CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.1 Tổng quan về ứng dụng công nghệ CAD/CAM trong thiết kế khuôn.1 Tình hình ứng dụng công nghệ CAD/CAM trong thiết kế khuôn. Thiết kế và chế tạo khuôn có sự tham gia của máy vi tính (CAD/CAM) thuờng đuợc trình bày gắn liền với nhau. Thật vậy, hai lĩnh vực ứng dụng tin học trong ngành cơ khí chế tạo này có nhiều điểm giống nhau bởi chúng đều dựa trên cùng các chi tiết cơ khí và sử dụng dữ liệu tin học chung: đó là các nguồn đồ thị hiển thị và dữ liệu quản lý. Thực tế, CAD và CAM tương ứng với các hoạt động của hai quá trình hỗ trợ cho phép biến một ý tuởng trừu tượng thành một vật thể thật.
Hai quá trình này thể hiện rõ trong công việc nghiên cứu và triển khai chế tạo. Xuất phát từ nhu cầu cho truớc việc nghiên cứu đảm nhận thiết kế một mô hình mẫu cho đến khi thể hiện trên bản vẽ biểu diễn chi tiết. Từ bản vẽ chi tiết, việc triển khai chế tạo đảm nhận lập ra quá trình chế tạo các chi tiết cùng các vấn đề liên quan đến dụng cụ và phương pháp thực hiện. Hai lĩnh vực hoạt động lớn này trong ngành chế tạo máy đuợc thực hiện liên tiếp nhau và được phân biệt bởi kết quả của nó.
- Kết quả của CAD là một bản vẽ xác định, một sự biểu diễn nhiều hình chiếu khác nhau của một chi tiết cơ khí với các đặc trưng hình học và chức năng. Các phần mềm CAD là các dụng cụ tin học đặc thù cho việc nghiên cứu và được chia thành hai loại: Các phần mềm thiết kế và các phần mềm vẽ. - Kết quả của CAM là cụ thể, đó là chi tiết cơ khí. Trong CAM không truyền đạt một sự biểu diễn của thực thể mà thực hiện một cách cụ thể công việc.
Việc chế tạo bao gồm các vấn đề liên quan đến vật thể, cắt gọt vật liệu, công suất của trang thiết bị, các điều kiện sản xuất khác nhau có giá thành nhỏ nhất, với việc tối ưu hoá đồ gá và dụng cụ cắt nhằm đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết cơ khí. Ta phân biệt hai loại dụng cụ tin học trong nghiên cứu thiết kế: 1 - Các phần mềm vẽ có sự tham gia của máy tính điện tử (Computer Aided Drawing - CAD). - Các phần mềm thiết kế có sự tham gia của máy tính điện tử. Trong tiếng Anh ta sử dụng từ CAD chung cho cả hai phần mềm này.
Trong triển khai chế tạo ra sản phẩm từ bản vẽ thiết kế, ngày nay có các phần mềm ứng dụng đó là các phần mềm chế tạo có sự tham gia của máy tính điện tử. (Computer Aided Manufacturing - CAM) Khi sự tích hợp trên máy tính điện tử cho các hoạt động thiết kế và chế tạo được thực hiện, tức là khi việc thực hiện có thể trực tiếp dựa vào các dữ liệu số được tạo ra bởi việc thiết kế, tập hợp các hoạt động đặc trưng của CAD/CAM được mô tả duới khái niệm chế tạo, được tích hợp bởi máy tính điện tử. Do vậy CIM biểu diễn các hoạt động tương ứng với thiết kế, vẽ, chế tạo và kiểm tra chất lượng của một sản phẩm cơ khí. Xu thế phát triển chung của các ngành công nghiệp chế tạo theo công nghệ tiên tiến là liên kết các thành phần của qui trình sản xuất trong một hệ thống tích hợp điều khiển bởi máy tính điện tử (Computer Integrated Manufacturing - CIM).
Các thành phần của hệ thống CIM được quản lý và điều hành dựa trên cơ sở dữ liệu trung tâm với thành phần quan trọng là các dữ liệu từ quá trình CAD. Kết quả của quá trình CAD không chỉ là cơ sở dữ liệu dể thực hiện phân tích kỹ thuật, lập qui trình chế tạo, gia công điều khiển số mà chính là dữ liệu điều khiển thiết bị sản xuất điều khiển số như các loại máy công cụ, nguời máy, tay máy công nghiệp và các thiết bị phụ trợ khác. Công việc chuẩn bị sản xuất có vai trò quan trọng trong việc hình thành bất kỳ một sản phẩm cơ khí nào. Công việc này bao gồm: 2 - Chuẩn bị thiết kế (thiết kế kết cấu sản phẩm, các bản vẽ lắp chung của sản phẩm, các cụm máy.) - Chuẩn bị công nghệ (đảm bảo tính năng công nghệ của kết cấu, thiết lập qui trình công nghệ).
- Thiết kế và chế tạo các trang bị công nghệ và dụng cụ phụ v. - Kế hoạch hoá quá trình sản xuất và chế tạo sản phẩm trong thời gian yêu cầu. Hiện nay, qua phân tích tình hình thiết kế ta thấy rằng 90% thời lượng thiết kế là để tra cứu số liệu cần thiết mà chỉ có 10% thời gian dành cho lao động sáng tạo và quyết định phương án, do vậy các công việc trên có thể thực hiện bằng máy tính điện tử để vừa tiết kiệm thời gian vừa đảm bảo độ chính xác và chất luợng. 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 dể thực hiện một số chức năng nhất định.
CAD/CAM tạo ra mối quan hệ mật thiết giữa hai dạng hoạt động: Thiết kế và Chế tạo. Tự động hoá thiết kế là dùng các hệ thống và phương tiện tính toán giúp nguời kỹ sư thiết kế, mô phỏng, phân tích và tối ưu hoá các giải pháp thiết kế. Tự động hoá chế tạo là dùng máy tính điện tử để kế hoạch hoá, điều khiển và kiểm tra các nguyên công gia công.2 Đặc điểm công nghệ chế tạo khuôn mẫu theo công nghệ CAD/CAM. Theo lịch sử hình thành và phát triển ta có thể phân biệt công nghệ thiết kế và gia công chế tạo khuôn mẫu như sau: - Thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống.
- Thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ CAD/CAM - Thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ tích hợp CIM Trong công nghệ truyền thống, các mặt cong 3D phức tạp được gia công trên 3 máy vạn năng theo phương pháp chép hình sử dụng mẫu. Do vậy quy trình thiết kế và gia công bao gồm có 4 giai đọan phân biệt (Hình 1. Tạo mẫu sản phẩm, 2. Lập bản vẽ kỹ thuật, 3.
Tạo mẫu chép hình, 4. Gia công chép hình.1 Qui trình thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống. Qui trình này có những hạn chế: - Khó đạt được độ chính xác gia công, chủ yếu do quá trình chép hình, - Dễ dàng làm sai do nhầm lẫn hay hiểu sai vì phải xử lý một số lớn dữ liệu, - Năng suất thấp do mẫu được thiết kế theo phương pháp thủ công và qui trình được thực hiện tuần tự: tạo mẫu sản phẩm - lập bản vẽ chi tiết- tạo mẫu chép hình - phay chép hình. Sự phát triển của phương pháp mô hình hoá hình học cùng với thành tựu của công nghệ thông tin, công nghệ điện tử, kỹ thuật điều khiển số đã có những ảnh huởng trực tiếp đến công nghệ thiết kế và gia công tạo hình (Hình 1.2): - Bản vẽ kỹ thuật được tạo từ hệ thống vẽ và tạo bản vẽ với sự trợ giúp của máy vi tính.
4 - Tạo mẫu thủ công được thay thế bằng mô hình hoá hình học trực tiếp từ giá trị lấy mẫu 3D. - Mẫu chép hình được thay thế bằng mô hình toán học - mô hình hình học lưu trữ trong bộ nhớ máy vi tính và ánh xạ trên màn hình duới dạng mô hình khung luới. - Gia công chép hình được thay thế bằng gia công điều khiển số (CAM). Về công nghệ, khác biệt cơ bản giữa gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống và công nghệ CAD/CAM là thay thế tạo hình theo mẫu bằng mô hình hoá hình học.
Kết quả là mẫu chép hình và công nghệ gia công chép hình được thay thế bằng mô hình hình học số (Computational Geometric Model - CGM) và gia công điều khiển số. Mặt khác khả năng kiểm tra kích thuớc trực tiếp và khả năng lựa chọn chế độ gia công thích hợp (gia công thô, bán tinh và tinh). Theo công nghệ CAD/CAM phần lớn các khó khăn của quá trình thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống được khắc phục vì rằng: - Bề mặt gia công đạt được chính xác và tinh xảo hơn. - Khả năng nhầm lẫn do chủ quan bị hạn chế đáng kể.
- Giảm được nhiều tổng thời gian thực hiện qui trình thiết kế và gia công tạo hình.2 Qui trình thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ CAD/CAM. 5 Từ công nghệ CAD/CAM ta dễ dàng thực hiện ý tuởng liên kết mọi thành phần trong một hệ thống tích hợp (Hình 1. Theo công nghệ tích hợp, công việc mô hình hoá hình học - vẽ - tạo bản vẽ được tích hợp trong CAD; kết quả mọi thông tin về hình dáng được lưu lại duới dạng CGM, lưu trữ trong cơ sở dữ liệu trung tâm. Công nghệ tiên tiến nhất có khả năng hỗ trợ thực hiện toàn bộ qui trình thiết kế và chế tạo theo công nghệ tích hợp: - Cho phép thiết lập mô hình hình học số CGM trực tiếp từ ý tuởng về hình dáng.
- Ðược trợ giúp bởi thiết bị đồ hoạ mạnh và công nghệ tô màu, tạo bóng hiện đại. - Có khả năng thực hiện các chức năng phân tích kỹ thuật; liên kết với các thiết bị tạo mẫu nhanh theo công nghệ tạo hình lập thể; lập trình chế tạo; điều khiển quá trình gia công điều khiển số; lập qui trình lắp ráp; tạo phôi Hình 1.3 Qui trình thiết kế và gia công tạo hình theo công nghê tích hợp. Tình hình ứng dụng phần mềm Autodesk Inventor trong thiết kế khuôn 1. Tổng quan về phần mềm Autodesk Inventor Autodesk Inventor là một trong những bộ phần mềm chuyên dụng của hãng 6 Autodesk.
Autodesk Inventor trang bị những công cụ mạnh, quản lý các đối tượng thông minh, trợ giúp quá trình thiết kế, làm tăng năng suất và chất lượng thiết kế, tối ưu hóa quá trình thiết kế bằng việc tạo mối liên kết giữa mô hình 3D và bản vẽ 2D. Autodesk Inventor có 4 chức năng thiết kế: - Mô hình hóa chi tiết (môi trường “*. - Lắp ráp các chi tiết (môi trường “*. - Tạo bản vẽ kỹ thuật 2D từ 3D solid (môi trường “*.
- Trình diễn lắp ráp (môi trường “*. Autodesk Inventor là phần mềm hổ trợ đắc lực quá trình thiết kế, gồm các tính năng - Tạo biên dạng phác thảo 2D rất nhanh chóng và dễ dàng. Ta có thể hiệu chỉnh về kích thước và hình dạng ở mọi thời điểm.