Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC 1.1 Công nghệ thiết kế ngược Từ những năm cuối của thế kỷ XX công nghệ thiết kế ngược đã được nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực phát triển các sản phẩm, đặc biệt là trong lĩnh vực thiết kế các mô hình 3D từ mô hình cũ đã có nhờ sự trợ giúp của máy tính. Công nghệ thiết kế ngược ngày càng phát triển cùng với sự phát triển của máy quét hình, máy đo 3 chiều và các phần mềm CAD/CAM. Một số sản phẩm ứng dụng công nghệ thiết kế ngược Trong công nghệ chế tạo truyền thống, để chế tạo một sản phẩm từ ý tưởng hoặc nhu cầu thị trường, người ta thiết kế mô hình CAD rồi gia công trên các máy công cụ. Tuy nhiên trong thực tế chế tạo sản phẩm, đôi khi người ta cần chế tạo những sản phẩm theo những mẫu đã có sẵn mà chưa hoặc không có các mô hình CAD tương ứng như một số loại sản phẩm sau: 4 - Các tác phẩm đồ cổ - Những chi tiết đã ngừng sản xuất từ lâu - Những chi tiết không rõ nguồn gốc xuất xứ - Những tác phẩm điêu khắc - Những chi tiết phức tạp - Các bộ phận trong cơ thể con người và động vật dùng trong kỹ thuật cấy ghép.
Để tạo được mẫu của những sản phẩm này, trước đây người ta dùng các phương pháp đo rồi vẽ phác hoặc dùng sáp, thạch cao để in mẫu. Các phương pháp này cho độ chính xác không cao, tốn nhiều thời gian và công sức, đặc biệt là những chi tiết có hình dáng hình học phức tạp. Với công nghệ ngày nay người ta đã sử dụng máy quét hình hoặc máy đo 3 chiều CMM để quét hình các sản phẩm sau đó sử dụng các phần mềm CAD/CAM chuyên dụng để xử lý dữ liệu quét và cuối cùng sẽ tạo được mô hình CAD 3D dưới dạng khối hoặc dạng bề mặt có độ chính xác cao. Mô hình CAD 3D này có thể được chỉnh sửa lại nếu cần.
Ngoài việc thiết kê, chế tạo được nhiều sản phẩm khác nhau, công nghệ thiết kế ngược còn có một số ứng dụng sau đây: - Đánh giá chất lượng sản phẩm bằng cách so sánh mô hình CAD nhận được sau khi quét với sản phẩm, từ đó điều chỉnh mô hình hoặc các thông số công nghệ để tạo ra sản phẩm theo yêu cầu. - Mô hình CAD nhận được sau khi quét có thể sử dụng làm mô hình trung gian trong quá trình thiết kế bằng cách tạo mô hình sản phẩm bằng thủ công trên đất sét, thạch cao, sáp hoặc cao hơn là tạo mô hình sản phẩm trên các máy tạo mẫu nhanh… rồi sau đó quét hình để tạo mô hình CAD mới, mô hình CAD này có thể chỉnh sửa theo ý muốn.2 CAD/CAM/CAE Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, CAD/CAM/CAE đã được ứng dụng nhanh chóng trong công nghiệp vì nó là công cụ đắc lực giúp các nhà thiết kế và chế tạo sản phẩm có thể phân tích đánh giá, thay đổi mẫu mã hoặc lựa chọn phương án gia công một cách tối ưu, chính xác và linh hoạt. Đặc biệt trong công nghệ thiết kế ngược thì việc sử lý các dữ liệu sau khi quét và xây dựng mô hình 3D thì không thể không dùng các phần mềm CAD/CAM. Khái niệm CAD/CAM dù đã có từ khá rất lâu nhưng vẫn đang tiếp tục được phát triển và mở rộng.
Ban đầu CAD và CAM được sử dụng độc lập để mô tả việc thiết kế các bản vẽ, đồ họa và lập trình bộ phận với sự trợ giúp của máy tính. Trong những năm gần đây, hai khái niệm này được nối kết với nhau để tạo ra khái niệm thống nhất CAD/CAM. Theo khái niệm này thì CAD/CAM biểu diễn một phương pháp trợ giúp tích hợp của máy tính trong toàn bộ quá trình sản xuất bao trùm từ khâu thiết kế đến sản xuất. Cụ thể trong pha thiết kế bao gồm toàn bộ các hoạt động liên quan đến các dữ liệu kỹ thuật như bản vẽ, các mô hình, các phần tử hữu hạn, bản ghi các chi tiết và kế hoạch, thông tin chương trình NC.
Trong khâu sản xuất thì các ứng dụng của máy tính bao trùm trong lập kế hoạch quá trình, điều độ sản xuất, NC, CNC, quản lý chất lượng và lắp ráp.1 CAD (Computer-Aided Design) T 93 T 93 CAD được định nghĩa là một hoạt động thiết kế liên quan đến việc sử dụng máy tính để tạo lập, sửa chữa hoặc trình bày một thiết kế kỹ thuật. CAD có liên hệ chặt chẽ với hệ thống đồ họa máy tính. Các lý do quan trọng có thể kể đến khi sử dụng hệ thống CAD là tăng hiệu quả làm việc cho người thiết kế, tăng chất lượng thiết kế, nâng cao chất lượng trình bày thiết kế và tạo lập 6 cơ sở dữ liệu cho sản xuất. Các bước tiến hành một thiết kế với CAD: Tổng hợp (xây dựng mô hình động học); phân tích tối ưu hóa (phân tích kỹ thuật); trình bày thiết kế (tự động ra bản vẽ).
Mô hình hình học U Mô hình hình học là dùng CAD để xây dựng, biểu diễn toán học dạng hình học của đối tượng. Mô hình này cho phép người sử dụng CAD biểu diễn hình ảnh của đối tượng lên màn hình và thực hiện một số thao tác lên mô hình như: làm biến dạng hình ảnh, phóng to thu nhỏ, lập một mô hình mới trên cơ sở mô hình cũ. Từ đó người thiết có thể xây dựng mô hình một chi tiết mới hoặc thay đổi mô hình một chi tiết cũ. Có nhiều dạng mô hình hình học trên CAD, ngoài mô hình 2D phổ biến, các mô hình 3D có thể được xây dựng cho phép người sử dụng quan sát vật thể từ nhiều hướng khác nhau, có thể phóng to thu nhỏ, thực hiện các phân tích kỹ thuật như sức căng, lý hoá và nhiệt độ.
Mô hình lưới U Là mô hình sử dụng các dạng đường để minh hoạ vật thể. Mô hình này có những hạn chế lớn là không có khả năng phân biệt các nét thấy và nét khuất trong vật thể, không nhận biết được các dạng đường cong, không có khả năng kiểm tra va chạm giữa các chi tiết bộ phận và khó khăn trong việc tính toán các đặc tính vật lý. Mô hình bề mặt T 93U Là mô hình được xây dựng từ các điểm, các đường và các bề mặt. Mô T 93 hình này có khả năng nhận biết và hiển thị các dạng đường cong phức tạp, có khả năng nhận biết bề mặt và cung cấp mô hình 3D có bề mặt bóng, có khả năng hiển thị rất tốt mô phỏng quỹ đạo chuyển động như chuyển động của dụng cụ cắt của máy công cụ hoặc chuyển động của các rôbốt.
Mô hình khối đặc T 93U 7 Mô tả hình dạng toàn khối của vật thể một cách rõ ràng và chính xác. T 93 Nó có thể mô tả các đường thấy và đường khuất của vật thể. Mô hình này trợ giúp đắc lực trong quá trình lắp ráp các phần tử phức tạp. Ngoài ra, mô hình này còn có khả năng tạo mảng màu và độ bóng bề mặt.
Hơn nữa, người sử dụng có thể kết hợp với các chương trình phần mềm chuyên dụng khác để biểu diễn mô hình và tạo hình ảnh sống động cho vật thể. Phân tích kỹ thuật mô hình T 93U Sau khi có được phương án thiết kế, mô hình CAD sẽ trợ giúp biểu T 93 diễn các đặc tính của chi tiết thực tế. Ví dụ về việc phân tích mô hình là tính toán các đặc tính vật lý và phân tích phần tử hữu hạn. Tính toán các đặc tính vật lý bao gồm việc xác định khối lượng, diện tích bề mặt, thể tích và xác định trọng tâm.
Phương pháp phần tử hữu hạn nhằm tính toán sức căng, độ truyền nhiệt… Đánh giá thiết kế T 93U Đánh giá thiết kế bao gồm: Tự động xác định chính xác các kích T 93 thước, xác định khả năng tương tác giữa các bộ phận. Điều này đặc biệt quan trọng trong các thiết kế lắp ráp nhằm tránh hai chi tiết cùng chiếm một khoảng không gian, kiểm tra động học. Điều này cần đến khả năng mô phỏng các chuyển động của CAD. Tự động phác thảo bản vẽ T 93U Lĩnh vực trợ giúp đắc lực thứ tư của CAD là khả năng tự động cho ra T 93 các bản vẽ với độ chính xác cao một cách nhanh chóng.
Điều này rất quan trọng trong quá trình thiết kế và tạo lập hồ sơ thiết kế. Ngày nay CAD được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành khác nhau: T 93 Cơ khí, xây dựng, kiến trúc, điện - điện tử, y học, dệt may, thiết kế nhạc cụ. Ở Việt Nam trong lĩnh vực cơ khí các phần mềm CAD phổ biến được T 93 8 sử dụng hiện nay là Autocad, Mechanical Destop, Inventor, Solidworks, Catia, Pro/Engineer.2 CAM (Computer-Aided Manufacturing) T 93 T 93 CAM được định nghĩa là việc sử dụng máy tính trong lập kế hoạch, T 93 quản lý và điều khiển quá trình sản xuất. Các ứng dụng của CAM được chia làm 2 loại chính: lập kế hoạch sản xuất và điều khiển sản xuất - Lập kế hoạch sản xuất T 93 + Ước lượng giá thành sản phẩm: Ước lượng giá của một loại sản phẩm T 93 mới là khá đơn giản trong nhiều ngành công nghiệp và được hoàn thành bởi chương trình máy tính.
Chi phí của từng chi tiết, bộ phận được cộng lại sẽ xác định được giá của sản phẩm. + Lập kế hoạch sản xuất với sự trợ giúp của máy tính: Các trình tự T 93 thực hiện và các trung tâm gia công cần thiết cho sản xuất một sản phẩm được chuẩn bị bởi máy tính. Các hệ thống này sẽ cung cấp các quy trình công nghệ, tìm ra quy trình tối ưu và tiến hành mô phỏng kiểm nghiệm quy trình đã chọn. + Các hệ thống dữ liệu gia công máy tính hóa: Các chương trình máy T 93 tính cần được soạn thảo để đưa ra các điều kiện cắt tối ưu cho các loại nguyên vật liệu khác nhau.
Các tính toán dựa trên các dữ liệu nhận được từ thực nghiệm hoặc tính toán lý thuyết về tuổi thọ của dao theo điều kiện cắt gọt. T 93 + Lập trình với sự trợ giúp của máy tính: Lập trình cho máy công cụ là công việc khó khăn, tiêu tốn thời gian cho người lập trình và gây ra nhiều lỗi khi các chi tiết có hình dạng hình học phức tạp. Các phần post processor được sử dụng rất có hiệu quả để thay thế việc lập trình bằng tay.