Ứng dụng của công nghệ
CAD/CAM/CAF trong việc thiết
kế, đánh giá và chế tạo chi tiết
Chương 1: ỨNG DỤNG CỦA CÔNG
NGH
Ệ CAD/CAM TRONG GIA
CÔNG CƠ KHÍ
1.1 Giới thiệu về CAD/CAM/CAE
CAD - Computer Aided Design: Thiết kế trợ giúp bằng máy
tính. Mục tiêu của lĩnh vực CAD là tự động hóa từng bước, tiến
t
ới tự động hóa cao hơn trong thiết kế sản phẩm.
CAM - Computer Aided Manufacturing:
Chế tạo sản xuất có
s
ự trợ giúp của máy tính. Mục tiêu của CAM là: Mô phỏng quá
trình ch
ế tạo, lập trình chế tạo sản phẩm trên các mấy công cụ tự
độ
ng CNC (Computer Numerical Control –Điều khiển số dùng
máy tính).
Quá trình CAM được thực hiện trên hệ thống máy công
cụ điều khiển số NC, CNC.
CAE - Computer Aided Engineering:
Kĩ thuật mô hình hóa và
t
ạo mẫu nhanh trong thiết kế, chế thử sản phẩm. Công nghệ CAE
Một số phần mềm CAD/CAM dùng trong cớ khí chế tạo, sản
xu
ất công nghiệp:
AUTOCAD: Dùng cho thiết cơ khí, xây dựng, kiến trúc,
điện, điện tử.
UNIGRAPHICS: Rất mạnh trong thiết kế, tính toán cơ khí
chế tạo
DOLIDWORK : Rất mạnh trong thiết kế, tính toán cơ khí
chế tạo và xây dựng
CIMATRON: Tích hợp liên hoàn CAD/CAM/CNC cho cơ
khí chế tạo
MASTER CAM: Tích hợp liên hoàn CAD/CAM/CNC cho
cơ khí chế tạo
DENFORD: Giải pháp CAD/CAM/CNC trọn gói
CATIA: Là phần mềm chuyên thiết kế các sản phẩm 3D có
s
ự hỗ trợ của máy tính, là bộ phần mềm có sự phức hợp của
CAD/CAM/CAE
PRO/ENGINEER: Là phần mềm CAD/CAM/CAE tích hợp,
có nhi
ều chức năng trợ giúp thiết kế, phân tích kĩ thuật và lập trình
cho máy NC
1.3 Chức năng, ứng dụng và lợi ích của CAD/CAM
1.3.1 Ch
ức năng của CAD/CAM
Khác biệt cơ bản với qui trình thiết kế theo công nghệ truyền
th
ống, CAD cho phép quản lý đối tượng thiết kế dưới dạng mô
hình hình h
ọc số trong cơ sở dữ liệu trung tâm, do vậy CAD có khả
- T
ạo bản vẽ và ghi kích thước tự động: có khả năng liên kết các
b
ản vẽ 2D với mô hình 3D và ngược lại.
- Liên k
ết với các chương trình tính toán thực hiện các chức
năng phân tích kỹ thuật: tính biến dạng khuôn, mô phỏng dòng
ch
ảy vật liệu, trường áp suất, trường nhiệt độ, độ co rút vật liệu,
- N
ội suy hình học, biên dịch các kiểu đường chạy dao chính xác
cho công ngh
ệ gia công điều khiển số.
- Giao ti
ếp dữ liệu theo các định dạng đồ hoạ chuẩn.
- Xu
ất dữ liệu đồ hoạ 3D dưới dạng tập tin STL để giao tiếp
v
ới các thiết bị tạo mẫu nhanh theo công nghệ tạo hình lập thể.
1.3.2 Những ứng dụng của CAD/CAM trong ngành chế tạo
máy
Tạo mẫu nhanh thông qua giao tiếp dữ liệu với thiết bị tạo
m
ẫu nhanh theo công nghệ tạo hình lập thể (đo quét toạ độ)
Giảm đáng kể thời gian mô phỏng hình học bằng cách tạo mô
hình hình h
ọc theo cấu trúc mặt cong từ dữ liệu số.
Chức năng mô phỏng hình học mạnh, có khả năng mô tả
những hình dáng phức tạp nhất.
Khả năng mô hình hoá cao cho các phương pháp phân tích,
- Phân tích ch
ức năng vận hành tốt hơn nên giảm khâu thử
nghiệm trên mẫu
- Thu
ận lợi cho việc lập hồ sơ, tư liệu
- B
ản thiết kế có tính tiêu chuẩn cao
-
Nâng cao năng suất thiết kế dụng cụ cắt
- D
ễ tiết kiệm về chi phí, giảm giá thành
- Giảm thời gian đào tạo hội họa viên và lập trình viên cho máy
NC
- Ít sai sót trong l
ập trình cho máy NC
-
Giúp tăng cường sử dụng các chi tiết máy và dụng cụ cắt có sẵn
- Thi
ết kế dễ phù hợp với các kỹ thuật chế tác hiện có.
- Ti
ết kiệm vật liệu và thời gian máy nhờ các thuật toán tối ưu.
- Nâng cao hi
ệu quả quản lý trong thiết kế.
- D
ễ kiểm tra chất lượng sản phẩm phức tạp.
- Nâng cao hi
ệu quả giao diện thông tin và dễ hiểu nhau hơn giữa
các nhóm k
ỹ
sư, thiết kế viên, hội họa viên, quản lý và các nhóm khác.
Thời gian chỉ dẫn trong thiết kế được rút ngắn dẫn đến kết quả là
làm gi
ảm thời gian kể từ khi nhận đơn đặt hàng đến khi giao sản
ph
ẩm.
3. Phân tích thi
ết kế
Các chương trình phân tích thiết kế có sẵn trong một hệ CAD
giúp quá trình thi
ết kế diễn ra theo những khuôn mẫu tác nghiệp có
logic h
ơn, không cần phải trao đi đổi lại giữa nhóm thiết kế và
nhóm phân tích mà c
ũng những con người ấy, họ vẫn có thể tiến
hành công vi
ệc phân tích khi bản thiết kế vẫn còn nằm trên máy
tính c
ủa trạm thiết kế. Điều đó giúp cho người kỹ sư tập trung tư
tưởng hơn vì họ đang đối thoại trực tiếp với bản thiết kế cuả mình.
Nh
ờ khả năng phân tích này mà bản thiết sẽ tối ưu hơn. Mặt khác,
th
ời gian thiết kế nói chung cũng sẽ được tiết kiệm hơn do sự phân
tích thi
ết kế giờ đây ứng xử nhanh hơn và không còn mất thời gian
trao đi đổi lại từ bản vẽ của người thiết kế tới bàn làm việc của
ng
ười phân tích như trước đây nữa.
Hãy l
ấy việc thiết kế động cơ máy bay làm ví dụ. Ở đây trọng
và làm d
ự trù vật liệu bằng cách thủ công thì ở đây đều bị loại bỏ.
S
ở dĩ có thể chính xác như vậy chủ yếu là do khi đã có bản vẽ ban
đầu rồi thì các thông tin về nó không còn phải quản lý bằng cách
th
ủ công nữa. Mặt khác, các công việc lặp đi lặp lại, tốn nhiều thời
gian sau khi có b
ản vẽ nói trên như di chuyển nhiều ký hiệu hay
hình v
ẽ, sắp xếp theo khu vực hay theo chi tiết cùng loại v.v đều
được thực hiện nhanh chóng với kết quả chính xác và nhất quán.
Nh
ờ khả năng tương tác người - máy, các hệ CAD còn có khả năng
đặ
t câu hỏi xem dữ liệu đưa vào có mắc lỗi không. Đương nhiên
các kh
ả năng kiểm tra việc vào dữ liệu loại này tuỳ thuộc vào ý
định của các nhà thiết kế hệ CAD muốn đặt câu hỏi cho dữ liệu
đầu vào nào và hỏi cái gì để người thiết kế tự kiểm tra lại xem
mình vào
đã đúng chưa
5. Các phép tính thiết kế có độ chính xác cao hơn
Độ chính xác toán học trong hệ CAD là 14 con số có nghĩa sau
d
ấu chấm thập phân. Đặc biệt độ chính xác khi thiết kế các đường
và m
ặt ba chiều thì cho đến nay chưa có phương pháp tính tay nào
so sánh được. Độ chính xác do sử dụng các hệ CAD còn thể hiện ở
rất nhiều phương diện. Chẳng hạn các chi tiết được đặt tên và đánh
ti
ếp vào phép chiếu được sử dụng trong bản vẽ đó: chiếu phối cảnh
d
ễ hình dung hơn chiếu trực lượng, và chiếu trực lượng dễ hình
dung h
ơn chiếu trực giao.
Trên th
ực tế, hầu hết các bản vẽ kết cấu là từ các đường nét kết
h
ợp lại, nếu được đánh bóng thêm vào thì chúng càng dễ hiểu hơn,
và đánh màu càng làm nổi bật hơn nữa. Cuối cùng, phép hoạt hoá
hình
ảnh trên màn hình CRT càng giúp cho người quan sát dễ hiểu
thêm m
ột mức nữa.
8. Các th
ủ tục thay đổi kỹ thuật được cải thiện hơn
Các b
ản vẽ và các tư liệu gốc được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu
c
ủa hệ CAD. Điều đó cho phép truy nhập dễ hơn là khi chúng
được cất trong kho lưu trữ thông thường, cho phép kiểm tra lại
chúng m
ột cách nhanh chóng dựa theo những thông tin mới. Do
vi
ệc lưu trữ dữ liệu là rất đảm bảo nên các thông tin quá khứ trong
các b
ản vẽ trước kia vẫn rất dễ dàng lưu lại trong cơ sở dữ liệu của
h
ệ CAD, thuận tiện cho việc so sánh với những yêu cầu của bản vẽ
ph
ần mềm Catia có thể mô phỏng chuyển động của cụm chi tiết, cơ
cấu hay máy cơ khí đã lắp ráp một ở trên một cách sinh động.
S
ự chuyển đổi giữa các môi trường làm việc trong Catia hết sức
linh ho
ạt bằng cách sử dụng thanh Start giúp cho người thiết kế
cảm thấy thoải mái và tiết kiệm được nhiều thời gian.
V
ới những phần mềm thiết kế cơ khí khác như Pro/E, Solid
Edge, Solid Work, Để
bắt đầu lắp ráp các chi tiết máy đã thiết kế
bạn cần thực hiện các thao tác như thoát file của chi tiết bạn đang
thiết kế và tạo một file lắp ráp mới rất mất thời gian. Đối với Catia,
ngay khi b
ạn đang làm việc trong môi trường thiết kế chi tiết mà
b
ạn muốn chuyển đổi sang môi trường lắp ráp thì bạn chỉ việc
ch
ọn thanh công cụ Start và sau đó chọn môi trường lắp ráp chi tiết
là b
ạn đã thực hiện bước tạo file lắp ráp rất nhanh chóng và linh
ho
ạt. Hoặc khi muốn mô phỏng chuyển động của cơ cấu đã lắp ráp
bạn cũng chỉ việc thực hiện thao tác tương tự như ở trên để vào
môi trường mô phỏng chuyện động. Ngoài ra bạn có thể thấy được
nh
ững chức năng, tính năng thiết kế và mô phỏng của Catia khi
b
ạn sử dụng nó.
Machining (gia công CNC)
- Module Analysis & Simulation có 2 module nh
ỏ: Advanced
Meshing tools, Generative Structural Analysis: phân tích độ bền
gi
ới hạn (Phương pháp phần tử hữu hạn)
II. Tổng quan về giao diện của Catia
1. Thanh Menu: Bao gồm các thanh như: Start, File, Edit,
Views, Insert, Tools, Analyze, Window, Help…
- Star Menu: Dùng chuy
ển đổi giữa các môi trường làm việc
- File Menu: Bao g
ồm các lệnh như New, Open , Save, Save As,
Close, Print. Nó cũng chứa một danh sách các file đã dùng trước
đó.
- Edit menu: Bao gồm các lệnh như Cut, Copy, Paste, Update.
Menu này tương tự
danh sách sổ xuống.
- Views Menu: Là menu quan tr
ọng nhất gồm tất cả các công cụ
và lựa chọn điều khiển (Manupulating) như Zoom, Pan, Rotate
và lựa chọn Render.
- Insert Menu: Gồm các lệnh dùng để chèn các vật thể hay một chi
ti
ết trong file.
- Tools Menu: Là menu quan tr
ọng sử dụng để gán các thuộc tính
s
ử dụng cho môi trường làm việc của Catia.
-
- Geometry Area: Là vùng đồ họa phía dưới specifitation tree
hay bao g
ồm toàn bộ màn hình. Hộp thoại Geometry Overview cho
phép ta quan sát toàn b
ộ những vật thể có trong màn hình.
H
ộp thoại này cũng cho phép di chuyển và phóng to, thu nhỏ
khung nhìn.
3. Compass : Catia cung cấp 3D Compass cho phép người dùng
có th
ể thay đổi khung nhìn và di chuyển các vật thể trong chương
trình. 3D Compass n
ằm ở phía trên bên phải của màn hình.
Chương 4: Các thanh công cụ và biểu
tượng (Toolbars & Icons)
- Vị trí của các thanh công cụ và biểu tượng được chỉ tương
ứ
ng trên hình vẽ.
- Các biểu tượng được chứa trong các thanh công cụ, sử dụng
để thực thi các lệnh mà người sử dụng muốn thực hiện.
Hình 1.3. Hệ trục tọa độ 3D trong Catia
- Tùy môi trường mà bạn đang làm việc mà có các thanh công
c
ụ chứa những biểu tượng với những chức năng khác nhau. Chúng
sẽ được trình bày cụ thể trong các chương tiếp theo.
1.4.2 Sơ lược về cách sử dụng phần mềm Catia trong CAD
Các b
ước thiết kế chung:
I. Gi
ới thiệu vẽ phác và môi trường vẽ phác (Sketcher)
- Snap to point (1): Chức năng này được kích hoạt mặc định,
khi nó được kích hoạt thì con trỏ sẽ tự động nhảy đến các nút của
Grid khi chúng ta di chuy
ển con trỏ trên màn hình.
Construction/ Standard Element (2):
+ Construction: Các Construction là các đường tạm thời,
thường được dùng để xây dựng lên các đường khác. Các
Contruction t
ự động ẩn đi sau khi thoát khỏi Sketch.
+ Standard: Là các đường được dùng để xây đựng lên bản vẽ
Sketch, nó vẫn còn lưu lại sau khi thoát khỏi Sketch.
- Geometrical Constraints (3): Chức năng này được kích hoạt
s
ẽ cho phép chúng ta đặt các ràng buộc giữa các đối tượng hình
h
ọc.
- Dimensional Constraints (4): Cho phép đặt các ràng buộc về
kích thướ
c.
- Các thông số của
Copyright: Tài liệu đại học ©