Bài giản gia công cơ khí bằng cad cam cnc phần 4

Bài giản của thầy Lê Trung Thực cung cấp cho các bạn các phương pháp gia công tối ưu nhất và cách tính toán , tra cứu kỹ thuật , hướng dẫn cáo nguyên công Bài giản gồm 21 phần mỗi phần hướng dẫn cho người học một cái nhìn rõ ràng hơn về gia công trong cơ khí. Việc học CNC không khó bạn có thể tự học thông quá các tài liệu hương dẫn sử dụng máy CNC. Nếu bạn không có nhiều thời gian thì có thể tham gia các khóa học lập trình và vẫn hành máy CNC. Nhưng vấn đề của môn CNC là bạn cần phải thực hành nhiều thi mới có thê thành thạo được.....

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

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

 Mô hình 2D

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

Thí dụ một mô hình 2D

Thí dụ biểu diễn một mô hình 2D

2D model 3D model

• 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

Các công cụ dựng mô hình 2D

• Để xây 2D người thiết kế dùng các công cụ sau:

– vẽ (draw),

– chỉnh lý (modify),

– tuỳ biến màn hình (transformation).

Các công cụ vẽ:

• Gồm việc sử dụng các lệnh để tạo nên các phần tử đơngiản 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 đốitượng cần vẽ

• 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

10 10

Các công cụ chỉnh lý (Modify)

• Để chỉnh lý hình ảnh, có nhiều công cụ Các công cụthông dụng là: Erase, Offset, Copy, Move, Mirror, Array,Lengthen, Break, Chamfer, Fillet, Trim, Extend,Rotate, Thí dụ trong AutoCAD chỉnh lý gồm các côngcụ sau

Công cụ tuỳ biến màn hình

• Gồm các công cụ phóng to thu nhỏ (Zoom), di chuyển (Pan) trong không gian 2D

• Thí dụ trong AutoCAD có các công cụ Zoom sau:

– Zoom[All/Center/Dynamic/Extents/Previous/Scale(X/XP)/Window/<Realtime>:]

• Với công cụ Zoom, Pan, người dùng có thể phóng

to, thu nhỏ hình ảnh theo tỉ lệ mong muốn, dichuyển hình ảnh trên màn hình đến vị trí cần thiếtgiống như ta đưa tờ giấy vẽ trên mặt bàn khi thực

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

Tạo lớp

Thí dụ một danh sách các lớp trong AutoCAD

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

• 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,

• 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

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

MÔ HÌNH KHUNG DÂY

Thí dụ một hình côn

Các đỉnh Các cạnh Dạng cạnh

MÔ HÌNH KHUNG DÂY

Thí dụ một hình cầu

Các đỉnh Các cạnh

MÔ HÌNH KHUNG DÂY

Thí dụ một hình cầu

Các đỉnh Các cạnh

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

MÔ HÌNH KHUNG DÂY

1 Không nhất quán,

2 Không có đường bóng

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

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

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

MÔ HÌNH KHUNG DÂY

Không thấy các đường bóng

MÔ HÌNH MẶT 3D

• Mô hình mặt được xác định nhờ điểm, đường, mặt

• Kỹ thuật này cao hơn so với khung dây, linh hoạt hơn vànhiều chức năng hơn

• 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 nhưcác lỗ

 Có thể thu được hình ảnh chất lượng và đảm bảogiao diện thuận tiện với máy CNC khi mô phỏngchuyển động của công cụ trong không gian 3 chiềukhi gia công chi tiết với bề mặt phức tạp theonhiều trục

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

• Mặt kẻ (ruled) và tròn xoay (revolved)

• Mặt Sweep và Blend

Các lệnh Modify mặt

Các lệnh Modify mặt

Các lệnh Modify mặt

• Nhược điểm của phương 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

5 MÔ HÌNH HÓA KHỐI ĐẶC

(SOLID MODELLING)

• Khái quát

• Phương pháp kết cấu

(Constructive Representation)

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

Ưu điểm của mô hình khối rắn:

– a) Xác định đầy đủ hình khối, phân biệt rõ vùng trong vàvùng ngoài vật thể, dễ phát hiện ra sự cố khi các thành phầntương tác với nhau

– b) Đảm bảo tự động xóa các đường khuất

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

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

• Có 2 phương pháp tạo mô hình khối đặc

• 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

KHỐI HÌNH XÂY DỰNG

Constructive Solid Geometry (CSG)

• Mỗi khối nguyên thuỷ được xác định bằng phương trình toán học:

• Các khối nguyên thuỷ được

 Cấu trúc của các khốâi xây dựng được thể hiện dưới dạng cây nhi phân

Hội

Constructive Solid Geometry

Rigid motion transformation

y

x z

-y

z

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

Constructive Solid Geometry

(CSG)

Ưu điểm của CSG:

- Dễ xây dựng khối vật thể

- 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

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

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)

Boundary Representation (B-rep)

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 Representation (B-rep)

• Các phần tử hình học

– Điểm = points

– Đường = curves

– Mặt = surfaces

• Chúng được tạo ra, xử lý, chỉnh lý theo

phép toán của hình học Euclid

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,

Boundary Representation (B-rep)

Successor2Successor1

Successor2 Successor1

Boundary Representation (B-rep)

Boundary Representation (B-rep)

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

• Some Euler operators

• Thí dụ xây dựng một khối tứ diện dùng toán

tử Euler

• Thí dụ xây dựng một khối tứ diện dùng toán

tử Euler (tiếp theo)

Boundary Representation (B-rep)

Boundary Representation (B-rep)

Thí dụ

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

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

• 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

• Kỹ thuật Voxel

• Kỹ thuật Grammar (nhân mảnh)

• Kỹ thuật Particle (tạo hạt)

CÁC KỸ THUẬT MÔ HÌNH

HOÁ KHÁC

Ưu nhược điểm của Voxel

 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,

Kỹ thuật Grammars (nh ân mảnh)

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…

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

một giọt

 Các model giôùng nhau:

 Bi kim loại

 Các mặt đồng đẳng

 Các vật mềm

 Phạm vi ứng dụng:

• Hiểu biết và sử dụng chúng trong công tác thiết kế

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 bảnvẽ từ các mô hình khung dây

• 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.