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........................23
HỮU HẠN.....................................................................................................23
2.1 Giới thiệu chung về phương pháp phần tử hữu hạn.............................23
2.2 Khái niệm về phương pháp phần tử hữu hạn.......................................23
2.3 Nội dung của phương pháp phần tử hữu hạn.......................................23
2.3.1 Trình tự phân tích bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn....23
2.3.2 Hàm xấp xỉ - phép nội suy..............................................................23
2.4

Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn trong thực tế......................23

2.5 So sánh PPPTHH với phương pháp sai phân hữu hạn (PPSPHH) ....23
CHƯƠNG 3: ANSYS WORKBENCH VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG

GVHD: Th.s Trần Thanh Hải

Trong những năm tới đây, quá trình công nghiệp hóa ngày càng cao hơn
đòi hỏi các kĩ sư cơ khí và các cán bộ kĩ thuật phải được đào tạo các kiến thức
cơ bản tương đối rộng, đồng thời phải biết vận dụng các kiến thức đó để giải

GVHD: Th.s Trần Thanh Hải


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
quyết các vấn đề thường gặp trong sản xuất.
Sau một thời gian thực tập và được sự chỉ dẫn nhiệt tình của Th.s Trần
Thanh Hải đến nay em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Trong quá trình thực
hiện đồ án vẫn còn nhiều thiếu sót em rất mong được sự góp ý của các thầy cô
giáo cùng tất cả các bạn để đồ án của em hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Hà nội, ngày tháng năm
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.

•

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 sự hỗ trợ


- 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
lựa chọn giải pháp kỹ thuật tối ưu.

GVHD: Th.s Trần Thanh Hải


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.3.3 Lợi ích của CAD/CAM
Lợi ích của CAD có nhiều, song chỉ có một số trong đó là có thể định
lượng được. Một số lợi ích khác khó có thể lượng hoá được mà chỉ thể hiện ở
chất lượng công việc được nâng cao, thông tin tiện dụng, điều khiển tốt hơn

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
con người ấy, họ vẫn có thể tiến hành công việc phân tích khi bản thiết kế vẫn
còn nằm trên máy tính của 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.
Nhờ khả năng phân tích này mà bản thiết sẽ tối ưu hơn. Mặt khác, thời gian
GVHD: Th.s Trần Thanh Hải


GVHD: Th.s Trần Thanh Hải


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
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 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.
Nói chung, tính dễ đọc dễ hiểu của một bản vẽ phụ thuộc trực tiếp vào phép
chiếu được sử dụng trong bản vẽ đó: chiếu phối cảnh dễ hình dung hơn chiếu

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

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 chuyển đổi giữa các môi trường làm việc
- File Menu: Bao gồm 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 trọng 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 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

Hình 1.3. Hệ trục tọa độ 3D trong Catia
- Tùy môi trường mà bạn đang làm việc mà có các thanh công cụ 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 bước thiết kế chung:
I. Giới thiệu vẽ phác và môi trường vẽ phác (Sketcher)
1. Giới thiệu: Tạo Sketcher là bước cơ bản đầu tiên để tạo mô hình. Mô
hình tạo thành trong Catia được liên kết với biên dạng của chúng. Khi hiệu
chỉnh biên dạng, mô hình tự động cập nhật những thay đổi này. Ta làm việc

GVHD: Th.s Trần Thanh Hải


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
trong môi trường vẽ phác cần tạo ra hoặc hiệu chỉnh các biên dạng của mô
hình. Môi trường vẽ phác bao gồm các mặt phẳng và các công cụ vẽ phác
(Sketch Tools).
Mặt phẳng vẽ phác chứa các biên dạng của vật thể. Nó có thể là các
Plane hoặc là các mặt phẳng của các vật thể có sẵn.
2. Môi trường vẽ phác: Click vào
menu File chọn: Start

Sketch

Mechanical Design

trên thanh công cụ. Hoặc từ
Sketcher.


- 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

Thực hiện các phép toán trên đối tượng: Corner, Chanfer, Trim, Break,
Mirror, Translate, project…
• Contrains

Đặt các ràng buộc về mặt hình học giữa các đối tượng và các ràng buộc về
kích thước: Horizontal, Vertical, Concident, Tangent, Length, Angle…
• Workbench

Thoát khỏi môi trường vẽ 2D : Exit Workbench
Phân tích biên dạng kín hay hở: Thanh Menu -> Tools -> Sketch
Analysis: Open or Close
Biên dạng đầy đủ các ràng buộc kích thước và ràng buộc hình học sẽ có
màu xanh lá cây

+ 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
được thiết kế trước bởi hệ thống computer-aided design (CAD).
Định dạng mà phần mềm CAM xuất ra thường là tập tin dạng văn bản Gcode và được chương trình

direct numerical control

e
4
22
T
2
2, 3
4, 5 4 6
e

−1

1

[ N ] e = [ PV i(=x1 )] .[[ AP]a( x=)] q L1÷1LL1L =Lq212−e ÷
 q = −
 L 
= { q , q{ q} , q qq, qL} L 
e




e

 1  0 
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
 A  =  1  q15 
 − Start -> NC Manufacturing -> Prismatic Machining
 L L
1