NGHIÊN cứu các PHẦN mềm ỨNG DỤNG TRONG THIẾT kế, mô PHỎNG và GIA CÔNG cơ KHÍ

Trình tự các bước thiết kế chi tiết Trong ví dụ minh họa ở mục 1.2 Hình 2, có khá nhiều chi tiết cần thiết kế mà thời lượng có hạn nên tác giả xin được chọn chi tiết số 6 Thân để trình b

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU

KHOA CƠ KHÍ

-    -

ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU CÁC PHẦN MỀM ỨNG DỤNG TRONG THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG

VÀ GIA CÔNG CƠ KHÍ

Vũng Tàu - 2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU

KHOA CƠ KHÍ

-    -

ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU CÁC PHẦN MỀM ỨNG DỤNG TRONG THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG

VÀ GIA CÔNG CƠ KHÍ

Người thực hiện: ThS Lê Hùng Phong

Vũng Tàu - 2013

LỜI NÓI ĐẦU

Trong giai đoạn hiện nay, Công nghệ thông tin (CNTT) đã và đang trở thành công cụ không thể thiếu và phục vụ cho mọi ngành nghề, mọi lĩnh vực Trong lĩnh vực

cơ khí, CNTT được ứng dụng trong 3 giai đoạn chính của quá trình sản xuất- gia công gồm: Thiết kế, Tính toán mô phỏng và điều khiển gia công CNTT đã thực sự thúc đẩy nghành công nghiệp cơ khí có những bước tiến vượt bậc: Nâng cao hiệu suất và chất lượng, gia tăng sự chính xác, giảm thiểu chi phí Và đặc biệt, nhờ có CNTT, khối lượng và chất lượng của các phát minh về cơ khí phục vụ cho mọi lĩnh vực sản xuất và đời sống cũng đã tăng đáng kể, điều này thực sự khiến nghành cơ khí có những đóng góp to lớn và thiết thực hơn cho sự phát triển của toàn bộ nền kinh tế xã hội

Nhờ vậy mà các phần mềm ứng dụng trong thiết kế, mô phỏng và gia công cơ khí cũng đã xuất hiện và đang được phát triển rộng rãi trong phạm vi cả nước cũng như trên thế giới Sự ra đời của chúng giúp cho khâu thết kế và gia công các sản phẩm

cơ khí ngày càng dễ dàng, nhanh chóng và chính xác hơn Quá trình dạy và học cho các ngành cơ khí nói chung, các ngành kỹ thuật khác liên quan cũng không thể thiếu được các phần mềm ứng dụng này

Thêm vào đó, trong những năm gần đây, việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM trong thiết kế, chế tạo các sản phẩm công nghệ ngày càng phổ biến hơn ở Việt Nam CAD (Computer Aided Design) là thiết kế với sự trợ giúp của máy tính, CAM (Computer Aided Manufacturing) là gia công với sự trợ giúp của máy tính Cùng với

sự phát triển của công nghệ thông tin, CAD/CAM đã được ứng dụng nhanh chóng công nghệ, vì nó là công cụ giúp các nhà thiết kế và chế tạo sản phẩm có hiệu quả để tăng năng suất lao động, giảm cường độ lao động, tự động hóa quá trình sản xuất, nâng cao chất lượng và hạ giá thành sản phẩm

Đề tài “Nghiên cứu các phần mềm ứng dụng trong thiết kế, mô phỏng và gia

công cơ khí” được thực hiện nhằm giúp cho cho các em học sinh, sinh viên có thể sử

dụng được một số phần mềm đang được sử dụng phổ biến trên thị trường hiện nay giúp ích trong việc thiết kế và gia công nhanh các sản phẩm cơ khí Đề tài còn là tài liệu quý báu để thay thế và giúp ích cho một số môn học khác trong việc đào tạo các ngành Công nghệ kỹ thuật nói chung và ngành Cơ khí nói riêng

Do thời gian còn hạn chế nên trong đề tài này tác giả xin giới thiệu về 2 phần mềm hiện đang được sử dụng khá phổ biến trên thị trường là phần mềm Autodesk Inventor (Hỗ trợ cho việc thiết kế cơ khí) và phần mềm Pro/Engineer (Hỗ trợ cho việc gia công cơ khí)

MỤC LỤC

Chương 1: Môi trường thiết kế chi tiết (Part) trong Inventor

1.1 Giới thiệu tổng quan về phần mềm Autodesk Inventor Trang 1

1.3.2 Trình tự các bước thiết kế chi tiết 7

Chương 2: Môi trường lắp ráp chi tiết (Assembly) trong Inventor

2.2 Trình tự các bước lắp ráp chi tiết 30

Chương 3: Môi trường xuất bản vẽ 2D (Drawing) từ mô hình 3D

3.2 Trình tự các bước xuất bản vẽ 2D từ mô hình 3D đã thiết kế 67

Chương 4: Môi trường tháo lắp các chi tiết (Presentation) trong Inventor

4.2 Trình tự các bước tháo lắp chi tiết từ mô hình lắp ráp đã thiết kế 77

Chương 5: Môi trường gia công chi tiết (Manufacturing) trong Pro/Engineer

5.1 Giới thiệu tổng quan về phần mềm Pro/engineer 88

Autodesk Inventor được phát triển bởi công ty phần mềm Autodesk_USA, là

phần mềm thiết kế 3D cơ khí dạng mô hình khối rắn, giúp cho việc mô phỏng các sản phẩm cơ khí trên môi trường 3D một cách trực quan và sinh động Đặc biệt, đây là phần mềm được phát triển chuyên cho thiết kế cơ khí, có giao diện trực quan, giúp người dùng thuận tiện khi sử dụng và có những tính năng nổi trội như sau:

- Xây dựng dễ dàng mô hình 3D của chi tiết (Part)

- Xuất bản 2D từ mô hình 3D nhanh chóng và chuẩn xác (Drawing)

- Tạo bản vẽ lắp từ các chi tiết đã thiết kế một cách tối ưu (Assembly)

- Mô phỏng quá trình tháo lắp các chi tiết từ bản vẽ lắp hoàn chỉnh một cách dễ

dàng và sinh động (Presentation)

- Thiết kế nhanh các chi tiết kim loại dạng tấm (Sheet metal) giúp việc tự động

hóa thiết kế nhiều mặt khi làm việc với các bộ phận kim loại tấm Người dùng có thể tạo

ra các mô hình tấm phẳng, điều khiển kim loại tấm gấp, xác lập các thư viện đột dập và tùy chỉnh kim loại và tạo ra các bản vẽ sản xuất để hỗ trợ hoạt động sản xuất tấm kim loại

- Tính toán, thiết kế chi tiết máy nhanh chóng (Design Accelerator)

- Phần thiết kế khung (Frame Generator) giúp người dùng thiết kế và phát triển

khung hàn cho các ứng dụng máy móc công nghiệp Nó xây dựng kết cấu khung bằng cách thả chi tiết vào khung dây đã được xác định trước Công cụ sinh khung đơn giản hoá khung về dạng khung dây và sau khi thiết kế xong khung dây chỉ việc xác lập lại các thành phần theo thư viện thép hình sẵn có

- Hệ thống đường ống và dây dẫn (Pipe&Tupe) giúp người dùng thiết kế ống

phức tạp trong không gian chật hẹp Nó bao gồm một thư viện với các phụ kiện đường ống theo tiêu chuẩn công nghiệp, và các đường ống Người thiết kế chỉ việc chạy đường dẫn sau đó chỉ định thuộc tính của các đường dẫn bằng thư viện các đường ống và phụ kiện đường ống

- Phần Cable (Cable &Wiring): Cho phép sử dụng một thư viện các loại dây điện

và cáp điện để chạy dây với bán kính uốn phù hợp trong các thiết kế điện Cho ta mô hình của thiết kế sát thực nhất

- Mô phỏng động và động lực học của cơ cấu máy (Dynamic simulation)

- Phân tích ứng suất, tối ưu hóa sản phẩm (Analysis Stress and Optimize)

- Thiết kế nhanh các sản phẩm nhựa và làm khuôn (Inventor plastic & tooling)

- Có thư viện chi tiết đa dạng và chuẩn hóa (Content center)

- Liên kết được với nhiều phần mềm CAD khác

1.3 Môi trường thiết kế chi tiết (Part) trong Inventor

1.3.1 Khởi động

Kích vào biểu tượng New trong menu Get Started, khi đó sẽ xuất hiện hộp thoại

như Hình 3

Hình 3

Tiếp tục chọn biểu tượng Standard(mm).ipt trong mục Metric rồi nhấn nút

Create để khởi động, khi đó sẽ xuất hiện môi trường vẽ phác chi tiết như Hình 4

Hình 4

Để có thể thay đổi màu của vùng vẽ theo ý muốn, ta vào menu Tool chọn

Application Options, sau đó vào mục Colors của hộp thoại Application Options và chọn

màu hợp lý trong ô Color scheme rồi chọn OK như Hình 5

Hình 5

1.3.2 Trình tự các bước thiết kế chi tiết

Trong ví dụ minh họa ở mục 1.2 (Hình 2), có khá nhiều chi tiết cần thiết kế mà

thời lượng có hạn nên tác giả xin được chọn chi tiết số 6 (Thân) để trình bày quá trình

thiết kế của mình Đây là chi tiết khá phức tạp với hình dạng và kích thước được biểu diễn trên Hình 6, vì vậy cần phải thực hiện qua nhiều bước

Để phác thảo hình dạng 2D của chi tiết, ta vào mục Sketch rồi chọn các công cụ

vẽ và hiệu chỉnh cần thiết trên Hình 7

Hình 7 Bước 1: Chọn công cụ vẽ Line và Circle trên Hình 7 rồi vẽ hình dạng của chi tiết Thân,

sau đó chọn công cụ Dimenson để ghi kích thước của chi tiết như Hình 8 Sau khi hoàn tất, ta chọn nút lệnh Finish Sketch để kết thúc quá trình vẽ phác 2D

Hình 8

Quá trình vẽ phác sau khi hoàn tất sẽ được mặc định với tên gọi là Sketch1, nếu

có gì sai sót về hình dáng cũng như kích thước thì có thể chỉnh sửa lại bằng cách click

chuột phải vào Sketch1 rồi chọn Edit Sketch như Hình 9

Hình 9 Bước 2: Sau khi hoàn thiện quá trình phác thảo biên dạng 2D của chi tiết, ta chọn thanh

công cụ Extrude từ menu 3D Model để đùn biên dạng được chọn (Profile) lên 20mm như

Hình 10, tạo thành mô hình 3D mong muốn như Hình 11

Hình 10

Bước 3: Click phải chuột vào Sketch1 trên thanh Model rồi chọn Share Sketch như Hình 11

để sao chép bản vẽ phác Sketch1, sau đó tiếp tục chọn công cụ Extrude để đùn chi tiết hình

trụ về 2 phía với kích thước 5mm và 65mm như Hình 12

Hình 11

Hình 12

Sau đó, ta click phải chuột vào mục Sketch1 vừa mới tạo thêm ở Bước 3, rồi chọn Visibility để ẩn các kích thước còn hiển thị trên Hình 13

Hình 13 Bước 4: Tạo mặt phẳng song song với mặt phẳng cho trước (mặt phẳng giữa của hình

trụ) bằng cách chọn Offset from Plane từ công cụ Plane rồi nhập khoảng cách 27.5mm

như Hình 14

Hình 14

Mặt phẳng mới tạo ra được mặc định với tên gọi là Work Plane1 được thể hiện

trên Hình 15

Bước 5: Click chuột vào công cụ Create 2D Sketch từ menu 3D Model rồi chọn vào mặt

phẳng Work Plane1 vừa được tạo ra ở Bước 4 như Hình 15 Sau đó, sử dụng các công vẽ

phác 2D để vẽ biên dạng có kích thước như Hình 16

Hình 15

Hình 16

Bước 6: Tiếp tục chọn công cụ Extrude để đùn biên dạng vừa tạo xuống 50mm như Hình 17

Hình 17 Bước 7: Sử dụng công cụ Extrude nhưng chọn chế độ Cut như Hình 18 để tạo lỗ ∅22

Hình 18 Bước 8: Lần lượt bo cung tròn R2 và vát mép 1x45o bằng cách chọn hai công cụ Fillet,

Chamfer như Hình 19 và Hình 20

Hình 19

Hình 20

Bước 9: Vẽ phác biên dạng rãnh 5mm bằng cách click chuột vào công cụ Create 2D

Sketch rồi chọn lên mặt trên của trụ tròn như Hình 21, sau đó vẽ biên dạng có kích thước

như Hình 22

Hình 21

Hình 22

Tiếp tục chọn công cụ Extrude với chế độ Cut để cắt rãnh 5mm có chiều sâu

xuyên suốt như Hình 23

Hình 23

Bước 10: Sử dụng công cụ vẽ Point rồi click chuột lên mặt phẳng như Hình 24 để tạo

điểm chuẩn của lỗ ren M20

Lưu ý: Chọn vị trí của điểm cho chính xác với yêu cầu (ngay tâm của đường tròn)

Hình 24

Sau khi có điểm chuẩn của lỗ, ta chọn công cụ Hole để tạo lỗ ren với các lựa

chọn và thông số hợp lý như Hình 25

Hình 25 Bước 11: Sử dụng công cụ Extrude với với chế độ đùn về 2 phía 180mm và 20mm để

tạo khối đế bên dưới của thân như Hình 26

Hình 26 Bước 12: Click chuột vào công cụ Create 2D Sketch rồi chọn lên mặt phẳng như Hình 27,

sau đó vẽ phác biên dạng của gân chịu lực với kích thước như Hình 28

Hình 27

Hình 28

Từ menu 3D Model, chọn công cụ Rib với các lựa chọn và thông số như Hình 29

để tạo gân chịu lực từ biên dạng (profile) vừa tạo ra ở bước trên

Hình 29 Bước 13: Sử dụng công cụ Create 2D Sketch chọn mặt phẳng và vẽ phác biên dạng như

Hình 30

Hình 30

Tiếp tục lựa chọn công cụ Extude với chế độ Cut để tạo cung tròn R60 của phần

đế như Hình 31

Hình 31 Bước 14: Sử dụng lệnh Share Sketch để sao chép biên dạng vừa thực hiện ở Bước 13,

sau đó lần lượt sử dụng công cụ Extude với chế độ đùn (Join) và cắt (Cut) để hoàn thiện

chi tiết như Hình 32

Hình 32

Bước 15: Sử dụng công cụ Chamfer lần lượt vát mép với kích thước 2,5x45o; 2x45o và 1x45o như Hình 33, 34, 35

Hình 33

Hình 34

Hình 35 Bước 16: Sử dụng công cụ Fillet lần lượt bo hai cung với bán kính R2 và R0,5 như Hình

36, 37

Hình 36

Hình 37 Bước 17: Sử dụng lệnh Offset from Plane từ công cụ Plane để tạo mặt phẳng song song

với mặt phẳng cho trước rồi nhập khoảng cách -12.5mm như Hình 38

Hình 38

Bước 18: Sử dụng công cụ Create 2D Sketch chọn mặt phẳng vừa tạo ở Bước 17 rồi vẽ

phác biên dạng với kích thước như Hình 39

Hình 39

Tiếp tục sử dụng công cụ Extrude để tạo mô hình 3D từ biên dạng vừa tạo như Hình 40

Hình 40

Bước 19: Sử dụng lệnh Share Sketch để sao chép biên dạng vừa thực hiện ở Bước 18,

sau đó lần lượt sử dụng công cụ Extude với chế độ đùn (Join), nhập khoảng cách 25mm

để hoàn thiện chi tiết như Hình 41

Hình 41 Bước 20: Sử dụng công cụ Fillet lần lượt bo hai cung có cùng bán kính R2 như Hình 42

Hình 42

Bước 21: Sử dụng công cụ Mirror lấy đối xứng các bề mặt được bôi đen (Features) trên

Hình 43 sau đó chọn mặt phẳng đối xứng (Mirror Plane) rồi nhấn OK

Hình 43

Thực hiện xong Bước 21 thì mô hình của chi tiết sẽ có dạng như Hình 44 Thanh

Model sẽ chứa toàn bộ các lệnh đã thực hiện theo đúng trình tự thiết kế

Hình 44

Sau khi hoàn thành xong chi tiết như mong muốn, chúng ta chọn Save để lưu bản

vẽ vào ổ đĩa như Hình 45 và đặt tên gọi cho dễ nhớ để thực hiện việc lắp ráp sau này

Lưu ý: Chúng ta nên lưu trước là tốt nhất để tránh tình trạng mất điện hay xảy ra

sự cố bất ngờ và sau đó lưu chồng khi hoàn tất

Hình 45

Tương tự như quá trình thiết kế chi tiết Thân (chi tiết số 6), bằng cách sử dụng

các lệnh vẽ phác và các công cụ tạo hình trong môi trường Part sẽ dễ dàng thiết kế được

các chi tiết còn lại, được minh họa như các hình dưới đây:

Hình 46 Vít (Chi tiết số 1)

Hình 47 Dao cắt (Chi tiết số 3)

Hình 48 Giá (Chi tiết số 4)

Hình 49 Đai ốc vòng (Chi tiết số 7)

Hình 50 Tay vặn (Chi tiết số 10)

Hình 51 Trục (Chi tiết số 11)

Hình 52 Tay nắm (Chi tiết số 12)

Các chi tiết còn lại như: Vít đầu vuông (chi tiết số 2), Ổ chặn (chi tiết số 5), bánh vít (chi tiết số 8), trục vít (chi tiết số 9) sẽ được thiết kế trong môi trương lắp ráp

(Assembly) của chương 2

CHƯƠNG 2

MÔI TRƯỜNG LẮP RÁP CHI TIẾT (ASSEMBLY)

TRONG INVENTOR 2.1 Khởi động

Kích vào biểu tượng New trong menu Get Started, khi đó sẽ xuất hiện hộp thoại

như Hình 53

Hình 53

Tiếp tục chọn biểu tượng Standard(mm).iam trong mục Metric rồi nhấn nút

Create để khởi động, khi đó sẽ xuất hiện môi trường lắp ráp chi tiết như Hình 54

Hình 54

2.2 Trình tự các bước lắp ráp chi tiết

Trong ví dụ áp dụng ở Chương 1, ta thấy có rất nhiều chi tiết cần lắp ráp vì vậy ban đầu cần phải chọn một chi tiết nào đó làm mốc (cố định) rồi mới lắp ráp tuần tự các chi tiết còn lại tương thích với chi tiết ban đầu Nhìn vào bản vẽ lắp Bàn dao (gia công mặt cầu) trong ví dụ nêu trên, ta thấy Bàn dao muốn chuyển động được phải thông qua bộ truyền Trục vít - Bánh vít vì thế ta nên chọn trục vít là chi tiết ban đầu (làm mốc)

Bước 1: Từ menu Design, chọn lệnh Worm Gear từ biểu tượng Spur Gear như Hình 55

để thiết kế trục vít Sau khi thực hiện lệnh xong, sẽ xuất hiện hộp thoại như Hình 56 yêu

cầu ta phải lưu bản vẽ, lúc này ta nhấp OK và chọn ổ đĩa cần lưu với tên gọi thích hợp

như Hình 57

Hình 55

Hình 56

Hình 57

Sau khi lưu bản vẽ lắp xong, sẽ xuất hiện hộp thoại Worm Gears Component

Generator (thiết kế các bộ phận của bộ truyền trục vít – bánh vít) Khi đó, trong mục Worm gear (bánh vít) ta chọn No Model vì chưa cần thiết kế bánh vít, còn trong mục Worm (trục vít) ta chọn Component để thiết kế trục vít với các thông số như Hình 58

Hình 58

Để hiểu rõ hơn về các thông số trong hộp thoại, tác giả xin giải thích thêm ý nghĩa của các thông số như sau:

Ô Tan, Module: Nhập 1.6 (Mô đun m của răng bánh vít)

Ô Tan, Pressure Angle: Nhập 20 (Góc profil hay góc áp lực trên vòng tròn chia)

Ô Number of Threads: Nhập 1 (Số mối ren Z 1 của trục vít)

Ô Worm Length: Nhập 50 (Chiều dài của trục vít)

Ô Diameter Factor: Nhập 25 (Hệ số đường kính q của trục vít)

Ô Number of Teeth: Nhập 65 (Số răng Z 2 của bánh vít)

Ô Facewidth: Nhập 20 (Chiều rộng của bánh vít)

Ô Desired Gear Ratio: Sẽ tự hiển thị 65 (Đây là tỉ số truyền của bộ truyền trục vít -

bánh vít)

Ô Helix Angle: Sẽ tự hiển thị 2,2906 (Đây là góc nghiêng của răng bánh vít)

Ô Pitch Diameter: Sẽ tự hiển thị 40 (Đây là đường kính vòng tròn chia của trục vít)

Sau khi hoàn thành xong các thông số cần thiết của trục vít, ta nhấp chọn OK sẽ xuất hiện mô hình trục vít với tên gọi mặc định Worm Gears 1 trên thanh Model như

Hình 59 Khi đó, trục vít được cố định (không thể di chuyển), do không trùng với hệ tọa

độ của hệ thống phần mềm Inventor nên ta phải bỏ tính năng cố định đi bằng cách click

phải chuột vào tên của trục vít và bỏ chọn Grounded

Hình 59

Tiếp theo, ta chọn công cụ Constrain từ menu Assemble để ràng buộc trục x của trục vít trùng với trục x của hệ thống, với các lựa chọn như Hình 60 Ô Offset của hộp thoại Place Contraint chứa thông số 0mm nói lên khoảng cách giữa trục x của trục vít và

trục x của hệ thống bằng 0 (tức hai trục trùng nhau) Ta có thể điều chỉnh thông số này hợp lý theo yêu cầu Sau khi ràng buộc xong, trục vít sẽ ở vị trí như Hình 61

Hình 60

Hình 61

Tiếp tục ràng buộc điểm tâm (Center Point) của trục vít trùng với điểm tâm của

hệ thống như Hình 62 Khi đó, trục vít sẽ hoàn toàn nằm trùng với tọa độ của hệ thống như Hình 63 Để hiển thị hoặc ẩn các mặt phẳng, ta chỉ cần click phải chuột vào các mặt

phẳng đó và chọn Visibility

Hình 62

Hình 63

Trục vít sau khi xuất hiện có hình dạng không giống hoàn toàn với yêu cầu của bản vẽ, vì vậy chúng ta cần chỉnh sửa thêm cho phù hợp bằng cách click phải chuột vào

mục Worm 1 trên thanh Model và chọn Edit như Hình 64

Hình 64

Tiếp tục thiết kế hình dạng và kích thước của trục vít theo đúng yêu cầu của bản

vẽ rồi nhấp chuột chọn công cụ Return trên Hình 65 để hoàn thành chi tiết

Hình 65