®Æc (Solid Model) lµ d¹ng m« h×nh hoµn chØnh nhÊt, kh«ng chØ cho phÐp h×nh dung vËt thÓ trong kh«ng gian thùc mµ cßn cã thÓ biÓu diÔn c¸c tÝnh chÊt vËt lý, nh− khèi l−îng, to¹ ®é träng t©m, momen qu¸n tÝnh,...

+ M« h×nh solid cã thÓ ®−îc c¾t, bæ ®Ó thÓ hiÖn vËt liÖu bªn trong.

+ Cã thÓ t¹o m« h×nh solid b»ng 2 c¸ch: ghÐp tõ c¸c khèi c¬ së b»ng phÐp hîp (Union), trõ (Subtraction) vµ giao (Intersection) hoÆc cho mét bÒ mÆt chuyÓn ®éng trong kh«ng gian.

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

(cid:1) Ba d¹ng m« h×nh trªn cã thÓ t−¬ng t¸c, trao ®æi cho nhau. V× vËy, trong thiÕt kÕ th−êng kÕt hîp c¶ 3 d¹ng m« h×nh trªn.

12

2.3 Chøc n¨ng ph©n tÝch

(cid:1) Lµ chøc n¨ng tÝnh to¸n ®éng häc, ®éng lùc häc, nhiÖt, øng

suÊt, biÕn d¹ng,... cña c¸c chi tiÕt, c¬ cÊu, thiÕt bÞ vµ hÖ thèng.

(cid:1) C¸c c«ng cô tÝnh to¸n, ph©n tÝch trªn xuÊt hiÖn ®éc lËp víi

CAD, nh−ng ®· ®−îc tÝch hîp vµo CAD ®Ó tËn dông kh¶ n¨ng ®å ho¹ kü thuËt ngµy cµng m¹nh cña nã. Sù tÝch hîp c¸c chøc n¨ng ph©n tÝch vµo CAD lµm xuÊt hiÖn mét thuËt ng÷ míi: CAE (Computer Aided Engineering)

(cid:1) Nhê CAE, chóng ta cã thÓ t¹o vµ kh¶o s¸t c¸c ®èi t−îng vµ

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

M« pháng ®éng lùc häc

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

qu¸ tr×nh mét c¸ch trùc quan.

13

(cid:1) Chøc n¨ng n÷a cã trong hÇu hÕt c¸c phÇn mÒm CAD lµ tÝnh

to¸n c¬ häc vµ nhiÖt nhê ph−¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n (Finite- Element Analysis - FEA).

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

C¶i tiÕn kÕt cÊu nhê FEA

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

(cid:1) ViÖc tÝch hîp FEA vµo CAD cho phÐp t¹o m« h×nh ®èi t−îng, ®Æt t¶i träng, ®Æt c¸c ®iÒu kiÖn rµng buéc mét c¸ch trùc quan ngay trªn m« h×nh. Mäi viÖc chia l−íi, tÝnh to¸n, hiÓn thÞ do phÇn mÒm thùc hiÖn tù ®éng. KÕt qu¶ ph©n tÝch ®−îc xuÊt ra, hiÓn thÞ ngay trªn m« h×nh gèc, cho biÕt sù ph©n bè t¶i träng, biÕn d¹ng vµ vÞ trÝ nguy hiÓm. §ã lµ m«i tr−êng t−¬ng t¸c, cho phÐp söa ®æi - tÝnh to¸n - tèi −u c¸c th«ng sè kü thuËt.

14

(cid:1) PhÇn lín hÖ CAD cã chøc n¨ng tÝnh to¸n c¸c bé truyÒn c¬ khÝ

Th− viÖn c¸c chi tiÕt tiªu chuÈn ®−îc tÝch hîp trong Inventor

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

C¸c chi tiÕt víi kÝch th−íc x¸c ®Þnh ®−îc chän tõ th− viÖn, sau ®ã ®Æt vµo m« h×nh l¾p r¸p.

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

th«ng dông, nh− b¸nh r¨ng, xÝch, ®ai, cam,... kÌm theo th− viÖn chi tiÕt tiªu chuÈn, nh− æ l¨n, vßng bÝt, trôc, chi tiÕt kÑp chÆt,..

15

(cid:1) Sù kÕt hîp gi÷a c¬ së d÷ liÖu víi m« h×nh tham sè cña CAD

t¹o ra mét th− viÖn th«ng minh (Knowledge), cho phÐp thiÕt kÕ "tõ trªn xuèng (Top Down), phï hîp víi ph−¬ng ph¸p t− duy cña kü s− thiÕt kÕ.

(cid:1) KÕt cÊu l¾p r¸p ®−îc ph¸c th¶o d¹ng s¬ ®å, sau ®ã qu¸ tr×nh

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

ThiÕt kÕ côm truyÒn ®éng trªn c¬ së th− viÖn th«ng minh

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

®−îc hiÖn thùc ho¸ trong m«i tr−êng solid 3D.

16

Ph©n tÝch ®éng lùc häc kÕt hîp víi FEA

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

(cid:1) KÕt hîp c«ng cô ph©n tÝch ®éng lùc häc víi FEA cho phÐp x¸c ®Þnh kh«ng chØ sù biÕn thiªn cña lùc, momen, c«ng suÊt,... mµ c¶ øng suÊt ngay trªn m« h×nh ®éng. Dùa vµo ®ã, cã thÓ x¸c ®Þnh nhanh chãng vÞ trÝ c«ng t¸c ë tr¹ng th¸i nguy hiÓm.

(cid:1) Trong CAD cã thÓ tÝch hîp c¸c m« ®un thiÕt kÕ chuyªn dïng, nh− thiÕt kÕ khu«n, thiÕt kÕ ®−êng èng, thiÕt kÕ chi tiÕt vá máng,...

(cid:1) CAD ®ang ph¸t triÓn nhanh chãng v× vËy cÇn kh«ng ngõng cËp

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

nhËt th«ng tin míi.

17

2.4 Chøc n¨ng CAM

(cid:1) CAM xuÊt hiÖn mét c¸ch ®éc lËp víi CAD, nh»m môc ®Ých

riªng ban ®Çu lµ trî gióp lËp tr×nh cho c¸c m¸y CNC.

(cid:1) Xu h−íng tÝch hîp CAD/CAM n¶y sinh tõ nh÷ng n¨m 70 cña

thÕ kû tr−íc ®Ó tËn dông m«i tr−êng ®å ho¹ cña CAD.

(cid:1) HiÖn nay phÇn lín c¸c hÖ CAD hiÖn ®¹i ®Òu cã chøc n¨ng

CAM vµ trë thµnh c¸c hÖ CAD/CAM.

(cid:1) Chøc n¨ng CAM ®−îc h×nh thµnh trong CAD theo 2 h−íng:

- H−íng thø nhÊt, c¸c nhµ s¶n xuÊt phÇn mÒm CAD bæ sung

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

thªm chøc n¨ng CAM vµo s¶n phÈm CAD cña hä ®Ó t¹o ra c¸c phÇn mÒm CAD/CAM thèng nhÊt (Pro/Engineer, Cimatron, CATIA)

- H−íng thø hai, c¸c nhµ chuyªn viÕt phÇn mÒm CAM ph¸t triÓn c¸c modul CAM trªn nÒn c¸c phÇn mÒm CAD cña h·ng kh¸c. B»ng c¸ch nµy, c¸c s¶n phÈm CAD/CAM kÕ thõa ®−îc tinh hoa cña c¸c h·ng s¶n xuÊt hµng ®Çu thÕ giíi trong c¶ 2 lÜnh vùc.

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

VÝ dô, h·ng Pathrace ®· chän c¸c phÇn mÒm CAD ®−îc −a chuéng nhÊt thÕ giíi, nh− Mechanical Desktop, Inventor, Solid Work ®Ó ph¸t triÓn phÇn mÒm EdgeCAM cña hä. KÕt qu¶ lµ sinh ra c¸c tæ hîp CAD/CAM lai (EdgeCAM for Mechanical Desktop, EdgeCAM for Inventor, EdgeCAM for Solid Work).

18

3. Nh÷ng c«ng nghÖ míi trong CAD

KÕt qu¶

KiÓm nghiÖm

Ph¸c th¶o

LËp m« h×nh

ChØnh söa

TÝnh to¸n, ph©n tÝch

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

3.1 ThiÕt kÕ theo tham sè (Parametric Design)

(cid:1) C¸c phÇn mÒm CAD 2D (VD. AutoCAD) buéc ng−êi dïng ph¶i nhËp chÝnh x¸c c¸c kÝch th−íc vµ c¸c quan hÖ h×nh häc gi÷a c¸c ®èi t−îng vµo b¶n vÏ. §iÒu ®ã kh«ng thÓ thùc hiÖn ®−îc khi ch−a cã b¶n thiÕt kÕ hoµn chØnh. V× vËy, chøc n¨ng vÏ dï tèt ®Õn ®©u th× còng kh«ng thÓ ®¶m b¶o cho CAD thµnh c«ng cô trî gióp thiÕt kÕ thùc sù. Muèn cã m«i tr−êng thiÕt kÕ ph¶i cã CAD 3D víi chøc n¨ng m« h×nh ho¸ vµ ph©n tÝch m¹nh víi c¸c c«ng nghÖ thiÕt kÕ míi. C¸c c«ng nghÖ nµy ®¶m b¶o cho ng−êi kü s− thiÕt kÕ theo "quy tr×nh thuËn"

(cid:1) Víi c«ng nghÖ nµy, thay v× ph¶i vÏ chÝnh x¸c ngay tõ ®Çu,

chóng ta b¾t ®Çu b»ng ph¸c th¶o, sau ®ã míi chÝnh x¸c ho¸ b»ng c¸ch g¸n kÝch th−íc vµ c¸c liªn kÕt h×nh häc cho ®èi t−îng.

(cid:1) Chóng ta còng cã thÓ g¸n mèi quan hÖ gi÷a c¸c kÝch th−íc (vÝ dô sù phô thuéc cña ®−êng kÝnh lç vµo chiÒu dµy moay ¬) ®Ó mçi khi thay ®æi chiÒu dµy moay ¬ th× ®−êng kÝnh tù ®éng thay ®æi theo.

(cid:1) C«ng nghÖ tham sè t¹o cho CAD c¸c −u ®iÓm sau:

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

- Gióp ng−êi kü s− h×nh thµnh vµ thÓ hiÖn ý t−ëng thiÕt kÕ ®óng theo quy luËt tù nhiªn cña qu¸ tr×nh t− duy: ®i tõ ph¸c th¶o ý ®å ®Õn chÝnh x¸c ho¸ m« h×nh råi míi xuÊt tµi liÖu thiÕt kÕ.

19

- Lµm cho qu¸ tr×nh thiÕt kÕ ®−îc mÒm dÎo, linh ho¹t. C¸c s¶n

phÈm thiÕt kÕ cã thÓ ®−îc söa ®æi mét c¸ch dÔ dµng, trong bÊt cø giai ®o¹n nµo.

- DÔ kÕ thõa c¸c kÕt qu¶ thiÕt kÕ ®· cã. Nhê c«ng nghÖ nµy mµ ng−êi dïng cã thÓ tù t¹o c¸c th− viÖn c¸c chi tiÕt hoÆc kÕt cÊu m¸y cho riªng m×nh vµ sö dông chóng mét c¸ch hiÖu qu¶.

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

3.2 ThiÕt kÕ h−íng ®èi t−îng (Feature Based Design)

- Gi÷ mèi liªn kÕt gi÷a m« h×nh vµ tµi liÖu thiÕt kÕ.

(cid:1) C«ng nghÖ nµy ®¸nh dÊu mét b−íc tiÕn lín trong c«ng nghÖ

Qu¶n lý m« h×nh theo ®èi t−îng

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

CAD. Thay v× lµm viÖc víi c¸c ®èi t−îng ®¬n gi¶n, nh− ®−êng th¼ng, cung trßn, kÝch th−íc,... rêi r¹c, ng−êi dïng lµm viÖc trùc tiÕp víi c¸c bÒ mÆt (trô, ren, r·nh then), víi c¸c chi tiÕt vµ côm l¾p r¸p. Nhê vËy cã thÓ t¹o c¸c mèi ghÐp, c¸c khíp, cÆp truyÒn ®éng nh− trong thÕ giíi thùc.

20

(cid:1) Nhê c¸c ®èi t−îng ®−îc qu¶n lý chÆt chÏ theo tªn gäi vµ sè l−îng, viÖc t¹o ra c¬ së d÷ liÖu vµ xuÊt b¶ng danh môc s¶n phÈm trong b¶n vÏ l¾p ®−îc thuËn tiÖn vµ dÔ dµng, chÝnh x¸c.

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

3.3 ThiÕt kÕ thÝch nghi (Adaptive Design)

(cid:1) §èi t−îng c¬ së dïng trong CAD hiÖn ®¹i lµ c¸c Feature. Tõ c¸c Feature míi h×nh thµnh c¸c chi tiÕt m¸y, c¸c côm l¾p vµ c¸c s¶n phÈm l¾p r¸p hoµn chØnh.

(cid:1) §Õn nay c«ng nghÖ thiÕt kÕ thÝch nghi cßn rÊt míi, duy nhÊt chØ

cã ë phÇn mÒm Inventor cña Autodesk.

(cid:1) Nã cho phÐp t¹o ra c¸c m« h×nh "th«ng minh", tù thay ®æi kÝch

th−íc ®Ó l¾p võa víi chi tiÕt ®èi øng.

VÝ dô: cµng 1 (chi tiÕt thÝch nghi) kh«ng l¾p võa víi vµnh 2 (chi tiÕt cè ®Þnh) do kÝch th−íc cña chóng kh¸c nhau. Sau khi l¾p ®−îc mÆt bªn tr¸i, cµng 1 tù thay ®æi kÝch th−íc ®Ó l¾p võa mÆt bªn ph¶i cña vµnh 2.

(cid:1) C«ng nghÖ thÝch nghi gióp cho qu¸ tr×nh thiÕt kÕ ®−îc mÒm

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

dÎo vµ n¨ng suÊt h¬n.

21

C«ng nghÖ thÝch nghi cña Autodesk Inventor

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

3.4 C¸c ®èi t−îng c¬ b¶n trong CAD hiÖn ®¹i

(cid:1) Sketch

- Sketch lµ ®èi t−îng h×nh häc ®¬n gi¶n, d¹ng khung d©y 2D

hoÆc 3D, ®−îc dïng ®Ó t¹o ra c¸c Feature.

- Sketch bao gåm c¸c phÇn tö h×nh häc c¬ b¶n (Entity) cña CAD, nh− ®o¹n th¼ng (Line), cung trßn (Arc), vßng trßn (Circle), ch÷ nhËt (Rectang),... ®−îc s¾p xÕp vµ ®Þnh h×nh mét c¸ch cã chñ ®Ých nhê c¸c liªn kÕt (Constraint) vµ c¸c kÝch th−íc (Dimension).

(cid:1) Constraint quy ®Þnh vÞ trÝ t−¬ng quan gi÷a c¸c phÇn tö h×nh

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

häc. C¸c Constraint th−êng dïng lµ:

22

- Same Point: trïng khÝt to¹ ®é 2 ®iÓm

- Horizontal: giãng mét ®−êng thµnh n»m ngang

- Vertical: giãng mét ®−êng thµnh th¼ng ®øng

- Point On Entity: buéc mét ®iÓm n»m trªn mét ®−êng

- Tangent: buéc 2 ®−êng tiÕp tuyÕn víi nhau

- Perpendicular: buéc 2 ®−êng th¼ng vu«ng gãc víi nhau

- Parallel: buéc 2 ®−êng th¼ng song song víi nhau

- Equal Radii: buéc 2 cung trßn cã b¸n kÝnh b»ng nhau

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

- Equal Lengths: buéc 2 ®−êng cã chiÒu dµi b»ng nhau

- Symmetric: buéc 2 ®iÓm ®èi xøng nhau qua mét centerline

- Line Up Horizontal: buéc 2 ®iÓm n»m ngang víi nhau

- Line Up Vertical: buéc 2 ®iÓm th¼ng ®øng víi nhau

- Collinear: buéc 2 ®−êng th¼ng trïng nhau

- Allinment: buéc mét ®iÓm hoÆc mét ®−êng n»m trªn mét ®−êng

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

kh¸c.

23

(cid:1) C¸c kÝch th−íc dïng trong Sketch lµ kÝch th−íc tham sè

(Parametric Dimension).

(cid:1) Kh¸c víi trong CAD truyÒn thèng, mçi ®èi t−îng nhËn c¸c gi¸ trÞ kÝch th−íc cè ®Þnh, trong CAD tham sè, chóng nhËn c¸c tham sè (biÕn) víi gi¸ trÞ thay ®æi ®−îc.

(cid:1) Mçi khi thay ®æi gi¸ trÞ cña tham sè th× b¶n th©n ®èi t−îng bÞ

thay ®æi theo.

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

(cid:1) Gi÷a c¸c tham sè cã thÓ h×nh thµnh mèi quan hÖ (Relation), ®Ó khi mét tham sè thay ®æi th× c¸c tham sè liªn quan còng ®−îc cËp nhËt. §iÒu nµy t¹o sù linh ho¹t cho qu¸ tr×nh thiÕt kÕ.

VÝ dô: Khi thay ®æi gi¸ trÞ chiÒu réng d1 cña khèi hép th× gi¸ trÞ cña chiÒu dµi d2 vµ chiÒu cao d3 thay ®æi theo quan hÖ:

d3=0.8*d1

d2=2*d1

Quan hÖ tham sè

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

d3 = 0.8 · d1 d2 = 2 · d1

24

(cid:1) Feature

- Feature lµ ®èi t−îng h×nh häc 3D c¬ b¶n nhÊt cña Feature

Based CAD, h×nh thµnh hoÆc trî gióp cho h×nh thµnh c¸c m« h×nh chi tiÕt (Part) hoÆc m« h×nh l¾p r¸p (Assembly).

- Theo vai trß cña Feature vµ c¸ch t¹o ra nã trong thiÕt kÕ hoÆc

trong kÕt cÊu, ng−êi ta ph©n biÖt c¸c lo¹i Feature sau:

Sketched Feature: lµ Feature ®−îc t¹o ra tõ Sketch.

+ Sau khi cã Sketch, ng−êi ta míi dïng c¸c c«ng cô m« h×nh ho¸ (Extrude, Revolve, Sweep, Loft,...) ®Ó t¹o ra Feature.

+ Feature ®Çu tiªn trong mçi chi tiÕt ph¶i lµ Sketched Feature.

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

+ Sketched Feature cßn ®−îc gäi lµ Feature c¬ së. C¸c Sketched Feature th−êng lµ c¸c bÒ mÆt c¬ b¶n trong chi tiÕt.

Placed Feature: lµ Feature ®−îc t¹o ra trªn c¬ së c¸c Feature kh¸c.

+ Chóng kh«ng dùa vµo Sketch hoÆc chØ dùa mét phÇn vµo Sketch.

+ C¸c lo¹i Placed Feature c¬ b¶n lµ:

Hole (lç),

Fillet hoÆc Round (vª trßn c¹nh hoÆc gãc),

Chamfer (v¸t c¹nh hoÆc gãc),

Rib (g©n),

Sheet (vá máng).

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

Pro/E gäi c¸c lo¹i nµy lµ Construction Feature.

25

Work Feature: lµ Feature kh«ng cÊu thµnh chi tiÕt mµ chØ gióp Ých cho h×nh thµnh chi tiÕt.

- Chóng th−êng ®−îc dïng lµm chuÈn kÝch th−íc ®Ó ®Þnh vÞ c¸c Feature kh¸c trong chi tiÕt hoÆc ®Ó ®Þnh vÞ c¸c chi tiÕt trong côm l¾p.

- T−¬ng øng víi 3 lo¹i chuÈn c¬ b¶n (mÆt chuÈn, trôc chuÈn,

®iÓm chuÈn) cã 3 lo¹i Work Feature lµ:

Work Plane, Work Axis vµ Work Point.

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

Pro/E gäi c¸c Work Feature lµ Datum: Datum Plane, Datum Axis, Datum Point.

(cid:1) Part

- Kh¸i niÖm Part t−¬ng øng víi kh¸i niÖm chi tiÕt m¸y trong c¬

khÝ. V× vËy, khi lµm viÖc víi c¸c phÇn mÒm thiÕt kÕ c¬ khÝ nªn gäi Part lµ chi tiÕt m¸y, hay ®¬n gi¶n lµ chi tiÕt.

- Khi l¾p r¸p, ng−êi ta cßn dïng tõ Component (cÊu tö) ®Ó chØ

Part hoÆc Sub Assembly (côm l¾p con).

(cid:1) Assembly

- Assembly ®−îc hiÓu t−¬ng tù nh− trong c¬ khÝ lµ côm l¾p ®éc

lËp.

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

- Assembly ®−îc h×nh thµnh b»ng c¸ch ghÐp chi tiÕt hoÆc c¸c côm l¾p con (Sub Assembly) nhê c¸c mèi ghÐp (Constraint). S¬ ®å cÊu tróc cña Assembly cã d¹ng nh¸nh c©y.

26

(cid:1) Sub Assembly

- Sub Assembly ®−îc hiÓu t−¬ng tù nh− trong l¾p r¸p c¬ khÝ lµ

côm l¾p con.

- Nã ®−îc h×nh thµnh tõ c¸c chi tiÕt hoÆc c¸c côm l¾p con kh¸c.

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

Sub Assembly kh¸c víi Assembly chØ ë tÝnh ®éc lËp.

4. Mét sè gi¶i ph¸p c«ng nghÖ míi trong CAD/CAM/CAE

4.1 C«ng nghÖ sè hãa bÒ mÆt

(cid:1) C«ng nghÖ sè ho¸ c¸c bÒ mÆt 3D (3D Scanning, hoÆc 3D

Digitiging) xuÊt hiÖn tõ cuèi thÕ kû tr−íc vµ ®· nhanh chãng ®−îc phæ cËp trong thiÕt kÕ c¬ khÝ, nhÊt lµ trong c¸c ngµnh c«ng nghiÖp « t«, hµng kh«ng vò trô, chÕ t¹o khu«n mÉu,... ë ®ã nhiÒu chi tiÕt cã h×nh d¹ng phøc t¹p. Sau ®ã c«ng nghÖ nµy cã mÆt trong nhiÒu lÜnh vùc kh¸c, nh− ®iªu kh¾c (chÕ t¸c t−îng), y häc (chÕ t¸c x−¬ng thay thÕ), nh©n tr¾c häc (ghi vµ kh¶o s¸t khung d¹ng ng−êi).

(cid:1) C«ng nghÖ thiÕt kÕ, chÕ t¹o dïng thiÕt bÞ sè ho¸ ®Ó copy mÉu

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

vËt lý ngµy nay ®−îc gäi lµ c«ng nghÖ t¸i t¹o (Reverse Engineering - RE).

27

(cid:1) HÖ thèng sè ho¸ 3D gåm cã phÇn cøng (thiÕt bÞ dß, chôp mÉu) ®Ó lÊy mÉu (®o, ghi d÷ liÖu bÒ mÆt) d−íi d¹ng l−íi ®iÓm hoÆc d÷ liÖu tam gi¸c vµ phÇn mÒm ®Ó xö lý d÷ liÖu nhËn ®−îc.

(cid:1) KÕt qu¶ cña qu¸ tr×nh th−êng lµ d÷ liÖu d¹ng CAD, cho phÐp

hiÖu chØnh (n¾n söa, thay ®æi kÝch th−íc, thªm bít ®èi t−îng,...) ®Ó tõ ®ã xuÊt ra b¶n vÏ kü thuËt, ch−¬ng tr×nh cho m¸y CNC hoÆc d÷ liÖu STL cho thiÕt bÞ t¹o mÉu nhanh.

(cid:1) Theo ph−¬ng ph¸p lÊy mÉu, cã 2 lo¹i thiÕt bÞ lµ lÊy mÉu cã tiÕp

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

a) Ph−¬ng ph¸p tiÕp xóc

xóc vµ lÊy mÉu kh«ng tiÕp xóc.

- Ph−¬ng ph¸p tiÕp xóc th−êng dïng mét ®Çu dß, cho tr−ît trªn bÒ mÆt theo l−íi ®Þnh tr−íc vµ liªn tôc ghi l¹i c¸c to¹ ®é nhËn ®−îc. §Çu dß cã thÓ ®−îc g¾n lªn vµ ®−îc ®iÒu khiÓn bëi m¸y ®o to¹ ®é 3 chiÒu (Coordinate Measuring Machine - CMM), m¸y CNC hoÆc tay c¬ khÝ (ng−êi trùc tiÕp di chuyÓn).

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

- Nh−îc ®iÓm chÝnh cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ do ®Çu dß c¬ khÝ g©y nªn, nh− kh«ng thÓ dß c¸c khe, gãc hÑp vµ cã thÓ g©y biÕn d¹ng chi tiÕt nÕu chi tiÕt mÒm.

28

- HiÖn nay ph−¬ng ph¸p dß tiÕp xóc vÉn ®ang ®−îc dïng phæ

Sè ho¸ dïng ®Çu dß tiÕp xóc vµ øng dông trong c¸c ngµnh c«ng nghiÖp

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

biÕn.

- §Çu dß tiÕp xóc ®−îc sö dông cho c¸c bÒ mÆt tr¬n.

- §Çu dß laser phï hîp h¬n víi c¸c bÒ mÆt gå ghÒ phøc t¹p th−êng gÆp trong nghÖ thuËt, nh− mÉu hu©n huy ch−¬ng, t−îng,...

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

- PhÇn mÒm xö lý d÷ liÖu ®i kÌm thiÕt bÞ kh«ng chØ cã chøc n¨ng chuyÓn ®æi d÷ liÖu ®o sang d÷ liÖu CAD mµ cßn cho phÐp hiÖu chØnh (thu, phãng chung hoÆc theo tõng trôc riªng biÖt, lÊy ®èi xøng, t¹o m¶ng ®èi t−îng,...), xuÊt d÷ liÖu cho c¸c hÖ CAD kh¸c hoÆc xuÊt ch−¬ng tr×nh cho m¸y gia c«ng (m¸y CNC, EDM, RP).

29

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

ThiÕt bÞ ®o d¹ng c¸nh tay

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

30

b) C¸c ph−¬ng ph¸p kh«ng tiÕp xóc dïng tia laser

D¹ng chôp ¶nh

M¸y quÐt laser

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

QuÐt bÒ mÆt b»ng thiÕt bÞ quÐt laser

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

C¸c ph−¬ng ph¸p kh«ng tiÕp xóc dïng tia laser hoÆc c¸c dông cô quang häc kh¸c ®Ó dß hoÆc chôp ¶nh bÒ mÆt vËt cÇn ®o (quÐt), sau ®ã nhê phÇn mÒm xö lý ¶nh, chuyÓn thµnh d÷ liÖu cña CAD. §é chÝnh x¸c cña ph−¬ng ph¸p nµy tuú thuéc thiÕt bÞ chôp ¶nh vµ thiÕt bÞ xö lý ¶nh, cã thÓ ®¹t ®Õn – 50 m m.

31

Sè hãa nhê thiÕt bÞ chôp ¶nh

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

- Qu¸ tr×nh sè ho¸ 3D rÊt ®¬n gi¶n. §Çu tiªn, vËt thÓ ®−îc chôp

¶nh. TÝn hiÖu thu ®−îc cã 2 phÇn:

- PhÇn d÷ liÖu biªn d¹ng h×nh häc bao c¸c bÒ mÆt vµ phÇn d÷

liÖu mµu t−¬ng øng.

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

- PhÇn mÒm dùa vµo ®ã ph©n tÝch, xö lý vµ chuyÓn thµnh d÷ liÖu CAD d−íi d¹ng m« h×nh bÒ mÆt ®Ó tõ ®ã xuÊt ra cho c¸c m¸y gia c«ng ®iÒu khiÓn sè hoÆc thiÕt bÞ t¹o mÉu nhanh.

32

Sè hãa 3D dïng thiÕt bÞ quÐt laser

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

Sè hãa 3D nhê thiÕt bÞ quÐt laser

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

33

4.2 C«ng nghÖ t¹o mÉu nhanh

(cid:1) C«ng nghÖ t¹o mÉu nhanh (Rapid Prototyping - RP) lµ tËp hîp c¸c c«ng nghÖ s¶n xuÊt c¸c m« h×nh vËt lý b»ng ph−¬ng ph¸p ®¾p vËt liÖu, ®−îc ®iÒu khiÓn b»ng d÷ liÖu cña CAD

(cid:1) ThiÕt bÞ t¹o mÉu nhanh (dïng c«ng nghÖ StereoLithograpy –

SL) gåm 3 phÇn chÝnh:

- BÓ ®ùng dung dÞch polymer nh¹y ¸nh s¸ng, nghÜa lµ sÏ bÞ ho¸

cøng khi cã ¸nh s¸ng chiÕu vµo

- ThiÕt bÞ ph¸t vµ ®iÒu khiÓn tia laser

- M¸y tÝnh víi phÇn mÒm CAD 3D vµ phÇn mÒm ®iÒu khiÓn thiÕt

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

Nguyªn lý lµm viÖc

M« h×nh solid cña vËt thÓ trong phÇn mÒm CAD 3D ®−îc c¾t thµnh tõng líp máng (cì 0,02 ®Õn 0,12 mm). Biªn d¹ng cña c¸c líp ®−îc l−u vµo file riªng d−íi d¹ng STL. Tia laser ®−îc ®iÒu khiÓn, quÐt tõng dßng trong khu vùc cña biªn d¹ng bÒ mÆt. Tia quÐt ®Õn ®©u th× chÊt láng bÞ ho¸ cøng ®Õn ®ã vµ t¹o thµnh mét líp máng. Sau ®ã, tÊm ®Õ dÞch xuèng mét kho¶ng b»ng bÒ dµy cña líp vµ líp kh¸c ®−îc tiÕp tôc t¹o ra cho ®Õn khi vËt thÓ ®−îc t¹o xong.

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

bÞ.

34

M¸y in 3D vµ c¸c s¶n phÈm

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

C¸c s¶n phÈm in nhanh 3D

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

35

(cid:1) ¦u ®iÓm cña RP

- T¹o ra mÉu nhanh h¬n so víi c¸c ph−¬ng ph¸p truyÒn thèng.

- Ngoµi c¸c −u ®iÓm chÝnh cña RP lµ nhanh, rÎ, RP cßn cã c¸c −u ®iÓm kh¸c, nh− t¹o ®−îc c¸c mÉu, khu«n, chi tiÕt phøc t¹p, kÓ c¶ chi tiÕt cã vïng rçng kÝn.

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

- Mét sè thiÕt bÞ cã thÓ t¹o mÉu nhiÒu mµu, dïng trong chÕ t¹o s¶n phÈm dïng ngay hoÆc t¹o mÉu thö, tr−ng bµy vµ chµo hµng.

(cid:1) Nh−îc ®iÓm cña RP

- Ph¶i dïng c¸c vËt liÖu ®Æc biÖt, cã c¬ lý tÝnh kh¸c h¼n so víi

vËt liÖu dïng cho s¶n phÈm thùc, th−êng cã c¬ tÝnh, kh¶ n¨ng chÞu nhiÖt,... kÐm. Mét sè lo¹i vËt liÖu rÊt ®¾t tiÒn.

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

- §é chÝnh x¸c vµ chÊt l−îng bÒ mÆt cña mÉu th−êng kÐm. MÉu sau khi ®Þnh h×nh xong trªn thiÕt bÞ t¹o mÉu nhanh th−êng ph¶i ®−îc gia c«ng bæ sung (lµm s¹ch bÒ mÆt, ho¸ cøng vËt liÖu, ®¸nh bãng, s¬n, tÈm,...). Qu¸ tr×nh nµy ®−îc gäi chung lµ hËu xö lý (Post-processing).

36

So s¸nh hiÖu qu¶ cña RP so víi c¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng th«ng th−êng

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

(cid:1) §Õn nay ®· xuÊt hiÖn hµng chôc c«ng nghÖ t¹o mÉu nhanh víi c¸c tªn gäi kh¸c nhau, nh−ng theo d¹ng vËt liÖu sö dông cã thÓ ®−îc gép thµnh 4 nhãm:

- Lµm ®«ng cøng chÊt láng c¶m quang theo tõng líp b»ng

laser.

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

- Tr¶i vËt liÖu bét theo líp, sau ®ã liªn kÕt bét b»ng keo hoÆc nhiÖt (hµn, thiªu kÕt). Mét sè ph−¬ng ph¸p ®−îc biÕt ®Õn, nh− dïng tia laser ®Ó thiªu kÕt vËt liÖu bét (Selective Laser Sintering - SLS), dïng tia laser ®Ó nung ch¶y bét (Selective Laser Melting - SLM), dïng keo ®Ó liªn kÕt vËt liÖu bét (3D Printing).

37

- Phun vËt liÖu láng hoÆc vËt liÖu ë tr¹ng th¸i nãng ch¶y theo

líp vµ ®Ó cho cøng tù nhiªn. Thuéc nhãm nµy cã phun vËt liÖu láng qua nhiÒu ®Çu phun (Multi-jet Modeling - MJM), phun polymer láng (Polyjet), phun vËt liÖu nung ch¶y (Fused Deposition Modeling - EDM),...

- C¾t, d¸n vËt liÖu tÊm theo tõng líp.

- C¸c ph−¬ng ph¸p thuéc nhãm nµy ®−îc gäi lµ LOM

(Laminated Object Manufacturing)

- VËt liÖu tÊm cã bÒ dµy t−¬ng øng víi bÒ dµy cña líp c¾t

trong m« h×nh CAD, ®−îc c¾t theo ®−êng bao cña mçi líp.

- C¸c líp ®−îc d¸n víi nhau b»ng keo, b»ng nhiÖt,... ®Ó t¹o

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

thµnh khèi.

- ¦u ®iÓm cña LOM lµ rÎ, nhanh.

- Nh−îc ®iÓm cña nã lµ ®é chÝnh x¸c vµ ®é bãng cña mÉu

kh«ng cao, c¬ tÝnh th−êng kh«ng tèt. MÉu sau khi t¹o b»ng LOM th−êng ph¶i ®−îc gia c«ng, xö lý tiÕp.

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

(cid:1) LÜnh vùc øng dông cña RP kh«ng ngõng më réng, kh«ng chØ giíi h¹n trong t¹o mÉu mµ c¶ sang chÕ t¹o dông cô (khu«n, cèi) vµ chÕ t¹o c¸c s¶n phÈm dïng ngay (chi tiÕt m¸y, mÈu x−¬ng ng−êi thay thÕ,...). Tõ ®ã ®· xuÊt hiÖn thªm 2 nh¸nh, lµ Rapid Tooling (RT) vµ Rapid Manufacturing (RM).

38

Chi tiÕt c¸nh turbine cao tèc ®−îc chÕ t¹o b»ng vËt liÖu gèm theo c«ng nghÖ RP

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

- ChÕ t¹o nhanh, cßn ®−îc gäi lµ gia c«ng sè trùc tiÕp (Direct Digital Manu−fac−turing) lµ øng dông nguyªn t¾c t¹o mÉu nhanh ®Ó lµm ra s¶n phÈm dïng ngay mµ kh«ng cÇn qua sù gia c«ng nµo kh¸c. B»ng ph−¬ng ph¸p nµy cã thÓ chÕ t¹o c¸c chi tiÕt m¸y, m¶nh x−¬ng thay thÕ trong phÉu thuËt.

- ChÕ t¹o dông cô nhanh lµ ph−¬ng ph¸p øng dông nguyªn t¾c t¹o mÉu nhanh ®Ó chÕ t¹o (trùc tiÕp hay gi¸n tiÕp) dông cô, khu«n, cèi,... dïng ngay mµ kh«ng cÇn qua sù gia c«ng nµo kh¸c.

- Cã 2 ph−¬ng ph¸p t¹o khu«n dïng RP: gi¸n tiÕp vµ trùc tiÕp.

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

- Theo ph−¬ng ph¸p gi¸n tiÕp, dïng c«ng nghÖ RP chÕ t¹o mÉu trung gian, sau ®ã dïng mÉu trung gian ®Ó ®óc ra khu«n. VÒ b¶n chÊt, ph−¬ng ph¸p chÕ t¹o gi¸n tiÕp t−¬ng tù nh− dïng mÉu gç ®Ó lµm khu«n c¸t tr−íc ®©y, chØ kh¸c lµ mÉu gç ®−îc thay b»ng mÉu RP.

39

- Ph−¬ng ph¸p chÕ t¹o trùc tiÕp, dïng c«ng nghÖ RP ®Ó chÕ t¹o khu«n tõ d÷ liÖu CAD. V× vËy, ph−¬ng ph¸p nµy cßn ®−îc gäi lµ chÕ t¹o dông cô sè trùc tiÕp (Direct Digital Tooling).

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

(cid:1) HiÖn nay cã nhiÒu c«ng nghÖ t¹o mÉu nhanh nªn chän c«ng nghÖ nµo lµ bµi to¸n khã. Tr−íc hÕt, cÇn xuÊt ph¸t tõ yªu cÇu kü thuËt cña s¶n phÈm: kÝch th−íc, ®é chÝnh x¸c, ®é bãng bÒ mÆt, c¬ tÝnh, mµu s¾c,... Sau ®ã, tra cøu tham sè cña c¸c thiÕt bÞ ®Ó chän, cã c©n nh¾c vÒ chi phÝ, ¶nh h−ëng tíi m«i tr−êng,...

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

B¶ng so s¸nh mét sè thiÕt bÞ víi c¸c c«ng nghÖ kh¸c nhau.

40

(cid:1) Trong sè c¸c c«ng nghÖ vµ thiÕt bÞ ®· liÖt kª ë b¶ng trªn, c«ng nghÖ 3DP lµ phï hîp h¬n c¶ cho ®a sè c¸c øng dông c¬ khÝ v× nã cã c¸c −u ®iÓm sau:

- Tuy kh«ng b»ng c¸c ph−¬ng ph¸p SLA hoÆc SLS, nh−ng ®é

chÝnh x¸c vµ chÊt l−îng bÒ mÆt nhËn ®−îc tõ 3DP ®ñ ®¸p øng yªu cÇu. Khi cÇn ®é bãng cao, cã thÓ gia c«ng bæ sung, nh− ®¸nh bãng, s¬n tÈm,...

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT

- Tèc ®é in cao. M¸y Z510 cã 4 ®Çu phun, 1216 lç cã thÓ t¹o mçi líp trong kho¶ng 30 gi©y kh«ng phô thuéc vµo ®é phøc t¹p, nhanh gÊp 50 lÇn so víi c¸c ph−¬ng ph¸p kh¸c.

- Cã thÓ t¹o s¶n phÈm víi mµu thùc (m¸y Z510 cã thÓ in mÉu tíi 24 bÝt mµu). §iÒu nµy ®Æc biÖt tiÖn lîi cho t¹o mÉu thö hoÆc tr−ng bµy, tiÕp thÞ. Mµu cña chi tiÕt do chÊt láng dÝnh kÕt t¹o ra nªn kh«ng sî bÞ bong, trãc nh− s¬n phñ.

- VËt liÖu phong phó, rÎ tiÒn. Cã thÓ nãi c¸c vËt liÖu t¹o bét ®−îc ®Òu cã thÓ dïng cho 3DP. H¬n n÷a cßn cã hÖ thèng thu bét thõa, tiÕt kiÖm ®¸ng kÓ vËt liÖu.

- ThiÕt bÞ 3DP rÎ, dÔ sö dông vµ chi phÝ sö dông thÊp. C«ng

TS. Trần ðức Tăng – Khoa HKVT