ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
MỤC LỤC
MỤC LỤC........................................................................................................1
LỜI MỞ ĐẦU..................................................................................................2
CHƯƠNG I: ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ CAD/CAM TRONG GIA
CÔNG CƠ KHÍ...............................................................................................4
1.1Giới thiệu về CAD/CAM/CAE ................................................................4
1.2Một số phần mềm CAD/CAM sử dụng trong cơ khí chế tạo....................5
1.3.1 Chức năng của CAD/CAM..............................................................5
1.3.2 Những ứng dụng của CAD/CAM trong ngành chế tạo máy..........6
.................................................................................................................6
1.3.3 Lợi ích của CAD/CAM.....................................................................7
1.4 Tìm hiểu về phần mềm Catia.................................................................11
1.4.2 Sơ lược về cách sử dụng phần mềm Catia trong CAD....................16
1.4.3 Sử dụng Catia trong CAM...............................................................22
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHẦN TỬ........................29
HỮU HẠN.....................................................................................................30
2.1 Giới thiệu chung về phương pháp phần tử hữu hạn.............................30
2.2 Khái niệm về phương pháp phần tử hữu hạn.......................................30
2.3 Nội dung của phương pháp phần tử hữu hạn.......................................31
2.3.1 Trình tự phân tích bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn......33
2.3.2 Hàm xấp xỉ - phép nội suy...............................................................34
2.4 Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn trong thực tế......................39
2.5 So sánh PPPTHH với phương pháp sai phân hữu hạn (PPSPHH) ....40
GVHD: Th.s Trần Thanh Hải
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG 3: ANSYS WORKBENCH VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG
ANSYS WORKBENCH PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH MÁY
PHAY CNC....................................................................................................42
3.1 Tổng quan về Ansys .............................................................................42
3.2 Ứng dụng của Ansys Workbench vào phân tích, đánh giá mô hình máy
Hà nội, ngày 10 tháng 5 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thành Luân
Lớp cơ điện tử K46 - ĐHGTVT
GVHD: Th.s Trần Thanh Hải
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG I: ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ 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 tới tự động hóa cao hơn
trong thiết kế sản phẩm.
CAM - Computer Aided Manufacturing: Chế tạo sản xuất có sự trợ giúp
của máy tính. Mục tiêu của CAM là: Mô phỏng quá trình chế tạo, lập trình
chế tạo sản phẩm trên các mấy công cụ tự động 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 tạo mẫu
nhanh trong thiết kế, chế thử sản phẩm. Công nghệ CAE bao gồm:
+ Phân tích ứng suất trên những thành phần sử dụng FEA (Phân tích phần
tử hữu hạn)
+ Động lực học tính toán chất lỏng, tính toán phân tích luồng nhiệt và lỏng
+ Mô phỏng cơ khí
+ Động lực học
+ Tối ưu hóa sản phẩm và quá trình
CAD/ CAM là lĩnh vực nghiên cứu nhằm tạo ra các hệ thống tự động thiết
kế và chế tạo trong đó máy tính điện tử được sử dụng để thực hiện một số
chức năng nhất định.
CAD/CAM tạo ra mối quan hệ thiết giữa hai dạng hoạt động : Thiết kế và
chế tạo
cầu hay không, phụ thuộc chủ yếu vào chức năng xử lý của các phần mềm
thiết kế. Ngày nay những bộ phần mềm CAD/CAM chuyên nghiệp
phục vụ thiết kế
và gia công khuôn mẫu có khả năng thực hiện được các chức năng cơ bản
sau:
GVHD: Th.s Trần Thanh Hải
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
- Thiết kế mô phỏng hình học 3 chiều (3D) những hình dạng phức tạp.
- Giao tiếp với các thiết bị đo, quét toạ độ 3D thực hiện nhanh chóng các
chức năng mô phỏng hình học từ dữ liệu số.
- Phân tích và liên kết dữ liệu: tạo mặt phân khuôn, tách khuôn, quản lý
kết cấu lắp ghép...
- Tạo bản vẽ và ghi kích thước tự động: có khả năng liên kết các bản vẽ 2D
với mô hình 3D và ngược lại.
- Liên kết với các chương trình tính toán thực hiện các chức năng phân tích
kỹ thuật: tính biến dạng khuôn, mô phỏng dòng chảy vật liệu, trường áp suất,
trường nhiệt độ, độ co rút vật liệu,...
- Nội suy hình học, biên dịch các kiểu đường chạy dao chính xác cho công
nghệ gia công điều khiển số.
- Giao tiếp dữ liệu theo các định dạng đồ hoạ chuẩn.
- Xuất dữ liệu đồ hoạ 3D dưới dạng tập tin STL để giao tiếp với 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 mẫu 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
học 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, cho phép
- Dễ kiểm tra chất lượng sản phẩm phức tạp.
- Nâng cao hiệu quả giao diện thông tin và dễ hiểu nhau hơn giữa các nhóm
kỹ
GVHD: Th.s Trần Thanh Hải
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
sư, thiết kế viên, hội họa viên, quản lý và các nhóm khác.
Phân tích một số lợi ích điển hình :
1. Nâng cao năng suất thiết kế
Năng suất cao giúp cho vị thế cạnh tranh của một hãng được nâng lên vì
giảm được yêu cầu nhân lực của một đồ án, dẫn tới hạ giá thành và thời gian
xuất xưởng của một sản phẩm. Tổng kết một số đơn vị có sử dụng hệ CAD
cho thấy năng suất có thể tăng từ 3 - 10 lần so với công nghệ thiết kế cũ, thậm
chí còn cao hơn, tuỳ theo các yếu tố sau đây :
• Độ phức tạp của bản vẽ kỹ thuật
• Mức độ tỉ mỉ của bản vẽ
• Mức độ lặp đi lặp lại của chi tiết hay bộ phận được thiết kế
• Mức độ đối xứng của bộ phận được thiết kế
• Tính dùng chung của các chi tiết để lập thư viện.
2. Giảm thời gian chỉ dẫn
Thiết kế với hệ CAD nhanh hơn thiết kế theo cách truyền thống, đồng thời
nó cũng đẩy nhanh các tác vụ lập biểu bảng và báo cáo (lập các bảng liệt kê
cụm lắp ghép chẳng hạn) mà trước đây phải làm bằng tay. Do vậy, một hệ
CAD có thể tạo ra một tập bản vẽ cuối cùng về các chi tiết máy và các báo
cáo, biểu bảng kèm theo một cách nhanh chóng.
Thời gian chỉ dẫn trong thiết kế được rút ngắn dẫn đến kết quả là làm giảm
thời gian kể từ khi nhận đơn đặt hàng đến khi giao sản phẩm.
3. Phân tích thiết kế
Các chương trình phân tích thiết kế có sẵn trong một hệ CAD giúp quá
trình thiết kế diễn ra theo những khuôn mẫu tác nghiệp có logic hơn, không
cần phải trao đi đổi lại giữa nhóm thiết kế và nhóm phân tích mà cũng những
gian sau khi có bản vẽ nói trên như di chuyển nhiều ký hiệu hay hình vẽ, 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. Nhờ khả năng tương tác người -
máy, các hệ CAD còn có khả năng đặt câu hỏi xem dữ liệu đưa vào có mắc lỗi
không. Đương nhiên các khả năng kiểm tra việc vào dữ liệu loại này tuỳ thuộc
GVHD: Th.s Trần Thanh Hải
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
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 dấu chấm
thập phân. Đặc biệt độ chính xác khi thiết kế các đường và mặt 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 số như thế nào thì chúng vẫn được bảo toàn
trong toàn bộ các bản vẽ. Hoặc nếu có một sự thay đổi nào của một chi tiết thì
sự thay đổi ấy vẫn được bảo toàn trong toàn bộ gói hồ sơ và tác động tới tất cả
các bản vẽ có sử dụng chi tiết ấy. Độ chính xác do hệ CAD mang lại còn làm
cho việc lập tiên lượng và dự toán công trình được chính xác hơn, tiến độ mua
sắm vật tư được sát sao hơn.
6. Tiêu chuẩn hoá các thủ tục thiết kế, lập bản vẽ và lập tư liệu
Trong một hệ CAD, chỉ có một cơ sở dữ liệu duy nhất và một hệ điều hành
(DOS hoặc WINDOWS chẳng hạn) được thống nhất dùng chung cho mọi
trạm thiết kế của hệ. Do vậy, một cách tự nhiên, hệ cung cấp một tiêu chuẩn
thống nhất cho mọi thủ tục và mọi quá trình thiết kế cũng như thiết lập bản
vẽ. Các bản vẽ đều được vẽ ra theo một quy định thống nhất, không hệ bị lẫn
lộn vì những quy định này đã được thiết lập sẵn trong hệ CAD rồi.
7. Bản vẽ dễ đọc và dễ hiểu hơn
CAD tạo ra và sửa đổi một bản vẽ hình chiếu trực lượng, chiếu xiên cũng dễ
dàng như vậy đối với bản vẽ hình chiếu trực giao.
1.4 Tìm hiểu về phần mềm Catia
1.4.1 Tổng quan về Catia
I. Giới thiệu về phần mềm Catia
Phần mềm Catia là phần mềm hỗ trợ cho công việc thiết kế các chi tiết của
người kĩ sư thiết kế. Ngoài ra Catia còn cung cấp các chức năng lắp ghép các
GVHD: Th.s Trần Thanh Hải
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
chi tiết máy rời rạc thành các cụm chi tiết, một cơ cấu máy hay một máy cơ
khí hoàn chỉnh. Người sử dụng phần 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.
Sự chuyển đổi giữa các môi trường làm việc trong Catia hết sức linh hoạt
bằng cách sử dụng thanh Start giúp cho người thiết kế cảm thấy thoải mái và
tiết kiệm được nhiều thời gian.
Với 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 bạn đang làm việc trong môi
trường thiết kế chi tiết mà bạn muốn chuyển đổi sang môi trường lắp ráp thì
bạn chỉ việc chọn thanh công cụ Start và sau đó chọn môi trường lắp ráp chi
tiết là bạn đã thực hiện bước tạo file lắp ráp rất nhanh chóng và linh hoạt.
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 những chức năng, tính năng thiết
kế và mô phỏng của Catia khi bạn sử dụng nó.
GVHD: Th.s Trần Thanh Hải
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Catia có nhiều module lớn chia thành nhiều module nhỏ khác nhau:
Hình 1.1. Các module thường dùng trong Catia
- Insert Menu: Gồm các lệnh dùng để chèn các vật thể hay một chi tiết trong
file.
- Tools Menu: Là menu quan trọng sử dụng để gán các thuộc tính sử dụng
cho môi trường làm việc của Catia.
- Window Menu: Dùng để chuyển đổi và quan sát các file đã mở.
- Help Menu: Dùng để mở dữ liệu trợ giúp của Catia
GVHD: Th.s Trần Thanh Hải
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 1.2. Giao diện chính của Catia
2. Specication Tree và vùng vẽ (Geometry Area) :
- Specification Tree
Để thuận tiện cho quá trình thao tác và quản lý các sản phẩm trong bản vẽ,
Catia cung cấp cho người thiết kế Specification Tree. Specification Tree lưu
giữ tất cả các sản phẩm cũng như các lệnh mà người thiết kế dùng để tạo nên
sản phẩm của mình, ta có thể quan sát thấy Specification Tree ở phía trên bên
trái của màn hình.
Để tắt hoặc bật Specification Tree ta vào: View-> Specifications (Hoặc ấn
F3).
+ Bật chế độ Full Screen:View->Full Screen.
+ Thoát khỏi Full Screen: Right Click lên màn hình và hủy chọn Full
Screen.
Muốn di chuyển Specification Tree trong hộp thoại ta Click chuột trái lên
khung nhìn và di chuột. Muốn Zoom khung nhìn ta Click chuột trái vào góc
dưới bên trái hoặc góc trên bên phải của khung nhìn rồi di chuột.
GVHD: Th.s Trần Thanh Hải
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
- Geometry Area: Là vùng đồ họa phía dưới specifitation tree hay bao
gồm toàn bộ màn hình. Hộp thoại Geometry Overview cho phép ta quan sát
toàn bộ những vật thể có trong màn hình.
Hộp thoại này cũng cho phép di chuyển và phóng to, thu nhỏ khung nhìn.
GVHD: Th.s Trần Thanh Hải
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Các toolbar chính để tạo sketch gồm:
• Sketch Tools
Sketch tools dùng để nhập các thông số cho đối tượng vẽ và kích hoạt một
số chức năng điều khiển:
- 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 chuyển 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 tự 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 sẽ cho
phép chúng ta đặt các ràng buộc giữa các đối tượng hình học.
- Dimensional Constraints (4): Cho phép đặt các ràng buộc về kích
thước.
- Các thông số của
- đối tượng vẽ (5): Muốn nhập các thông số vào Sketch Tools ta có thể
dùng phím Tab hoặc dùng con trỏ click vào ô tương ứng.
• Profile (Vẽ đường biên dạng là đường thẳng hoặc đường cong)
Vẽ các hình cơ bản: Point, Line, Polyline, Spline, Rectangle, Circle, Conic…
GVHD: Th.s Trần Thanh Hải
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
• Operation
Dùng để tạo các hình cơ bản Pad, Pocket, Shaft, Groove, Hole, Rib, Slot,
Stiffener, Soft, Remove loft…
+ Constraints
GVHD: Th.s Trần Thanh Hải
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đặt các ràng buộc về kích thước, vị trí.
+ Dress-up Features
Chỉnh sửa, tạo mô hình: Fillet, Chamfer, Draft…
+ Transfomation Features
Di chuyển và thực hiện một số phép toán: Translation, Symmetry, Mirror,
Scale…
+ Reference Element
Cho phép tạo ba đối tượng cơ bản dùng để hỗ trợ quá trình thiết kế các mô
hình: Point, Line, Plane.
+ Surface-Base Features
Cung cấp một số lệnh liên quan đến các mặt: Split
+ Prt Sketch Ngoài các thanh công cụ, Part Design Workbench còn cung cấp các menu
có chứa các lệnh như trong các thanh công cụ như ở thanh Insert hình dưới
GVHD: Th.s Trần Thanh Hải
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình1.6. Các lệnh trong thanh menu Insert
1.4.3 Sử dụng Catia trong CAM
CAM - Computer-aided manufacturing: Chế tạo có sự trợ giúp của máy
tính, là một trong những chức năng có khả năng gia công để sinh ra các đoạn
mã code hợp lệ cho máy CNC và được máy CNC cắt theo một hình dạng đã
mặt Plane bất kỳ).
Trong phần chọn dạng hình học của chi tiết cần phay Geometry Tab Page
. Tab Page này chứa đựng một ICon nhạy (Sensitive) giúp chọn lựa
dạng hình học được gia công. Mặt dưới Bottom và sườn Flanks của ICon có
màu đỏ
định ra dạng hình học cần để định nghĩa hốc Pocket. Tất cả các Pocket khác là
tuỳ ý, không bắt buộc.
Click vào Text Closed/Open Pocket để chuyển đổi qua lại giữa 2 kiểu. Ở
đây, chuyển qua Closed Pocket.
GVHD: Th.s Trần Thanh Hải
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Mở một ví dụ mẫu điển hình:
Hình 1.10. Chi tiết mẫu
Lựa chọn dụng cụ gia công tạo hình chi tiết bằng cách nháy vào biểu tượng
Pocketing . Khi đó trên cây thuyết minh có dạng:
Hình 1.11. Biểu tượng Pocketing
Đồng thời hộp thoại Pocketing xuất hiện:
Hình1.12. Hộp thoại Pocketing
Lựa chọn bề mặt gia công bằng cách nháy thẳng vào chi tiết (là bề mặt
GVHD: Th.s Trần Thanh Hải
Copyright: Tài liệu đại học ©