nghiên cứu ứng dụng công nghệ thiết kế ngược vào thiết kế chi tiết bánh răng vành chậu

Cấu tạo cụm truyền lực chính Bộ truyền động bánh răng nói chung hiện nay đang được sử dụng khá rộng rãi trong các thiết bị máy móc do có nhiều ưu điểm hơn so với các bộ truyền khác, tro

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

……… Hưng Yên, ngày … tháng … Năm 2016

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

……… Hưng Yên, ngày … tháng … năm 2016

GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 2

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 2

1.1.1 Khái niệm 2

1.1.2 Ứng dụng công nghệ thiết kế ngược ở nước ngoài 2

1.1.3 Ứng dụng công nghệ thiết kế ngược trong nước 3

1.2 Đối tượng nghiên cứu 4

1.3 Phương pháp nghiên cứu 7

1.3.1 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn 7

1.3.1.1 Khái niệm 7

1.3.1.2 Các bước thực hiện 7

1.3.2 Phương nghiên cứu tài liệu 7

1.3.2.1 Khái niệm 7

1.3.2.2 Các bước thực hiện 7

1.4 Nội dung chính của đề tài 7

1.5 Ý nghĩa của đề tài nghiên cứu 8

Chương 2: CƠ SỞ KHOA HỌC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC VÀO THIẾT KẾ BÁNH RĂNG VÀNH CHẬU 9

2.1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu chế tạo bánh răng côn cong trong và ngoài nước 9

2.1.1 Tổng quan nghiên cứu ở nước ngoài 9

2.1.1.1 Tình hình nghiên cứu 9

2.1.1.2 Hệ cắt bánh răng côn răng cong 9

2.1.1.3 Một số hình ảnh dây chuyền, thiết bị và sản phẩm 10

2.1.2 Tổng quan thiết kế, chế tạo bánh răng côn cong trong nước 15

2.1.2.1 Tình hình nghiên cứu 15

2.1.2.2 Một số trung tâm, xí nghiệp, công ty thiết kế, chế tạo 15

2.2 Lựa chọn chi tiết và thiết bị scan 18

2.2.1 Chi tiết mẫu 18

2.2.2 Thiết bị quét 19

2.2.3 Phần mềm hỗ trợ quét hình 3D 22

2.3 Xử lý số liệu số hóa 23

2.3.1 Giai đoạn số hóa sản phẩm 23

2.3.1.1 Phương pháp đo tiếp xúc 23

2.3.1.2 Phương pháp đo không tiếp xúc 26

2.3.2 Giai đoạn xử lý số hóa dữ liệu 28

2.3.3 Thiết kế lại dựa trên cơ sở số hóa 29

2.3.4 Tạo mẫu, gia công chi tiết 29

2.4 Quy trình công nghệ thiết kế ngược 29

2.5 Giới thiệu một số phần mềm thiết kế ngược 32

2.5.1 Phần mềm Catia 33

2.5.2 Unigraphics NX 35

2.5.3 Phần mềm Geomagic Studio 36

2.5.4 Phần mềm Rapidform XOR 37

2.5.5 Các ứng dụng công nghệ thiết kế ngược 44

Chương 3: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC VÀO THIẾT KẾ BÁNH RĂNG VÀNH CHẬU 50

3.1 Quá trình sử dụng phần mềm XOR trong xử lý dữ liệu scan, xây dựng mô hình CAD cho bánh răng vành chậu 50

3.1.1 Sơ đồ quy trình công nghệ thiết kế ngược bánh răng vành chậu ô tô tải nhẹ 50 3.1.2 Quét chi tiết mẫu 51

3.1.3 Xử lý số liệu đo quét trên Rapidform XOR 55

3.2 Kiểm tra và đánh giá sai số thiết kế của bánh răng vành chậu 70

3.2.1 Các phương pháp đánh giá sai số thiết kế 70

3.2.2 Đánh giá sai số giữa mô hình CAD đã thiết kế với dữ liệu số hóa 72

3.3 Sơ đồ lực tác dụng và thông số hình học trên cặp bánh răng hypoid 74

3.3.1 Sơ đồ lực tác dụng trên cặp bánh răng hypoid 74

3.3.2 Xác định các thông số hình học cặp bánh răng truyền lực chính 76

3.4 Tính toán bánh răng vành chậu ô tô tải nhẹ trên phần mềm KISSsoft 78

3.4.1 Tổng quan phần mềm 78

3.4.2 Giới thiệu các khu vực làm việc chính của phần mềm 79

3.5 Tiêu chuẩn sử dụng trong thiết kế 82

3.6 Xây dựng bản vẽ thiết kế bánh răng 83

Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84

4.1 Kết luận 84

4.2 Kiến Nghị 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU

Bảng 1.1 Đặc tính kỹ thuật của ô tô tải nhẹ tự đổ LF3070G1 16

Bảng 3.1 Các thông số hình học bánh răng hypoid 82

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Xe ô tô tải nhẹ tự đổ LF3070G1 4

Hình 1.2 Cầu sau trên ô tô tải nhẹ 5

Hình 1.3 Cấu tạo cụm truyền lực chính 6

Hình 2.1 Máy cắt răng côn răng cong Gleason Phoenix 1000 HC 11

Hình 2.2 Máy cắt răng côn răng cong Gleason Phoenix 600HC 11

Hình 2.3 Máy cắt răng côn răng cong Gleason Phoenix II 275HC 12

Hình 2.4 Ứng dụng cắt răng hệ Oerlikon 12

Hình 2.5 Máy cắt răng C 30 và C 60 hệ Oerlikon 12

Hình 2.6 Máy cắt răng C 50 và C 29 hệ Oerlikon 13

Hình 2.7 Máy mài răng G 30 và G 60 hệ Oerlikon 13

Hình 2.8 Máy tiện L 60 hệ Oerlikon 13

Hình 2.9 Máy kiểm tra bánh răng T 60 hệ Oerlikon 14

Hình 2.10 Một số dụng cụ cắt của máy cắt răng côn răng cong 14

Hình 2.11 Dây chuyền sản xuất bánh răng côn cong 14

Hình 2.12 Một số sản phẩm bánh răng côn cong 15

Hình 2.13 Thiết bị gia công bánh răng côn xoắn xí nghiệp Z29 16

Hình 2.14 Các máy gia công bánh răng 16

Hình 2.15 Máy rà nghiền 5PKM và sản phẩm 17

Hình 2.16 Máy cắt răng 525 và 528 của Nga 17

Hình 2.17 Máy chạy rà bánh răng côn răng cong và sản phẩm 17

Hình 2.18 Chi tiết mẫu và thiết bị quét 18

Hình 2.19 Cặp bánh răng vành chậu và bánh răng quả dứa 18

Hình 2.20 Máy Scan hình tốc độ cao ATOS III TRIPLE 19

Hình 2.21 Cấu tạo máy Scan ATOS III TRIPLE 20

Hình 2.22 Nguyên lý hoạt động của ATOS III TRIPLE 20

Hình 2.23 Công nghệ ánh sáng xanh 21

Hình 2.24 Giao diện làm việc chính của phần mềm 22

Hình 2.25 Khung máy đo tọa độ loại phổ thông Miracle 24

Hình 2.26 Khung máy đo tọa độ loại chính xác cao Miracle-P 24

Hình 2.27 Khung máy đo tọa độ loại có kích thước và khối lượng lớn 25

Hình 2.28 Máy quét bằng Lazer sử dụng ánh sáng trắng 26

Hình 2.29 Máy quét bằng Lazer sử dụng ánh sáng xanh 27

Hình 2.30 Một số hệ thống máy quét bằng Lazer kiểu cố định 28

Hình 2.31 Mô hình số hóa sản phẩm thực tế 29

Hình 2.32 Phay bánh răng côn răng cong trên máy CNC 29

Hình 2.33 Quy trình thiết kế thuận và Quy trình thiết kế ngược 30

Hình 2.34 Thiết kế bánh răng trong Catia 34

Hình 2.35 Thiết kế bánh răng trong NX 35

Hình 2.36 Sơ đồ quy trình thiết kế ngược trên Geomagic studio 36

Hình 2.37 Các chế độ trong Rapidform XOR3 38

Hình 2.38 Thực hiện chế độ Mesh 39

Hình 2.39 Thực hiện lệnh Global Remesh trong chế độ Mesh 39

Hình 2.40 Thực hiện lệnh Decimate trong chế độ Mesh 39

Hình 2.41 Thực hiện lệnh Fill Holes trong chế độ Mesh 40

Hình 2.42 Thực hiện lệnh Enhance Shape trong chế độ Mesh 40

Hình 2.43 Thực hiện lệnh Edit Boundary trong chế độ Mesh 40

Hình 2.44 Thực hiện lệnh Optimize Mesh trong chế độ Mesh 40

Hình 2.45 Thực hiện lệnh Add Bridge trong chế độ Mesh 41

Hình 2.46 Thực hiện chế độ Region group 41

Hình 2.47 Thực hiện chế độ Mesh Sketch 41

Hình 2.48 Thực hiện chế độ Point Cloud 42

Hình 2.49 Thực hiện chế độ Sketch 43

Hình 2.50 Thực hiện chế độ 3D Mesh Sketch 43

Hình 2.51 Sơ đồ quy trình thiết kế ngược trên Rapidform XOR 44

Hình 2.52 Ứng dụng trong thiết kế vỏ ô tô 45

Hình 2.53 Sử dụng Rapidform XOR thiết kế khuôn ép nhựa 45

Hình 2.54 Tạo mẫu mã theo hình dáng con người 45

Hình 2.55 Sử dụng Rapidform XOR thiết kế linh kiện thay thế 46

Hình 2.56 Sử dụng Rapidform XOR thiết kế nhân vật và môi trường trong Game 46

Hình 2.57 Ứng dụng Rapidform XOR dựng mô hình CAD cho tác phẩm nghệ thuật 47 Hình 2.58 Ứng dụng Rapidform XOR tái tạo lấy mẫu hoa văn thủ công 47

Hình 2.59 Ứng dụng Rapidform XOR tạo mảnh sọ não dùng trong y học 47

Hình 2.60 Ứng dụng Rapidform XOR thiết kế lại sản phẩm cơ khí phức tạp 48

Hình 2.61 Ứng dụng Rapidform XOR thiết kế nhân vật hoạt hình 48

Hình 2.62 Ứng dụng RE thiết kế khảo cổ học 48

Hình 2.63 Ứng dụng Rapidform XOR trong công nghệ khắc Laser 49

Hình 2.64 Ứng dụng Rapidform XOR trong in 3D các thực phẩm 49

Hình 2.65 Ứng dụng Rapidform XOR lấy mẫu mặt người và động vật 49

Hinh 3.1 Sơ đồ quy trình thiết kế ngược bánh răng vành chậu 50

Hình 3.2 Máy quét hình 3D, hệ thống đường cáp truyền 52

Hình 3.3 Bánh răng vành chậu chuẩn bị Scan 52

Hình 3.4 Chi tiết đã được phủ lên một lớp sơn trắng và dán điểm tham chiếu 52

Hình 3.5 Khởi động phần mềm ATOS v6.2.0.3 53

Hình 3.6 Giao diện phần mềm ATOS v6.2.0.3 53

Hình 3.7 Máy quét hình 3D, chi tiết mẫu và máy tính có cài phần mềm ATOS 54

Hình 3.8 Mẫu quét hoàn chỉnh ở nhìn ở các góc độ khác nhau 54

Hình 3.9 Mẫu bánh răng vành chậu sau khi quét xong 55

Hình 3.10 Nhập file dữ liệu dạng mây điểm vào phần mềm 55

Hình 3.11 Biểu tượng Mesh trên thanh Tool Palette 55

Hình 3.12 Biểu tượng Feature Tree để vào chế độ Mesh 56

Hình 3.13 Các công cụ chỉnh sửa trong Mesh 56

Hình 3.14 Đường dẫn chọn chế độ Healing Wizard 56

Hình 3.15 Sửa lỗi quét tự động bằng công cụ Healing Wizard 56

Hình 3.16 Các công cụ cho việc phân vùng 57

Hình 3.17 Đường dẫn chọn chế độ Auto Segment 57

Hình 3.18 Phân vùng tự động bằng công cụ Auto Segment 57

Hình 3.19 Lựa chọn công cụ thay đổi phân vùng tự động 57

Hình 3.20 Kết quả thu được sau khi phân vùng hoàn chỉnh 58

Hình 3.21 Gốc tọa độ mặc định 58

Hình 3.22 Đường dẫn để chuyển gốc tọa độ mặc định 59

Hình 3.23 Chuyển hệ tọa độ bằng công cụ Interactive Alignment 59

Hình 3.24 Các thao tác chỉnh sửa hệ trục tọa độ theo ý muốn 59

Hình 3.25 Kết quả sau khi chuyển hệ trục tọa độ 60

Hình 3.26 Chọn mặt phẳng Top để Mesh Sketch1 60

Hình 3.27 Tạo phác thảo biên dạng chuẩn Mesh Sketch1 61

Hình 3.28 Thao tác với lệnh Revolve1 61

Hình 3.29 Kết quả sau khi sử dụng lệnh Revolve1 61

Hình 3.30 Chọn mặt phẳng Front để Mesh Sketch2 62

Hình 3.31 Tạo phác thảo biên dạng chuẩn Mesh Sketch2 62

Hình 3.32 Thao tác với lệnh Extrude Cut1 62

Hình 3.33 Kết quả sau khi sử dụng lệnh Extrude Cut1 63

Hình 3.34 Tạo mặt phẳng phụ Plane1 để Mesh Sketch3 63

Hình 3.35 Tạo phác thảo biên dạng chuẩn Mesh Sketch3 63

Hình 3.36 Thao tác với lệnh Extrude Cut2 64

Hình 3.37 Kết quả sau khi sử dụng lệnh Extrude Cut2 và Fillet1 64

Hình 3.38 Chọn mặt phẳng Front để Mesh Sketch4 64

Hình 3.39 Tạo phác thảo biên dạng 10 lỗ chuẩn Mesh Sketch4 65

Hình 3.40 Thao tác với lệnh Extrude Cut3 65

Hình 3.41 Kết quả sau khi sử dụng lệnh Extrude Cut3 65

Hình 3.42 Kết quả sau khi sử dụng lệnh Chamfer 66

Hình 3.43 Xây dựng bề mặt răng trước 66

Hình 3.44 Xây dựng bề mặt răng sau 66

Hình 3.45 Xây dựng bề mặt răng dưới 67

Hình 3.46 Kết quả khi sử dụng lệnh Extend Surface 67

Hình 3.47 Trước và sau khi sử dụng lệnh Trim 67

Hình 3.48 Thao tác sử dụng lệnh Cut1 68

Hình 3.49 Kết quả cắt răng thứ nhất 68

Hình 3.50 Mô hình CAD 3D được thiết kế trên phần mềm Rapidform 68

Hình 3.51 So sánh độ sai lệch về hình học khi xây dựng lại mô hình CAD 69

Hình 3.52 Lưu lại dữ liệu mây điểm đã chỉnh sửa 69

Hình 3.53 Chuyển dữ liệu 3D sang phần mềm Inventor 69

Hình 3.54 Mở chi tiết bằng phần mềm Catia 70

Hình 3.55 Mở chi tiết bằng phần mềm Inventor 70

Hình 3.56 Sơ đồ đánh giá sai số 71

Hình 3.57 Các dụng cụ đo chính xác 72

Hình 3.58 Sai số giữa mô hình CAD (mặt trên) đã thiết kế với dữ liệu số hóa 72

Hình 3.59 Sai số giữa mô hình CAD (mặt dưới) đã thiết kế với dữ liệu số hóa 73

Hình 3.60 Bản đố màu cập nhật mô hình sau khi giảm giới hạn dung sai 73

Hình 3.61 Accuracy Analyzer trong hỗ trợ bắt điểm , tạo phác thảo 3D 74

Hình 3.62 Sơ đồ lực tác dụng trên cặp bánh răng côn xoắn 74

Hình 3.63 Sơ đồ lực tác dụng trên bộ truyền bánh răng hypoid 75

Hình 3.64 Các kích thước cơ bản của cặp bánh răng răng cong 76

Hình 3.65 Đo kích thước trực tiếp trên phần mềm Rapidform 77

Hình 3.66 Giao diện phần mềm KISSsoft 78

Hình 3.67 Giao diện Modules 79

Hình 3.68 Thanh lệnh KISSsoft 79

Hình 3.69 Giao diện nhập thông số 80

Hình 3.70 Giao diện Information 80

Hình 3.71 Sơ đồ quy trình nâng cao độ chính xác thiết kế bánh răng quả dứa 81

Hình 3.72 Các thông số hình học bánh răng 82

Hình 3.73 Bản vẽ mẫu chi tiết bánh răng vành chậu 83

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

- RE (Reverse Engineering): Công nghệ thiết kế ngược hay công nghệ đảo chiều, công nghệ chép mẫu

- FE (Forward Enineering): Công nghệ thiết kế thuận

- CAD (Compurter Aided Design): Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính (CAD còn được định nghĩa là Compurter Aided Drawing - Công cụ trợ giúp vẽ trên máy tính)

- CAM (Compurter Aided Manufacturing): Lĩnh vực sử dụng máy tính để tạo chương trình điều khiển hệ thống sản xuất, kể cả trực tiếp điều khiển các thiết bị, hệ thống đảm bảo vật tư, kỹ thuật

- CAE (Computer Aided Engineering): Tính toán kỹ thuật với sự trợ giúp của máy tính CAD và CAE thường gắn liền với nhau vì thiết kế sản phẩm gắn liền với thử nghiệm,

mô phỏng hoạt động của sản phẩm

- CAPP (Computer Aided Process Planning): Lĩnh vực sử dụng máy tính trợ giúp thiết

kế quá trình công nghệ chế tạo sản phẩm (được gọi là chuẩn bị công nghệ)

- RP (Rapid Propotyping): Bao gồm các phương pháp gia công tạo mẫu nhanh

- CNC (Computerized Numerical Control): Máy gia công điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính trong việc vận hành và lập trình gia công

- CMM (Coordinate Measuring Machine): Máy đo 3D hay còn gọi là máy đo toạ độ

- GOM (Optical Measuring Technique): Tên phần mềm Gom của Đức

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật đặc biệt là sự phát triển của khoa học máy tính đã làm thay đổi căn bản đời sống xã hội Từ giữa thế kỷ 20 khi công nghệ máy tính được đưa vào đời sống sản xuất đã góp phần lớn vào quá trình

tự động hóa sản xuất, giải phóng sức lao động cho con người, tăng năng suất cũng như chất lượng sản phẩm Theo đó là sự ra đời của phương thức sản xuất mới có sự trợ giúp của máy tính và máy công cụ bộ điều khiển số

Ở Việt Nam, trong khi công nghệ thiết kế thuận đã phát triển từ rất lâu và bây giờ vấn được ứng dụng rất rộng rãi tại các nhà máy, xí nghiệp, công ty Thì vài năm trở lại đây một công nghệ thiết kế mới (đối với Việt Nam) được áp dụng vào nước ta Đó là công nghệ thiết kế ngược Công nghệ thiết kế này giúp cho chúng ta chế tạo, sản xuất ra các sản phẩm mới phù hợp với nhu cầu của thị trường, với xu thế toàn cầu hóa trong sản xuất, đa dạng hóa sản phẩm, sản phẩm công nghệ cao, đáp ứng nhu cầu cạnh tranh ngày càng khó khăn khốc liệt

Bên cạnh đó, áp dụng công nghệ thiết kế ngược sẽ rút ngắn quá trình thiết kế cho đưa ra sản phẩm nhanh, có thể chỉnh sửa theo yêu cầu của khách hàng Từ đó, sẽ giảm được giá thành sản phẩm Không những thế áp dụng công nghệ này, giúp chúng ta có thể khôi phục lại các chi tiết của thế giới thực, cho phép người thiết kế đưa ra các ghi chú thiết kế và các tham số thiết kế mà chúng có thể bị mất trong quá trình xử lý sản

xuất hoặc không có mô hình CAD Đồ án “Ứng dụng công nghệ thiết kế ngược vào thiết kế chi tiết bánh răng vành chậu cầu sau ô tô tải nhẹ” sẽ tập chung vào ứng dụng

công nghệ thiết kế ngược vào thiết kế, xử lý số liệu số hóa, đánh giá, so sánh sai số thiết

kế và đưa ra bản vẽ chế tạo Góp phần bắt kịp với sự phát triển công nghệ cũng như đáp ứng cho việc thay thế cho các chi tiết bị hư hỏng hay bị lỗi

Trong quá trình làm đồ án này mặc dù đã cố gắng hết khả năng nhưng do hạn chế

về kiến thức và thiết kế nên không tránh khỏi những thiết sót Em rất mong được sự đóng góp ý kiến, bổ sung của thầy cô và bạn đọc để đồ án hoàn thiện hơn Em xin chân

thành cảm ơn thầy TS Nguyễn Thanh Quang và thầy ThS Vũ Xuân Trường đã tận

tình giúp đỡ, chỉ bảo, tạo điều kiện trong suốt thời gian qua để em có thể hoàn thành đồ

án này

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Bùi Văn Nhu

Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tính cấp thiết của đề tài

1.1.1 Khái niệm

Trong quá trình sản xuất thường để chế tạo ra một sản phẩm, người thiết kế đưa

ra ý tưởng về sản phẩm đó, phác thảo ra sản phẩm, tiếp theo là quá trình tính toán thiết

kế, chế thử, rồi kiểm tra, hoàn thiện phác thảo, để đưa ra các phương pháp tối ưu, cuối cùng là công đoạn sản xuất ra sản phẩm Đây chính là quy trình sản xuất truyền thống,

là phương pháp sản xuất áp dụng bao nhiêu thế kỷ nay Phương pháp này được gọi là

công nghệ sản xuất thuận (Forward Enineering) Trong vài chục năm trở lại đây với sự

phát triển của công nghệ, xuất hiện một dạng sản xuất theo một chu trình mới đi ngược với sản xuất thực truyền thống Đó là chế tạo sản phẩm theo hoặc dựa trên một sản phẩm

có sẵn Quy trình này được gọi là công nghệ thiết kế ngược (Reverse Engineering) hay

cũng được hiểu là chế tạo ngược

Trên phạm vi rộng công nghệ thiết kế ngược được định nghĩa là hoạt động bao gồm các bước phân tích để lấy thông tin về sản phẩm đã có sẵn (bao gồm các thông tin

về chức năng các bộ phận, đặc điểm về kết cấu hình học, vật liệu, tính công nghệ) Sau

đó tiến hành khôi phục mô hình CAD cho chi tiết hoặc phát triển thành sản phẩm mới,

sử dụng CAD/RP/CNC để chế tạo sản phẩm Công nghệ thiết kế ngược đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như hóa học, điện tử, cơ khí, y học, xây dựng và nghệ thuât

Trong cơ khí chế tạo công nghệ thiết kế ngược được là hoạt động tạo ra sản phẩm

từ các sản phẩm cho trước mà không có bản vẽ thiết kế hoặc bị mất hoặc không rõ ràng Sản phẩm mới được tạo ra dựa trên cơ sở khôi phục nguyên vẹn hoặc phát triển từ thực thể ban đầu

1.1.2 Ứng dụng công nghệ thiết kế ngược ở nước ngoài

Trong lĩnh vực sản xuất, thông thường để chế tạo ra một sản phẩm người thiết kế đưa ra ý tưởng về sản phẩm nào đó, phác thảo sản phẩm, tiếp theo là quá trình tính toán, thiết kế, chế thử rồi đem đi kiểm tra, hoàn thiện phác thảo, để ra phương pháp tối ưu và cuối cùng là công đoạn sản xuất ra sản phẩm Đây chính là phương pháp sản xuất truyền thống, phương pháp sản xuất được áp dụng từ bấy lâu nay Phương pháp này được gọi

là công nghệ thiết kế thuận(Forward Enineering)

Từ khi ra đời vào những năm 90 của thế kỷ trước công nghệ thiết kế ngược

(Reverse Engineering) đã được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, phát triển

nhanh sản phẩm, đặc biệt là trong lĩnh vực thiết kế mô hình 3D từ mô hình đã có sãn nhờ sự trợ giúp của máy tính Kỹ thuật thiết kế ngược ngày càng phát triển theo sự phát triển của phần mềm CAD/CAM Nó luôn được quan tâm và liên tục được cải tiến để đáp ứng nhu cầu của xã hội trên nhiều lĩnh vực sản xuất Đã có nhiều công ty của nhiều

quốc gia ứng dụng hiệu quả và rất thành công công nghệ này Có thể nói Trung Quốc là một điển hình Nhiều sản phẩm như xe máy, ô tô, máy móc, hàng loạt đồ gia dụng, đồ chơi được sản xuất dựa trên sự sao chép các mẫu có sẵn trên thị trường của các hãng nổi tiếng của Nhật Bản, Hàn Quốc, Mỹ như Honda, Misubishi, Toyota

1.1.3 Ứng dụng công nghệ thiết kế ngược trong nước

Ở Việt Nam, trong những năm trở lại đây công nghệ thiết kế ngược cũng đã được

áp dụng vào sản xuất Tuy nhiên phần lớn chưa mang tính chuyên nghiệp Ví dụ như các công ty chế tạo, sản xuất khuôn cho các mặt hàng nhựa, cơ khí thường khi nhận đơn đặt hàng của các đối tác làm một bộ khuôn cho một mẫu sản phẩm cho trước thì đa số việc số hóa mô hình lấy dữ liệu đều thực hiện một cách thủ công đo vẽ bằng tay Việc ứng dụng các thiết bị số hóa công nghệ cao chuyên dụng, các phần mềm thiết kế ngược vấn chưa nhiều Chỉ có một số ít có thể làm theo hợp đồng như trung tâm công nghệ 3D (3D Tech) hay các viện của các trường đại học như trường Đại Học Giao Thông Vận Tải, Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh có máy quét hình 3D nhưng chủ yếu phục vụ cho vấn đề nghiên cứu

Công nghệ này ra đời dựa trên nhu cầu sản xuất thực tế, đôi khi người ta cần chế tạo sản phẩm theo một mẫu có sẵn mà chưa hoặc không có mô hình CAD tương ứng như các chi tiết chưa rõ suất xứ, những phù điêu, bộ phận cơ thể con người, động vật Hay đơn giản chỉ sao chép lại kết quả của những sản phẩm đã khẳng định tên tuổi trên thị trường (để giảm chi phí chế tạo mẫu) hoặc để cải thiện sản phẩm theo hướng mới

Để tạo được mẫu các sản phẩm này trước đây người ta phải đo đạc vẽ phác lại 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 đối với những chi tiết phức tạp Ngày nay người ta sử dụng máy quét hình để số hóa hình dáng chi tiết sau đó sử dụng các phần mềm CAD/CAM để xử lý dữ liệu số hóa cuối cùng để tạo ra mô hình CAD 3D cho chi tiết với độ chính xác cao Mô hình CAD này cũng có thể chỉnh sửa nếu cần

Như vậy, quy trình thiết kế thuận đã được áp dụng từ rất lâu và đến nay nó vấn phát triển mạnh Tuy nhiên một công nghệ sản xuất mới đã và mới bắt đầu được ứng dụng vào sản xuất ở nước ta Đó chính là công nghệ thiết kế ngược Về cơ bản hai công nghệ này không khác nhau nhiều, nhưng cách thức thực hiện quy trình thiết kế ngược ở nước ta còn rất mới Nó mới được ứng dụng vào sản xuất ở nước ta mấy năm trở lại đây Chính vì vậy, việc ứng dụng công nghệ thiết ngược vào quá trình sản xuất được coi là một đề tài rất mới có ý nghĩa thực tiễn rất cao Đặc biệt là trong ngành cơ khí chế tạo ô

tô, máy kéo nói chung và ngành chế tạo một số chi tiết bánh răng côn răng cong nói

riêng Bởi vậy, đề tài em chọn “Ứng dụng công nghệ thiết kế ngược vào thiết kế bánh răng vành chậu cầu sau ô tô tải nhẹ”, giúp cho em sau khi tốt nghiệp nắm bắt được

quy trình ứng dụng công nghệ thiết kế ngược đã và đang bắt đầu ứng dụng rộng rãi ở nước ta, tạo thêm cơ hội việc làm cho em

1.2 Đối tượng nghiên cứu

Theo thống kê, ở Việt Nam có ba nhóm xe tải chính như sau:

Nhóm xe thứ nhất gồm các xe tải của các nước thuộc Liên Xô cũ như Zil, Gaz, Maz Các loại xe này vẫn còn được sử dụng nhiều trong quân đội và đã có từ rất lâu Một số loại xe chính hãng đã có cải tiến nhiều nhưng cũng chưa du nhập nhiều vào Việt Nam

Nhóm xe thứ hai có xuất sứ từ Hàn quốc và Nhật Bản là các xe có chất lượng cao Công nghệ chế tạo cầu xe cho nhóm xe này thuộc loại công nghệ cao, chúng ta chưa

có khả năng chế tạo do giá thành cao của việc chuyển giao công nghệ và đầu tư thiết bị công nghệ

Nhóm xe thứ ba có xuất xứ từ Trung Quốc gồm các loại xe nông dụng, xe thông dụng và xe thương mại

Trên cơ sở nghiên cứu một số mẫu có nhu cầu sử dụng nhiều trên thị trường hiện nay, đồ án tốt nghiệp của em đã lựa chọn mẫu xe thông dụng và thương mại thuộc nhóm

xe thứ ba LF 3070G1 lắp ráp trong nước, tải trọng 2,98 tấn, hình 1.1 là hình ảnh thực tế của xe

Hình 1.1 Xe ô tô tải nhẹ tự đổ LF3070G1

Bảng 1.1 Đặc tính kỹ thuật của ô tô tải nhẹ tự đổ LF3070G1

IV-1.54;V-1.00; R-7.66

Cầu sau chủ động (sau đây gọi tắt là “cầu sau”) trên ô tô tải có cơ cấu truyền lực chính (TLC) có công dụng phân phối mô men truyền từ hệ thống truyền lực (HTTL) ra các bánh xe chủ động của ôtô làm cho ô tô chuyển động phù hợp với từng tay số Sơ đồ nguyên lý cấu tạo, hình dáng tổng thể cầu sau ô tô tải nhẹ và cụm TLC được giới thiệu trên hình 1.2

a) Sơ đồ nguyên lý cầu sau, b) Tổng thể cầu sau, c) Tổng thể TLC

Hình 1.2 Cầu sau trên ô tô tải nhẹ

Cầu sau ô tô tải có các yêu cầu sau kỹ thuật:

- Đảm bảo đặc tính động lực học và tính kinh tế nhiên liệu cho ôtô;

- Có hiệu suất cao, làm việc êm dịu và không ồn;

- Đảm bảo khoảng sáng gầm xe đủ lớn;

- Đảm bảo độ cứng vững của khung vỏ xe và cả xe

Các chi tiết chính trong cầu sau ô tô gồm các chi tiết bánh răng chủ động (bánh răng quả dứa - BRQD), bánh răng bị động (bánh răng vành chậu – BRVC), bánh răng

hành tinh (BRHT), bánh răng bán trục (BRBT), trục vi sai (trục chữ thập), vỏ vi sai, các bán trục phải - trái, vỏ cầu và các chi tiết khác Trong quá trình làm việc, các bánh răng

là chi tiết ma sát ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu suất của bộ truyền Cấu tạo chi tiết cầu sau

và truyền lực chính của xe tải nhẹ được trình bày trên hình 1.3

Cụm bánh răng vành chậu quả dứa

Hình 1.3 Cấu tạo cụm truyền lực chính

Bộ truyền động bánh răng nói chung hiện nay đang được sử dụng khá rộng rãi trong các thiết bị máy móc do có nhiều ưu điểm hơn so với các bộ truyền khác, trong công nghiệp chế tạo ô tô, máy kéo, máy công cụ, trong ngành giao thông vận tải các loại bánh răng sử dụng có độ chính xác rất cao, trong đó bánh răng côn cong có nhiều ưu việt hơn so với bánh răng côn thẳng nhờ tạo nên bộ truyền làm việc nhịp nhàng, êm, ít tiếng ồn, thời gian ăn khớp dài, độ bền răng lớn, độ mòn ít, độ nhạy đối với sai số khi lắp nhỏ và có khả năng thực hiện tỷ số truyền lớn Mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng việc gia công, tạo hình chế tạo và nâng cao chất lượng bề mặt của bánh răng côn xoắn rất phức tạp đòi hỏi phải được nghiên cứu đầy đủ mới có thể đảm bảo thiết kế và chế tạo sản phẩm bánh răng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thực tế sản xuất

Hiện nay, việc nghiên cứu, ứng dụng công nghệ thiết kế ngược ở nước ngoài nói chung rất phát triển từ rất lâu rồi, tại nước ta nói riêng thì việc ứng dụng công nghệ thiết

kế ngược mới được chú tâm phát triển vài năm trở lại đây Chính vì thế, để có thêm kiến thức về công nghệ thiết kế ngược, được tiếp xúc trực tiếp và trực tiếp nghiên cứu, ứng dụng trong lĩnh vực thiết kế, chế tạo một số chi tiết bánh răng trên ô tô tải nhẹ Em đã

lựa chọn “bánh răng vành chậu” cầu sau chủ động xe ô tô tải nhẹ để ứng dụng công

nghệ thiết kế ngược vào thiết kế chi tiết đó

1.3 Phương pháp nghiên cứu

1.3.1 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

1.3.1.1 Khái niệm

Là phương pháp trực tiếp tác động vào đối tượng trong thực tiễn để làm bộc lộ bản chất và các quy luật vận động của đối tượng

1.3.1.2 Các bước thực hiện

Bước 1: Chuẩn bị hệ thống máy quét hình 3D, chi tiết mẫu

Bước 2: Khởi động máy scan ATOS, tiến hành scan chi tiết mẫu

Bước 3: Xử lý dữ liệu đo quét

Bước 4: Chuyển dữ liệu 3D sang phần mềm Inventor và xuất bản vẽ

Bước 5: Đánh giá sai số thiết kế, so sánh với tiểu chuẩn kỹ thuật

Bước 6: Xây dựng bản vẽ chế tạo bánh răng

1.3.2 Phương nghiên cứu tài liệu

1.3.2.1 Khái niệm

Là phương pháp nghiên cứu, thu thập thông tin khoa học trên cơ sở nghiên cứu các văn bản, tài liệu đã có sẵn và bằng các thao tác tư duy logic để rồi rút ra kết luận khoa học cần thiết

Bước 4: Tổng hợp kết quả đã tìm hiểu và phân tích được, hệ thống hóa lại kiến thức

để tạo ra một hệ thống kiến thức đầy đủ và sâu sắc nhất

1.4 Nội dung chính của đề tài

Chương 1: Giới thiệu tổng quan về đề tài

- Tính cấp thiết của đề tài

- Đối tượng nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu

- Nội dung chính của đề tài

- Ý nghĩa của đề tài

Chương 2: Cơ sở ứng dụng công nghệ thiết kế ngược vào thiết kế bánh răng vành chậu ô tô tải nhẹ

- Nghiên cứu, chế tạo bánh răng côn cong trong và ngoài nước

- Lựa chọn chi tiết và thiết bị

- Xử lý số liệu số hóa

- Quy trình công nghệ thiết kế ngược

- Giới thiệu một số phần mềm thiết kế

Chương 3: Ứng dụng công nghệ thiết kế ngược vào thiết kế bánh răng vành chậu

- Quá trình xử lý trên Rapidform

- Đánh giá sai số thiết kế

- Sơ đồ lực tác dụng và thông số hình học, tính toán thiết kế

- Các tiêu chuẩn sử dụng trong thiết kế

- Xây dựng bản vẽ thiết kế bánh răng

Chương 4: Kết luận

- Kết luận

- Kiến nghị

1.5 Ý nghĩa của đề tài nghiên cứu

Giúp cho sinh viên năm cuối khi sắp tốt nghiệp củng cố tổng hợp kiến thức và

am hiểu thực tế về chuyên ngành Bên cạnh đó, bổ xung thêm nguồn tài liệu tạo điều kiện cho giáo viên cũng như sinh viên cùng ngành có thể nghiên cứu giúp cho việc dạy

và học đạt kết quả cao hơn

Giúp cho sinh viên có thêm kiến thức về thiết kế nói chung và công nghệ thiết kế ngược nói riêng Cụ thể: có thêm thông tin và tài về tình hình ứng dụng công nghệ thiết

kế ngược ở trong nước cũng như ở nước ngoài Hiểu được quy trình thiết kế ngược gồm các bước như thế nào? Các trang thiết bị sử dụng trong quét Scan kèm theo phần mềm quét Scan các chi tiết và sử dụng một số phần mềm chuyên dụng để thiết kế, tính toán, phân tích, mô phỏng, lập trình gia công cho toàn bộ quá trình thiết kế ngược

Qua đề tài này sẽ giúp sinh viên có cơ hội học thêm và sử dụng một số phần mềm thiết kế 3D như Rapidform XOR,CATIA, NX để xử lý số hóa chi tiết từ File quét Scan 3D (thiết kế ngược) Sau đó chuyển sang các định dạng file *.stl, *.igs… để sử dụng phần mềm SolidWork, Inventer để hoàn thiện chi tiết cũng như tính toán, mô phỏng, để cuối cùng xuất ra bản vẽ chế tạo

Ngoài ra, giúp cho sinh viên có thêm kiến thức một lĩnh vực rất mới rất phát triển trong vài năm trở lại đây ở nước ta Vì thế đây cũng là một cơ hội việc làm cho sinh viên sau khi tốt nghiệp đi theo con đường thiết kế

Chương 2: CƠ SỞ KHOA HỌC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ

NGƯỢC VÀO THIẾT KẾ BÁNH RĂNG VÀNH CHẬU

2.1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu chế tạo bánh răng côn cong trong và ngoài nước

2.1.1 Tổng quan nghiên cứu ở nước ngoài

2.1.1.1 Tình hình nghiên cứu

Theo thông tin mới được cập nhật trên mạng, hiện nay trên thế giới ở một số nước như Mỹ, Nhật Bản, Cộng Hòa Liên Bang Đức, Ấn Độ, Hàn Quốc, Trung Quốc,…việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bánh răng côn cong tập trung một số hướng như sau:

- Mô phỏng 3D mặt răng, mô phỏng quá trình chế tạo 3D của bánh răng côn cong

- Thiết kế và mô phỏng sai số số truyền động hình học bánh răng côn cong

- Mô hình hoá và mô phỏng các thông số 3D nhờ phần mềm Inventor, Catia, NX, PTC Creo và một số phần mềm khác

- Mô hình hóa CAD 3D bánh răng cô cong hệ Gleason khi cắt răng thực tế

- Nghiên cứu chế tạo bánh răng côn cong bằng CNC

- Nghiên cứu điều khiển số chế tạo bánh răng côn cong trên trung tâm gia công

- Lựa chọn tự động thông số truyền động của bánh răng côn răng cong và Hypoit

- Phương pháp phần tử hữu hạn nghiên cứu độ bền bánh răng côn cong

- Thiết kế tối và ưu hoá bánh răng côn răng cong có răng dựa trên thuật toán di truyền học

- Mô phỏng lưới tải trọng và thử quan hệ động lực học bánh răng côn cong có chiều cao răng dài

- Phân tích đáp tuyến điều hoà trục chính máy mài lắp bánh răng côn răng cong

2.1.1.2 Hệ cắt bánh răng côn răng cong

Bánh răng côn răng cong nói chung và bánh răng hypoid nói riêng có ba hệ chính dựa vào dạng đường cong của răng:

- Bánh răng côn hệ Gleason (của Mỹ): Bánh răng côn răng cong có đường kính răng cung tròn

- Bánh răng côn hệ Klingelberg: Bánh răng côn răng cong có đường răng là đường thân khai kéo dài

- Bánh răng côn hệ Oerlikon: Bánh răng côn răng cong có đường kính răng là đường cong Epicycloid (ngoại tuyến) kéo dài

Phạm vi ứng dụng Gleason bao gồm các máy chế tạo, dụng cụ, thiết bị, quy trình, dịch vụ và công nghệ cần thiết cho sản xuất các loại bánh răng Cung cấp đầy đủ các giải pháp cho việc sản xuất và kiểm tra bánh răng, kích thước và yêu cầu kỹ thuật sản xuất Những sản phẩm chủ yếu như máy cắt răng, máy mài, dụng cụ và thiết bị kiểm tra,

thiết bị khai thác mỏ, phục vụ cho thiết kế bánh răng từ ô tô cho đến máy bay, xe tải và máy kéo, tua bin có kích thước lớn Với quy trinh gia công hiện đại hai kiểu bánh răng: bánh răng trụ và bánh răng côn răng cong Chuỗi quy trình từ chuẩn bị dụng cụ, cắt răng, tiện răng, mài nhẵn, nung hay tôi nóng với nhiệt độ phù hợp, chà bóng, kiểm tra lại bằng dụng cụ chuyên dụng, sau đó đem đi thử nghiệm

Phạm vi ứng dụng Klingelnberg hay Oerlikon bao gồm các máy chế tạo răng côn răng cong và các loại bánh răng trụ, sản xuất các thiết bị có độ chính xác cao Các lĩnh vực chủ yếu gồm ngành công nghiệp ô tô, xe thương mại, công nghệ nông nghiệp, xây dựng và khai thác, hàng không, thiết bị công nghiệp, đóng tàu,… Klingelnberg đã phát triển và hoàn thiện quá trình cắt khô cho bánh răng côn xoắn ốc, cung cấp công nghệ tiến tiến nhất và các cắt hiệu quả nhất trong mỗi quy trình Gồm tất cả các khía cạnh của thiết kế bánh răng xoắn ốc và tối ưu hóa toàn bộ chuỗi quá trình từ thiết kế, sản xuất, để

đo lường theo một chu trình khép kín Đảm bảo năng suất cao nhất và chi phí thấp nhất

có thể cho mỗi đơn vị và ứng dụng cho tất cả các bước công việc khác nhau liên quan đến việc sản xuất bánh răng côn Quy trình sản xuất bánh răng bao gồm các khâu: chuẩn

bị công cụ cắt, cố định chi tiết, đo lường, mài hoặc chà bóng và thử nghiệm

Hệ bánh răng hệ Klingelnberg và Oerlikon có ưu điểm độ chính xác cao, cho phép làm việc ở tốc độ cao Tuy nhiên quy trình chế tạo và dụng cụ gia công phức tạp, năng suất gia công thấp, giá thành sản phẩm cao và khó ứng dụng công nghệ cao trong điều khiển máy gia công

Đối với hệ bánh răng côn răng cong Gleason: quy trình chế tạo và dụng cụ gia công sẽ đơn giản hơn và có năng suất gia công cao hơn, khả năng truyền tải lớn, độ ồn thấp so với hai hệ trên Trước đây các nước phương Tây thường dùng dạng răng Klingelnberg, Oerlikon phục vụ cho công nghiệp ôtô Ngày nay bằng sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật đã cho phép chúng ta ứng dụng công nghệ CAD/CAM, NC,… trong lĩnh vực gia công bánh răng nên bánh răng côn răng cong hệ Gleason được thay thế sử dụng rộng rãi hơn

Ở trong nước các thiết bị gia công bánh răng côn răng cong Liên Xô và Cộng Hòa Liên Bang Đức (cũ) đều thuộc hệ Gleason Do vậy, để có thể đáp ứng được nhu cầu chế tạo phụ tùng thay thế cho các thiết bị giao thông vận tải, khai thác mỏ, xây dựng, dệt may mặc, thực phẩm, nông nghiệp

2.1.1.3 Một số hình ảnh dây chuyền, thiết bị và sản phẩm

Dưới đây là một số hình ảnh dây chuyền, thiết bị và sản phẩm bánh răng được sản xuất trên thế giới như hệ Gleason, hệ Klingelberg, hệ Oerlikon

Máy cắt răng côn răng cong Gleason PHOENIX® 1000HC là một máy công cụ

hàng đầu tích hợp điều khiển và phần mềm máy tính tốc độ cao cho thiết lập toàn bộ và hoạt động tự động Máy này là máy cắt bánh răng côn đầu tiên với khả năng mà loại bỏ

các thiết lập cơ khí thông thường Một bộ điều khiển mạnh mẽ đơn giản hoá các cài đặt máy hình học phức tạp và phối hợp tất cả các chuyển động máy cần thiết để sản xuất thiết bị chỉ trong sáu trục chuyển động Thiết lập và chuyển đổi tối ưu hóa, không cần

thiết mất công điều chỉnh cơ khí Gleason PHOENIX® 1000HC cung cấp linh hoạt hơn

với cải thiện độ chính xác và khả năng lặp lại Đường kính phôi tối đa là 1000 mm, chiều rộng mặt là 152 mm, mô-đun tối đa là 17 mm, hình 2.1

Hình 2.1 Máy cắt răng côn răng cong Gleason Phoenix 1000 HC

Máy cắt bánh răng côn Gleason PHOENIX® 600HC có thiết kế dạng trụ nguyên khối, là đột phá tối ưu hóa gia công khô, làm giảm đáng kể yêu cầu không gian nhà

xưởng và cải thiện đáng kể thời gian chu kỳ Máy cắt bánh răng côn răng cong Gleason PHOENIX® 600HC cũng có tính năng điều khiển trục chính quay trực tiếp, làm giảm

hơn nữa thời gian thiết lập và gia công bằng cách không cần thiết phải điều chỉnh cơ khí

và thay đổi bánh răng Tỷ lệ tăng/giảm tốc cao hơn làm tăng mô-men xoắn, kết hợp với thời gian ngắn hơn, chuyển động trục nhanh hơn, giảm thời gian không cắt giữa chu kỳ

và tăng năng suất tổng thể trong quá trình gia công Đường kính phôi tối đa là 600 mm, chiều rộng mặt là 100 mm, mô-đun tối đa là 15 mm, hình 2.2

Hình 2.2 Máy cắt răng côn răng cong Gleason Phoenix 600HC

Máy cắt răng côn răng cong PHOENIX® 275HC được thiết kế dạng trụ nguyên khối là một công nghệ tiên tiến hàng đầu trong các kiểu phay, tiện, độ cứng, quá trình cắt, và phục hồi Cách xoay vòng trục chính cho phép dao cắt nhô ra với kết cấu ngắn nhất của cả dao cắt và làm việc cho độ cứng tối đa và ổn định nhiệt Đường kính phôi tối đa là 275 mm, chiều rộng mặt là 55 mm, mô-đun tối đa là 10 mm, hình 2.3

Hình 2.3 Máy cắt răng côn răng cong Gleason Phoenix II 275HC

Hình 2.4 Ứng dụng cắt răng hệ Oerlikon

Với máy cắt răng C 30 và C 60 hệ Oerlikon cho phép cắt răng với kích thước răng khác nhau Máy cắt răng C 30 và C 60 dùng cắt các dạng răng ô tô con, máy nông

nghiệp và xe tải cỡ nhỏ có kích thước đường kính răng nhỏ, hình 2.5

Hình 2.5 Máy cắt răng C 30 và C 60 hệ Oerlikon

Máy cắt răng C 50 và C 29 dùng cắt răng ô tô thương mại cỡ lớn có kích thước đường kính răng lớn Tốc độ cắt khô tốc độ cao, hiệu quả, nhanh chóng, răng mịn, làm

việc tốt và giá thành thấp, hình 2.6

Hình 2.6 Máy cắt răng C 50 và C 29 hệ Oerlikon

Với hai loại máy mài G 30 và G 60 hệ Oerlikon cho phép mài bề mặt răng khác nhau Máy mài G 30 được sử dụng mài bánh răng có kích thước đường kính răng nhỏ, máy mài G 60 sử dụng mài các bánh răng có kích thước đường kính lớn hơn hình 2.7

Hình 2.7 Máy mài răng G 30 và G 60 hệ Oerlikon

Máy L 60 là một máy tiện bánh răng CNC máy có ba trục tuyến tính sử dụng để điều chỉnh các bánh răng với các kích thước khác nhau Máy được trang bị một cơ cấu điều chỉnh trục dùng để điều chỉnh góc trục, cắt vát răng với một góc lệch có thể tới 90° Máy L 60 hỗ trợ các công việc thiết lập và điều hành với các tùy chọn một số tiêu chuẩn

và nhiều chức năng khác nhau Máy cũng có thể được trang bị một hệ thống tự động cập nhật dữ liệu đảm bảo rằng các chương trình chính xác, hình 2.8

Hình 2.8 Máy tiện L 60 hệ Oerlikon

Máy kiểm tra bánh răng T 60 có khả năng kiểm tra bề mặt răng, độ cứng và mềm bánh răng côn cong và bánh răng côn hypoid Máy có ba trục tuyến tính sử dụng để điều chỉnh khoảng cách thiết bị định vị và trục Máy có thể được trang bị với một bộ điều chỉnh trục để điều chỉnh góc trục, góc lệch giữa bánh răng và trục có thể tới 90° để có thể kiểm tra được Máy T 60 được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực kiểm tra hoàn toàn tự động được tối ưu hóa tốc độ, với sự trợ giúp của máy tính do người thiết kế thiết lập, kích thước đường kính tối đa là 500 mm, hình 2.9

Hình 2.9 Máy kiểm tra bánh răng T 60 hệ Oerlikon

Hình 2.10 Một số dụng cụ cắt của máy cắt răng côn răng cong

Hình 2.11 Dây chuyền sản xuất bánh răng côn cong

Hình 2.12 Một số sản phẩm bánh răng côn cong

2.1.2 Tổng quan thiết kế, chế tạo bánh răng côn cong trong nước

2.1.2.1 Tình hình nghiên cứu

Qua điều tra khảo sát thực tế, tại Việt Nam một số cơ sở thiết kế, chế tạo bánh

răng côn cong như sau:

- Xí nghiệp cơ khí Z29, nhà máy cơ khí chính xác Z111, Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng - Bộ Quốc phòng

- Công ty TNHH Nhà nước một thành viên Máy kéo và Máy nông nghiệp

- Trung tâm Kỹ thuật Cơ khí chính xác, khoa Cơ khí- Đại học Bách khoa Hà Nội

- Công ty Cổ phần Cơ khí Hồng Lĩnh, Đại Mỗ, Hà Nội

- Nhà máy Z179 - Bộ quốc phòng

- Cơ khí Trung tâm Cẩm Phả

- Một vài xưởng cơ khí nhỏ lẻ khác

Tuy nhiên, tại các cơ sở trên hiện nay trong quá trình nghiên cứu, tính toán, thiết

kế và chế tạo chưa thực sự hoàn chỉnh Quy trình công nghệ chế tạo, việc tính toán các thông số, đặc biệt các thông số hình học (cho dao cắtvà bánh răng) và tính độ bền chưa được quan tâm đúng mức Chưa xây dựng phần mềm cho tính toán, thiết kế, phương pháp kiểm tra, đánh giá chất lượng còn chưa hoàn chỉnh và chưa phù hợp với tiêu chuẩn Các thiết bị nhiệt luyện tại các cơ sở chưa đầy đủ và đồng bộ, chưa có thiết bị kiểm tra đánh chất lượng, bánh răng chế tạo ra có độ chính xác và độ ổn định chưa cao

2.1.2.2 Một số trung tâm, xí nghiệp, công ty thiết kế, chế tạo

Xí nghiệp cơ khí chính xác Z29, thuộc nhà máy Z111, Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng là đơn vị chuyên sản xuất các mặt hàng cơ khí cho ngành quốc phòng và cho nền kinh tế, trong đó có thiết kế, chế tạo các bánh răng côn cong, được đầu tư các thiết bị gia công của Liên xô (cũ), từ gia công cắt thô đến cắt tinh và chạy rà từng đôi một Đặc biệt cơ sở này còn được trang bị dây chuyền nhiệt luyện (thấm than thể khí, tôi trung tần, ủ, ) bánh răng sau khi gia công cơ khí Các cặp bánh răng chế tạo của công ty này được dùng để thay thế cho các cặp bánh răng côn cong có môđun và số răng khá lớn, dùng cho ôtô mỏ và các thiết bị trong công nghiệp khai thác than và khoáng sản Vật liệu chế tạo các cặp bánh răng này của xí nghiệp được nhập chủ yếu từ Cộng

hoà Liên bang Nga, Nhật Bản và Trung Quốc Xí nghiệp không có thiết bị kiểm tra độ chính xác chế tạo bánh răng

Trung tâm Kỹ thuật cơ khí chính xác, Khoa Cơ Khí – Đại học Bách khoa Hà Nội được trang bị các thiết bị gia công bánh răng côn cong của Liên Xô (cũ) đã được tin học

và CNC hóa, chế tạo các cặp bánh răng thay thế phụ tùng cho các máy móc công nghiệp

ô tô nói riêng và chế tạo, thiết bị hóa chất, công nghiệp chế biến nông sản, Đó là máy cắt bánh răng côn cong ZFTKKR250 X5 của Cộng hoà Dân chủ Đức (cũ), dùng cho các máy móc thiết bị chịu tải và công suất không lớn, hệ Gleason của Mỹ Các cặp bánh răng được gia công này có môđun và số răng bé hơn, song độ chính xác gia công cao hơn, làm việc êm, truyền chuyển động giữa hai trục vuông góc với nhau có độ chính xác động học khá Trung tâm được trang bị các thiết bị nhiệt luyện bánh răng như tôi thể tích, thấm C – N Trung tâm không có thiết bị kiểm tra độ chính xác chế tạo bánh răng

Hình 2.13 Thiết bị gia công bánh răng côn xoắn xí nghiệp Z29

Công ty TNHH Nhà nước một thành viên Máy kéo và Máy nông nghiệp thuộc Tổng Công ty Máy Động lực và Máy nông nghiệp (VEAM) là nhà máy cơ khí nông nghiệp truyền thống Ngay từ đầu những năm 70, cùng với các thiết bị gia công chế tạo các sản phẩm cơ khí nông nghiệp Công ty còn được trang bị một số máy 525, 528 và máy chạy rà 5PKM của Liên Xô cũ gia công bánh răng côn cong Các sản phẩm này chủ yếu dùng để thay thế các chi tiết cho đầu máy Diezen công suất nhỏ, một số hộp tốc độ trong máy công cụ, và sản lượng độ 150 bộ/năm Các bánh răng chế tạo trên các thiết

bị của Công ty này có môđun max là 14mm và đường kính ngoài lớn nhất là 400mm Công ty không có thiết nhiệt luyện sau gia công cơ khí và kiểm tra độ chính xác, thể hiện qua hình 2.14 và hình 2.15

Hình 2.14 Các máy gia công bánh răng

Hình 2.15 Máy rà nghiền 5PKM và sản phẩm

Nhà máy Cơ khí Trung tâm Cẩm Phả là một trong các trung tâm chế tạo cơ khí lớn nhất không chỉ ở vùng Đông Bắc mà còn của cả nước Công ty được trang bị các máy móc thiết bị cơ khí gia công các chi tiết lớn, siêu trường siêu trọng như: máy cắt, lốc uốn, rèn dập, gia công bánh răng thẳng và côn Ngoài ra, nhà máy còn được trang

bị một số máy gia công bánh răng côn cong của Liên xô cũ, như máy 525, 528 và máy chạy rà cặp bánh răng côn cong có thể gia công bánh răng có đường kính ngoài lớn nhất đến 800 mm hình 2.16 và hình 2.17

Hình 2.16 Máy cắt răng 525 và 528 của Nga

Hình 2.17 Máy chạy rà bánh răng côn răng cong và sản phẩm

Như vậy, việc ứng dụng công nghệ thiết kế ngược vào thiết kế các chi tiết bánh răng côn cong nói chung và chi tiết bánh răng vành chậu nói riêng là một đề tài rất hữu ích và có ý nghĩa thực tiễn cao Khi mà tại các cơ sở trên còn gặp nhiều khó khăn trong quá trình nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo chưa thực sự hoàn chỉnh Chưa xây dựng, ứng dụng phần mềm cho tính toán, thiết kế, các phương pháp kiểm tra, đánh giá chất lượng, chưa thật sự phù hợp với tiêu chuẩn Các sản phẩm chế tạo còn phải trải qua rất nhiều công đoạn từ khâu thiết kế cho đến khâu đưa ra sản phẩm nên tốn nhiều thời

gian và kinh tế Chính vì thế, cùng với sự phát triển khoa học kỹ thuật và ứng dụng khoa học máy tính vào đời sống sản xuất bằng cách sử dụng các phần mềm cho tính toán, thiết kế, kiểm tra, đánh giá chất lượng đã góp phần lớn vào quá trình tự động hóa sản xuất, giải phóng sức lao động cho con người, tăng năng suất cũng như chất lượng sản phẩm, tiết kiệm thời gian hữu ích nhất

2.2 Lựa chọn chi tiết và thiết bị scan

Hình 2.18 Chi tiết mẫu và thiết bị quét

2.2.1 Chi tiết mẫu

Đây là chi tiết bánh răng vành chậu trong cầu chủ động của ô tô tải nhẹ Có dạng răng côn răng cong được sử dụng để quét lấy file dạng mây điểm Sử dụng máy quét hình 3D ATOS III TRIPLE (Đức) kết hợp với phần mềm ATOS đi theo máy quét để quét và xử lý dữ liệu Sau khi quét và điều chỉnh xong thu được mô hình 3D dạng mây điểm chuyển sang dạng file *.stl Sau đó, sử dụng phần mềm Rapidfrom XO Redesign

xử lý mô hình 3D từ dữ liệu dạng mây điểm sang dữ liệu dạng khối (solid) Tiếp đó, chuyển mô hình 3D dạng khối sang phần mềm khác như Invertor, Creo, NX, Catia, SolidWorks… để xử lý cuối cùng và xuất ra bản vẽ CAD Kết hợp với phần mềm GOM

để đánh giá, so sánh sai số thiết kế và so sánh với tiêu chuẩn kỹ thuật Cuối cùng để đưa

ra bản vẽ chế tạo chi tiết bánh răng vành chậu, hình 2.19

Hình 2.19 Cặp bánh răng vành chậu và bánh răng quả dứa

2.2.2 Thiết bị quét

Trung tâm dịch vụ kỹ thuật 3DTech (thuộc công ty AIE) là đơn vị tiên phong cung cấp các dịch vụ công nghệ 3D hiện đại tại Việt Nam Với nguồn nhân lực chất lượng cao và sử dụng các công nghệ quét 3D, in 3D tân tiến nhất hiên nay, 3DTech luôn

tự tin mang lại cho khách hàng các dịch vụ chất lượng cao và tư vấn các giải pháp công nghệ tối ưu.Nhằm đáp ứng yêu cầu về tối thiểu hóa chi phí và thời gian sản xuất đang

là mối quan tâm lớn của các nhà sản xuất, thúc đẩy nhu cầu tìm kiếm và áp dụng các giải pháp công nghệ tân tiến nhưng không phải nhà sản xuất nào cũng có đủ khả năng

để thay đổi công nghệ trong thời gian ngắn Thấu hiểu nhu cầu và những khó khăn của khách hàng trong quá trình cải tiến công nghệ, 3DTech mang lại các dịch vụ công nghệ 3D đáp ứng nhu cầu ngắn hạn của khách hàng đồng thời tạo điều kiện để khách hàng trải nghiệm các lợi ích vượt trội của công nghệ 3D trước khi quyết định đầu tư

Sử dụng hệ thống máy ATOS III TRIPLE của hãng GOM (Đức) tại Trung tâm dịch vụ công nghệ 3Dtech – Công ty Trách Nhiệm Hữu Hạn Thiết bị Công nghệ và Giáo dục Tân Tiến AIE, Hà Nội, hình 2.20

Hình 2.20 Máy Scan hình tốc độ cao ATOS III TRIPLE

Thông số kỹ thuật máy Scan hình tốc độ cao ATOS III TRIPLE: tốc độ và chính

xác là hai yếu tố quan trọng của thiết bị Scan 3D

- Độ phân giải camera: 2.000.000 pixels

- Số điểm đo/1 lần scan: 8.000.000 điểm

- Thời gian/1 lần scan: 1 giây

- Diện tích đo nhỏ nhất: 38 x 29 mm2

- Diện tích đo lớn nhất: 2000 x 1500 mm2

- Khoảng cách giữa các điểm đo: 0,01 ÷ 0,61 mm

- Khoảng cách đến mẫu đo: 490 - 2000 mm

- Nhiệt độ làm việc: 5o ÷ 40o C

- Nguồn điện: 90 - 240V AC

- Máy tính kết nối: Laptop hoặc PC

Cũng như các hệ thống scan ATOS khác của GOM, ATOS III là thiết bị scan quang học linh hoạt Với hơn 2500 hệ thống ATOS được lắp đặt trên toàn thế giới, thiết

bị scan ATOS là một phương pháp đo được sử dụng rộng rãi bên cạnh các thiết bị đo cơ khí khác

* Cấu tạo và nguyên lý hoạt động, hình 2.21

Hình 2.21 Cấu tạo máy Scan ATOS III TRIPLE

ATOS sử dụng hệ thống 2 camera lập thể hoạt động trên nguyên tắc định vị 3 chiều Máy quét chiếu các vân sáng hình dạng khác nhau lên bề mặt vật thể Những vân sáng này được ghi lại bởi hai camera trong quá trình chuyển pha của sóng ánh sáng khi cường độ ánh sáng phân bổ trên bề mặt vật thể thay đổi, hình 2.22

Hình 2.22 Nguyên lý hoạt động của ATOS III TRIPLE

Camera trái Máy chiếu ánh Camera phải

sáng xanh

ATOS sử dụng nguyên lý ghi nhận các sự chuyển pha của sóng ánh sáng khi các bước sóng thay đổi trong quá trình đo quét bề mặt vật thể, do vậy độ chính xác của từng điểm ảnh ghi nhận là rất cao Dựa vào phương trình toán học cho phép đo quang số, tọa

độ điểm 3D được tính toán tự động trên từng điểm ảnh ghi nhận

Công nghệ camera lập thể đã được chứng minh của ATOS đem đến hệ thống tính toán chính xác cho mỗi phép đo Sự kết hợp giữa công nghệ camera lập thể với hệ thống điểm tham chiếu của GOM cho phép ATOS đảm bảo độ tin cậy quá trình bằng:

- Xác định rung động của máy quét cũng như chi tiết

- Xác định chất lượng và độ chính xác của phép đo

- Xác định sự thay đổi của môi trường

- Theo dõi trực tiếp vị trí máy quét trong không gian 3 chiều

Bên cạnh công nghệ camera lập thể, ATOS còn được tối ưu hóa dựa trên công nghệ đo Triple Scan Hệ thống camera lập thể kết hợp với cảm biến trên nguồn chiếu sáng để chụp lại ba hình ảnh của vật thể trong một lần đo quét Công nghệ này yêu cầu

ít lần đo quét hơn và cung cấp chất lượng dữ liệu cao hơn ngay cả khi đo bề mặt bóng

- Dữ liệu nhiễu ít, độ chính xác cao

- Ánh sáng xanh ít tỏa nhiệt

- Thiết bị có tuổi thọ cao 10.000h (1 năm sử dụng 24/7)

- Chi phí bảo trì thấp

Nhờ đó, các phép đo chính xác được thực hiện độc lập với điều kiện ánh sáng môi trường, giảm khả năng sai số do điều kiện môi trường gây ra

2.2.3 Phần mềm hỗ trợ quét hình 3D

Sử dụng phần mềm ATOS v6.2.0.3 của hãng GOM là phần mềm kèm theo máy

có chức năng điều khiển máy quét và chuyển đổi dữ liệu sang các định dạng như DXF, STL, MGF, ACSII, Ware front, Sotimage,… Đọc dữ liệu ở các định dạng CAM, CDM, VDD, SCN, STL,… Hiển thị dữ liệu quét, xuất ra các file dữ liệu ảnh *.stl và một số đầu vào chuẩn cho các phần mềm xử lý dữ liệu, hiển thị dữ liệu ở dạng Wireframe, Texture, Shading, đặt hệ tọa độ chuẩn, hệ tọa độ thiết kế lý tưởng, hiện thị những sai số lắp ghép các mảnh dữ liệu dưới đây là giao diện của phần mềm, hình 2.24

Hình 2.24 Giao diện làm việc chính của phần mềm

Trong đó:

- Left 2D Image hiển thị ảnh thu được của camera bên trái; Right 2D Image hiển thị ảnh thu được của camera bên phải và 3D View hiển thị toàn bộ cảnh nhìn ba chiều thu được

- Nhấn nút Start-1 để bắt đầu quét

- Sau mỗi lần nhấn nút Start sẽ cho ra một dữ liệu ảnh và bàn quay sẽ tự động quay đi một góc để thực hiện scan ảnh tiếp theo Góc quay này do người sử dụng định nghĩa

Các dữ liệu ảnh thu được từ hai camera sẽ được tự động tính toán, tập hợp và kết quả toàn bộ hiển thị trên 3D View

- Dựa vào ảnh hiển thị trong 3D View ta có thể quan sát được khu vực camera chưa scan được bằng cách nhìn màu hiển thị trên ảnh và qua đó có thể scan bổ sung

với nhau thành một ảnh hoàn chỉnh, duy nhất và đầy đủ Chú ý khi ghép nối các phần lại với nhau thì phải chọn đủ ít nhất ba điểm tham chiếu (những điểm màu vàng)

- Cuối cùng ta được dữ liệu quét hoàn chỉnh và có thể xuất ra file định dạng *.stl

2.3 Xử lý số liệu số hóa

2.3.1 Giai đoạn số hóa sản phẩm

Để số hóa sản phẩm ta dùng máy quét hình 3D để quét hình dạng vật thể Dựa theo cách thức quét hình người ta phân ra hai dạng thiết bị quét chủ yếu là máy quét

hình dạng tiếp xúc như máy đo tọa độ Coordinate Measuring Machine – CMM (hay ở

Việt Nam hay gọi là máy đo 3D, Máy đo ba chiều, Máy đo tọa độ ba chiều) và các máy quét không tiếp xúc như máy quét lazer

2.3.1.1 Phương pháp đo tiếp xúc

Đây là phương pháp thường dùng một đầu đo cơ khí trượt trên bề mặt chi tiết theo lưới định trước và liên tục ghi lại tọa độ nhận được Công cụ chủ yếu của

phương pháp này chính là các máy đo tọa độ 3 chiều (Coordinate Measuring Machine – CMM) Máy đo tọa độ thường là các máy đo 3 phương chuyển vị X, Y, Z Bàn đo

được làm bằng đá granit, đầu đo được gắn trên giá đầu đo lắp trên thanh trượt theo

phương Z Máy CMM là thiết bị đo vạn năng, xác định các thông số hình học bằng

phương pháp tọa độ thông qua kỹ thuật đầu dò chạm tiếp xúc, hoặc laser scanner không tiếp xúc, hoặc cũng có thể là đầu camera CCD không tiếp xúc Một Máy CMM thường được cấu thành bởi ba hệ thống: Khung máy CMM, hệ thống đầu đo, phần mềm

 Ưu điểm

- Do nguyên tắc đo từng điểm trên đối tượng nên độ chính xác cao, hoạt động cuẩ máy theo nguyên tắc hành trình nên máy có độ chính xác đến phần vạn (0.1 µm – 0.5 µm)

- Tính tự động hóa cao: Có thể đo tự động trong cả quá trình đo

- Kết quả đo là các file có nhiều định dạng tiêu chuẩn như *.igs, *.stl, *stp thích hợp với các phần mềm thiết kế 3D

- Dễ xử lý kết quả đo: Kết quả đo là tập hợp các đường curve thuận lợi cho tạo các mặt trên các mặt của các phần mềm thiết kế 3D

- Đầu đo đa dạng phù hợp với các đối tượng đo

 Nhược điểm

- Hạn chế đo các rãnh hẹp, cạnh sắc, có kích thước nhỏ hơn bán kính đo

- Tốc độ đo không cao: chỉ từ 10 đến 1000 điểm/phút chậm hơn nhiều so với công nghệ Scan Lazer

Dưới đây là một số kiểu khung máy đo tọa độ khác nhau

Đây là loại CMM phổ biến nhất Nó đáp ứng được cho các ứng dụng phổ thông trong ngành sản xuất phụ trợ, cơ khí chính xác… Gía thành rẻ so với các máy đo khác cùng thương hiệu ở thị trường Việt Nam Độ linh hoạt của nó nằm trong khả năng được tích hợp đầy đủ các đầu đo khác nhau Việc lựa chọn đầu đo có ảnh hưởng rất nhiều đến

độ chính xác của kết quả đo Chính vì thế, cần chú ý lựa chọn đầu đo phù hợp cho từng loại chi tiết khác nhau để có thể thu được kết quả đo chính xác và tối ưu nhất, hình 2.25

Hình 2.25 Khung máy đo tọa độ loại phổ thông Miracle

Đối với loại CMM chuẩn xác cao Miracle-P Khi so sánh với khung Miracle, thì Miracle-P có bộ phận dịch chuyển theo phương Y theo 2 thanh đỡ song song, giảm

thiểu các nhiễu động khi dịch chuyển, tăng độ chính xác của phép đo Nó phù hợp với các phép đo đòi hỏi độ chính xác cao (<3um) và cũng có khả năng tích hợp đủ các loại đầu đo Tuy nhiên, giá trị cao của nó nên CMM này thường sử dụng kèm bộ đầu đo có

độ chính xác cao, hay bộ đầu đo dạng quét tiếp xúc liên tục, hình 2.26

Hình 2.26 Khung máy đo tọa độ loại chính xác cao Miracle-P

Ngoài ra, khung máy CMM còn có 2 dạng đặc biệt, được thiết kế để phục phục

vụ đo các mẫu có kích thước & khối lượng lớn: là CMM Cruser và CMM Navigator

hình 2.27

Hình 2.27 Khung máy đo tọa độ loại có kích thước và khối lượng lớn

Các máy CMM sử dụng các đầu đo để tiếp xúc với bề mặt cần đo Dạng tiếp xúc mũi dò tiếp xúc trực tiếp với vật thể, mỗi vị trí tiếp xúc cho ta tọa độ một điểm có tọa

độ (x,y,z), Khi đầu đo được điều chỉnh đến một điểm đo nào đó thì 3 đầu đọc sẽ cho ta biết 3 tọa độ X, Y, Z tương ứng với độ chính xác có thể lên đến 0.1 micromet Quét hết

bề mặt cho ta một tập hợp mây điểm hay một đường viền kín Tập hợp các điểm này sẽ tạo thành các lưới điểm vẽ trên hình dáng vật thể Hệ thống đầu đo có vai trò rất quan trọng Đầu đo là một yếu tố quyết định đến độ chính xác và năng lực của CMM Đầu đo

có thể là: Tiếp xúc chạm, Quét tiếp xúc, không tiếp xúc laser, không tiếp xúc CCD camera Dưới đây là một số kiểu đầu đo khác nhau như sau:

- Đầu đo tự động: Đây là loại phổ biến nhất, độ chính xác phổ thông, tốc độ đo chậm Hơn 70% CMM tự động tại Việt Nam đang sử dụng loại đầu đo này

- Đầu đo tốc độ nhanh: Loại đầu đo mới này được Leader Việt Nam tư vấn cung cấp cho các khách hàng ở Việt Nam Giá thành không cao hơn loại đầu đo tự động phổ thông, nhưng tốc độ đo nhanh gấp 3 lần

- Đầu đo quét tiếp xúc: Với những mẫu đo cần độ chính xác, cao, biên dạng đo phức tạp, thì đây là sự lựa chọn hợp lý

- Đầu đo không tiếp xúc Laser Scaner: Đầu đo này thường có độ chính xác không cao bằng kỹ thuật đầu đo chạm Tuy nhiên, Laser Scanner là lựa chọn tuyệt vời trong việc sao chép mẫu, thiết kế ngược,

- Đầu đo không tiếp xúc CCD Camera: Đây là một camera CCD, được phát triển gắn kèm vào CMM, tạo ra năng lực đo không tiếp xúc cho các ứng dụng đặc biệt khác

Để dễ dàng cho việc tính toán kết quả đo, kèm theo máy là phần mềm thiết kế trước cho từng loại thông số cần đo Mỗi hãng chế tạo máy CMM đều có viết riêng cho các máy của mình những phần mềm khác nhau Mỗi phần mềm có thể có nhiều môđun riêng biệt ứng dụng cho từng loại thông số cần đo Máy CMM của hãng Mitutoyo có các phần mềm (môdun) như sau:

- Geopak: có nhiều cấp độ khác nhau, dùng cho đo lường vật thể 3D, có thể xuất sang file dạng gws để chuyển đổi dữ liệu đo thành dữ liệu chuỗi điểm cho thiết kế chi tiết bằng phần mềm Pro/Engineer hoặc các phần mềm khác như NX, Catia

- Scanpak: dùng để số hóa biên dạng 3D của vật thể, chuyên dùng cho chế tạo ngược

- Transpak : chuyên dùng để xử lý số liệu đo

- Gearpak: chuyên dùng cho đo bánh răng chuyển dữ liệu từ máy CMM sang máy kiểm tra bánh răng

- Tracepak: chương trình quét vật thể 3D cho máy CMM vận hành bằng tay

2.3.1.2 Phương pháp đo không tiếp xúc

Để khắc phục nhược điểm của phương pháp đo tiếp xúc, người ta đã chế tạo ra các máy đo không tiếp xúc: dùng Lazer, ánh sang trắng, tia X, sóng siêu âm, ảnh video…

Điển hình là phương pháp quét bằng laser và quét bằng ánh sáng trắng, ánh sáng xanh Phương pháp đo không tiếp xúc là phương pháp dùng tia lazer hoặc các tia quang học khác để đo hoặc chụp ảnh bề mặt vật cần đo sau đó dữ liệu được xử lý, hoàn thiện nhờ các phần mềm xử lý ảnh chuyên nghiệp Thiết bị số hóa đó chính là các loại máy quét lazer và máy quét ánh sáng trắng Máy quét có thể đo các vật từ gần tới xa đến 35m đối với máy quét Lazer Tuy nhiên, chi phí bảo trì cao, dữ liệu nhiễu nhiều, độ chính xác thấp, ảnh hưởng bởi ánh sáng xung quanh Dưới đây là máy Scan 3D sử dụng ánh sáng trắng có độ chính xác rất cao, hình 2.28

Hình 2.28 Máy quét bằng Lazer sử dụng ánh sáng trắng

 Ưu điểm

- Thời gian lấy mẫu nhanh, có thể lấy mẫu vật thể có kích thước lớn

- Có thể lấy mẫu các vật thể bằng các vật liệu mềm như chất dẻo, xốp, sáp,… hay các vật thể bị biến dạng mà không làm biến dạng hay phá hủy mẫu cần đo

 Nhược điểm

- Độ chính xác không cao bằng phương pháp đo tiếp xúc

Ngoài ra bây giờ người còn sử dụng máy quét ánh sáng xanh có độ chính xác và hiệu quả hơn (trong đồ án này sử dụng máy quét ánh sáng xanh) Nguồn ánh sáng LED, bước sóng ngắn (475nm), tần số cao (600-668 THz), không chịu ảnh hưởng bởi ánh sáng xung quanh, ít bị tản xạ, phản xạ bởi vật nóng, ánh sáng xanh ít tỏa nhiệt, tuổi thọ cao, chi phí bảo chì thấp, hình 2.29

Hình 2.29 Máy quét bằng Lazer sử dụng ánh sáng xanh

Bằng phép đo tam giác dùng ánh sáng xanh, là hệ thống để quét các bộ phận nhỏ tinh vi, các mô hình điêu khắc bằng tay, các chi tiết chính xác và xe cộ

Máy quét bằng ánh sáng xanh số hóa bề mặt hình học theo từng vùng nhỏ (làm giảm bớt các điểm ở các vị trí không cần thiết) Bằng kĩ thuật chiếu patented fringe (cho ánh sáng giao thoa) tạo ra đám mây điểm dữ liệu chính xác và dày đặc

Sau quá trình quét, các vùng được sắp xếp lại một cách tổng thể bởi phần mềm theo máy để tạo nên một dải mây điểm ba chiều Không cố định, kích thước của dải mây này có thể lên đến hàng triệu điểm Tọa độ của những điểm này được hệ thống tính toán

và kết quả thu được là đám mây điểm dày đặc, mặt cắt nhiều đường hay mô hình đa giác

Mỗi lần chiếu đo được hàng nghìn điểm/giây Với những vật lớn hay vật có hình dạng phức tạp cần có nhiều lần chiếu để đảm bảo tất cả các bề mặt đều được đo Không

có hạn chế về số lần chiếu cũng như các vùng để đo với mỗi vật

Chức năng của phần mềm theo máy bao gồm xử lý đám mây điểm với tốc độ cao, tạo ra các mẫu đa giác, tái tạo bề mặt, sắp xếp để thiết kế bằng máy tính và cho báo cáo

về biểu mầu, nhập dữ liệu cho bất kì hệ thống CAD nào

Định dạng cung cấp là AC, ASCII, TXT, DXF, VDA, IGES, OBJ và STL.Phần mềm cũng cho phép sắp xếp các đám mây điểm cho các mô hình thiết kế bằng máy tính (CAD) và các tính toán phục vụ cho báo cáo về biểu màu

 Ưu điểm:

- Có khả năng bao phủ cả một vùng mỗi lần quét, có thể thu được hàng trăm nghìn điểm

- Tốc độ quét cao

- Chính xác hơn hệ thống quét bằng laser

- Có thể quét những vật kích thước lớn nhỏ, có hình dạng phức tạp

 Nhược điểm:

- Không chính xác bằng máy đo tiếp xúc

- Giá thành chi phí cao

Máy quét Lazer sử dụng nguyên lý chụp ảnh vật thể bằng những lát cắt nhỏ bởi các tia laser và nối các lát cắt này lại với nhau bằng phần mềm Để làm được điều này,

hệ trục tịnh tiến sẽ di chuyển các bước đều nhau và đủ nhỏ để các đường laser phủ mặt vật quét hoàn toàn Hệ trục bàn xoay giúp xoay vật thể để phối hợp với hệ trục tịnh tiến quét phần khuất còn lại của vật thể Còn phần mềm trên máy tính sẽ truyền tín hiệu điều khiển xuống mạch điều khiển động cơ trục tịnh tiến để quét bề mặt, đồng thời phần mềm

sẽ làm mịn hóa và xử lý chuyển tín hiệu từ camera ra tín hiệu không gian 3D, hình 2.30

Hình 2.30 Một số hệ thống máy quét bằng Lazer kiểu cố định

Vì mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm khác nhau nên sẽ được ứng dụng trong từng trường hợp cụ thể Cũng có thể kết hợp cả hai phương pháp để có thể đạt được kết quả tốt nhất Có thể số hóa bằng máy quét không tiếp xúc sau đó kiểm tra sai số sản phẩm bằng phương pháp đo tiếp xúc

2.3.2 Giai đoạn xử lý số hóa dữ liệu

Giai đoạn xử lý số hóa dữ liệu gồm các bước sau:

Bước 1: Chỉnh sửa lưới dữ liệu, đám mây điểm

Bước 2: Đơn giản hóa lưới tam giác bằng cách giảm số lượng tam giác và tối ưu hóa vị trí đỉnh và cách kết nối các cạnh của mỗi tam giác trong lưới sao cho các đặc điểm hình học không thay đổi

Bước 3: Chia nhỏ lưới và cắt bỏ phần thừa để tạo bề mặt theo ý muốn

Bước 4: Phân vùng dữ liệu sau đó xây dựng mô hình CAD

Hình 2.31 Mô hình số hóa sản phẩm thực tế 2.3.3 Thiết kế lại dựa trên cơ sở số hóa

Trên cơ sở dữ liệu số hóa đã sử lý ta dựng lại mô hình CAD cho sản phẩm

dạng Soid hoặc dạng Surface bằng các phần mềm chuyên dụng (Phần mềm thiết

kế ngược chuyên dụng như Rapid Form, Geomagic, Catia, Inventor) Kết quả cuối cùng

ta nhận được một bề mặt trơn và được chuyển vào file CAD với định dạng: *.igs, *.stl

2.3.4 Tạo mẫu, gia công chi tiết

Từ dữ liệu mô hình CAD, có thể áp dụng công nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping) đế tạo ra mẫu cho sản phẩm Cũng có thể tạo mẫu trên máy CNC, khi đó phải lập trình NC nhờ các phần mềm CAD/CAM chuyên nghiệp như Cimatron, Pro/Engineer, NX và Catia để tạo ra các đường chạy dao Hình dưới đây minh họa quá

trình gia công bánh răng côn răng trên máy phay CNC, hình 2.32

a) Gia công bằng máy CNC b) Gia công bằng máy phay chuyên dụng

Hình 2.32 Phay bánh răng côn răng cong trên máy CNC

2.4 Quy trình công nghệ thiết kế ngược

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ hiện đại, quá trình sản xuất sản phẩm ngày càng được chuyên môn hóa, việc chế tạo ra một loại sản phẩm được tách ra thành nhiều công đoạn riêng biệt nhưng có quan hệ mật thiết với nhau theo một tiêu chuẩn chung thống nhất hợp thành quy trình sản xuất Tuy có nhiều cải tiến mới song quy trình sản xuất hiện nay nhìn chung đều được biểu hiện bằng hai sơ đồ dưới đây một cách cơ bản nhất của hai quy trình công nghệ thiết kế sau, hình 2.33