Bài giản về CadCamCnc cadcamcnc4 modelling

Với 2D phần lớn các bản vẽ thiết kế chi tiết máy và sơ đồ điện trong công nghiệp đã được tạo ra bằng tay... • Tuy nhiên, so với vẽ trong không gian 3D, nó có một số nhược điểm sau: • K

08/25/17 1

4 MÔ HÌNH HOÁ HÌNH

HỌC NỘI DUNG

1 Đặt vấn đề

2 Mô hình hoá 2D

3 Mô hình hoá mặt cong

4 Mô hình hoá khối đặc

5 Các kỹ thuật mô hình hoá

khác

08/25/17 2

ĐẶT VẤN ĐỀ

Một cảnh có thể chứa

các vật thể khác

nhau: Mây, cây, đá,

nhà, nội thất, v.v…

Có nhiều cách khác

nhau để thể hiện các

vật thể đó

08/25/17 3

Mô hình 2D

• Trong không gian hai chiều (2D) một

vật thể bất kỳ có thể được biểu

diễn bằng điểm, đường thẳng, đường

cong thông qua các hình chiếu, mặt

cắt,…

• Việc thực hiện các bản vẽ trong

không gian 2D rất là đơn giản Với 2D phần lớn các bản vẽ thiết kế chi

tiết máy và sơ đồ điện trong công

nghiệp đã được tạo ra bằng tay

08/25/17 4

Thí dụ một mô hình 2D

08/25/17 6

• Nhờ có máy tính và ứng dụng các phần mềm đồ họa, các bản vẽ 2D

được hình thành với tốc độ nhanh

hơn, chính xác hơn, rõ ràng hơn, và đặc biệt là dễ chỉnh lý, sửa chữa hơn.

• Tuy nhiên, so với vẽ trong không gian 3D, nó có một số nhược điểm sau:

• Không thể tự tạo ra các hình chiếu phụ thông qua hình chiếu có trên màn hình

• Các hình ảnh như hình chiếu trụ đo, hình chiếu thẳng chỉ là giả tạo và khi vẽ thì không có liên hệ gì với nhau cả.

08/25/17 8

Các công cụ vẽ:

• Gồm việc sử dụng các lệnh để tạo nên các phần tử đơn giản như đường thẳng (LINE), đường tròn (CIRCLE), cung tròn (ARC), ellipse, spline, point

• Việc vẽ có thể được thực hiện theo hai cách:

• Vẽ phác - vẽ trước khi cho kích thước

• Vẽ chính xác - khi vẽ phải chỉ ra tọa độ của đối tượng cần vẽ

Vẽ phác là một công cụ vẽ nhanh

chóng vì không yêu cầu độ chính xác

cao

• Việc vẽ chính xác ngay từ đầu có ưu

điểm là có thể cho bản vẽ đúng, nhưng tốc độ chậm hơn so với vẽ phác

08/25/17 9

• Thí dụ vẽ một đường thẳng được thực hiện như sau

– a)Vẽ phác:

• 1 Dùng lệnh Line

• 2 Pick hai điểm điểm bất kỳ

50.0 30.0

10 10

• Với công cụ Zoom, Pan, người dùng có thể phóng to, thu nhỏ hình ảnh theo tỉ lệ mong muốn, di chuyển hình ảnh trên màn hình đến vị trí cần thiết giống như ta đưa tờ giấy vẽ trên mặt bàn khi thực hiện bản vẽ bằng tay

08/25/17 12

Tạo lớp

• Để thực hiện nhiều hình vẽ có những chức năng khác nhau trên cùng một không gian vẽ, một công

cụ rất hữu ích là tạo lớp.

• Lớp 1 Bản vẽ chi tiết không kích thước

• Lớp 2 Bản vẽ phôi

• Lớp 3 Kích thước

• Tuỳ theo nhu cầu của người dùng lớp này hay lớp kia có thể cho hiện trên bản vẽ

08/25/17 13

Tạo lớp

Thí dụ một danh sách các lớp trong

AutoCAD

08/25/17 14

Tạo thư viện các phần

tử đồ họa

• Để thực hiện bản vẽ

phức tạp nhanh chóng,

cần phải tạo ra các thư

viện phần tử đồ họa

Đây là những bản vẽ

chi tiết mẫu mà khi

cần, ta gọi ra để chèn

vào các vị trí cần thiết

trên bản vẽ Thư viện

có thể chứa các chi

tiết chuẩn với kích

thước cố định hoặc các

chương trình con (macro)

08/25/17 15

• Trong các hệ thống CAD, có các

macro hệ thống, thí dụ làm tròn,

vát mép là những macro hệ

thống Có thể tạo ra các macro

ở dạng tham số để tạo ra các phần tử đồ họa theo ý muốn như bulong, đai ốc, vòng đệm, bánh răng, bánh đai, vòng bi,…

• Thí dụ: Một lò xo gồm các tham số: đường kính dây lò xo, , đường kính trung bình, chiều dài, bước xoắc của lò xo,

08/25/17 16

• Bằng cách dùng macro tham số ta có thể khai báo để tạo ra những vật thể tương tự với các tham số tùy ý.

• Các hệ thống CAD còn có những macro modify tổng thể - thí dụ các macro liên quan đến kích thước của bản vẽ Khi ta tay đổi tính chất, thí dụ kiểu chữ, độ lớn của nét chữ thì sau khi cập nhật, toàn bộ các chữ và số ghi kích thước trên bản vẽ sẽ thay đổi theo.

08/25/17 17

MÔ HÌNH KHUNG DÂY 3D

Mô hình khung dây mô tả một phần tử 3D Chúng gồm tập hợp các điểm đỉnh, và các cạnh (đường thẳng, cung tròn và đường tròn, đường conic, spline) nối với nhau, đủ xác định một vật thể và có

thể quan sát Thí dụ một hình tứ diện như trên hình sau

Các đỉnh

Các cạnh Dạng

cạnh

Các cạnh Dạng

cạnh

Các cạnh

Các cạnh

08/25/17 21

MÔ HÌNH KHUNG DÂY

Các ràng buộc khi xây dựng mô hình khung dây:

- Mỗi đỉnh phải có 3 giá trị toạ độ X, Y, Z

- Mỗi cạnh chỉ nối với hai đỉnh duy nhất có trong danh sách

đỉnh

- Các cạnh phải khép kín

- Các cạnh không được tự cắt

nhau

08/25/17 22

MÔ HÌNH KHUNG DÂY

 Ưu điểm: Dễ dựng hình, tốn ít bộ nhớ

 Nhược điểm:

1 Không nhất quán,

2 Không có đường bóng

•3 Không thể thấy được ảnh hưởng lẫn nhau giữa các phần tử

•4.Khó khăn xuất hiện khi tính toán các tính chất vật lý

•5 Không có khả năng tô bóng vì thiếu bề mặt

08/25/17 23

MÔ HÌNH KHUNG DÂY

Nhần lẫn khi xem xét mô hình: Có

nhiều phương án dự đoán vật thể

tư một mô hình khung dây

08/25/17 24

MÔ HÌNH KHUNG DÂY

Không thấy các đường bóng

Wireframe

cylinder

Silhouette Wireframe cylinder

(different view angle) Silhouette

• Ưu điểm so với khung dây:

 Có thể tạo ra các mặt phức tạp

 Có thể tô bóng

 Có thể phân biệt các phần tử đặc biệt trên mặt như các lỗ.

 Có thể thu được hình ảnh chất lượng và đảm bảo giao diện thuận tiện với máy CNC khi mô phỏng chuyển động của công cụ trong không gian 3 chiều khi gia công chi tiết với bề mặt phức tạp theo nhiều trục.

 Đảm bảo công cụ hiệu qủa hơn khi mô phỏng chuyển động của robot.

08/25/17 26

Các dạng bề mặt

• Các mặt hình học cơ sở gồm:

• Mặt kẻ –Ruled surface

• Mặt tròn xoay – Revolved surface

• Mặt quét - Sweep surface

• Mặt trùm - Blend surface

Tên gọi các cơng cụ tạo mặt cĩ thể

khác nhau ở những phầm mềm

CAD/CAM khác nhau Thí dụ mặt kẻ

Ruled trong Pro/E khơng cĩ mà chỉ cĩ

mặt Boundary.

08/25/17 27

• Mặt kẻ (ruled) và tròn xoay

(revolved)

08/25/17 28

• Mặt Sweep và Blend

08/25/17 30

Các lệnh Modify mặt

08/25/17 31

Các lệnh Modify mặt

08/25/17 32

Các lệnh Modify mặt

Lệnh Mirror Lệnh Draft Offset

08/25/17 33

pháp tạo mô hình mặt

– Xuất hiện sự không nhất quán khi cố gắng tạo ra mô hình của vật thể rắn.

– Không đủ độ chính xác mô tả 1 số bề mặt nhằm có những thông số tin cậy về vật thể 3 chiều.

– Thủ tục dấu các đường khuất phức tạp và khó mô tả các vùng bên trong mô hình

• Đây là phương pháp hiện đại nhất và mạnh nhất trong tất cả các phương pháp hiện có

– b) Đảm bảo tự động xóa các đường khuất

– c) Tự động xây dựng các mặt cắt ba chiều, rất cần khi phân tích các đơn vị lắp ráp phức tạp

– d) Sử dụng các phương pháp phân tích tự động xác định chính xác trọng lượng và kết cấu một cách hiệu qủa bằng phương pháp phần tử hữu hạn

– e) Tạo ra những hình ảnh có chất lượng trên màn hình nhờ sử dụng nhiều màu sắc

– f) Nâng cao hiệu qủa khi mô phỏng chuyển động của các cơ cấu, tạo ra các qũi đạo chuyển động của dụng cụ và người máy.

08/25/17 37

• Có 2 phương pháp tạo mô

hình khối đặc được ứng

08/25/17 38

• Vật thể khối được xây dựng từ những khối

nguyên thuỷ theo quy tắc tốn học Boole

• Các khối nguyên thuỷ thường là những khối đơn giản với ít tham số.

block parameter:

length, width,height

cylinder parameter:

radius, height

cone parameter:

radius, height

Torus paramete r: two radii

wedge parameter:

length, width, height

Sphere parameter:

radius

KHỐI HÌNH XÂY DỰNG Constructive Solid Geometry (CSG)

– Wedge:{(x, y, z): 0<x<w, 0<y<H,

0<z<D, yw+xh<hw}

– Torus: {(x, y, z): (x2+y2+z2-R22

-R12)2<4R22(R12-z2)}

08/25/17 41

 Cấu trúc của các khốâi

xây dựng được thể hiện dưới

dạng cây nhi phân

Hội

Rigid motion transformation

Rigid motion parameters

z

x

y

Configuration parameters

y

x z

-y

z

08/25/17 43

Các bước tạo vật

thể C - rep

– Tạo các vật cơ bản: tru, hộp, …

– Dùng các phép toán Boole để cộng, trừ hoặc giao các vật với nhau để tạo nên phần tử phức tạp hơn

– Dùng các lệnh bo tròn, vát mép để tạo nên các mặt chuyển tiếp giữa các mặt giao nhau

– Sau khi tạo được toàn bộ khối vật thể có thể dùng các mặt cắt, hình chiếu để rạo ra các hình vẽ 2D

– Lên kích thước cho các hình chiếu 2D

- Dữ liệu lưu trữ chỉ là câu trúc nhị phân của các

toán tử và kích thước của các khối nguyên thuỷ.

- Dễ sửa chữa khi thay đổi kết cấu

- Các toán tử Boolean luôn luôn đảm bảo để vật thể được xây dựng

08/25/17 45

Constructive Solid Geometry

(CSG)

Nhược điểm:

- Cấu trúc cây CSG làm cho khi thực hiện các chức năng khác

với mô hình hoá thì phải tính toán rất lớn

- Các vật thể nguyên thuỷ được lưu dưới dạng phân tích Tuy nhiên các mặt không phải là các mặt phân tích như mặt Bezier thì không thể dùng CSG để biểu diễn được

- Công cụ nối mặt lập thể với các khối solid nguyên thuỷ còn phải phát triển

08/25/17 46

Constructive Solid Geometry

(CSG)

- Do vậy trong phần lớn các hệ thống mô hình hoá,

song song với việc lưu cấu trúc CSG, còn lưu cấu trúc

hình học biên, gọi là boundary representation (B-rep)

mà trong đó biên của các khối hình học được lưu dưới dạng tham số Phương pháp lưu thường dùng nhất là dưới dạng NURBS (Non-Uniform Rational B-spline)

và các card graphic hiện đại đều có thể đáp ứng được.

08/25/17 48

Boundary Representation

Used in all commercial CAD/CAM packages

to represent the shape of 3D objects

Some B-Reps are exact others are

approximate

Boundary defined approximately by a mesh of triangles

Boundary defined “exactly”

by mathematical surface and

edge equations

• Chúng được tạo ra, xử lý, chỉnh lý

theo phép toán của hình học Euclid

08/25/17 50

Boundary Representation (B-rep)

• Cấu trúc dữ liệu của một cạnh :

– Một cạnh

• Được bao bởi hai đỉnh

• Tiếp giáp chính xác với hai mặt

• Mỗi một cạnh tham gia hai vòng lặp,.

• Các vòng lặp được định hướng

– Trước – Sau

1

Successor2Successor1

fcw fccw

v2

v2e

Predecessor2 Predecessor1

Successor2 Successor1

Vertex level

Winged edge structure

*Topology is not completely

shown

08/25/17 54

Boundary Representation (B-rep)

• Các phần tử Topologic được tạo ra

và chỉnh lý bởi các toán tử Euler

• Các toán tử Euler

– đảm bảo tính thống nhất của model – cho một cơ chế kiểm tra sự chắc

chắn của model

08/25/17 55

• Some Euler operators

08/25/17 56

• Thí dụ xây dựng một khối tứ diện dùng toán tử Euler

08/25/17 57

• Thí dụ xây dựng một khối tứ diện dùng toán tử Euler (tiếp theo)

• G - số lượng genus (lỗ xuyên qua khối)

08/25/17 59

Boundary Representation (B-rep)

Thí dụ

08/25/17 60

B-rep và CSG

• CSG

– Các phần tử cơ cở là nguyên thuỷ

– Phép toán: dùng các toán tử boolean – Cấu trúc dữ liệu

• Cây nhị phân

• Không duy nhất

• Gọn nhẹ

08/25/17 61

B-rep and CSG

• B-rep

– Các phần tử cơ bản: đỉnh, mặt, cạnh

(vertices, faces, edges)

– Tốn tử: tốn tử Euler, Tính tốn Euclid

– Cấu trúc dữ liệu:

• Cấu trúc cạnh kiểu cánh (Wing edge structure)

• Khơng duy nhất

• Khơng gian bộ nhớ lớn hơn

– Ưu điểm căn bản của phương pháp

B- rep là khả năng dễ dàng thay

đổi hình dạng bề mặt do đĩ được

dùng nhiều trong các hệ thống CADCAM

08/25/17 62

• Nhưng sự khác nhau giữa 2 phương pháp là không lớn và trong một số hệ thống CAD đều có dùng cả 2 phương pháp này.

B-rep and CSG

08/25/17 63

• Kỹ thuật Voxel

• Kỹ thuật Grammar (nhân mảnh)

• Kỹ thuật Particle (tạo hạt)

CÁC KỸ THUẬT MÔ

HÌNH HOÁ KHÁC

08/25/17 66

 Kỹ thuật Grammars tạo mô hình

bằng cách dùng một tập các quy tắc

nhân rộng các hình đơn giản

 Chúng được dùng để thể hiện

cây cỏ, vỏ ốc hến, các mẫu trang

trí trên tường, vải in,

Thí dụ hệ thống L-system đã tạo ra mô

hình cây cỏ bằng kỹ thuật grammars

08/25/17 67

Kỹ thuật P articles (Tạo hạt)

 Dùng để biểu diễn các mô hình

động và các hiện tượng như mây,

khói, lửa, nổ, v.v…

 Các phần tử cơ bản là những hạt

có hình dạng khác nhau như hình

cầu, hình ellipse, gọt nước

 Các hạt phát triển tuỳ theo đặc

điểm thời gian, hình thù, quỹ đạo,

và các đặc điểm khác

 Đặc tính của các hạt bị ảnh

hưởng bởi lực đặc biệt như trọng

lực, từ lực, v.v…

08/25/17 68

KỸ THUẬT DROP (TẠO GIỌT)

 Chúng là những hình

cầu mềm dẻo với trường

lực hấp đãn hoặc xô đẩy

Khi hai giọt gặp nhau, chúng

trộn vào nhau và tạo thành

• Hiểu biết và sử dụng chúng trong công tác thiết kế sản phẩm chắc chắn sẽ

thành công

08/25/17 70

5.3 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM KHÁC CỦA CAD VÀ TÍCH

HỢP CAD/CAM

– Phần lớn hệ thống CAD hiện có đề nghị những khả năng mở rộng để xây dựng bản vẽ thiết kế Những khả năng này là.

• 1/ Tự động tạo nét gạch chéo mặt cắt trên bản vẽ từ các mô hình khung dây.

• 2/ Khả năng viết chữ trên bản vẽ

liệu.

08/25/17 71

• Tất cả những đặc điểm trên là rất hữu ích, giảm thời gian thực hiện và in bản vẽ.

• Kinh nghiệm cho thấy là những lợi ích đạt được từ cơ sở dữ liệu CAD/CAM thích hợp to lớn hơn nhiều

so với những hệ CAD và CAM riêng rẽ Vì vậy cầu nối CAD và CAM là mục tiêu đặc biệt của CAD/CAM để lấp hố ngăn cách giữa hai công nghệ này.