Luận văn: Nghiên cứu cơ sở dữ liệu CAD/CAM ứng dụng trong chế tạo mẫu

Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu xây dựng CSDL CAD CAM và ứng dụng trong chế tạo mẫu. Khám phá giải pháp tối ưu quy trình thiết kế, sản xuất.

• Tác giả: Nguyễn Thị Châu
• Người hướng dẫn: Ts. Bùi Ngọc Tuyên
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy
• Đề tài: Nghiên cứu, xây dựng cơ sở dữ liệu CAD/CAM và ứng dụng trong chế tạo mẫu
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sỹ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Luận Văn Xây Dựng Cơ Sở Dữ Liệu CAD CAM

Luận văn thạc sĩ này tập trung vào việc nghiên cứu, xây dựng cơ sở dữ liệu CAD/CAM và ứng dụng nó trong quá trình chế tạo mẫu. Hệ thống CAD/CAM/CNC ngày càng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp tại Việt Nam. Việc nắm vững cấu trúc hệ thống và phát triển nó là yếu tố then chốt để nâng cao hiệu quả kinh tế và hiện đại hóa ngành công nghiệp. Bề mặt sản phẩm trong công nghiệp ngày càng đa dạng và phức tạp, đòi hỏi sự hỗ trợ của máy tính trong quá trình thiết kế và chế tạo. Lĩnh vực thiết kế và mô tả bề mặt gia công trên máy tính, hay còn gọi là CAMM (Computer Aided Modeling Machining), đóng vai trò quan trọng trong hệ thống CAD/CAM/CNC. Luận văn hướng đến việc giúp các kỹ thuật viên hiểu rõ hơn quá trình hình thành bề mặt chi tiết trong thiết kế và chế tạo sản phẩm thực tế, từ đó nắm bắt những sai sót tiềm ẩn và tối ưu hóa sản phẩm, quy trình để đạt hiệu quả cao nhất. Lý do chọn đề tài này xuất phát từ tính cấp thiết của việc nghiên cứu CAD/CAM trong bối cảnh công nghiệp hiện đại.

1.1. Mục Tiêu và Phạm Vi Nghiên Cứu Cơ Sở Dữ Liệu CAD CAM

Mục tiêu chính của luận văn là nắm vững lý thuyết về cơ sở dữ liệu CAD/CAM, trình bày các phương pháp xây dựng cơ sở dữ liệu CAD, và ứng dụng khai thác phần mềm CAD/CAM CATIA. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào quá trình thiết kế và chế tạo mẫu, sử dụng kỹ thuật CAD/CAM hiện đại.

1.2. Ý Nghĩa Khoa Học và Thực Tiễn của Nghiên Cứu CAD CAM

Nghiên cứu này có ý nghĩa khoa học trong việc đóng góp vào sự phát triển của công nghệ CAD/CAM/CNC và công nghệ tái tạo ngược trong sản xuất cơ khí chất lượng cao. Về mặt thực tiễn, nó giúp các kỹ sư hiểu rõ hơn về quy trình thiết kế và chế tạo, từ đó cải thiện chất lượng sản phẩm và nâng cao năng lực cạnh tranh của ngành công nghiệp cơ khí Việt Nam. Việc nghiên cứu NURBS cũng nằm trong quá trình này.

II. Phương Pháp Biểu Diễn Bề Mặt Trong Thiết Kế CAD Hướng Dẫn

Chương này đi sâu vào các phương pháp biểu diễn bề mặt trong thiết kế CAD, bao gồm biểu diễn khung dây, đường cong Hermite, đường cong Bezier, và đường cong B-Spline. Ngoài ra, luận văn cũng xem xét các mô hình biểu diễn trên B-Rep và mô hình H-Rep của vật thể. Các phương pháp biểu diễn bề mặt cơ bản như mặt phẳng, mặt trụ, mặt cầu cũng được phân tích chi tiết. Hiểu rõ các phương pháp này là nền tảng quan trọng để xây dựng cơ sở dữ liệu kỹ thuật cho CAD/CAM.

2.1. Các Phương Pháp Biểu Diễn Bề Mặt Cơ Bản và Ưu Nhược Điểm

Phân tích chi tiết ưu và nhược điểm của từng phương pháp biểu diễn bề mặt, bao gồm khung dây, đường cong, và các bề mặt cơ bản. So sánh hiệu quả của từng phương pháp trong việc mô tả các hình dạng khác nhau.

2.2. Mô Hình Khối Rắn CSG và B Rep trong CAD CAM

Trình bày về mô hình khối rắn, bao gồm hình học khối rắn cơ bản (CSG) và mô hình biểu diễn trên B-Rep. Giải thích cách các mô hình này được sử dụng trong thiết kế CAD và gia công CAM. Nghiên cứu cũng đề cập đến Biểu đồ Venn.

III. Cách Xây Dựng Cơ Sở Dữ Liệu CAD Quy Trình Chi Tiết Nhất

Chương này trình bày quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu CAD một cách chi tiết. Bắt đầu từ quá trình thiết kế và chế tạo sản phẩm, luận văn giới thiệu một số phần mềm CAD và CAD/CAM hiện nay, tập trung vào phần mềm CATIA. Kỹ thuật ngược (Reverse Engineering) cũng được đề cập đến, bao gồm giới thiệu tổng quan và ứng dụng máy đo tọa độ BROWN & SHARP với phần mềm PC-DMIS trong xây dựng mô hình CAD. Quản lý dữ liệu sản phẩm (PDM) là một yếu tố quan trọng để đảm bảo tính toàn vẹn và khả năng truy xuất của dữ liệu.

3.1. Quá Trình Thiết Kế và Chế Tạo Sản Phẩm Ứng Dụng CAD CAM

Mô tả chi tiết các bước trong quá trình thiết kế và chế tạo sản phẩm, từ khâu lên ý tưởng, thiết kế 3D, đến lập trình CNC và gia công. Nhấn mạnh vai trò của phần mềm CAD/CAM trong việc hỗ trợ từng giai đoạn.

3.2. Ứng Dụng Kỹ Thuật Ngược Reverse Engineering trong CAD CAM

Giải thích cách sử dụng kỹ thuật ngược để tạo ra mô hình CAD từ một sản phẩm vật lý. Trình bày quy trình số hóa, xử lý dữ liệu, và xây dựng mô hình 3D. Kỹ thuật này rất hữu ích trong việc tái tạo các sản phẩm cũ hoặc tạo ra các biến thể mới.

IV. Thực Nghiệm Xây Dựng Cơ Sở Dữ Liệu CAD CAM và Chế Tạo Mẫu

Chương này trình bày các thực nghiệm xây dựng cơ sở dữ liệu CAD/CAM và chế tạo mẫu. Ứng dụng kỹ thuật thuận trong thiết kế mô hình mẫu được thực hiện, trình tự thiết kế bề mặt tự do trong CATIA được mô tả chi tiết. Các bước thiết kế chuột bằng CATIA được trình bày, sau đó là thực nghiệm xây dựng CSDL CAM bằng CATIA và gia công mẫu chuột máy tính mini trên máy phay CNC. Phần mềm được sử dụng trong chương này là CUHTTA USTRT9.

4.1. Ứng Dụng Kỹ Thuật Thuận trong Thiết Kế và Chế Tạo Mẫu

Trình bày chi tiết các bước thiết kế mô hình mẫu bằng kỹ thuật thuận, sử dụng phần mềm CATIA. Mô tả quy trình tạo hình, chỉnh sửa bề mặt, và hoàn thiện mô hình.

4.2. Thực Nghiệm Gia Công Mẫu Chuột Máy Tính bằng CAM CNC

Mô tả quy trình lập trình CNC và gia công mẫu chuột máy tính mini trên máy phay CNC. Phân tích các thông số gia công, lựa chọn dụng cụ cắt, và tối ưu hóa đường chạy dao.

V. Ứng Dụng Kỹ Thuật Ngược Kiểm Tra Mẫu Chế Tạo và Đánh Giá

Chương này tập trung vào ứng dụng kỹ thuật ngược trong kiểm tra mẫu gia công và đánh giá kết quả. Phương pháp và quy trình kỹ thuật ngược được trình bày chi tiết. Thực nghiệm ứng dụng phương pháp kiểm mẫu chế tạo được thực hiện bằng đầu quét lase Renishaw VIVID9IOD hãng KONICA MINOTA và xử lý số liệu bằng phần mềm kiểm tra mặt tự do. Điều kiện thực nghiệm kiểm tra bề mặt chuột mini, nội dung tiến hành trực nghiệm kiểm tra bề mặt mẫu, và nhận xét, đánh giá kết quả thực nghiệm được trình bày cụ thể.

5.1. Quy Trình Kỹ Thuật Ngược trong Kiểm Tra Mẫu Chế Tạo

Mô tả chi tiết quy trình sử dụng kỹ thuật ngược để kiểm tra mẫu chế tạo, bao gồm quét mẫu, xử lý dữ liệu, so sánh với mô hình CAD ban đầu, và đánh giá sai lệch.

5.2. Đánh Giá Kết Quả Thực Nghiệm Kiểm Tra Bề Mặt Mẫu

Phân tích kết quả thực nghiệm kiểm tra bề mặt mẫu, đưa ra nhận xét về độ chính xác của quá trình gia công, và đề xuất các biện pháp cải thiện.

VI. Kết Luận và Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về CAD CAM

Luận văn đã trình bày quá trình nghiên cứu, xây dựng cơ sở dữ liệu CAD/CAM và ứng dụng trong chế tạo mẫu. Các phương pháp biểu diễn bề mặt, quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu CAD, và ứng dụng kỹ thuật ngược trong kiểm tra mẫu đã được phân tích chi tiết. Kết quả nghiên cứu cho thấy tiềm năng ứng dụng lớn của CAD/CAM trong ngành công nghiệp cơ khí Việt Nam. Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình CAD/CAM, tích hợp các công nghệ mới như in 3D, và phát triển các hệ thống CAD/CAM chuyên dụng cho từng lĩnh vực cụ thể.

6.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu và Đóng Góp

Tóm tắt những kết quả chính đạt được trong luận văn, nhấn mạnh những đóng góp mới về lý thuyết và thực tiễn.

6.2. Đề Xuất Hướng Nghiên Cứu và Phát Triển CAD CAM Tương Lai

Đề xuất các hướng nghiên cứu tiềm năng trong lĩnh vực CAD/CAM, bao gồm tích hợp công nghệ in 3D, phát triển cơ sở dữ liệu CAD/CAM chuyên dụng, và tối ưu hóa quy trình CAD/CAM.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: CƠ SỞ DỮ LIỆU CAD.Mê hình khung dây.14, Dudny cong Hermite. Duong cong Besier.6Đường cong B- Spln€. M6 hinh biéu dién trén B- TRƑ. Mô hình H- rep của vật thể ~ - 46 Hình 21Chu trình sản phẩm Tớ ¬.

Môi trường vẽ phác thảo trong CATIA Tứ ". Môi trường thiết kẾ chỉ Linh 2.4, Mat sé thanh cong ou si dụng khi thiết kế chỉ tC,. Một số thiết bị số hóa sử dụng trong kỹ thuật ngược. Sơ dồ thực hiện quá trình số hoá lặi inh 2,7, So'dé quét kiéu LINEAR CLOSE, Hinh 2.8: Direction I va drrectian 2 cha Patch.9: Sơ đồ quét kiểu Pacb.10: Dinh dang tam giác trang file S11.

Hình thành lưới bẰ mặt trong (24T1A 65 Hinh 3. Hè mặt đã hình thành sau khả thiết kế xong,. Siva lai he6i bé mitt dé toa bd met theo yt cite ce 66 Hinh 3. Bê đã dược sửa bằng cách sita toa dé diém trong.

H mặt tự do được hình thành 67 Hình 3. Biên dạng chuột được hình thành.7 Tạo bai cạnh vải bên cạnh chuột TRình 3. Dùng các lạnh cắt, chính sửa bê mặt chuột _- 69 Hinh 3. Mau chudt ddy dit trén cơ sở vừa lqo ra ở trên.

DANH MỤC CÁC HÌNH VỀ ĐỎ THỊ Hình 1. Mô hành khung dây. Hiểu diễn đoạn thẳng Hình 1 3. Biểu diễn dường tròn.

Biéu dién elip. Diém trên đường cong tham sé bac ba. Thém vào các đoạn đường cong tham số bậc ba. Hình 1 8 Đường cong Bezier thỏa mãn tính chất thân làL “Tình 1.

Sự thay dỗi cưa dường cong Besier khi di chuyển một diễm diễu khiển. Đường cong Bezier điều khiển khu vực thiểu. Tình 1 14 Mặt phẳng qua 3 điểm. Mặt phẳng di qua 1 điễm và 2 hưởng, Tình 1 17 Phương prình tham sẽ của bê mặt kẻ.

BÊ mặt tròn xoaÿ.21 Biểu diễn tham số bÊ mặt trụ. Manh bac 3 Rezier. Ménh b mat tam giác. Ba mit Bezier tam giáo 39 Hinh 1.

Mé hinh khét rén co sé.24, Biéu dé Venn. Ly do chon dé ahi “Nghiên cứu, xây dựng cơ sử dữ liệu C.ALD/ CA và ứng dụng trong chẾ tạo mẫu” Hệ thống CATD/ CAM/ ƠNC ngày càng được sử dụng rộng rãi lrơng sản xuất công nghiệp ở nước ta. Nắm vững cấu trúc hệ thống vả phát triển nó nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế và từng bước góp phần hiện đại hóa ngành công nghiệp nước nhà là vấn dễ đặt ra cho tắt cả các nhà làm kỹ thuật hiền nay Bề mặt sản phẩm được sản xuất trong công nghiệp kha da dang va phic tap, vi vậy dễ thiết kế vá chế tạo thuậ lợi người ta dã sử đụng mảy tính để trợ giúp trong quả trình này. Lĩnh vực thiết kế và mỏ tả bề mặt gia công trên máy tính được gọi là CAMM (Computer Aided Modeling Machining), né dong vai tr rat quan trọng trong hệ CAL/ CAM/ CNC.

Việc nghiên cứu, xây đựng cơ sở dữ hiệu CAL3/ CAM va tmp dung trong chế tạo mẫn nhằm giữp các nhả kỹ thuật hiểu rõ hơn quá trình hình thành bề mật chỉ tiết trong, khi thiết kế và chế tao sản phẩm thực, qua đó năm bắt được những sai sói có thể mắc phai treng quá trình thiết kế cũng như ché tao nhằm mục đích tối ưu hỏa những sản phẩm và quá trình tạo ra chúng để có những sản phẩm đạt được hiệu quả cao nhất. Vì vậy việc Nghiên cứu, xây đựng cơ sở dữ liện CAL⁄ CAM và ứng dụng trong, chế tạo là việc hết sức cấp thiết, đây cũng chính là lý do mà tác giả lựa chọn nghiên tửa để tài này. 2, Mục đích, đối tượng và phạm ví nghiền cứu của đề tài ~ Nắm vững lý thuyết cơ sở đữ liệu GAT/GAM ~ Nêu được các phương pháp xây dựng cơ sở đữ igu CAD - Ủng dụng khai khai thác được phan mém CADYCAM CATIA 3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của dễ tài Hinh 1.

M6 hinh biéu dién trén B- TRƑ. Mô hình H- rep của vật thể ~ - 46 Hình 21Chu trình sản phẩm Tớ ¬. Môi trường vẽ phác thảo trong CATIA Tứ ". Môi trường thiết kẾ chỉ Linh 2.4, Mat sé thanh cong ou si dụng khi thiết kế chỉ tC,.

Một số thiết bị số hóa sử dụng trong kỹ thuật ngược. Sơ dồ thực hiện quá trình số hoá lặi inh 2,7, So'dé quét kiéu LINEAR CLOSE, Hinh 2.8: Direction I va drrectian 2 cha Patch.9: Sơ đồ quét kiểu Pacb.10: Dinh dang tam giác trang file S11. Hình thành lưới bẰ mặt trong (24T1A 65 Hinh 3. Hè mặt đã hình thành sau khả thiết kế xong,.

Siva lai he6i bé mitt dé toa bd met theo yt cite ce 66 Hinh 3. Bê đã dược sửa bằng cách sita toa dé diém trong. H mặt tự do được hình thành 67 Hình 3. Biên dạng chuột được hình thành.7 Tạo bai cạnh vải bên cạnh chuột TRình 3.

Dùng các lạnh cắt, chính sửa bê mặt chuột _- 69 Hinh 3. Mau chudt ddy dit trén cơ sở vừa lqo ra ở trên. Co sé, thiét bi, dung cu tht nghiém:.2 CO SO VE HAE.3 Tiển hành gia công CHƯƠNG IV:ỨNG DỤNG KỸ THUẬT NGƯỢC TRONG KIỂM TRA MAU GIÁ CÔNG VẢ DÁNH GIÁ KẾT QUÁ. Nội dung phương pháp.

Quy trình kỹ thuật ngược. Ứng dụng kỹ thuật ngược trong chỗ tạo. Thực nghiệm ứng dụng phương pháp kiểm mẫu chế tạo. 421 Do quếi mẫu bằng đầu quát lase Renishaw VIVID9IOD hang KONICA MINOTA.

Xử lộ số liệu bằng phần mẫm kiểm tra mất tự do. Điều kiện thực nghiêm kiểm tra bÊ mặt chuột máni.3 Nội đụng tiễn hành trực nghiệm kiểm tra bề mặt mẫu. Nhận xót và đánh giá kết quả thực nghiệm. - - 89 KẾT LUẬN VA HUONG NGHIEN CUU TIEP THEO.

Kiến nghị hướng nghiên củu tiếp theo. Ly do chon dé ahi “Nghiên cứu, xây dựng cơ sử dữ liệu C.ALD/ CA và ứng dụng trong chẾ tạo mẫu” Hệ thống CATD/ CAM/ ƠNC ngày càng được sử dụng rộng rãi lrơng sản xuất công nghiệp ở nước ta. Nắm vững cấu trúc hệ thống vả phát triển nó nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế và từng bước góp phần hiện đại hóa ngành công nghiệp nước nhà là vấn dễ đặt ra cho tắt cả các nhà làm kỹ thuật hiền nay Bề mặt sản phẩm được sản xuất trong công nghiệp kha da dang va phic tap, vi vậy dễ thiết kế vá chế tạo thuậ lợi người ta dã sử đụng mảy tính để trợ giúp trong quả trình này. Lĩnh vực thiết kế và mỏ tả bề mặt gia công trên máy tính được gọi là CAMM (Computer Aided Modeling Machining), né dong vai tr rat quan trọng trong hệ CAL/ CAM/ CNC.

Việc nghiên cứu, xây đựng cơ sở dữ hiệu CAL3/ CAM va tmp dung trong chế tạo mẫn nhằm giữp các nhả kỹ thuật hiểu rõ hơn quá trình hình thành bề mật chỉ tiết trong, khi thiết kế và chế tao sản phẩm thực, qua đó năm bắt được những sai sói có thể mắc phai treng quá trình thiết kế cũng như ché tao nhằm mục đích tối ưu hỏa những sản phẩm và quá trình tạo ra chúng để có những sản phẩm đạt được hiệu quả cao nhất. Vì vậy việc Nghiên cứu, xây đựng cơ sở dữ liện CAL⁄ CAM và ứng dụng trong, chế tạo là việc hết sức cấp thiết, đây cũng chính là lý do mà tác giả lựa chọn nghiên tửa để tài này. 2, Mục đích, đối tượng và phạm ví nghiền cứu của đề tài ~ Nắm vững lý thuyết cơ sở đữ liệu GAT/GAM ~ Nêu được các phương pháp xây dựng cơ sở đữ igu CAD - Ủng dụng khai khai thác được phan mém CADYCAM CATIA 3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của dễ tài Hinh 1.

M6 hinh biéu dién trén B- TRƑ. Mô hình H- rep của vật thể ~ - 46 Hình 21Chu trình sản phẩm Tớ ¬. Môi trường vẽ phác thảo trong CATIA Tứ ". Môi trường thiết kẾ chỉ Linh 2.4, Mat sé thanh cong ou si dụng khi thiết kế chỉ tC,.

Một số thiết bị số hóa sử dụng trong kỹ thuật ngược. Sơ dồ thực hiện quá trình số hoá lặi inh 2,7, So'dé quét kiéu LINEAR CLOSE, Hinh 2.8: Direction I va drrectian 2 cha Patch.9: Sơ đồ quét kiểu Pacb.10: Dinh dang tam giác trang file S11. Hình thành lưới bẰ mặt trong (24T1A 65 Hinh 3. Hè mặt đã hình thành sau khả thiết kế xong,.

Siva lai he6i bé mitt dé toa bd met theo yt cite ce 66 Hinh 3. Bê đã dược sửa bằng cách sita toa dé diém trong. H mặt tự do được hình thành 67 Hình 3. Biên dạng chuột được hình thành.7 Tạo bai cạnh vải bên cạnh chuột TRình 3.

Dùng các lạnh cắt, chính sửa bê mặt chuột _- 69 Hinh 3. Mau chudt ddy dit trén cơ sở vừa lqo ra ở trên. San phẩm bê mặt chuột thiết kế trong CUHTTA USTRT9. Chỉ nết được đưa vào Ađodhile gia CÔNG.

Tạo phôi a 7 Hình 3. Phôi đã được tạo, Rongh stock ï xuất hiện trên cây thư mục. Mô phông gia công trên CAT1A. Phôi được Âu vào không gian gia công trong CATIA.

Phôi dã được dựa vào gia công ở dụng mặt 8TI. có dộ phân giải. Sơ đề kỹ thuật ngược.2 Giai doan quét mẫu.2 Một nữa mô hình người đã được tạo dưới đụng lưới điểm.4 Mô hình người đã được tạo dưới dạng hưới diém - #2 Hình 45, A6 hình dẫu người hoàn chnh dược hinh thành dưới dạng mặt NURBS. Mô hình mặt người được gia công trên mày CÁC.

Bé mat “maul wt” va “chitiet] tt” rước và sau khi thực hiện chương trình kiểm tra - = ¬. BẰ mặt “mau! bd" và “chiet3 trí” rước và sau khi thực hiện chương bình kiểm. Bê mặt “mau! oct” va “chitiet3 txt" trước và sau Âu thực hiện chương tình kiểm tra. Ý nghĩa khoa học của để tải Ngày nay công nghệ CAD/CAM/CNG và công nghệ tái tạo ngược đang được ứng đụng nhiều trong (hục lế sản xuất các sản phẩm cơ khí chất lượng cao, nhờ vào các công nghệ này mả chímg †a có thể sản xuất được những sản phẩm cơ khí chất lượng có tính kinh tế và kỹ thuật cao vá dem lại hiệu quá kinh tế to lớn trong ngành cơ khí chế Tạo.

Hiện tại, với cơ chế mớ cửa thu hút các nhà đầu tư trong vả ngoài nước, đặc biệt là các nhá đầu tư nước ngoái đã đem dến cho nên công nghiệp nước nhà một diện mạo. mới Khi các thỏ đầu tư trước ngoài vào nước nhà không hỉ đen đến một phương pháp quân lý hiện đại, mà cùng với đó là những thiết bị tối tân trợ giúp quá trình tạo ra sản phẩm một cách nhanh chóng, để dàng va chính xác nhất có thể trong đỏ các phân mềm CAD/CAM/CAE đóng một vai trò võ cùng quan trọng trong khâu thiết kể, chế tạo, mô phỏng vá kiểm tra chất lượng sản phẩm trước khi ứng dụng sản xuất hảng loại.