Luận văn: Xây dựng dữ liệu CAD/CAM trên CATIA cho trung tâm gia công phay CNC

Tải luận văn xây dựng dữ liệu CAD/CAM trên phần mềm CATIA ứng dụng cho gia công phay CNC. Tài liệu tham khảo hữu ích cho ngành cơ khí chế tạo máy.

• Tác giả: Luu Huy Hanh
• Người hướng dẫn: Ts. Le Giang Nam
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Chế Tạo Máy
• Đề tài: Xây Dựng Dữ Liệu CAD/CAM Trên Cơ Sở Phần Mềm CATIA Phục Vụ Cho Trung Tâm Gia Công Phay CNC Tại Trường Cao Đẳng Nghề Kỹ Thuật Công Nghệ
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống CAD CAM CATIA trong gia công CNC

CATIA là phần mềm thiết kế và sản xuất hàng đầu được ứng dụng rộng rãi trong ngành gia công cơ khí hiện đại. Hệ thống CAD/CAM tích hợp cho phép các kỹ sư và nhân viên kỹ thuật tạo ra dữ liệu thiết kế chi tiết và chuyển đổi trực tiếp sang chương trình gia công CNC. Việc xây dựng dữ liệu CAD/CAM trên nền tảng CATIA giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm thời gian thiết kế và nâng cao độ chính xác gia công. Đối với các trung tâm gia công phay CNC, việc áp dụng công nghệ này không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn đảm bảo chất lượng sản phẩm. Luận văn này tập trung vào việc xây dựng cơ sở dữ liệu CAD/CAM phục vụ cho các máy phay CNC tại các cơ sở giáo dục kỹ thuật công nghệ, hỗ trợ đào tạo và thực hành cho sinh viên.

1.1. Khái niệm hệ thống CAD CAM và ứng dụng trong gia công CNC

CAD/CAM (Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing) là hệ thống công nghệ tiên tiến cho phép thiết kế và sản xuất sử dụng máy tính. CATIA cung cấp các công cụ mạnh mẽ để tạo mô hình 3D chi tiết, thiết lập thông số gia công và tự động hóa quá trình lập chương trình NC code cho máy CNC. Trong lĩnh vực gia công phay, hệ thống này cho phép lập trình các đường dẫn dao, tối ưu các thông số cắt và mô phỏng quá trình gia công trước khi thực hiện trên máy thực tế.

1.2. Vai trò của dữ liệu CAD CAM trong đào tạo kỹ thuật

Việc xây dựng cơ sở dữ liệu CAD/CAM đóng vai trò quan trọng trong các trường cao đẳng nghề và trung tâm kỹ thuật. Sinh viên có cơ hội thực hành với công nghệ thực tế, nắm vững quy trình từ thiết kế 3D đến lập chương trình gia công. Điều này giúp nâng cao kỹ năng chuyên môn, tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường lao động, và chuẩn bị tốt hơn cho các vị trí kỹ sư gia công CNC trong các doanh nghiệp sản xuất.

II. Quy trình xây dựng mô hình CAD 3D trong CATIA

Quy trình xây dựng mô hình 3D CAD trong CATIA bao gồm nhiều bước chi tiết từ phác thảo ban đầu đến hoàn thiện bản vẽ. Đầu tiên, người dùng vẽ các bản phác 2D của chi tiết, sau đó tạo mô hình 3D bằng cách sử dụng các công cụ tạo hình như pad, pocket, hole và draft. Tiếp theo, thiết lập các kích thước và ràng buộc hình học để đảm bảo độ chính xác. CATIA cho phép tạo lập các bảng tham số động, liên kết với các hàm quan hệ để dễ dàng thay đổi thiết kế. Việc sử dụng Knowledge Advisor giúp tự động hóa các quy luật thiết kế phức tạp, tiết kiệm thời gian và giảm sai sót trong quá trình thiết kế chi tiết cho gia công phay.

2.1. Các bước vẽ phác và tạo mô hình 3D

Bước đầu tiên là vẽ phác chỉ tiết 2D sử dụng các công cụ trong CATIA như line, circle, arc. Sau đó, áp dụng các ràng buộc hình học (geometric constraints) để định hình chính xác. Tiếp theo, sử dụng công cụ Pad để tạo khối 3D từ bản phác, thiết lập chiều cao (length) và các thông số khác. Công cụ Pocket được dùng để tạo các hốc hoặc rãnh. Hole dùng để tạo lỗ khoan. Cuối cùng, sử dụng Draft để làm mất góc cạnh và hoàn thiện mô hình 3D.

2.2. Thiết lập tham số và hàm quan hệ trong CATIA

Sau khi tạo mô hình 3D, cần thiết lập các tham số để quản lý các kích thước. CATIA cho phép tạo bảng thiết kế (Design Table) và liên kết với Microsoft Excel. Hàm quan hệ (Relation/Formula) được sử dụng để tạo mối liên hệ giữa các kích thước, cho phép tự động thay đổi một kích thước khi kích thước khác thay đổi. Công cụ Knowledge Advisor giúp kiểm tra các ràng buộc và quy luật thiết kế, đảm bảo mô hình 3D luôn hợp lệ và sẵn sàng cho giai đoạn gia công.

III. Lập chương trình gia công NC code cho máy CNC

Lập chương trình NC code là giai đoạn quan trọng chuyển đổi mô hình CAD thành chương trình điều khiển máy CNC. CATIA cung cấp module Machining chuyên dụng để tự động tạo lập các đường dẫn dao, tính toán tốc độ cắt và tốc độ quay trục chính dựa trên vật liệu chi tiết. Kỹ sư gia công cần thiết lập các thông số như chọn loại dao, chiến lược gia công (phay mặt, phay hốc, khoan), và điểm bắt đầu. Sau khi lập trình, CATIA cho phép mô phỏng quá trình gia công để phát hiện va chạm hoặc lỗi trước khi thực hiện trên máy thực tế. Cuối cùng, xuất chương trình NC code theo định dạng của máy CNC cụ thể.

3.1. Thiết lập phôi và cấu hình máy CNC

Trước khi lập chương trình gia công, cần thiết lập phôi (raw material) với kích thước và hình dạng phù hợp. CATIA cho phép nhập thông tin phôi và định vị trên bàn máy. Tiếp theo, cấu hình máy CNC bằng cách chọn loại máy, số trục, và đặc tính kỹ thuật. Các thông số như chiều dài dao cụ, bán kính cắt, và vị trí lỗ lắp dao phải được nhập chính xác để đảm bảo tính khả thi của chương trình gia công.

3.2. Tạo đường dẫn dao và xuất NC code

Sau khi cấu hình máy, sử dụng các công cụ gia công trong CATIA để tạo đường dẫn dao (tool path). Các chiến lược gia công phổ biến bao gồm phay mặt (face), phay hốc (cavity), và khoan (drilling). Cho mỗi bước gia công, thiết lập thông số như tốc độ cắt (cutting speed), tốc độ quay (spindle speed), và tốc độ tiến (feed rate). CATIA tự động tính toán các giá trị này dựa trên vật liệu và dao cụ. Sau khi kiểm tra mô phỏng, xuất chương trình NC code ở định dạng G-code hoặc M-code phù hợp với máy CNC đích.

IV. Ứng dụng Knowledge Based Intelligent System KBIS trong thiết kế gia công

Knowledge-Based Intelligent System (KBIS) là hệ thống thông minh dựa trên kiến thức, được tích hợp trong CATIA để tự động hóa các quy trình thiết kế phức tạp. Hệ thống này lưu trữ các quy tắc kỹ thuật, kinh nghiệm gia công, và các ràng buộc thiết kế từ những chuyên gia lành nghề. Khi thiết kế chi tiết, KBIS tự động kiểm tra và đề xuất các cải thiện, giảm sai sót và rút ngắn thời gian thiết kế. Ứng dụng Knowledge Advisor trong CATIA cho phép tạo lập các quy luật thông minh như phương trình tọa độ điểm, công thức tính toán kích thước, và các ràng buộc hình học. Điều này đặc biệt hữu ích trong thiết kế gia công, giúp tối ưu hóa các chi tiết như bánh răng, hốc phức tạp, và nâng cao hiệu quả sản xuất.

4.1. Cơ chế hoạt động của KBIS trong CATIA

KBIS trong CATIA hoạt động dựa trên cơ sở dữ liệu kiến thức chứa các quy tắc và ràng buộc thiết kế. Khi người dùng nhập các thông số đầu vào, hệ thống tự động áp dụng các quy luật đã định sẵn để tạo ra mô hình 3D tối ưu. Công cụ Check Editor kiểm tra tính hợp lệ của thiết kế. Knowledge Advisor cho phép tạo bảng thiết kế động với các công thức nhúng, liên kết với các tham số và hàm quan hệ để tự động tính toán và cập nhật mô hình.

4.2. Ứng dụng trong thiết kế chi tiết phức tạp như bánh răng

Một ví dụ điển hình là thiết kế bánh răng sử dụng KBIS. Hệ thống cho phép nhập các thông số như số răng, module, đường kính pitch, và tự động tạo mô hình bánh răng chính xác. Khi thay đổi một thông số đầu vào, toàn bộ mô hình tự động cập nhật. KBIS giúp kiểm tra các ràng buộc như góc áp lực, độ bề mặt, và độ chịu tải, đảm bảo chi tiết đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật trước khi chuyển sang gia công CNC.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương 1 Chương 2 : Hệ thống CAD/CAM/CAE và cơ sở dữ liệu CAD/CAM 2.1 Tổng quan vẻ hệ thông CAx 2.1 Khải niệm về hệ thống CAx Hình 3.42: Thiết lập chương trình khoan lỗ 103 Hình3.43: Xuất chương trinh gia công NC code 108 Hình 3.20: Vẽ phác chỉ tiết 2D trong CATIA Hình 3.21: ‘Tao mé hinh 3D trong CATLA Tỉnh 3.22: Thiết lập kích thước mỗ hinh 319 trong CATIA Hình 3.23 ; Hoan thién ban vé 3D chi tiét trong CATIA 93 THỉnh 3.24: Thiết lập các thông số tạo hàm và tạo bang cho chi tiết 94 Hình 3.25: Tạo lập bảng cho chỉ Hết trong CATTÁ.26: Lựa chọn các thông số kích thước 95 Hinh 3.27: Tao lap các thông số trong Microsoft Exel 96 Hình 3.28: : Lựa chọn các thông số cần thiết lập.29: Tao ham quan hệ oác kich thước.30: Thiết lập hàm quan hệ Hình 3.31: Kich hoạt các hàm quan hệ 98 Tỉnh 3.32 Thiết lập thông số đầu vào 98 Hình 3.33: Phương trình tọa độ điểm 99 Tlinh 3.34: Thiết lập và nhân bản biên đạng răng, 39 Hình 3.35: Mô hình bánh răng sọ Hình 3.36: Mô hình bánh răng, sau khi thay đỗi thông số dầu vào 100 Hình 3.37: Câu trúc mô hình 100 Hình 3.38: Thiết lập phôi cho chỉ tiết gia công 101 Linh 3.39 'TThiết lập máy 101 Tnh3.40: Thiết lập chương trình phay mặt 102 Hình 3.41 'Thiết lập chương trình phay hốc 102 Hình 3.20: Vẽ phác chỉ tiết 2D trong CATIA Hình 3.21: ‘Tao mé hinh 3D trong CATLA Tỉnh 3.22: Thiết lập kích thước mỗ hinh 319 trong CATIA Hình 3.23 ; Hoan thién ban vé 3D chi tiét trong CATIA 93 THỉnh 3.24: Thiết lập các thông số tạo hàm và tạo bang cho chi tiết 94 Hình 3.25: Tạo lập bảng cho chỉ Hết trong CATTÁ.26: Lựa chọn các thông số kích thước 95 Hinh 3.27: Tao lap các thông số trong Microsoft Exel 96 Hình 3.28: : Lựa chọn các thông số cần thiết lập.29: Tao ham quan hệ oác kich thước.30: Thiết lập hàm quan hệ Hình 3.31: Kich hoạt các hàm quan hệ 98 Tỉnh 3.32 Thiết lập thông số đầu vào 98 Hình 3.33: Phương trình tọa độ điểm 99 Tlinh 3.34: Thiết lập và nhân bản biên đạng răng, 39 Hình 3.35: Mô hình bánh răng sọ Hình 3.36: Mô hình bánh răng, sau khi thay đỗi thông số dầu vào 100 Hình 3.37: Câu trúc mô hình 100 Hình 3.38: Thiết lập phôi cho chỉ tiết gia công 101 Linh 3.39 'TThiết lập máy 101 Tnh3.40: Thiết lập chương trình phay mặt 102 Hình 3.41 'Thiết lập chương trình phay hốc 102 Hình 3.42: Thiết lập chương trình khoan lỗ 103 Hình3.43: Xuất chương trinh gia công NC code 108 Hình 2.13: Modul Human trong CATIA Hinh 2.14: Modul robotic trong CATIA.1 Ứng dụng KEE làu giảm thời gian tiết kế Hình 3.2: Mô hình tiến hỏa.3: Tổng quan chung chu kỳ của KBIS Hình 3⁄4 Công cu CATIA ứng dụng vào mỗ hình tiến hóa Hình 3.5: Sơ dỗ của phương pháp cho mô hình tiến hỏa trong hệ thống, CATIA Hình 3.6 Các chức năng cơ bản của modul Knowledse adivisor 83 Hình 3.7: Bằng hiển thị các thông số 84 Hình 3.8 "Thêm thuộc tính của tham số.9: ‘Vat liệu mặc định 8S Tình 3.10:Thay đổi vật Hệu 85 1Hỉnh 3.11 : Thư viện vat ligu trong CATIA 86 Tỉnh 3.12: Giá trị thuộc tính của đôi trong, Hinh 3.13: Thư viện các chức năng thiết lập quy luật Hình 3.14: Hộp thoại Check Editor 88 Hình 3.15 : Thiết lập thông tin hiến thị sau khi kiêm tra 88 Hinh 3. ké bang trong CATTA 89 Linh 3.17: : Tạo bảng thiết kế trong CA LIA S0 Hinh 3.18: Bang tham sé trong CATIA 90 Hình 3.19: : Bảng thiết kế trong CATIA. Ø1 DANH MỤC BẰNG Trang, Bảng 1.1 : Số lượng xưởng học thực hàn: 35 Bảng 1.2 : Trang thiết bị máy móc 35 DANH MỤC IÌNH VẼ Trang Hình 1.1 : Sơ để hệ điền khiến NC 16 Hình 1.3 : Sơ đỗ hệ điều khiển CNC 17 1linh 1.3: Sơ để hệ điều khién DNC 18 Tình 1.4: Sơ đỗ hệ điêu khiển AC 19 Hình 1.5: Hệ théng FMS 20 Tĩnh 1 6 Sơ đề hệ thống tích hợp CIM + Tình 1.7: Bản xoay trên máy CXC 5 trục 25 Tĩnh 1.8: Cấu tạo cụm trục chính 26 Hình 19: Băng dẫn hướng 26 Hình 1.10: Kết cấu bộ truyền vítme dai dc bi 37 Hinh 1.11: 6 tich dung cu 27 Hinh 1.12: May điêu khiến số 30 Jlinh 1.13: May điều khiến số 2 trục và 3 trục 31 Hinh 1.14: May điệu khiến số 4 trục 31 Hình 3.20: Vẽ phác chỉ tiết 2D trong CATIA Hình 3.21: ‘Tao mé hinh 3D trong CATLA Tỉnh 3.22: Thiết lập kích thước mỗ hinh 319 trong CATIA Hình 3.23 ; Hoan thién ban vé 3D chi tiét trong CATIA 93 THỉnh 3.24: Thiết lập các thông số tạo hàm và tạo bang cho chi tiết 94 Hình 3.25: Tạo lập bảng cho chỉ Hết trong CATTÁ.26: Lựa chọn các thông số kích thước 95 Hinh 3.27: Tao lap các thông số trong Microsoft Exel 96 Hình 3.28: : Lựa chọn các thông số cần thiết lập.29: Tao ham quan hệ oác kich thước.30: Thiết lập hàm quan hệ Hình 3.31: Kich hoạt các hàm quan hệ 98 Tỉnh 3.32 Thiết lập thông số đầu vào 98 Hình 3.33: Phương trình tọa độ điểm 99 Tlinh 3.34: Thiết lập và nhân bản biên đạng răng, 39 Hình 3.35: Mô hình bánh răng sọ Hình 3.36: Mô hình bánh răng, sau khi thay đỗi thông số dầu vào 100 Hình 3.37: Câu trúc mô hình 100 Hình 3.38: Thiết lập phôi cho chỉ tiết gia công 101 Linh 3.39 'TThiết lập máy 101 Tnh3.40: Thiết lập chương trình phay mặt 102 Hình 3.41 'Thiết lập chương trình phay hốc 102 Hình 3.42: Thiết lập chương trình khoan lỗ 103 Hình3.43: Xuất chương trinh gia công NC code 108 2.2 Lịch sử phát triển 43 2.3 Chuỗi quy trình CAx hiện đại 44 3.2 Công nghệ CAID/CAM/CAE 46 2.1 CAD (Computer Aided Design) — Thiết kế với sự trợ giúp 46 của máy tính 3.2 CAMT (Computer Aided Manufaeturing) — Sản xuất với sự trợ giúp của máy tỉnh 2.3 CAE (Coputer Aided Engineering) — Phân tích, tính toán, kỹ thuật có sự hỗ trợ của máy tính.3 Co sé dit héu (CSDT.1 Vai trd va vi tri cla CSDL phue vu qué trinh chudn bi céng nghé.2 Lua chon mô hình CSDL đề hoa — thuộc tính 3.4 Cơ sở đữ liệu CAD/CAM trong CATIA.1 Giới thiệu phần mài CATIA 2.2 Mal sé modal trong CATIA, 2.3 Cơ sở dữ liệu trong CATTA 2.4 Ưu điểm và hạn chế của phân mềm Kết luận chương 2 Chương 3: Cơ sở đữ liệu thiết ké san pham dang mổ hình tiên hóa trên phản mèm CA'LLA cà ứng, dụng của nó cho trung tâm gia công phay CKC SUNMILI.1 Cơ sở đữ liệu thiết kế các chỉ tiết dạng mô hình tiên hóa trên phản mềm CALIA 3.1 Kỹ thuật KHE trong thiết kế 3.2 Coơsở lý thuyết của phương pháp xây đựng mô hình tiến. hoa trong Catia 3,2 Ứng dụng xây dựng cơ sở dữ liệu dạng mỏ bình tiền hóa trên phan pham CATIA cho trung tam gia công phay SƯNMITT,— THV 2 Hình 2.13: Modul Human trong CATIA Hinh 2.14: Modul robotic trong CATIA.1 Ứng dụng KEE làu giảm thời gian tiết kế Hình 3.2: Mô hình tiến hỏa.3: Tổng quan chung chu kỳ của KBIS Hình 3⁄4 Công cu CATIA ứng dụng vào mỗ hình tiến hóa Hình 3.5: Sơ dỗ của phương pháp cho mô hình tiến hỏa trong hệ thống, CATIA Hình 3.6 Các chức năng cơ bản của modul Knowledse adivisor 83 Hình 3.7: Bằng hiển thị các thông số 84 Hình 3.8 "Thêm thuộc tính của tham số.9: ‘Vat liệu mặc định 8S Tình 3.10:Thay đổi vật Hệu 85 1Hỉnh 3.11 : Thư viện vat ligu trong CATIA 86 Tỉnh 3.12: Giá trị thuộc tính của đôi trong, Hinh 3.13: Thư viện các chức năng thiết lập quy luật Hình 3.14: Hộp thoại Check Editor 88 Hình 3.15 : Thiết lập thông tin hiến thị sau khi kiêm tra 88 Hinh 3.

ké bang trong CATTA 89 Linh 3.17: : Tạo bảng thiết kế trong CA LIA S0 Hinh 3.18: Bang tham sé trong CATIA 90 Hình 3.19: : Bảng thiết kế trong CATIA.20: Vẽ phác chỉ tiết 2D trong CATIA Hình 3.21: ‘Tao mé hinh 3D trong CATLA Tỉnh 3.22: Thiết lập kích thước mỗ hinh 319 trong CATIA Hình 3.23 ; Hoan thién ban vé 3D chi tiét trong CATIA 93 THỉnh 3.24: Thiết lập các thông số tạo hàm và tạo bang cho chi tiết 94 Hình 3.25: Tạo lập bảng cho chỉ Hết trong CATTÁ.26: Lựa chọn các thông số kích thước 95 Hinh 3.27: Tao lap các thông số trong Microsoft Exel 96 Hình 3.28: : Lựa chọn các thông số cần thiết lập.29: Tao ham quan hệ oác kich thước.30: Thiết lập hàm quan hệ Hình 3.31: Kich hoạt các hàm quan hệ 98 Tỉnh 3.32 Thiết lập thông số đầu vào 98 Hình 3.33: Phương trình tọa độ điểm 99 Tlinh 3.34: Thiết lập và nhân bản biên đạng răng, 39 Hình 3.35: Mô hình bánh răng sọ Hình 3.36: Mô hình bánh răng, sau khi thay đỗi thông số dầu vào 100 Hình 3.37: Câu trúc mô hình 100 Hình 3.38: Thiết lập phôi cho chỉ tiết gia công 101 Linh 3.39 'TThiết lập máy 101 Tnh3.40: Thiết lập chương trình phay mặt 102 Hình 3.41 'Thiết lập chương trình phay hốc 102 2.2 Lịch sử phát triển 43 2.3 Chuỗi quy trình CAx hiện đại 44 3.2 Công nghệ CAID/CAM/CAE 46 2.1 CAD (Computer Aided Design) — Thiết kế với sự trợ giúp 46 của máy tính 3.2 CAMT (Computer Aided Manufaeturing) — Sản xuất với sự trợ giúp của máy tỉnh 2.3 CAE (Coputer Aided Engineering) — Phân tích, tính toán, kỹ thuật có sự hỗ trợ của máy tính.3 Co sé dit héu (CSDT.1 Vai trd va vi tri cla CSDL phue vu qué trinh chudn bi céng nghé.2 Lua chon mô hình CSDL đề hoa — thuộc tính 3.4 Cơ sở đữ liệu CAD/CAM trong CATIA.1 Giới thiệu phần mài CATIA 2.2 Mal sé modal trong CATIA, 2.3 Cơ sở dữ liệu trong CATTA 2.4 Ưu điểm và hạn chế của phân mềm Kết luận chương 2 Chương 3: Cơ sở đữ liệu thiết ké san pham dang mổ hình tiên hóa trên phản mèm CA'LLA cà ứng, dụng của nó cho trung tâm gia công phay CKC SUNMILI.1 Cơ sở đữ liệu thiết kế các chỉ tiết dạng mô hình tiên hóa trên phản mềm CALIA 3.1 Kỹ thuật KHE trong thiết kế 3.2 Coơsở lý thuyết của phương pháp xây đựng mô hình tiến. hoa trong Catia 3,2 Ứng dụng xây dựng cơ sở dữ liệu dạng mỏ bình tiền hóa trên phan pham CATIA cho trung tam gia công phay SƯNMITT,— THV 2 Hình 3.20: Vẽ phác chỉ tiết 2D trong CATIA Hình 3.21: ‘Tao mé hinh 3D trong CATLA Tỉnh 3.22: Thiết lập kích thước mỗ hinh 319 trong CATIA Hình 3.23 ; Hoan thién ban vé 3D chi tiét trong CATIA 93 THỉnh 3.24: Thiết lập các thông số tạo hàm và tạo bang cho chi tiết 94 Hình 3.25: Tạo lập bảng cho chỉ Hết trong CATTÁ.26: Lựa chọn các thông số kích thước 95 Hinh 3.