NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CATIATHIẾT KẾ CÁC BÀI GIẢNG MÔ PHỎNG ĐỂ HỖ TRỢ VÀ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG, HIỆU QUẢ GIẢNG DẠY CÁC MÔN HỌC CHUYÊN NGÀNH CƠ KHÍ

1 MỞ ĐẦU Nghiên cứu ứng dụng các phần mềm để thiết kế các bài giảng nhằm hỗ trợ và nâng cao chất lượng, hiệu quả giảng dạy các môn học ngành cơ khí, áp dụng vào thực tiễn sản xuất đang

i

BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH

BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌCCẤP BỘ

NĂM 2015

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CATIATHIẾT

KẾ CÁC BÀI GIẢNG MÔ PHỎNG ĐỂ HỖ TRỢ VÀ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG, HIỆU QUẢ GIẢNG DẠY CÁC MÔN

HỌC CHUYÊN NGÀNH CƠ KHÍ

MÃ SỐ:CB2015-04-04

HÀ NỘI, NĂM 2016

ii

MỤC LỤC

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GHÉP v

DANH MỤC CÁC HÌNH vi

DANH MỤC CÁC BẢNG xii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN CÁC PHẦN MỀM LĨNH VỰC CƠ KHÍ 5

1.1 Lịch sử phát triển các phần mềm cơ khí 5

1.2 Chức năng nổi bật của một số PMUD phổ biến trong lĩnh vực cơ khí 5

1.2.1 Nhóm phần mềm vẽ, thiết kế 5

1.2.2 Nhóm các phần mềm thiết kế, mô phỏng 5

1.3 Tầm quan trọng của các phần mềm cơ khí 7

1.3.1 Ứng dụng các phần mềm cơ khí trong dạy học 7

1.3.2 Ứng dụng phần mềm cơ khí trong thực tiễn sản xuất 8

Chương 2 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CATIA THIẾT KẾ CÁC BÀI GIẢNG MÔ PHỎNG MỘT SỐ MÔN HỌC NGÀNH CƠ KHÍ 24

2.1 Giới thiệu phần mềm CATIA 24

2.1.1 Mô hình hóa chi tiết (Part Modelling/Design) 24

2.1.2 Lắp ráp (Assembly) 25

2.1.3 Trình diễn mô phỏng 26

2.1.4 Tạo bản vẽ 2D từ mô hình 3D (Drawing) 28

2.1.5 Tính toán, thiết kế chi tiết máy 32

2.2 Thực hiện phép chiếu, phép cắt vật thể, thiết lập bản vẽ lắp 34

2.3 Thiết kế, kiểm nghiệm bền và chế tạo nắp bình áp lực 45

iii

2.4 Minh họa bài toán Nguyên lý máy bằng phần mềm Inventor 50

2.5 Xây dựng bộ thư viện các chi tiết máy 56

2.6 Tối ưu hóa sản phẩm thiết kế với phần mềm Inventor 57

2.6.1 Giới thiệu quá trình kiểm nghiệm bền trong Inventor 57

2.6.2 Kiểm nghiệm, tối ưu hóa kết cấu của cơ cấu máy 66

2.7 Mô hình hóa sản phẩm bằng kỹ thuật ngược và gia công trên máy CNC 89 2.7.1 Tổng quan về kỹ thuật ngược (RE-Reverse Enineering) 89

2.8 Kết luận 94

Chương 3 CHẾ TẠO MỘT SỐ MÔ HÌNH TRỰC QUAN THIẾT KẾ TỪ PHẦN MỀM CATIA 96

3.1 Giới thiệu chức năng lập trình và gia công trên máy CNC trong CATIA 96 3.1.1 Mô phỏng gia công trên máy tiện 96

3.1.2 Lập trình, mô phỏng và gia công trên máy phay trong CATIA 107

3.2 Xây dựng chương trình và gia công trên máy CNC 119

3.2.1 Xây dựng chương trình CNC và truyền dữ liệu sang các máy CNC 119

3.2.2 Áp dụng kỹ thuật ngược trên kính hiển vi đo lường DIM4530U 121

3.2.3 Lập trình và gia công sản phẩm 130

3.2.4 Kiểm tra, đánh giá sản phẩm 132

3.3 Chế tạo bộ bầu gá gia công lỗ đa giác đều 134

3.3.1 Bộ bầu gá gia công trên máy tiện 134

3.3.2 Bộ bầu gá gia công trên máy khoan, phay đứng 143

3.4 Chế tạo hộp giảm tốc 146

3.5 Thiết kế, chế tạo bộ đồ gá khoan 150

3.6 Kết luận 152

iv

Chương 4 KẾT LUẬN 153 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 155 PHỤ LỤC i

v

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GHÉP

CAM Computer Aid Manufacturing

CNC Computer Numerical Control

CATIA Computer Aided Three dimensional Interactive Application CAE Computer Aided Engineering

CAPP Computer-aided Process Planning

vi

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1 Nhiều phần mềm ứng dụng có thể nhận dữ liệu của nhau 6

Hình 2 Biểu đồ so sánh hiệu quả của các quá trình gia công 8

Hình 3 Quy trình thiết kế sản phẩm 10

Hình 4 Đánh giá nguyên nhân gây biến dạng mối hàn thông qua giá trị a) chuyển biến pha Mác-ten-xít và b) ứng suất phân bố xung quanh mối hàn[11] 12

Hình 5 So sánh kết quả nghiên cứu a) bằng phương pháp mô phỏng và b) bằng thực nghiệm[13] .13

Hình 6 Ví dụ tìm hình chiếu vật thể 35

Hình 7 Giao diện phần mềm CATIA 36

Hình 8 Xây dựng Sketch trong CATIA 36

Hình 9 Tạo hình khối trong CATIA 37

Hình 10 Sử dụng chức năng cắt vật thể trong CATIA 37

Hình 11 Mô hình vật thể 3D trong CATIA 38

Hình 12 Biểu diễn hình chiếu vật thể trong CATIA 39

Hình 13 Sử dụng PMUD để mô tả khối hình hình tạo nên vật thể 40

Hình 14 Thực hiện phép cắt trong CATIA 40

Hình 15 Biểu diễn hình chiếu trục đo trong CATIA 41

Hình 16 Bản vẽ 3D chi tiết E tô 42

Hình 17 Bản vẽ lắp chi tiết E tô 42

Hình 18 Bản vẽ 3D cơ cấu đồ gá khoan 43

Hình 19 Bản vẽ lắp cơ cấu đồ gá khoan 43

Hình 20 So sánh kết quả sử dụng PMUD trong học phần Vẽ kỹ thuật 44

Hình 21 Mô tả quy luật của kết quả khảo sát 45

Hình 22 Kích thước nắp bình cao áp 45

vii

Hình 23 Vị trí làm việc của nắp bình cao áp 46

Hình 24 Vị trí ứng suất tập trung lớn nhất 48

Hình 25 Kết quả mô phỏng về lượng biến dạng theo phương dọc trục của chi tiết 48

Hình 26 Chế tạo và thực nghiệm với nắp bình cao áp 49

Hình 27 Vị trí xoay đảo lộn 50

Hình 28 Kích thước ghế ngồi 51

Hình 29 Kích thước ghế điều chỉnh 51

Hình 30 Trọng tâm cơ thể người 52

Hình 31 Xác định kích thước tổng thể 52

Hình 32 Sơ đồ hóa cơ cấu 53

Hình 33 Kích thước các khâu tính toán 53

Hình 34 Sơ đồ vị trí các khâu 54

Hình 35 Thông số thiết kế 2D và bản vẽ 3D 54

Hình 36 Các vị trí làm việc của cơ cấu 55

Hình 37 Mô hình cơ cấu đảo lộn 3D vị trí ngồi 55

Hình 38 Mô hình cơ cấu đảo lộn 3D vị trí thẳng đứng 56

Hình 39 Bản vẽ lắp một số chi tiết máy hộp giảm tốc 57

Hình 40 Mô hình bài toán mẫu 58

Hình 41 Xác định thông số quá trình mô phỏng 58

Hình 42 Gán vật liệu cho dầm 59

Hình 43 Cơ tính của vật liệu 59

Hình 44 Xác định điều kiện biên cho dầm 60

Hình 45 Xác định vị trí lực tác dụng lên dầm 61

viii

Hình 46 Tiến hành mô phỏng ứng suất 61

Hình 47 Ứng suất tổng hợp của dầm 62

Hình 48 Ứng suất theo nguyên lý thứ nhất của dầm 62

Hình 49 Ứng suất theo nguyên lý thứ 3 của dầm 63

Hình 50 Chuyển vị của dầm 64

Hình 51 Hiệu chỉnh lưới 64

Hình 52 Hệ số an toàn của dầm 65

Hình 53 Xuất kết quả 65

Hình 54 Gán vật liệu 66

Hình 55 Gán ràng buộc 67

Hình 56 Gán tải trọng 67

Hình 57 Tiến hành phân tích cho cơ cấu 68

Hình 58 Ứng suất tổng hợp của dao 68

Hình 59 Ứng suất theo thuyết bền kéo của dao 69

Hình 60 Ứng suất theo thuyết bền nén của dao 69

Hình 61 Chuyển vị của dao 69

Hình 62 Hệ số an toàn 70

Hình 63 Dao sau khi hiệu chỉnh 70

Hình 64 Ứng suất Von mise của dao sau khi hiệu chỉnh 71

Hình 65 Ứng suất theo thuyết bền kéo của dao sau khi hiệu chỉnh 71

Hình 66 Ứng suất theo thuyết bền nén của dao sau khi hiệu chỉnh 71

Hình 67 Hệ số an toàn của dao sau khi hiệu chỉnh 72

Hình 68 Kích thước dao sau khi hiệu chỉnh 72

Hình 69 Ứng suất Von Mise của bầu dao 73

ix

Hình 70 Ứng suất theo thuyết bền kéo của bầu dao 73

Hình 71 Ứng suất theo thuyết bền nén của bầu dao 74

Hình 72 Chuyển vị của bầu dao 74

Hình 73 Hệ số an toàn của bầu dao 74

Hình 74 Kết cấu thân 75

Hình 75 Ứng suất Von Mise của bầu dao sau khi hiệu chỉnh 75

Hình 76 Ứng suất theo thuyết bền kéo của bầu dao sau khi hiệu chỉnh 76

Hình 77 Ứng suất theo thuyết bền nén của bầu dao sau khi hiệu chỉnh 76

Hình 78 Chuyển vị của bầu dao sau khi hiệu chỉnh 77

Hình 79 Hệ số an toàn của bầu dao sau khi hiệu chỉnh 77

Hình 80 Kích thước của bầu dao sau khi hiệu chỉnh 78

Hình 81 Kết cấu thân 78

Hình 82 Ứng suất Von Mise của thân 79

Hình 83 Ứng suất tính theo thuyết bền kéo của thân 79

Hình 84 Ứng suất theo thuyết bền nén của thân 80

Hình 85 Chuyển vị của thân 80

Hình 86 Hệ số an toàn của thân 81

Hình 87 Ứng suất Von Mise của than sau khi hiệu chỉnh 81

Hình 88 Ứng suất theo thuyến bền kéo sau khi hiệu chỉnh 82

Hình 89 Ứng suất theo thuyết bền nén của thân sau khi hiệu chỉnh 82

Hình 90 Chuyển vị của than sau khi hiệu chỉnh 83

Hình 91 Hệ số an toàn của than sau khi hiệu chỉnh 83

Hình 92 Đặc tính của chi tiết thân bầu gá 84

Hình 93 Khối lượng,thể tích,diện tích của thân 84

x

Hình 94 Ứng suất Von Mise của chuôi 85

Hình 95 Ứng suất theo thuyết bền kéo của chuôi 85

Hình 96 Ứng suất theo thuyết bền nén của chuôi 86

Hình 97 Chuyển vị của chuôi 86

Hình 98 Hệ số an toàn của chuôi 87

Hình 99 Kích thước chuôi trước khi kiểm nghiệm 87

Hình 100 Khối lượng,thể tích, diện tích của chuôi 88

Hình 101 Kích thước chuôi sau khi kiểm nghiệm 88

Hình 102 Khối lượng, thể tích, diện tích chuôi 89

Hình 103 Quy trình thiết kế thuận và Quy trình thiết kế ngược 91

Hình 104 Cấu tạo DIM4530U 121

Hình 105 Giao diện của phần mềm SI101 .124

Hình 106 Thanh công cụ hỗ trợ đo 125

Hình 107 Thanh chức năng vẽ CAD .127

Hình 108 Thanh hỗ trợ ghi kích thước .128

Hình 109 Dữ liệu xuất sang Excel .129

Hình 110 Hình ảnh Scan 129

Hình 111 Hình dạng phôi ban đầu 130

Hình 112 Bản vẽ thiết kế mẫu 130

Hình 113 Kích thước thực của mẫu 131

Hình 114 Phôi gia công 131

Hình 115 Load file NC vào máy cắt dây để chuẩn bị gia công 132

Hình 116 Chi tiết mẫu (a) và Sản phẩm sau khi gia công (b) 132

Hình 117 Mô tả quá trình cắt khi chuốt trên máy tiện 135

xi

Hình 118 Bản vẽ lắp cơ cấu chuốt trên máy tiện V1 136

Hình 119 Bản vẽ phân rã cơ cấu chuốt trên máy tiện V1 136

Hình 120 Bản vẽ thân trước cơ cấu chuốt trên máy tiện V1 137

Hình 121 Bản vẽ thân sau cơ cấu chuốt trên máy tiện V1 137

Hình 122 Bản vẽ thân lắp dao cơ cấu chuốt trên máy tiện V1 138

Hình 123 Bản vẽ dao cơ cấu chuốt trên máy tiện V1 138

Hình 124 Bản vẽ nắp chặn cơ cấu chuốt trên máy tiện V1 139

Hình 125 Bầu gá V1 sau khi chế tạo hoàn thành 139

Hình 126 Gá lắp bầu chuốt trên nòng ụ sau của máy tiện 140

Hình 127 Bản vẽ lắp cơ cấu chuốt trên máy tiện V2 142

Hình 128 Bản vẽ chi tiết thân cơ cấu chuốt trên máy tiện V2 140

Hình 129 Bản vẽ chi tiết Vỏ ngoài cơ cấu chuốt trên máy tiện V2 141

Hình 130 Bản vẽ chi tiết dao cơ cấu chuốt trên máy tiện V2 141

Hình 131 Bầu gá V2 sau khi chế tạo hoàn thành 142

Hình 132 Gá lắp và điều chỉnh bàn dao máy tiện 143

Hình 133 Sản phẩm gia công chế tạo thử 143

Hình 134 Sơ đồ cắt khi chuốt xoay trên máy khoan/phay 144

Hình 135 Kết cấu của bầu gá 145

Hình 136 Bản vẽ 3D của cơ cấu 146

Hình 137 Kích thước thân bầu gá 145

Hình 138 Cơ cấu chuốt xoay trên máy khoan/phay 146

xii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 Danh sách một số học phần có thể ứng dụng phần mềm trong đào

tạo 7

Bảng 2 Một số đặc tính cơ bản của mê-ca[16] .46

Bảng 3 Thông số kỹ thuật của kính hiển vi DIM4530U 122

Bảng 4 Kết quả so sánh mẫu và sản phẩm sau khi gia công 133

Bảng 5 Danh môc các nội dung liên quan đến học phần 94

1

MỞ ĐẦU

Nghiên cứu ứng dụng các phần mềm để thiết kế các bài giảng nhằm hỗ trợ

và nâng cao chất lượng, hiệu quả giảng dạy các môn học ngành cơ khí, áp dụng vào thực tiễn sản xuất đang là một nhiệm vụ tối cần thiết trong giai đoạn hiện nay

Sử dụng hợp lý các phần mềm ứng dụng sẽ là giải pháp phát huy được khả năng sáng tạo của người học và của các nhà nghiên cứu; Là phương tiện giúp

họ tiếp cận được những thành tựu khoa học- công nghệ của thế giới, thực hiện được những công việc mang tầm cỡ quốc tế Đó cũng là môi trường để, ít nhất trong giai đoạn hiện nay, họ có thể sử dụng để chứng minh những cơ sở lý luận chuyên ngành được học, được bồi dưỡng Ngoài ra, định hướng này cũng sẽ là một trong những giải pháp đào tạo chuẩn bị nguồn nhân lực công nghệ ứng dụng cho giai đoạn phát triển sắp tới- giai đoạn đất nước thực hiện nhiệm vụ cơ bản là công nghiệp

Đối với sinh viên, đây là lựa chọn có thể tạo cho họ hành trang vững chắc sau khi tốt nghiệp các cơ sở giáo dục chuyên nghiệp Nếu sử dụng thành thạo công cụ này, cánh cửa làm việc ở các cơ sở sản xuất có vốn đầu tư nước ngoài, học tập cao hơn ở quốc gia phát triển sẽ rộng hơn, cao hơn Đến lúc này, sự hỗ của vốn kiến thức chuyên ngành và ngoại ngữ là cần thiết để đảm bảo hiệu quả tiếp cận Sinh viên Việt nam được biết đến với khả năng tự tin về kiến thức khoa học cơ bản và kỹ năng thực hành, do vậy trau dồi ngoại ngữ là việc còn lại họ cần thực hiện cho môc tiêu này

Tổ chức thi, đánh giá năng lực tính toán thiết kế thông qua việc sử dụng các phần mềm ứng dụng đã được Bộ Lao động Thương binh và Xã hội, Tổng cục Dạy nghề triển khai định kỳ thông qua Kỳ thi tay nghề quốc gia Trong các

kỳ thi gần đây, kỹ năng tính toán, thiết kế của các thí sinh tham gia thi nghề Thiết kế cơ khí CAD đã có xu hướng cải thiện rõ rệt Năm 2016, đã có 04 thí sinh đạt giải Nhất với số kỹ năng đáp ứng yêu cầu ngày càng cao Qua đó cho

2

thấy việc đầu tư cho giáo viên và sinh viên tiếp cận và khai thác các phần mềm ứng dụng trong quá trình giảng dạy học tập là cần thiết và hiệu quả

I MÔC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Xây dựng được bộ tài liệu giúp giáo viên sử dụng phần mềm CATIA vào thiết kế bài giảng mô phỏng trực quan nhằm tăng tính hiệu quả trong dạy và học;

Gia công chế tạo các mô hình trực quan được thiết kế, kiểm nghiệm từ phần mềm CATIA làm phương tiện dạy học cho giáo viên ở các môn học ngành cơ khí

II TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Công nghệ thông tin đã và đang có vai trò rất quan trọng trong đời sống xã hội cũng như các lĩnh vực sản xuất Việc ứng dụng công nghệ thông tin đã góp phần rất quan trọng trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng hiệu quả sản xuất, tiết kiệm thời gian trong mọi lĩnh vực của đời sống xã hội

Trong dạy học, công nghệ thông tin đã thực sự là phương tiện rất quan trọng, giúp giáo viên và học sinh, sinh viên tiếp cận nhanh chóng với kiến thức, với khoa học hiện đại Hiện nay, với chủ trương đưa công nghệ thông tin, sử dụng các phần mềm ứng vào việc giải quyết các môn học có liên quan, đồng thời ứng dụng nó vào thực tiễn, giúp người dạy và người học phát triển tư duy, tiếp cận được công nghệ tiên tiến là cần thiết và đang được chú ý quan tâm

Ở các trường đại học, cao đẳng và trung cấp chuyên nghiệp, việc đưa công nghệ thông tin vào dạy, học đã được áp dụng từ lâu và đã góp phần nâng cao chất lượng đào tạo Trong lĩnh vực cơ khí, thực tế hiện nay, việc giải các bài toán như Sức bền vật liệu, Cơ học, Thiết kế máy …trong các cơ sở đào tạo đang chủ yếu thực hiện bằng thủ công Do vậy, khả năng tiếp cận với các công

cụ phân tích, tính toán, thiết kế hiện đại của sinh viên đang bị hạn chế Đây là một trong những nguyên nhân khiến sinh viên tốt nghiệp không đáp ứng các yêu cầu của doanh nghiệp

3

Với những lý do đó, nhóm tác giả lựa chọn ''Nghiên cứu ứng dụng phần mềm CATIA thiết kế các bài giảng mô phỏng để hỗ trợ và nâng cao chất lượng, hiệu quả giảng dạy các môn học ngành cơ khí'' Các kết quả của đề tài sẽ

hỗ trợ cho quá trình giảng dạy và học tập hiệu quả hơn, phong phú đa dạng hơn

III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

- Tổng hợp một số công trình nghiên cứu nổi bật liên quan đến việc ứng dụng phần mềm ứng dụng;

- Nghiên cứu, tìm hiểu các module của phần mềm để xây dựng các chuyên đề;

- Đánh giá, kiểm nghiệm, giải các bài toán điển hình trong các môn học Sức bền vật liệu, Thiết kế máy, Thiết kế khuôn;

- Xây dựng hệ thống các videos mô phỏng, chế tạo các mô hình trực quan phục vụ dạy và học

IV PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Các module của phần mềm thiết kế CATIA trong lĩnh vực thiết kế cơ khí: Thiết kế khuôn, Thiết kế cấu trúc máy, Tiện, Phay

- Các môn học chuyên ngành cơ khí: Sức bền vật liệu, Công nghệ gia công trên máy CNC, Thiết kế khuôn, Thiết kế máy, Công nghệ chế tạo máy

V PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Nhóm phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Phân tích, tính toán, thiết kế, tối ưu hóa kết cấu, lập trình gia công trên máy công cụ điều khiển số (CNC) bằng các module của phần mềm CATIA

- Nhóm các phương pháp nghiên cứu thực tiễn

Kiểm tra chương trình đã lập trình, hiệu chỉnh, truyền dữ liệu sang máy công cụ Tiện, Phay CNC để gia công chế tạo sản phẩm

VI BAN CHỦ NHIỆM

4

- TS Nguyễn Văn Cường, trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Vinh, Chủ nhiệm;

- ThS Lê Văn Sinh, trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Vinh, Thư ký;

- TS Lê Khắc Bình, trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Vinh, Thành viên;

- ThS Phạm Đình Quang, trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Vinh, Thành viên;

- ThS Lưu Thủy Chung, trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Vinh, Thành viên;

- KS Nguyễn Sỹ Tài, Viện nghiên cứu Khoa học kỹ thuật bảo hộ lao động – Tổng liên đoàn Lao động Việt Nam, Thành viên;

- KS Mai Tất Lợi, trường Cao đẳng nghề Việt nam – Hàn quốc, Thành viên

VII ĐƠN VỊ CỘNG TÁC

- Tổng Cục dạy nghề

- Trường Cao đẳng nghề kỹ thuật công nghiệp Việt Nam - Hàn Quốc

- Viện nghiên cứu Khoa học kỹ thuật bảo hộ lao động – Tổng liên đoàn Lao động Việt Nam

đó, các lập trình viên máy tính đầu tiên sử dụng mã nhị phân để thực hiện các nhiệm vụ khác nhau

Ngày 21 tháng 6 năm 1948, Tom Kilburn, Đại học Manchester đã giới thiệu một máy tính lưu trữ chương trình có phần mềm trong một bộ nhớ điện

tử Sự kiện này được xem là cột mốc sơ khai của các phần mềm máy tính

Trên cơ sở đó, ngày càng có nhiều phần mềm ứng dụng (PMUD) được thiết kế, xây dựng và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực trong công nghiệp, giáo dục và cuộc sống

1.2 Chức năng nổi bật của một số PMUD phổ biến trong lĩnh vực cơ khí

1.2.1 Nhóm phần mềm vẽ, thiết kế

AutoCAD là phần mềm vẽ, thiết kế đơn giản và đang được sử dụng phổ biến nhất hiện nay trên phạm vị cả nước Hầu hết các chương trình đào tạo nghề/ngành cơ khí đều yêu cầu người học khai thác phần mềm AutoCAD trong quá trình học tập Tuy nhiên phần mềm này chủ yếu được sử dụng để tương tác với các bản vẽ thiết kế dạng 2D Do vậy, người triển khai yêu cầu khả năng tưởng tượng nhất định

1.2.2 Nhóm các phần mềm thiết kế, mô phỏng

Khi đã sử dụng AutoCAD, người dùng sẽ có được giác ít bở ngỡ khi sử dụng Mechanical Desktop Hầu như các lệnh sử dụng với Autocad đều có trong Mechanical Desktop Do vậy, nó là phần mềm với đối tượng mới sử dụng AutoCAD và muốn tiếp cận với phần mềm 3D Tuy vậy, AutoCAD Mechanical có chức năng 2D hơn hẳn AutoCAD

Một số phần mềm ứng dụng khác cho phép thiết kế, mô phỏng, tối ưu hóa

và tương tác với các máy công cụ điều khiển bằng kỹ thuật số CNC Các phần

6

mềm đứng đầu về thiết kế và mô phỏng là ANSYS, ProEngineer, Solidworks, AutoDesk Inventor

Trong khi đó, một số PMUD khác được thiết kế chú trọng về chức năng

mô phỏng động và tương tác truyền dữ liệu thiết kế sang các máy CNC để thực hiện quá trình gia công Nhóm này được đặc trưng bởi MasterCAM và CATIA Các phần mềm thuộc nhóm này được xây dựng giao diện chủ yếu là 3D Các file dữ liệu thiết kế có thể chuyển đổi và sử dụng lẫn nhau Đây là một trong những đặc điểm tạo điều kiện cho người dùng có thể tăng tốc độ tiếp cận với các phần mềm trong nhóm này

Hình 1 Nhiều phần mềm ứng dụng có thể nhận dữ liệu của nhau Với đặc điểm này, nhóm tác giả thực hiện các nội dung của đề tài không chỉ giới hạn trong phạm vi các chức năng của phần mềm CATIA mà còn áp dụng với một số phần mềm khác trong nhóm Trên cơ sở đó, các nội dung được thực hiện trong đề tài có thể dễ dàng được áp dụng và phổ biến nhanh hơn, rộng hơn

7

1.3 Tầm quan trọng của các phần mềm cơ khí

1.3.1 Ứng dụng các phần mềm cơ khí trong dạy học

Theo chương trình đào tạo ngành cơ khí, bậc Đại học và Cao đẳng tại trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Vinh hiện nay, nhiều học phần có thể ứng dụng hiệu quả phần mềm CATIA trong quá trình giảng dạy và học tập Một số học phần tiêu biểu được liệt kê trong Bảng 1

Bảng 1 Danh sách một số học phần có thể ứng dụng phần mềm trong đào tạo

1 Vẽ kỹ thuật Mô tả các hình chiếu, hình cắt, phép cắt

Xây dựng các bản vẽ lắp 2D và 3D

2 Sức bền vật liệu Mô phỏng, xác định ứng suất, tối ưu hóa kết

cấu, vật liệu chi tiết máy, cơ cấu máy

3 Thiết kế cơ khí trên máy

tính

Thực hiện tất cả các nội dung trong các phần mềm, từ thiết kế, mô phỏng, kiểm nghiệm, tối ưu hóa,

4 Thiết kế khuôn mẫu Thực hành thiết kế, mô phỏng các quá trình

tạo khuôn, dòng chảy trong khuôn Kiểm tra ứng suất của khuôn và sản phẩm gia công

5 Nguyên lý chi tiết máy Mô tả các khâu, quỹ đạo khâu trung gian

Thiết kế, mô phỏng, kiểm nghiệm các chi tiết hoặc cụm cơ cấu của máy

6 Máy cắt, Thiết kế máy cắt Mô tả các cơ cấu máy, các chuyển động tạo

hình Khai thác các chi tiết và cơ cấu trong thư viện của các phần mềm

7 Công nghệ chế tạo máy;

Đồ gá

Mô tả các quá trình cắt có chuyển động tạo hình phức tạp Mô phỏng và xác định thông

8

số của các quá trình cắt Thiết kế đồ gá

8 Thực hành gia công trên

Qua thực tế giảng dạy và tìm hiểu, nhóm tác giả nhận định sử dụng các PMUD vào dạy và học cho sinh viên tại trường ĐHSPKT Vinh và các cơ ở đào tạo khác là cần thiết Đây là công cụ nhằm nâng cao chất lượng dạy và học, giải quyết triệt để các bài toán kỹ thuật, minh họa trực quan, sinh động, chính xác

1.3.2 Ứng dụng phần mềm cơ khí trong thực tiễn sản xuất

Quá trình sản xuất bao gồm nhiều công đoạn, như: tính toán thiết kế gia công chế tạo, lắp ráp, phân phối, Hiệu quả kinh tế của các công đoạn này không giống nhau

Hình 2 Biểu đồ so sánh hiệu quả của các quá trình gia công

9

Theo kết quả so sánh hiệu quả kinh tế theo Stan Shihcủa các quá trình gia công trên Hình 2 cho thấy giá trị gia tăng của giai đoạn thiết kế sản phẩm cao hơn nhiều so với quá trình gia công chế tạo Do vậy, chú trọng đầu tư kiến thức

và kỹ năng thiết kế cho người lao động là hướng tiếp cận có hiệu quả cao

Các PMUD có vai trò rất lớn đối với quá trình thiết kế, tính toán, phân tích

và đánh giá các thông số thực nghiệm và các hiện tượng cơ-lý-hóa khác Vai trò của chúng đã thể hiện rõ nét trong các nghiên cứu ứng dụng ngành cơ khí Kết quả đánh giá thông qua các phần mềm này cho thấy trùng khớp với các kết quả thực nghiệm tương ứng, qua đó khẳng định độ tin cậy của công cụ hữu ích này Sử dụng các PMUD trong không những kiểm nghiệm được các kiến thức

cơ bản ngành mà còn hỗ trợ tối ưu hóa các quá trình thiết kế và sản xuất công nghiệp Làm chủ được công cụ này, sinh viên sẽ có nhiều cơ hội thực hiện các quá trình nghiên cứu ứng dụng và sẵn sàng để tiếp cận với các công việc học tập, nghiên cứu, sản xuất tiên tiến Do vậy, đào tạo và phát triển nguồn nhân lực trình độ cao của Việt nam theo xu hướng này có thể cắt giảm chi phí đầu tư đồng thời giúp người học dễ dàng tiếp cận, hòa nhập với giáo dục và công nghệ thế giới

Các PMUD được xây dựng nhằm hỗ trợ người sử dụng thực hiện các công việc thực tế nhằm nâng cao hiệu quả và năng suất lao động Đối với ngành cơ khí nói riêng, chúng có vai trò rất quan trọng trong việc hỗ trợ cho các quá trình tính toán, thiết kế và mô phỏng các hiện tượng xảy ra ở các điều kiện làm việc nhất định của chi tiết máy Các PMUD không những giúp người dùng kiểm nghiệm các tiền đề lý thuyết cơ bản mà còn là công cụ hỗ trợ trong quá trình thực hiện các phép toán phức tạp, xây dựng các mô hình thiết kế, phân tích và

dự đoán các hiện tượng xảy ra trong quá trình làm việc của chi tiết máy ngay ở giai đoạn thiết kế; kiểm nghiệm bền và dự đoán tuổi thọ của chi tiết máy Các chức năng ưu việt này đã khẳng định được vai trò của chúng trong việc tiết kiệm thời gian và chi phí gia công, tăng độ chính xác và tin cậy trong quá trình chế tạo, giải thích các hiện tượng kỹ thuật xảy ra trong thực tế mà đến nay chưa

có thiết bị giám sát và kiểm nghiệm

10

Trong ngành chế tạo máy, để thiết kế 1 chi tiết máy, đầu tiên phải thể hiện

ý tưởng bằng mô hình ba chiều phác họa trên giấy Trên cơ sở đó, các bản vẽ

kỹ thuật với các thông số kỹ thuật được xây dựng Bản vẽ tiếp tục được hoàn thiện thông qua các quá trình rà soát, kiểm tra[1-3] Đây là một quy trình đòi hỏi rất nhiều thời gian và công sức, sự nhẫn nại của sinh viên, giáo viên và nhà thiết kế vì các bản vẽ luôn phải sửa đổi, hiệu chỉnh sao cho đúng và chính xác Sản phẩm khi được áp dụng một quy trình thiết kế thủ công, không chuyên nghiệp sẽ có thể không đủ bền, có thể sẽ không hoạt động chính xác và gây khó khăn trong việc quan sát thực nghiệm khi dạy và học Sự phát triển công nghệ thông tin xâm nhập vào lĩnh vực thiết kế “CAD/CAM/CNC” đã trở thành một công cụ cực kỳ đắc lực cho nhà thiết kế, sinh viên và những người tham gia công tác giảng dạy tại các trường kỹ thuật[4, 5] Quá trình thiết kế với sự hỗ trợ của các PMUD sẽ là: tính toán đưa thông số, thực hiện bản vẽ chi tiết (2D), sau

đó phác thảo (3D), phân tính, tối ưu hóa các yếu tố về sức bền, lựa chọn phương pháp gia công, chế tạo (khuôn, đúc, phay…), mô phỏng quá trình hoạt động, gia công số Quá trình này được tiến hành nhanh chóng và hoàn toàn chính xác

Quy trình thiết kế 1 sản phẩm được minh họa trongHình 3

Phân tích nhu cầu thị trường

Đặc tính kỹ thuật

Ý tưởng thiết kế

Thiết kế sản

phẩm

Mô phỏng sản phẩm thiết kế thông qua các PMUD

Chế tạo và kiểm tra sản phẩm

Tối ưu hóa sản phẩm thiết kế

mô phỏng và kết quả thực nghiệm khi sử dụng các điều kiện biên tương ứng Ngày nay, quá trình xây dựng bản vẽ thiết kế không chiếm nhiều thời gian của người thiết kế vì sự trợ giúp của các công cụ của công nghệ thông tin Trong đó các phần mềm hỗ trợ thiết kế đã luôn được dùng để tiến hành thiết kế chi tiết máy Hiện tại có rất nhiều phần mềm được ứng dụng để thiết kế chi tiết máy cơ khí Phần mềm CATIA cũng là phần mềm được dùng để hỗ trợ cho công việc của người kỹ sư thiết kế Trong những năm gần đây, đã có một số nghiên cứu được thực hiện xoay quanh việc ứng dụng công nghệ thông tin vào quá trình giảng dạy và sản xuất Do vậy, đầu tư nghiên cứu, tìm hiểu và ứng dụng phần mềm thiết kế CATIA vào quá trình giảng dạy và sản xuất công nghiệp ở nước ta trong giai đoạn hiện nay là tối cần thiết

Trong quá trình thiết kế sản phẩm, các vấn đề về vật liệu, về độ bền, tính công nghệ của sản phẩm phải được làm sáng tỏ Như vậy, việc giải quyết các bài toán liên quan đến các vấn đề này là tất yếu Phần mềm CATIA có thể không những đáp ứng các yêu cầu nói trên mà còn có thể tối ưu hóa quá trình thiết kế bằng việc sử dụng các chức năng sẵn có và xuất ra các bộ thông số, biểu đồ cụ thể Điều này làm giảm giá thành gia công, nâng cao hiệu quả kinh

tế, tăng độ chính xác, tiết kiệm được thời gian và nhân lực

Sử dụng phần mềm ABAQUS, Ben Moussa[8]

cùng các đồng nghiệp đã xây dựng được mô hình dự đoán, đánh giá sự xuất hiện lớp biến cứng và ứng suất dư trên bề mặt chi tiết gia công trong quá trình cắt Kết quả nghiên cứu của

họ cho thấy các giá trị mô phỏng tương ứng với các giá trị đo được bằng thực nghiệm Các công trình nghiên cứu này đã cung cấp cho các nhà khoa học cơ

sở khoa học để tiếp cận và giải thích bản chất và nguyên nhân xuất hiện lớp biến cứng và ứng suất dư bề mặt- các hiện tượng mà trước đó khó có thể đánh giá chi tiết và tổng thể bằng thực nghiệm

12

Trong khi đó Saunders[9]

đã sử dụng phần mềm ANSYS để xây dựng mô hình nghiên cứu đánh giá sự hình thành các vết ba via trong quá trình khoan thông qua việc đánh giá các thông số nhiệt và ứng suất xuất hiện trong quá trình cắt khi khoan Kết quả mô phỏng một lần nữa cho thấy tương ứng với các kết quả thực nghiệm thu được Công trình này cung cấp cho các nhà nghiên cứu

và nhà sản xuất các thông số liên quan đến quá trình cắt nhằm hạn chế hiện tượng ba via xuất hiện khi khoan Trong lúc đó Sharma[10]

lại sử dụng những đặc tính siêu việt của ANSYS để đánh giá sự phân bố ứng suất xung quanh các

lỗ lăng trụ đa giác đều (từ 3 đến 8 cạnh), cung cấp cho các nhà thiết kế và sản xuất mối quan hệ giữa số cạnh và chiều dài cạnh của đa giác với sự phân bố ứng suất xung quanh nó

Trong một trường hợp khác, Deng[11]

sử dụng phần mềm ABAQUS để đánh giá quá trình chuyển biến pha kim loại trong mối hàn kiểu giáp mối đến ứng suất và biến dạng của mối hàn Kết quả cho thấy, khi hàn thép Carbon thấp, sự chuyển biến Martensite và nhiệt chuyển biến pha cao là các nguyên nhân chủ yếu gây ứng suất lớn trong mối hàn Trong khi đó, đối với thép Carbon trung bình thì nguyên nhân gây biến dạng chi tiết hàn lại do hệ số giản

nở cao và nhiệt chuyển biến pha thấp

Hình 4 Đánh giá nguyên nhân gây biến dạng mối hàn thông qua giá trị a) chuyển biến pha Mác-ten-xít và b) ứng suất phân bố xung quanh mối hàn[11]

Sự chuyển biến pha trong các vùng kim loại hàn thực hiện bằng phương pháp hàn điểm cũng được đánh giá bằng phần mềm Hypermesh trong nghiên

13

cứu của Nghiem và các cộng sự[12] Đây là phương pháp nghiên cứu mới được giới thiệu vào khoảng giữa năm 2012 Theo đó, sự thay đổi cơ tính của kim loại

ở các vùng khác nhau trong mối hàn được đánh giá thông qua giá trị độ cứng tế

vi và sự chuyển biến pha Austenit/martensit trong các vùng tương ứng dưới tác động của các yếu tố chế độ hàn

Sử dụng phần mềm DEFORM để mô phỏng quá trình dập nóng kim loại, Palaniswamy[13] khẳng định những kết quả mô phỏng của mình hoàn toàn trùng khớp với những kết quả thực nghiệm cùng điều kiện Kết quả mô phỏng cho thấy, nguyên nhân quá trình dập cần công suất lớn là vì ma sát trượt kim loại cao; bề mặt dập hình hộp chữ nhật có chiều dày nhỏ hơn ở các góc là vì nhiệt trong quá trình dập ở các góc nhỏ hơn Những kết luận này rất bổ ích cho các nhà nghiên cứu và sản xuất để tối ưu hóa quá trình dập nóng kim loại

Hình 5 So sánh kết quả nghiên cứu a) bằng phương pháp mô phỏng và b) bằng thực

nghiệm[13]

Ở một khía cạnh khác, Kase[14]

và các đồng nghiệp đã sử dụng các phần mềm ITAS 3D và NUMISHEET’96, phối hợp với việc sử dụng hàm nội suy Gaussian để nghiên cứu sự sai số về hình dáng chi tiết gia công khi dập/uốn tự

do, qua đó cung cấp các thông số để tối ưu hóa quá trình gia công Kết quả nghiên cứu của họ cũng đã gây sự chú ý với rất nhiều nhà nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới Oliveira[15]

và đồng nghiệp lại sử dụng NUMISHEET’05 để nghiên cứu về hiện tượng đàn hồi ngược khi uốn/gập kim loại hình chữ U

14

Công trình nghiên cứu này đã cho thấy hiện tượng đàn hồi ngược khi uốn/gập kim loại có thể dự đoán được bằng các kết quả mô phỏng, và do vậy, quá trình gia công có thể được tối ưu hóa qua việc ứng dụng công nghệ

Phần mềm Solidworks được biết đến rộng rãi và tính phổ biến của nó hiện nay, là một trong những phần mềm chuyên về thiết kế 3D do hãng Dassault System phát hành dành cho những xí nghiệp vừa và nhỏ, đáp ứng hầu hết các nhu cầu thiết kế cơ khí hiện nay Solidworks được biết đến từ phiên bản Solidworks 1998 và được du nhập vào nước ta với phiên bản 2003 và cho đến nay với phiên bản 2010 và phần mềm này đã phát triển đồ sộ về thư viện cơ khí

và phần mềm này không những dành cho những xí nghiệp cơ khí nữa mà còn dành cho các ngành khác như: đường ống, kiến trúc, trang trí nội thất, mỹ thuật

Một số chức năng căn bản trong SOLIDWORKS

* Chức năng CAD:

- Các khối được xây dựng trên cơ sở kỹ thuật parametric, mô hình hóa

- Chức năng báo lỗi giúp người sử dụng dễ dàng biết được lỗi khi thực hiện lệnh

- Bảng FeatureManager Design Tree cho phép ta xem các đối tượng vừa tạo và có thể thay đổi thứ tự thực hiện các lệnh

- Các lệnh mang tính trực quan làm cho người sử dụng dễ nhớ

- Dữ liệu được liên thông giữa các môi trường giúp cập nhật nhanh sự thay đổi của các môi trường

- Với các tính năng thiết kế tiện ích giúp người sử dụng thiết kế một cách

có hiệu quả một bản vẽ kỹ thuật:

- Hệ thống quản lý kích thước và ràng buộc trong môi trường vẽ phát giúp người sử dụng tạo các biên dang một cách dễ dàng và tránh được các lỗi khi tạo biên dạng

15

- Công cụ hiệu chỉnh sử dụng rất dễ dàng giúp ta có thể hiệu chỉnh các đối tượng một cách nhanh chóng

Hình 6 Giao diện phần mềm Solidworks

- Trong môi trường Drawing cho phép ta tạo các hình chiếu các chi tiết hoặc các bản lắp với tỉ lệ và vị trí do người sử dụng quy định mà không ảnh hưởng đến kích thước

- Chuyển đổi ngôn ngữ Text với các thứ tiếng khác nhau

- Công cụ tạo kích thước tự động và kích thước theo quy định của người

sử dụng

- Tạo các chú thích cho các lỗ một cách nhanh chóng

Chức năng ghi độ nhám bề mặt, dung sai kích thước và hình học được sử dụng dễ dàng

* Chức năng CAE: Chức năng Cosmos được tích hợp và chạy ngay trong môi trường của Solidworks làm tăng khả năng phân tích và đánh giá chi tiết thiết kế Sử dụng chức năng này, người dùng có thể thực hiện được những bài phân tích vô cùng phức tạp, chẳng hạn:

- Phân tích sự va chạm của các chi tiết

- Phân tích thuỷ khí động học (thông qua bài toán phân tích lượng nước chảy qua cái robine và bố trí quạt thông gió cho CPU máy tính nhằm tản nhiệt tốt hơn)

- Phân tích quá trình rót kim loại lỏng vào khuôn và mức độ gia nhiệt cần thiết cho quá trình đó

- Bên cạnh những modul phân tích này thì Cosmos còn cho phép thực hiện nhiều bài toán khác nữa Nói chung là chương trình tính toán nhanh và cho phép thực hiện phân tích cụm rất nhiều chi tiết, với các thông số kết quả là: ứng suất, sức căng, chuyển vị, hệ số an toàn kết cấu

Phần mềm ProEngineer của hãng Prametric Technology, Corp là phần mềm thiết kế theo tham số, có nhiều tính năng rất mạnh trong lĩnh vực CAD/CAM/CAE, nó mang lại cho chúng ta các khả năng như:

- Mô hình hóa trực tiếp vật thể rắn

- Tạo các module bằng các khái niệm và phần tử thiết kế

17

+ Pro/ASSEMBLY: tạo điều kiện thiết lập dễ dàng chi tiết vào hệ thống

và dưới hệ thống Nó hỗ trợ cho phần lắp ráp và lắp ráp nhóm, giải quyết tình huống xung đột, thiết kế thay đổi…

+ Pro/DETAIL: module tạo trực tiếp mô hình 3D của các bản vẽ thiết kế chuẩn cho phân xưởng và chế tạo trong đó đảm bảo liên kết 2 phía giữa các bản

vẽ và module 3D

+ Pro/SHEETMETAL: module hỗ trợ thiết kế những chi tiết có dạng tấm, vỏ, và hỗ trợ cho việc tạo lập các chi tiết phát triển kể cả chuẩn bị cho chương trình NC cho sản xuất

+ Pro/SURFACE: module hỗ trợ vẽ, tạo các mặt tự do (Free Form), xử lý các mặt cong và bề mặt phức tạp

+ Pro/MANUFACTURING: bao gồm dữ liệu NC, mô phỏng, format dữ liệu CL, thư viện các phần tử

+ Pro/MESH: hỗ trợ tái tạo mạng lưới cho việc phân tích phần tử hữu hạn (FEA), xác định điều kiện biên, gắn liền với ANSYS, PATRAN, NASTRAN, ABAQUS, SUPERTAB và COSMOS/M

+ Pro/MECHANICA: Mô phỏng động học, kiểm nghiệm ứng suất, chuyển vị, biến dạng tuyến tính và phi tuyến, xác định và dự đoán khả năng phá hủy vật liệu…

+ Pro/INTERFACE: tạo điều kiện gắn với các hệ CAD khác như: iges, dxf, vdafs, render, SLA…

+ Pro/PROJECT: xác định để điều khiển dự án thiết kế và tổ hợp một số đội thiết kế và lập dự án

+ Pro/FEATURE: mở rộng khả năng thiết lập những phần tử thiết kế bằng thư viện của các bộ phận, nhóm, tái tạo các hình dạng chuẩn và dưới nhóm

18

+ Pro/DESIGN: hỗ trợ thành lập mô hình 3D, sơ đồ khối, xây dựng kế hoạch thiết kế và mối quan hệ phụ thuộc, giúp cho sự phân tích nhanh và hiệu quả và sắp xếp phương án

+ Pro/LIBRARY: module chứa thư viện rộng lớn của các phần tử trên chuẩn (chi tiết, phần tử thiết kế tiêu chuẩn, dụng cụ, khớp nối…), có thể bổ sung hoặc hiệu chỉnh

+ Pro/VIEW: module tạo điều kiện kiểm tra mô hình hóa chi tiết và hệ thống từ một hướng quan sát bất kì, phóng độn, ảo ảnh Sử dụng để có cái nhìn nhanh tổng thể để đạt được kết quả hoặc môc đích phòng ngừa

+ Pro/DRAFT: module hỗ trợ biểu diễn 2D, tạo điều kiện đọc bản vẽ của các hệ CAD khác và bổ sung module 3D về thiết kế thông số

+ Pro/NLO: module hỗ trợ cho công việc trong mạng cục bộ, hòa hợp với các module khác của hệ

+ Pro/MOLD: module thiết kế khuôn

Hình 7 Giao diện phần mềm ProEngineer

19

+ Pro/DEVELOP (Pro/PROGRAM): module hỗ trợ việc lập trình ứng dụng riêng Chứa các thư viện của hàm số C, thư viện chương trình con của ngôn ngữ lập trình FORTRAN và đặc biệt tiếp cận được với cấu trúc thiết lập các hệ thống và cấu trúc dữ liệu của hệ thống Ngoài ra, Pro/E còn có Pro/CASTING, Pro/LEGACY, Pro/TOOLKIT, Pro/PiPe…

- Với những tính năng đã giới thiệu ở trên cho thấy: “Pro/Engineer là một phần mềm CAD/CAM/CAE rất mạnh, có khả năng mô hình hóa các chi tiết phức tạp như các loại máy xúc, máy đào đất, ô tô, các biến dạng vỏ tàu thủy… khả năng lắp ráp lớn và rất tối ưu trong thiết kế”

Mastercam là phần mềm CAD/CAM tích hợp được sử dụng rộng rãi ở châu Âu và trên thế giới, đồng thời cũng được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam Mastercam có khả năng thiết kế và lập chương trình điều khiển các trung tâm gia công CNC 5 trục, 4 trục, 3 trục, có thể lập trình để gia công tia lửa điện cắt dây, tiện, phay, khoan … Mastercam được đánh giá là một trong những phần bán chạy nhất thế giới trong vài nam gần đây

Trong những phân tích gần đây nhất của tập đoàn CAM Software kết hợp với tổ chức CIMdata Inc cho thấy ứng dụng phần mềm Mastercam ® trên thế giới được sử dụng rộng rãi nhất Cho đến thời điểm năm 2009, với gần 136.000 công ty công nghiệp lớn trên thế giới đăng ký cài đặt, Mastercam có hơn hai lần các số lượng đăng ký cài đặt của các đối thủ cạnh tranh gần nhất

Năm 2005, Mastercam đã tạo nên bước đột phá khi phát hành phiên bản Mastercam X với nhiều tính năng nổi bật Ở phiên bản mới này, giao diện Mastercam được thiết kế rất đẹp các công cụ hỗ trợ thiết kế và gia công sắp xếp tối ưu hóa và hỗ trợ thêm nhiều đặc tính mạnh Mastercam X giúp lập trình viên đơn giản hóa tương tác và tăng độ linh hoạt lập trình

Mastercam X có một giao diện mới nhưng lại tạo cảm giác thân thiện cho người sử dụng Các thanh công cụ được thiết kế có thể tùy chọn cho từng công

2009 là phiên bản Mastercam X4 Các chức năng phần mềm MastercamMastercam X đồng thời cũng là gói phần mềm đưa lại một định nghĩa mới về điều khiển và máy CNC Một môi trường ảo hoàn hảo miêu tả môi trường điều khiển và máy công cụ mà bạn thao tác cắt gọt phôi Ngoài ra,

nó còn có thể tính toán được việc gì CNC có thể và không thể làm, giúp đảm bảo những đường lập trình chính xác

Hình 8 Giao diện phần mềm MasterCAM Một số chức năng cơ bản của MasterCAM gồm:

Mastercam Solids: Được tích hợp đầy đủ các công cụ xây dựng mô hình sản phẩm dạng khối hoặc dạng bề mặt Giao tiếp tốt dữ liệu thiết kế như nhập, xuất dữ liệu hình học với nhiều phần mềm CAD/CAM

Phần mềm Mechanical Desktop có thể thực hiện gần như toàn bộ các thiết

kế 2D và 3D, phân tích, và các quy trình sản xuất cho người thiết kế máy và sản xuất từ một môi trường đơn lẻ, nhanh chóng hơn bất cứ một hệ thống nào Phần mềm Mechanical Desktop của hãng Autodesk được đánh giá là một trong những phần mềm thiết kế hàng đầu thế giới Đây là phần mềm chuyên về thiết

kế cơ khí trên nền AutoCAD Bộ phần mềm Mechanical Desktop bao gồm các module sau:

- AutoCAD 2000i - AutoCAD Mechanical 2000i để vẽ thiết kế hai chiều

- AutoCAD Mechanical 2000i Power Pack kết hợp giữa AutoCAD Mechanical 2000i và Genius 14 để vẽ thiết kế 2D với thư viện các chi tiết máy 2D

- Mechanical Desktop 5.0 chuyên về mô hình hóa 3D

- Mechanical Desktop 5.0 Power Pack chuyên về mô hình hóa3D với thư viện các chi tiết máy 3D AutoCAD Mechanical 2000i là một hệ thống thiết kế máy và kỹ thuật chuyên dụng rất phù hợp với vẽ phác 2D và chế tạo bản vẽ Các chức năng thiết kế chuyên dùng: then bằng, hay lò xo các loại,bu lông… cho phép người dùng tra cứu các thông tin tiêu chuẩn của sản phẩm Chỉ việc mở MDT lên, vào phần Content của phần mềm bạn sẽ tìm thấy đúng tiêu chuẩn mà bạn cần Sau đó, chỉ việc lưu chi tiết này lại với định dạng Step hay IGS và sử dụng ở phần mềm khác

Về chức năng thiết kế, Mechanical Desktop có đầy đủ các chức năng và lệnh gần tương tự như Inventor Giao diện dễ sử dụng, thân thiện với người

22

dùng, nhất là với người dùng qua Autocad, hầu như các lệnh có bên AutoCAD đều có trong Mechanical Desktop

Ở một khía cạnh nào đó nếu so sánh về một số lợi thế khi dùng MDT thì

có thể thấy MDT có lợi hơn các phần mềm khác về thư viện chi tiết tiêu chuẩn, như các tiêu chuẩn GB, ISO, DIN, ANSI, GOST,…Như vậy về khía cạnh này các bạn có thể thấy ưu điểm của nó khi dùng,chẳng hạn khi bạn muốn tra các thông số ren, then, bánh răng, lò xo, bu lông đai ốc, chốt, vòng đệm,….thì có thể mở MDT lên và tra được mà không cần phải tra sổ tay

Autocad Mechanical nổi trội về chức năng 2D, hơn hẳn Autocad: Tích hợp cả các câu lệnh trong AutoCAD, quản lí bản vẽ tốt, có thể chỉnh sửa bản vẽ

dễ dàng, khi thiết kế 2D có thể sử dụng thư viện chi tiết tiêu chuẩn như trên đã nói Một ưu việt nữa là Autocad Mechanical quản lí layer rất linh động, rất thuận tiện, các chi tiết tiêu chuẩn khi lấy ra từ thư viện hoàn toàn có thể chỉnh sửa thông số được, có layer riêng của phần mềm, người dùng vẫn có thể sử dụng layer của nó rất tốt Autocad Mechanical Desktop có khả năng nhận diện lắp ráp trước sau giữa các chi tiết, và nhiều chức năng hữu ích khác

Hình 9 Giao diện tính toán các thông số bánh răng trong Mechanical Desktop

23

Trên đây chỉ là thông tin về một số phần mềm phổ biến và một số rất nhỏ các công trình nghiên cứu thông qua việc sử dụng các PMUD Các công trình này đều đã được công bố trên các tạp chí khoa học nổi tiếng hàng đầu thế giới Điều này cho thấy vai trò rất lớn của loại công cụ hữu ích này trong quá trình nghiên cứu và sản suất hiện nay Có thể áp dụng các phần mềm thích hợp để đánh giá hầu hết các quá trình gia công cơ một cách hiệu quả Chúng vừa là môi trường để khẳng định tính chính xác của khoa học cơ bản vừa là công cụ

để hỗ trợ dự đoán, tối ưu hóa quá trình sản xuất thực tế Các PMUD hiện đại cho phép thể hiện hầu hết các quá trình thực nghiệm trên máy tính Nếu không

có công cụ này, những điểm khuất trong khoa học công nghệ sẽ khó được làm sáng tỏ Vì lẽ đó, không những các cơ sở giáo dục, nghiên cứu mà cả những cơ

sở sản xuất công nghiệp lớn trên thế giới đang tập trung khai thác chúng một cách triệt để Kết quả của những công trình nghiên cứu công phu này chủ yếu

áp dụng trong các cơ sở sản xuất công nghiệp Trong giáo dục, đã có không ít các công trình nghiên cứu áp dụng các PMUD vào quá trình dạy học

Ở Việt nam, các công trình nghiên cứu tương tự áp dụng cho chương trình đào tạo các ngành cơ khí còn hạn chế, thiếu quy mô Là một nước đang phát triển, khi mà điều kiện để trang bị các thiết bị nghiên cứu khoa học và giáo dục hiện đại còn hạn chế, chú trọng đào tạo và nghiên cứu sử dụng các PMUD có thể nói là một hướng đi hữu ích Đề tài nghiên cứu thành công sẽ tạo ra những công cụ hỗ trợ đắc lực cho quá trình giảng dạy các môn học ngành cơ khí, tạo động lực cho sinh viên tiếp cận với các phương tiện, công cụ hiện đại, hiệu quả

24

Chương 2 ỨNG DỤNGPHẦN MỀM CATIA THIẾT KẾ CÁC BÀI GIẢNG MÔ PHỎNG MỘT SỐ MÔN HỌC NGÀNH CƠ KHÍ 2.1 Giới thiệu phần mềm CATIA

2.1.1 Mô hình hóa chi tiết (Part Modelling/Design)

- Ðể vào part design workbench, trên menu chọn File / New (Ctrl +N)

Hình 10 Giao diện Part design

- Hộp thoại New xuất hiện

-Trong hộp thoại New chọn Part, ấn nt OK Part Design Workbench xuất hiện

Part design Workbench cung cấp một số thanh cơng cụ:

+ Sketch based Features: Dù ng để tạo các hình cơ bản Pad, Pocket, Shaft, Groove, Hole, Rib, Slot, Stiffener, Soft, Remove loft…

+ Constraints: để đặt các ràng buộc kích thước, vị trí

+ Dress-up Features: chỉnh sửa, tạo mơ hình: Fillet, Chamfer, Draft…

+ Prt Sketch: tạo các phác thảo 2D để xây dựng mô hình

Ðể thực hiện một lệnh trên thanh công cụ, người dùng chỉ việc Click vào biểu tượng của lệnh đó trên thanh công cụ

Ngoài các thanh công cụ, Part Design Workbench còn cung cấp các menu

có chứa các lệnh như trong các thanh công cụ

2.1.2 Lắp ráp (Assembly)

Sau khi thực hiện các quá trình vẽ các chi tiết (part), người dùng có thể dùng chức năng Assembly để thiết lập các mối quan hệ giữa các đối tượng, tương tự như quá trình lắp ghép các chi tiết máy lại với nhau Để vào Assembly Design Workbench trên menu chọn: Start/ Mechanical Design/ Assembly Design Assembly Design Workbench xuất hiện, Product1 sẽ xuất hiện trên Specification Tree Tiếp tục chọn menu file từ thanh công cụ chính và sau đó chọn New Hộp thoại New xuất hiện và chọn Product

Hình 11 Các đối tượng được định vị tuân thủ nguyên tắc 6 điểm

26

Chọn Existing component/Product, hộp thoại file selection xuất hiện, chọn file (*.CATPart) để nhập đối tượng Tiếp tục chọn các chức năng ràng buộc để định vị đối tượng

Một số công cụ trong Assembly

- Mở 1 bản vẽ Assembly: Click vo open trên thanh công cụ hoặc vào File

> Open…Hộp thoại File selection xuất hiện Trong hộp thoại File Selection, chọn đường dẫn và chọn File có đuôi *.CATProduct

- Công cụ Define Multi-Instantiation: cũng tương tự như lệnh Rectangle Pattern trong phần Part Design, Công cụ Dm dùng để tạo các đối tượng bằng cách copy một đối tượng theo một phương xác định

- Công cụ Fast Multi-Instantiation: Sau khi thực hiện lệnh Dm và lựa chọn Define As Default, Click vào Fast Multi-Instantiation trên thanh công cụ Hoặc vào Insert > Fast Multi-Instance Sau đó chọn đối tượng cần thực hiện lệnh thì ngay lập tức các đối tượng mới đựơc tạo thành theo các thông số của lệnh Dm vừa thực hiện

- Các ràng buộc (Constraints) trong Assembly Design Workbench.Trong một bản vẽ Assembly, các ràng buộc được sử dụng để sắp đặt các chi tiết về đúng vị trí của nó trong bản vẽ, cũng như đặt mối quan hệ vị trí giữa các chi tiết

2.1.3 Trình diễn mô phỏng

Sau khi thực hiện các mối liên kết, người dùng có thể thực hiện các quá trình mô phỏng động thông qua chức năng DMU Kinematic Simulator Chức năng này cho phép thực hiện các quá trình mô phỏng chuyển động của cơ cấu máy giống như các quá trình chuyển động thực tế

Để thực hiện quá trình mô phỏng, chọn Digital Mockup/DMU Kinematics

từ Start menu Tiếp tục chọn File/Open từ menu bar, chọn dữ liệu rods.CATProduct Sau đó chọn Open để mở file đã chọn Specification tree được thay thế và chỉ ra tất cả các sản phẩm đã được chọn

Creat Prismatic Joints: Mở file Prismatic.CATProduct Chọn biểu tƣợng Prismatic Joint trong Kinematics Joints toolbar hay chọn Insert-> New Joint->Prismatic từ Menu bar

- Liên kết trụ (Cylindrical Joints): Mở file Creat_Cylindrical.CATProduct Chọn biểu tƣợng Cylindrical Joint trong Kinematics Joints toolbar hay chọn Insert-> New Joint-> Cylindrical từ Menu bar

- Liên kết phẳng (Planar Joints): Mở file Creat_ Planar.CATProduct Chọn biểu tƣợng Planar Joint trong Kinematics Joints toolbar hay chọn Insert-

> New Joint-> Planar từ Menu bar

- Liên kết ren (Screw Joints): Mở file Creat_Cable.CATProduct Chọn mũi tên ở phía bên trong biểu tƣợng Revolute Joint.Mở khóa Kinematics Joints toolbar, chọn biểu tƣợng Screw Joint

- Liên kết cầu (Spherical Joints): Mở file Creat_ Spherical.CATProduct Chọn mũi tên ở phía bên trong biểu tƣợng Revolute Joint Chọn biểu

- Liên kết răng (Gear Joints): Mở file Creat_ Gear.CATProduct Chọn biểu tượng Gear Joint hay chọn Insert-> New Joint-> Gear… từ Menu bar

- Rack Joints: Mở file Creat_ Gear.CATProduct Chọn biểu tượng Gear Joint trong Kinematics Joints hay chọn Insert-> New Joint-> Gear… từ Menu bar

Hình 13 Giao diện thiết lập các thông số ăn khớp răng

2.1.4 Tạo bản vẽ 2D từ mô hình 3D (Drawing)

Tương tự các phần mềm 3D khác, CATIA cũng cho phép người dùng thực hiện các phép chiếu và phép cắt tiêu chuẩn để xây dựng các bản vẽ 2D từ vật thể 3D

Đây là một ứng dụng hữu hiệu trong thiết kế máy và trong giảng dạy phần kiến thức liên quan của học phần Hình họa, Vẽ kỹ thuật