Đồ án CAD/CAM: Thiết kế phân khuôn và gia công khuôn yên sau xe đạp

Tài liệu đồ án chi tiết về thiết kế phân khuôn và gia công khuôn yên sau xe đạp. Trình bày đầy đủ quy trình ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CNC.

• Tác giả: Nguyễn Đức Tín
• Người hướng dẫn: Trần Đình Sơn
• Trường học: Đại học Đà Nẵng, Trường Đại học Bách khoa, Khoa Cơ khí
• Chuyên ngành: Cơ khí
• Đề tài: Thiết kế phân khuôn và gia công khuôn yên sau xe đạp
• Loại tài liệu: Đồ án
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Đà Nẵng

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Thiết kế Phân khuôn và Gia công Khuôn Yên sau Xe đạp

Thiết kế phân khuôn và gia công khuôn yên sau xe đạp là một đồ án công nghệ quan trọng trong lĩnh vực CAD/CAM/CNC. Yên sau xe đạp là chi tiết cơ khí có hình dáng phức tạp, yêu cầu độ chính xác cao và khó gia công trên máy vạn năng. Việc ứng dụng công nghệ CNC (Computer Numerical Control) cho phép giảm thời gian sản xuất, nâng cao độ chính xác gia công và hiệu quả kinh tế. Đồ án này nhằm mục đích giúp sinh viên vận dụng kiến thức đã học, ứng dụng máy tính để thiết kế chi tiết và lập trình gia công trên máy công cụ CNC. Thông qua các bước phân tích, thiết kế và lập trình, sinh viên sẽ nắm bắt được quy trình hoàn chỉnh từ khâu thiết kế đến sản xuất.

1.1. Vai trò của CAD CAM CNC trong Thiết kế và Sản xuất

Hệ thống CAD/CAM/CNC đóng vai trò quan trọng trong tự động hóa sản xuất hiện đại. CAD (Computer-Aided Design) giúp thiết kế chi tiết chính xác, CAM (Computer-Aided Manufacturing) lập kế hoạch sản xuất, và CNC thực hiện gia công với độ tin cậy cao. Ứng dụng công nghệ này cho gia công khuôn yên sau xe đạp giúp đạt được các yêu cầu kỹ thuật khắt khe, rút ngắn chu kỳ sản xuất và giảm chi phí.

1.2. Tầm quan trọng của Đồ án Công nghệ CAD CAM CNC

Đồ án này cung cấp kinh nghiệm thực tế về thiết kế phân khuôn, lập quy trình gia công và lập trình máy CNC. Sinh viên sẽ học cách phân tích chi tiết, chọn vật liệu phù hợp, thiết kế khuôn mẫu và tối ưu hóa các tham số gia công để đạt hiệu quả cao nhất.

II. Phân tích và Thiết kế Chi tiết Khuôn Yên sau Xe đạp

Giai đoạn phân tích và thiết kế là bước nền tảng quan trọng trong đồ án. Chi tiết khuôn yên sau xe đạp có hình dáng bề mặt phức tạp, yêu cầu độ chính xác cao, không thể gia công được trên máy vạn năng thông thường. Cần tiến hành phân tích kỹ thuật để xác định các yêu cầu về độ chính xác, độ bóng bề mặt, và điều kiện làm việc của chi tiết. Trên cơ sở đó, chọn vật liệu phù hợp như thép, nhôm hoặc chất liệu composite. Sử dụng phần mềm Pro_E, Solidwork hoặc MasterCAM để thiết kế chi tiết 3D chính xác. Thiết kế này sẽ là cơ sở để lập quy trình gia công và lập trình CNC.

2.1. Lựa chọn Chi tiết và Phân tích Yêu cầu Kỹ thuật

Khuôn yên sau xe đạp được chọn vì có hình dáng phức tạp và yêu cầu độ chính xác cao. Cần phân tích các yêu cầu về độ chính xác chiều hình học, độ bóng bề mặt, và điều kiện làm việc. Xác định vật liệu chi tiết và các thông số kỹ thuật để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.

2.2. Thiết kế Chi tiết sử dụng Phần mềm CAD

Sử dụng phần mềm CAD/CAM như Pro_E hoặc Solidwork để tạo mô hình 3D chi tiết khuôn yên. Thiết kế phải đáp ứng tất cả các yêu cầu kỹ thuật, bao gồm hình dạng bề mặt, lỗ lắp ráp, và các bề mặt chế tạo. Mô hình 3D này sẽ được xuất ra để lập quy trình gia công và lập trình máy CNC.

III. Lập Quy trình Công nghệ và Phân khuôn Gia công

Lập quy trình gia công là bước quan trọng để đảm bảo hiệu quả sản xuất. Trước tiên, phân tích khả năng công nghệ gia công chi tiết trên các máy CNC khác nhau như máy phay CNC, máy tiện CNC hoặc máy mài CNC. Lựa chọn máy công cụ phù hợp với hình dáng và yêu cầu chiều của chi tiết. Chọn dao cắt thích hợp cho từng bước công nghệ, bao gồm dao phay, dao tinh xỉa. Xác định các thông số công nghệ như tốc độ quay (RPM), tốc độ tiến (feed rate), độ sâu cắt (depth of cut) để tối ưu hóa năng suất và chất lượng. Phân khuôn khuôn yên sau xe đạp cần xác định các bề mặt gia công chính, bề mặt gia công phụ và thứ tự gia công hợp lý.

3.1. Phân tích Khả năng Công nghệ và Chọn Máy CNC

Dựa trên hình dạng chi tiết khuôn yên sau xe đạp, phân tích khả năng gia công trên các máy CNC khác nhau. Chọn máy công cụ có tầm hoạt động phù hợp, độ chính xác cao. Xác định các thông số kỹ thuật của máy như công suất, tốc độ quay tối đa, để phù hợp với yêu cầu gia công chi tiết.

3.2. Lựa chọn Dao Cắt và Thông số Công nghệ

Chọn dao cắt thích hợp cho từng nguyên công: dao phay thô, dao phay tinh xỉa, dao tinh. Xác định tốc độ quay (RPM), tốc độ tiến (mm/phút) và độ sâu cắt dựa trên vật liệu chi tiết và loại dao. Tối ưu hóa các tham số để đạt năng suất cao và chất lượng bề mặt tốt.

IV. Lập Trình Gia công Chi tiết trên Máy CNC

Lập trình gia công chi tiết khuôn yên sau xe đạp trên máy CNC là bước cuối cùng và quyết định chất lượng sản phẩm. Sử dụng phần mềm CAM để tạo đường đi dao (tool path) tự động từ mô hình 3D. Trước tiên, tạo phôi chi tiết (chuẩn bị vật liệu thô) với kích thước phù hợp. Lập trình phải xác định rõ ràng các bước gia công theo thứ tự hợp lý, bắt đầu từ gia công thô, gia công xỉa đến gia công tinh. Mỗi bước phải ghi rõ loại dao, tốc độ quay, tốc độ tiến, độ sâu cắt và các tham số khác. Sau khi lập xong, xuất chương trình gia công dưới định dạng G-code để nạp vào máy CNC. Kiểm tra mô phỏng chương trình trước khi gia công thực tế để đảm bảo không có lỗi và chi tiết được gia công chính xác theo yêu cầu.

4.1. Tạo Phôi Chi tiết và Phân tích Lập trình Gia công

Xác định kích thước phôi phù hợp dựa trên chi tiết cần gia công, đảm bảo có dự phần gia công. Phân tích lập trình gia công chi tiết, xác định điểm gốc (origin), hệ tọa độ, và các bước gia công. Tạo G-code xác định đường đi dao, tốc độ quay, tốc độ tiến cho mỗi nguyên công.

4.2. Xuất Chương trình Gia công và Kiểm tra Mô phỏng

Xuất chương trình gia công dưới định dạng G-code hoặc định dạng tương ứng với máy CNC. Sử dụng phần mềm mô phỏng để kiểm tra đường đi dao, phát hiện va chạm, vượt quá giới hạn máy. Sau khi kiểm tra ổn, chương trình sẵn sàng nạp vào máy CNC để bắt đầu gia công thực tế chi tiết khuôn yên sau xe đạp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CAD/CAM/CNC 1.1Vai trò và chức năng của CAD/CAM/CNC CAD/CAM (Computer Aided Design/ Computer Aided Manufacturing) là thuật ngữ chỉ việc thiết kế và chế tạo được hổ trợ bởi máy tính. Công nghệ CAD/CAM sử dụng máy tính để thực hiện một số chức năng nhất định trong thiết kế và chế tạo. Công nghệ này đang được phát triển theo hướng tích hợp thiết kế với sản xuất, CAD/CAM sẽ tạo ra một nền tảng công nghệ cho việc tích hợp máy tính trong sản xuất.

CAD (Computer Aided Design) là việc sử dụng hệ thống máy tính để hổ trợ trong xây dựng, sửa đổi, phân tích hay tối ưu hoá. Hệ thống máy tính bao gồm phần mềm và phần cứng được sử dụng để thực thi các chức năng thiết kế chuyên ngành. Phần cứng CAD gồm có: máy tính, cổng đồ hoạ, bàn phím và các thiết bị ngoại vi khác. Phần mềm CAD gồm có các chương trình thiết kế đồ hoạ, chương trình ứng dụng hổ trợ các chức năng kỹ thuật cho người sử dụng như: phân tích lực ứng suất của các bộ phận, phản ứng động lực học của các cơ cấu, các tính toán truyền nhiệt và lập trình bộ điều khiển số.

CAM (Computer Aided Manufacturing) là việc sử dụng hệ thống máy tính để lập kế hoạch, quản lý và điều khiển các hoạt động sản xuất thông qua giao diện trực tiếp hay gián tiếp giữa máy tính và các nguồn lực sản xuất. CNC (Computer Numerical Controlled): Trước đây các chương trình điều khiển NC đều phải thực hiện thông qua băng đục lỗ, điều khển phải có bộ lọc để giải mã cung cấp các tín hiệu điều khiển cho các trục máy với cách này có nhiều hạn chế, mất thời gian, các chưong trình phải viết lại và dung lượng bé. Chương trình CNC đã khắc phục được các nhược điểm đó bằng cách đọc hàng nghìn bit thông tin trong bộ nhớ. Cho đến nay, CNC đã xuất hiện trong hầu hết các ngành công nghiệp, đây là lĩnh vực có sự kết hợp chặt chẽ giữa máy tính và máy công cụ.2Ứng dụng CAD/CAM/CNC trong việc thiết kế chế tạo sản phẩm Cho đến nay việc ứng dụng các thành tựu của khoa học kỷ thuật vào quá trình sản xuất rất mạnh mẽ.Thay vào việc phải công nhân phải trực tiếp đứng máy gia công thì ngày nay trong các nghành công nghiệp nhiều máy công cụ cổ điển đã được thay thế bằng máy CNC.

SVTH: Nguyễn Đức Tín – Lớp: 08CDT2 Trang 5 1 Đồ án Công nghệ CAD/CAM/CNC GVHD: Trần Đình Sơn Ứng dụng CAD/CAM/CNC để tổ chức sản xuất kèm theo đó là các phần mềm ứng dụng để lập trình và điều khiển máy. Toàn bộ các thao tác gia công trên máy đều được thiết kế và mô phỏng trong chương trình phần mềm. Giúp tránh được nhũng sai sót có thể xẩy ra. Trình độ thiết kế và chế tạo khuôn mẫu có thể coi là một tiêu chí đánh giá sự phát triển của nền công nghiệp.

Hiện nay, các sản phẩm trong các ngành công nghiệp được chế tạo bằng việc sử dụng các hệ thống khuôn mẫu khác nhau. Sản phẩm khuôn mẫu thuộc loại sản phẩm Cơ - Tin - Điện tử (Mechatronics) kỹ thuật cao, việc ứng dụng công nghệ thông tin vào công nghiệp khuôn mẫu hiện nay theo các hướng sau: - Hoàn thiện và phát triển phàn cứng đièu khiển số CNC, phát triển phần mềm theo hướng: đơn giản trong lập trình, tích hợp nhiều tính năng và giao diện linh hoạt, thuận lợi. - Xây dựng các hệ phần mềm tích hợp CAD/CAM/CAE trợ giúp trong thiết kế và chế tạo khuôn mẫu. Hướng phát triển của hệ thống tích hợp CAD/CAM là sẽ bổ sung các mô hình thiết kế, cập nhật thêm các phương pháp gia công chính xác, hiệu quả và hiện đại.

Phát triển các phần mềm trợ giúp thiết kế, tính toán, kiểm định và mô phỏng. Hướng phát triển này mới mẽ và đang được đầu tư ưu tiên hàng đầu. - Ứng dụng các hệ phần mềm tích hợp CAD/CAM/CNC hiện nay đang là thị trường mua bán và ứng dụng khá sôi động. Có thể nói rằng: không có phần mềm CAD/CAM thì không thể thiết kế và chế tạo khuôn mẫu phức tạp, có độ chính xác cao.

- Trong công nghệ chế tạo sản phẩm khuôn mẫu công nghệ cao thì công nghệ thông tin được ứng dụng rất có hiệu quả và đóng vai trò quan trọng quyết định trong ngành Cơ- điện tử. Việc ứng dụng công nghệ thông tin trong gia công cơ khí bằng các thiết bị điều khiển số là vấn đề có ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn trong đào tạo cũng như trong sản xuất cơ khí.3Giới thiệu chung về chức năng của ProE trong tổ hợp CAD/CAM/CNC Phần mềm ProE là phần mềm tập hợp đầy đủ tính năng thiết kế và mô phỏng quá trình gia công chi tiết, với chức năng như vậy chúng ta có thể sử dụng các chương trình đã được lập trình bằng phần mên này để kết nối nhập vào bộ điều khiển của máy CNC, hay quan sát quá trình gia công trước khi đi vào gia công thực tế. Trong phần mềm ProE có nhiều Modul khác nhau, sau đây là một số modul cơ bản được sử dụng để vẽ, phân khuôn và lập trình gia công: SVTH: Nguyễn Đức Tín – Lớp: 08CDT2 Trang 6 1 Đồ án Công nghệ CAD/CAM/CNC GVHD: Trần Đình Sơn - Modul Sketcher: Sketcher là công cụ phác thảo, có nhiệm vụ chính là tạo ra các Profile 2D hoặc 3D để từ đó hình thành các mô hình vật đặc (Solid) hoặc bề mặt (Surface). Tuy nhiên, do kế thừa đợc các công cụ vẽ của CAD truyền thống, lại được bổ sung công cụ tham số hoá, Sketcher của CAD hiện đại trở thành công cụ vẽ mạnh và linh hoạt để tạo ra các bản vẽ kỹ thuật.

Người ta thờng dùng Sketcher để tạo các bản vẽ đơn giản. - Modul Part: Thiết kế các hình khối dạng 3D dựa vào phương pháp đùn khối hoặc quét thành khối đặc (Solid) hoặc dạng mỏng (Shell) hay mặt (Surface). - Modul Manufacturing: Thiết kế mô phỏng tách khuôn và gia công. SVTH: Nguyễn Đức Tín – Lớp: 08CDT2 Trang 7 1 Đồ án Công nghệ CAD/CAM/CNC GVHD: Trần Đình Sơn CHƯƠNG II.

PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ CHI TIẾT 2.1Lựa chọn chi tiết Sản phẩm của quá trình sản xuất là chi tiết yên sau xe đạp. Chi tiết này được lắp ráp trên khung của yên sau xe và chịu tải trọng không lớn. Quá trình hình thành chi tiết bao gồm các giai đoạn như sau: Đột tấm kim loại có hình dáng gần giống với chi tiết sau đó dập các mép để tạo thành chi tiết hoàn chỉnh. Sản phẩm Trên cơ sở các yêu cầu kỹ thuật, hình dáng của chi tiết, chúng ta có thể chọn phương pháp đột dập để chế tạo chi tiết.

Vì vậy, trong cơ cấu máy cần phải có hai khuôn, một khuôn chuyển động tạo xung lực dập và một khuôn tĩnh để tạo hình dáng chi tiết. Để thiết kế bộ khuôn dập này trên thực tến là một vấn đề khá phức tạp. Trong phạm vi đồ án môn học, chúng em chỉ có thể giới thiệu cách tách khuôn trên phần mềm ProE và gia công bộ khuôn đó trên phần mềm này.2Phân tích kỹ thuật và điều kiện làm việc của chi tiết  Yêu cầu đối với khuôn dập: - Có độ chính xác tương đối cao. - Các lỗ đột bị biến dạng không đág kể sau khi đột.

- Có độ bền và tuổi thọ cao.  Lựa chọn vật liệu làm khuôn: Với những tính năng của sản phẩm, ta chọn chiều dày của yên sau có thể từ 0. Do đó, vật liệu làm khuôn phải đảm bảo được các yêu cầu như độ bền, độ mài mòn, SVTH: Nguyễn Đức Tín – Lớp: 08CDT2 Trang 8 1 Đồ án Công nghệ CAD/CAM/CNC GVHD: Trần Đình Sơn tính chống nứt, khã năng chịu lực và biến dạng, đồng thời tuổi thọ cao khi làm việc trong điều kiện liên tục. Vì vậy ta chọn vật liệu cho khuôn gia công là thép dụng cụ hợp kim, theo tiêu chuẩn của Nhật ký hiệu là thép SKD11 Khuôn có độ nhám bề mặt R z=20 Các măt cạnh có dung sai không vượt quá 0,02mm được biểu diễn ở bản vẽ công nghệ.3Thiết kế chi tiết Bằng phần mềm AUTOCAD 2013 và một số tài liệu tham khảo, ta thiết kế và xây dựng bản vẽ chi tiết khuôn dưới như hình: Bản vẽ chi tiết khuôn dưới (tỉ lệ 1:2)  Với các yêu cầu kỹ thuật của khuôn: - Độ nhám các bề mặt trong lòng khuôn đạt Ra = 1.25 - Chi tiết đạt độ cứng từ 50÷60 HRC SVTH: Nguyễn Đức Tín – Lớp: 08CDT2 Trang 9 1 Đồ án Công nghệ CAD/CAM/CNC GVHD: Trần Đình Sơn - Dung sai các bề mặt còn lại không quá 0.02 mm CHƯƠNG III.

PHÂN KHUÔN VÀ LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG 3.1Phân khuôn  Bước1: Vào file/new: Xuất hiện hộp thoại New, trong type chọn Manufacturing, trong Sub-type chọn Mold Cavity. Đặt tên trong mục Name, tick chon Use default  Bước 2: Lấy chi tiết để tách khuôn Các bước thực hiện như sau: Thực hiện từ trái sang phải và trên xuống SVTH: Nguyễn Đức Tín – Lớp: 08CDT2 Trang 10 1 Đồ án Công nghệ CAD/CAM/CNC GVHD: Trần Đình Sơn SVTH: Nguyễn Đức Tín – Lớp: 08CDT2 Trang 11 1 Đồ án Công nghệ CAD/CAM/CNC GVHD: Trần Đình Sơn  Bước 3: Tạo phôi: Các bước thực hiện: - Tạo phôi bằng phương pháp tạo solid-part - Chọn mặt trên cùng làm mặt phẳng vẽ phác và đùn về 2 phía SVTH: Nguyễn Đức Tín – Lớp: 08CDT2 Trang 12 1 Đồ án Công nghệ CAD/CAM/CNC GVHD: Trần Đình Sơn Vẽ phác thảo và tạo chi tiết giống như tạo chi tiết bình thường. Chi tiết phôi  Bước 4: Tạo mặt phân khuôn: Các bước thực hiện: SVTH: Nguyễn Đức Tín – Lớp: 08CDT2 Trang 13 1 Đồ án Công nghệ CAD/CAM/CNC GVHD: Trần Đình Sơn  Bước 5: Tách khuôn: Các bước thực hiện SVTH: Nguyễn Đức Tín – Lớp: 08CDT2 Trang 14 1 Đồ án Công nghệ CAD/CAM/CNC GVHD: Trần Đình Sơn SVTH: Nguyễn Đức Tín – Lớp: 08CDT2 Trang 15 1 Đồ án Công nghệ CAD/CAM/CNC GVHD: Trần Đình Sơn  Bước 6: Gộp khuôn: Các bước thực hiện:  Bước7: Mở khuôn: Các bước thực hiện: Nhập các khoản cách (bề dày của các khuôn) SVTH: Nguyễn Đức Tín – Lớp: 08CDT2 Trang 16 1 Đồ án Công nghệ CAD/CAM/CNC GVHD: Trần Đình Sơn 3.2Lập quy trình công nghệ gia công 3.1Khả năng công nghệ gia công chi tiết Từ chi tiết đã cho có thể nói rằng chi tiết này hoàn toàn có thể tạo ra chỉ trên máy phay CNC 3 trục với hai lần gá đặt. Ngoài ra có thể gia công trên các trung tâm gia công tiện phay với chất lượng và độ chính xác cao nhưng giá thành của chi tiết sẽ rất cao.