Ứng dụng CAD CAM trong mô hình hóa và tạo hình bề mặt xoắn vít

LỜI CAM ĐOAN Luận văn thạc sỹ : “ Ứng dụng CAD/CAM trong mô hình hóa và tạo hình bề mặt xoắn vít ” được hoàn thành bởi tác giả Nguyễn Quốc Dũng, học viên lớp cao học Chế tạo máy, khóa 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

MỤC LỤC

MỤC LỤC 0

LỜI CAM ĐOAN 3

LỜI CẢM ƠN 4

CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU 6

CÁC HÌNH VẼ 6

CÁC BẢNG BIỂU 10

MỞ ĐẦU 11

1 Lý do chọn đề tài 11

2 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài 12

3 Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu 13

4.Nội dung của đề tài, các vấn đề cần giải quyết 13

CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC BỀ MẶT XOẮN VÍT KẺ 14

1.1 Nguyên lý hình thành các bề mặt xoắn vít kẻ 14

1.2 Các mặt xoắn vít thường gặp 16

1.2.1 Mặt xoắn vít Acsimet 16

1.2.2 Mặt xoắn vít Convolute 17

1.2.3 Mặt xoắn vít thân khai 20

CHƯƠNG II ỨNG DỤNG CAD/CAM 22

MÔ HÌNH HÓA BỀ MẶT XOẮN VÍT 22

2.1 CHỨC NĂNG MÔ HÌNH HÓA TRONG INVENTOR 22

2.1.1 Giới thiệu về Inventor 22

2.1.2 Các tiện ích của Inventor 22

2.1.3 Giao diện người dùng 24

2.1.4 Xuất nhập dữ liệu 28

2.1.5 Các công cụ tạo mô hình chi tiết trong Inventor 28

2.2 ỨNG DỤNG INVENTOR ĐỂ MÔ HÌNH BỀ MẶT XOẮN VÍT 30

2.2.1 Mô hình hóa trục vít Arsimet 30

2.2.2 Mô hình hóa trục vít Helicoit 35

2.2.3 Mô hình hóa trục vít Convolute 39

2.2.4 Mô hình hóa trục vít thân khai 44

CHƯƠNG III GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM TOPSOLID 45

3.1 GIỚI THIỆU VỀ TOPSOLID 45

3.1.1 Giới thiệu TopSolid'Design 48

3.1.2 Giới thiệu TopSolid'Cam 51

3.2 THIẾT LẬP CHƯƠNG TRÌNH GIA CÔNG TRÊN TOPSOLID'CAM 59

CHƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO VÀ KIỂM TRA 67

BỀ MẶT VÍT XOẮN ARSIMET 67

4.1 THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TRỤC VÍT ARSIMET ỨNG DỤNG CAM 67

4.2 THIẾT LẬP CHƯƠNG TRÌNH GIA CÔNG TRỤC VÍT ARSIMET TRÊN TOPSOLID’CAM 75

4.3 KIỂM TRA ĐỘ CHÍNH XÁC HÌNH HỌC VÀ ĐỘ BÓNG BỀ MẶT TRỤC

VÍT CHẾ TẠO 80

4.3.1 Kiểm tra độ chính xác hình học trục vít chế tạo 80

4.3.2 Đo độ bóng bề mặt trục vít 86

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89

KẾT LUẬN 89

KIẾN NGHỊ 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

LỜI CAM ĐOAN

Luận văn thạc sỹ : “ Ứng dụng CAD/CAM trong mô hình hóa và tạo hình bề mặt xoắn vít ” được hoàn thành bởi tác giả Nguyễn Quốc Dũng, học viên lớp cao học

Chế tạo máy, khóa 2010 - 2012, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Tôi xin cam đoan những nội dung được trình bày trong luận văn này là do sự nghiên cứu của bản thân Các kết quả nghiên cứu là trung thực và chưa từng được công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin chịu trách nhiệm về những nội dung cam đoan trên

Hà Nội, ngày 15 tháng 01 năm 2013

Tác giả

Nguyễn Quốc Dũng

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài này, với sự hướng dẫn tận tình của thầy TS Bùi Ngọc Tuyên, đến nay đề tài nghiên cứu của em đã hoàn thành Dù đã rất cố gắng nghiên cứu, tìm tòi nhưng do thời gian có hạn cùng với kinh nghiệm nghiên cứu còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô giáo để luận văn được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn Viện cơ khí, Viện đào tạo Sau đại học và trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện giúp em thực hiện và hoàn thành đề tài nghiên cứu này

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Bùi Ngọc Tuyên đã quan tâm giúp đỡ, chỉ bảo tận tình để em khắc phục những thiếu sót, tìm kiếm thêm những ý tưởng mới

và hoàn thành luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong và ngoài trường đã trang bị cho em những kiến thức trong quá trình hoàn thành khóa học cũng như quá trình thực hiện bản luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn các thầy trong hội đồng chấm luận văn thạc sỹ đã cho ý kiến và xét duyệt

Hà Nội, ngày 14 tháng 01 năm 2013

Học viên

Nguyễn Quốc Dũng

CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT

CAD (Computer Aided Design): Thiết kế với sự hỗ trợ của máy tính

CAM (Computer Aided Manufacturing): Sản xuất với sự hỗ trợ của máy tính CNC (Computer Numberical Control): Gia công điều khiển số

HSM (High Speed Machine): Máy gia công cao tốc

API (Application Program Interface): Giao diện lập trình ứng dụng

2D (2 Dimension): Không gian 2 chiều

3D (3 Dimension): Không gian 3 chiều

DSS (Design Support System): Hệ thống hỗ trợ người dùng

FEA (Finite Elemen Analysis): Phân tích phần tử hữu hạn

ISO: Tổ chức quốc tế về tiêu chuẩn hóa

SI: Hệ đo lường quốc tế

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

DIN: Tiêu chuẩn Đức

ANSI: Tiêu chuẩn Mỹ

JIS: Tiêu chuẩn Nhật

PDM (Physical Distribution Manegement): Quản lý quá trình sản xuất

ERP (Enterprise Resource Planning): Quản lý nhà máy sản xuất

CMM (Coordinate Measuring Machine): Máy đo tọa độ

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU CÁC HÌNH VẼ:

Hình 1.1 Nguyên lý hình thành mặt xoắn vít kẻ

Hình 1.2 Mặt xoắn vít Arsimet

Hình 1.3 Mặt xoắn vít Convolute

Hình 1.4 Chuyển hệ trục tọa độ

Hình 1.5 Mặt xoắn vít thân khai

Hình 2.1 Cửa sổ ứng dụng trong Inventor

Hình 2.21 Đoạn có ren trục vít Helicoit

Hình 2.22 Đoạn trục vít Helicoit hoàn chỉnh

Hình 2.23 Trục vít Convolute

Hình 2.24 Dựng mặt trụ ngoài trục vít bằng lênh Extrude

Hình 2.25 Dựng đường xoắn ốc bằng lệnh Helix

Hình 2.26 Dựng mặt phẳng vuông góc với đường vít (xoắn ốc)

Hình 2.27 Dựng biên dạng rãnh vít trong mặt phẳng pháp tuyến

Hình 2.28 Tạo rãnh vít bằng lệnh Swept Cut

Hình 2.29 Tạo hai ngỗng trục bằng lênh Extrude

Hình 3.15 Các thanh chức năng của phần mềm Topsolid

Hình 3.16 Hệ tọa độ trong Topsolid

Hình 3.17 Đùn khối từ mô hình 2D

Hình 3.18 Tạo bề mặt tròn xoay quanh một trụ

Hình 3.19 Thư viện máy trong Topsolid

Hình 3.20 Thư viện dao trong Topsolid

Hình 3.21 Phay 2D

Hình 3.22 Phay 3D

Hình 3.23 Gia công trên máy 4 trục

Hình 3.24 Gia công trên máy 5 trục

Hình 3.25 Gia công trên máy phay tiện phức hợp

Hình 3.26 Lập trình gia công trên máy tiện

Hình 3.27 Các chế độ lập trình cho nguyên công khác

Hình 3.28 Phương pháp tiện nhiều dao

Hình 3.29 Gia công 4 trục facing

Hình 3.30 Gia công 4 trục pocket

Hình 3.31 Gia công 4 trục contour

Hình 3.32 Gia công rãnh

Hình 3.33 Gia công bề mặt swept

Hình 3.34 Gia công mặt xoay song song

Hình 3.35 Phay CNC

Hình 3.36 Lựa chọn dao gia công

Hình 3.37 Thư viện dao

Hình 3.38 Chọn thông số dao

Hình 3.39 Các lựa chọn đường chuyển dao

Hình 3.40 Quản lý hoạt động khi gia công

Hình 3.46 Điều kiện cắt và các thông số gia công hốc

Hình 3.47 Tạo chu trình và phương pháp phay hốc

Hình 3.48 Phay contours

Hình 4.1 Chi tiết lồng phôi

Hình 4.2 Sơ đồ nguyên công cắt phôi và phôi cắt

Hình 4.3 Gia công chuẩn tinh

Hình 4.4 Tiện đường kính ngoài trục vít và ngỗng trục còn lại

Hình 4.5 Gia công rãnh trục vít

Hình 4.6 Máy gia công 5 trục DMU100

Hình 4.7 Các thiết bị đi kèm của máy gia công 5 trục DMU100

Hình 4.8 Thông số của dao phay ngón

Hình 4.9 Chọn máy gia công

Hình 4.10 Gá phôi trên bàn xoay bằng mâm cặp 3 chấu

Hình 4.11 Khai báo phôi và chọn chuẩn gia công

Hình 4.13 Chọn kiểu gia công (chiến lược gia công)

Hình 4.14 Nhập chế độ cắt

Hình 4.15 Mô phỏng đường chạy dao

Hình 4.16 Xuất thành file NC

Hình 4.17 File NC gia công trục vít

Hình 4.18 Gia công trục vít trên máy phay DMU 100

Hình 4.19 Sản phẩm trục vít Arsimet gia công trên máy 5 trục

Hình 4.20 Máy đo tọa độ Smart CMM

Hình 4.21 Sơ đồ đo lỗ và rãnh

Hình 4.22 Tiến hành đo trên máy đo tọa độ

Hình 4.23 Đo 2 điểm để xác định bước

Hình 4.24 Kết quả đo 10 điểm

CÁC BẢNG BIỂU:

Bảng 2.1 Các file mẫu trong Inventor

Bảng 2.2 Các công cụ tạo Feature

Bảng 4.5 Thông số kỹ thuật của máy DMU100

Bảng 4.6 Thông số của dao phay ngón

Bảng 4.7 Xác định sai số cạnh profile

Bảng 4.8 Kết quả đo độ nhám bề mặt trục vít trên 10 vị trí

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Cơ khí chế tạo là ngành công nghiệp giữ vai trò then chốt trong nền kinh tế quốc dân Trong thời đại mà nhu cầu của xã hội đòi hỏi những sản phẩm có chất lượng ngày càng tăng, việc nâng cao chất lượng sản phẩm cơ khí là điều tất yếu Để làm được điều này chúng ta phải đưa ra những phương pháp gia công mới, kết hợp sự phát triển của các lĩnh vực, đặc biệt là sự phát triển vượt bậc của ngành chế tạo máy với những công nghệ liên quan như máy tính, vật liệu mới… là tiền đề cho việc ứng dụng CAD/CAM/CNC để hỗ trợ thiết kế - gia công ra đời

CAD (Computer Aided Design) là thiết kế với sự hỗ trỡ của máy tính, phát triển các công cụ tính toán, phân tích, sản xuất như tính toán động học, động lực học cơ cấu, tính toán khí động, nhiệt, từ,…

CAM (Computer Aided Manufacturing) là sản xuất với sự hỗ trợ của máy tính có chức năng mô phỏng gia công trên máy tính Với chức năng này sẽ giúp cho người thợ hình dung một cách đẩy đủ nhất về quá trình gia công cắt gọt phôi, tránh những sai sót trước khi gia công thực tế

CNC (Computer Numberical Control) là phương pháp gia công trên máy điều khiển số, mục đích điều khiển quá trình gia công cắt gọt trên các máy công cụ Về thực chất, đây là một quá trình tự động điều khiển các hoạt động của máy trên cơ sở các dữ liệu được cung cấp ở dạng mã nhị phân gồm các số, số thập phân, các chữ cái và một

số kí tự đặc biệt tạo nên chương trình làm việc của thiết bị hay hệ thống Công nghệ CNC là bước phát triển vượt bậc của các máy công cụ truyền thống trong thời đại công nghệ thông tin

Nhìn chung, nguyên lý và phương pháp gia công trên các máy truyền thống (tiện, phay, mài,… ) và trên máy CNC gần giống nhau Khác biệt cơ bản là hệ thống điều khiển Trên các máy cổ điển việc điều khiển chủ yếu thực hiện bằng tay, nếu tự động thì chỉ sử dụng các cơ cấu cam, thủy lực…cùng với một số mạch điều khiển đơn giản Còn đối với máy CNC thì việc điều khiển được thực hiện bằng máy tính điện tử, hạn

chế tối đa việc điều khiển của con người Các nước có nền công nghiệp phát triển đã ứng dụng công nghệ CNC vào sản xuất nhiều chục năm nay, còn với nước ta gần đây mới tiếp cận công nghệ này

Ứng dụng công nghệ CNC cho phép sản xuất sản xuất những sản phẩm có độ chính xác cao, khối lượng lớn (mà các máy công cụ truyền thống không làm được), năng suất gia công cao do có thể tăng chế độ cắt, giải phóng sức lao động của con người, phù hợp với dạng sản xuất hàng hoạt và hàng khối,… Tuy nhiên nó cũng có những nhược điểm như vận hành máy phức tạp, giá thành thiết bị và chi phí sửa chữa - bảo dưỡng lớn,…

Ở nước ta hiện nay, việc gia công tạo hình các bề mặt xoắn vít chủ yếu được thực hiện bằng các phương pháp cắt gọt truyền thống trên các máy tiện hay máy phay vạn năng với các loại dao cắt định hình chuyên dùng Các phương pháp này chỉ có thể gia công được các bề mặt xoắn vít với profile đơn giản, bước không đổi và thường đòi hỏi phải thiết kế - chế tạo dao định hình Độ chính xác và năng suất gia công thường không cao do phụ thuộc nhiều vào việc gá - đặt dao, độ chính xác của dao, Để khắc phục các nhược điểm trên, có thể gia công các bề mặt xoắn vít trên các máy CNC 4÷5 trục với sự trợ giúp của các phần mềm CAD/CAM

Đề tài “ Ứng dụng CAD/CAM trong mô hình hóa và tạo hình bề mặt xoắn vít” nhằm mục đích đưa ra phương pháp gia công tiên tiến với sự trợ giúp của máy tính,

nhằm mô hình hóa - mô phỏng đối tượng gia công trên phần mềm và gia công thực tế trên máy 5 trục để tạo hình các bề xoắn vít Đề tài sử dụng các phần mềm cơ khí như Inventor, Topsolid,… như một công cụ đắc lực cho công việc thiết kế và chế tạo trong thực tế

2 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài

Ứng dụng của sự phát triển của các máy CNC (đặc biệt là máy gia công cao tốc- HSM), vật liệu dụng cụ kết hợp với công nghệ thông tin hỗ trợ quá trình thiết kế và

chế tạo

3 Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

- Mục đích: Xây dựng cấu trúc giải thuật mô hình hóa bề mặt xoắn vít và kỹ thuật gia công trục vít Arsimet phù hợp với các phân xưởng sản xuất có trang bị máy CNC 4÷5 trục hoặc các trung tâm gia công

- Đối tượng nghiên cứu : Bề mặt xoắn vít Arsimet

- Phạm vi nghiên cứu: Thiết kế và chế tạo

4.Nội dung của đề tài, các vấn đề cần giải quyết

- Tìm hiểu và xây dựng mô hình toán học của các bề mặt xoắn vít

- Mô hình hóa các bề mặt xoắn vít

- Chế tạo và kiểm tra bề mặt xoắn vít Arsimet

Cấu trúc của luận văn : Luận văn gồm 4 chương, được sắp xếp theo bố cục :

Chương 1: Tổng quan bề mặt xoắn vít

Chương 2: Ứng dụng CAD/CAM mô hình hóa bề mặt xoắn vít

Chương 3: Giới thiệu về TopSolid

Chương 4: Thực nghiệm ứng dụng CAD/CAM chế tạo và kiểm tra bề mặt vít Arsimet

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC BỀ MẶT XOẮN VÍT KẺ

Bước của đường xoắn vít (hoặc mặt xoắn vít) tính theo :

H= 2πr0cotgβ 1)

(1-Đường thẳng AB tiếp xúc với bề mặt trụ , đồng thời tựa trên đường xoắn vít tại điểm N và hợp với Oz một góc ε tuỳ ý Cho AB thực hiện hai chuyển động: Chuyển động tịnh tiến dọc trục Oz với vận tốc V và chuyển động quay quanh trục Oz với vận tốc góc ω Hai chuyển động này có liên hệ với nhau, sao cho một điểm bất kỳ ví dụ M (x, y, z) thuộc AB quay được một vòng quanh Oz thì đồng thời cũng chạy dọc theo phương Oz một lượng là H Ta có:

Kết quả là đường thẳng AB sẽ tạo ra một bề mặt vít, gọi là mặt vít kẻ

Điểm M (x, y, z) thuộc AB là một điểm chạy, đồng thời sự chuyển động của AB theo quay luật (1-1), thì toạ độ của M (xM, yM, zM) chính là phương trình biểu diễn mặt vít

Phương trình mặt vít kẻ :

Đặt MN = t, trên MN đặt một vectơ chỉ phương đơn vị λ Phương trình vectơ của mặt vít được viết như sau:

OM=OM+MM=ON+NN+NC CM+

Trong toạ độ Đề các thì toạ độ của điểm M được viết dưới dạng:

0 0

x r cos t.sin sin

y r sin t.sin cos

Với p  = NN và t.cos  = CN = NM.cos 

Hệ phương trình (1-3) là hệ phương trình tham số của bề mặt vít kẻ trong hệ toạ

độ đề các Oxyz

Hình 1.1 Nguyên lý hình thành mặt xoắn vít kẻ

Có thể biểu diễn các dạng bề mặt xoắn vít khác nhau thường gặp trong thực tế như mặt xoắn vít Arsimet, mặt xoắn vít Convolute và mặt xoắn vít thân khai bằng cách thay đổi một vài thông số trong hệ phương trình trên

- Mặt vít này không khai triển được trên mặt phẳng hay bề mặt bất kỳ nào mà nó chỉ tạo hình đúng bằng đường thẳng Đặc tính này của mặt xoắn vít Arsimet kín là nguyên nhân gây ra sai số khi mài mặt trước dao phay lăn răng bằng đá mài đĩa côn

- Giao tuyến của mặt xoắn vít Arsimet kín và mặt phẳng vuông góc với trục Oz là đường cong Arsimet Từ (1-4) nếu cho z = 0 ta có phương trình:

 = + =   Đặt B=p.tgε => =  B Đây là phương trình đường cong Acsimet trong hệ toạ độ cực, với B là hệ số đặc trưng cho đường xoắn Arsimet

- Khi cắt mặt xoắn Arsimet kín bằng một mặt phẳng đi qua trục chuyển động vít ta được giao tuyến là đường thẳng nghiêng với trục một góc ε Ví dụ như mặt phẳng chứa trục x = 0 (hoặc y = 0) sẽ cho giao tuyến là đường thẳng:

z cot g y p

2



Đặc tính này cho phép dùng lưỡi cắt thẳng để tạo hình bề mặt xoắn vít dễ dàng

và với độ chính xác profile cao

1.2.2 Mặt xoắn vít Convolute

Mặt xoắn Convolute được tạo thành do chuyển động xoắn vít của đường thẳng

AB tạo với trục chuyển động của vít Oz một góc chéo ε Trong quá trình chuyển động, đường thẳng AB luôn luôn tiếp tuyến với mặt trụ có bán kính r0

Mặt xoắn Convolute có những đặc tính sau :

- Mặt xoắn vít Convolute không khai triển được trên mặt phẳng nên không thể tạo hình bởi mặt phẳng hoặc một mặt bất kỳ khác, mà chỉ có thể tạo hình chính xác bằng đường thẳng

- Giao tuyến của mặt xoắn vít Convolute với mặt phẳng chiều trục (chứa Oz) là đường cong Thực vậy, trong phương trình tổng quát cho x = 0 hoặc y = 0 với phép thế nhận được phương trình đường cong 2 toạ độ

Ví dụ cho y = 0 ta sẽ có phương trình :

0

rxcos

Chuyển trục tọa độ Oxyz sang hệ trục tọa độ Oxuyuzu gắn với mặt phẳng vuông góc với đường vít (hình 1.4) với Oxu làm với Ox một góc

Ta có công thức chuyển đổi từ hệ trục tọa độ Oxyz sang hệ trục tọa độ Oxuyuzu:

u u u

y (y.cos x.sin )cos - z.sin

z (y.cos x.sin )sin - z.cos

u 0 u u

Đây chính là phương trình đường xoắn vít trong hệ tọa độ Oxuyuzu Khi cho

zu=0 ta có giao tuyến của mặt xoắn vít Convolute với mặt phẳng vuông góc với đường vít:

- Giao tuyến của mặt xoắn vít Convolute với mặt phẳng tiếp xúc mặt trụ cơ sở Ở đây

có thể lấy mặt phẳng y = r0 (hoặc x = r0) ta được :

z= −p x.cos

1.2.3 Mặt xoắn vít thân khai

Khi đường sinh tạo nên mặt vít Convolute nghiêng với trục một góc  bằng góc nghiêng của đường xoắn vít trên mặt trụ cơ sở thì mặt Convolute khai triển được trên mặt phẳng, như vậy có thể tạo được bằng mặt phẳng Mặt vít này được gọi là mặt vít thân khai

Trên hình vẽ khi cho đường thẳng AB tiếp xúc mặt trụ cơ sở và nghiêng với trục Oz của đường vít một góc  (ε = ) Ta có phương trình biểu diễn mặt vít thân khai như sau:

0 0

x r cos t.sin sin

y r sin t.sin cos

Hình 1.5 Mặt xoắn vít thân khai

Mặt xoắn vít thân khai có những đặc điểm sau :

- Cắt mặt vít bằng mặt phẳng vuông góc với Oz (z = 0) sẽ cho giao tuyến là đường thân khai Thay z = 0 vào phương trình tổng quát ta được :

p

tcos

tg



  = −



- Trong tiết diện chiều trục x = 0 (hoặc y = 0) và trong tiết diện tiếp xúc với mặt trụ y =

r0 (hoặc x = r0) ta cũng có kết luận như đối với trục vít Convolute

CHƯƠNG II ỨNG DỤNG CAD/CAM

MÔ HÌNH HÓA BỀ MẶT XOẮN VÍT 2.1 CHỨC NĂNG MÔ HÌNH HÓA TRONG INVENTOR

2.1.1 Giới thiệu về Inventor

Autodesk Inventor là phần mềm CAD ứng dụng trong thiết kế cơ khí với nhiều khả năng mạnh trong thiết kế mô hình Solid, có giao diện người dùng thuận tiện và trực quan

Cấu trúc hệ thống của Autodesk Inventor tạo ra thế mạnh về thiết kế mô hình 3D, quản lý thông tin, hợp tác thiết kế và hỗ trợ kỹ thuật Một số điểm mạnh trong cấu trúc hệ thống này là:

- Thiết kế mạch lạc, sử dụng công nghệ phát triển thông dụng (như COM và VBA)

- Tương tích với phần cứng hiện đại, như Card OpenGL và Dual Processors

- Có khả năng xử lý hàng ngàn chi tiết và các cụm lắp lớn

- Cung cấp giao diện lập trình ứng dụng (Application Program Interface - API) và cấu trúc mở rộng với công nghệ COM chuẩn để tạo lập và chạy các ứng dụng thứ ba (Third-party applications)

- Có khả năng trao đổi trực tiếp dữ liệu thiết kế với bản vẽ 2D của AutoCAD, mô hình 3D của Mechanical Desktop hoặc mô hình STEP từ các hệ thống CAD khác

Autodesk Inventor là công cụ tạo mô hình solid, hướng đối tượng (Feature-Based), dùng cho các nhà thiết kế thiết kế cơ khí trong môi trường 3D

2.1.2 Các tiện ích của Inventor

Dưới đây là tổng quan về một số tiện ích dựng trong tạo mô hình, quản lý tài liệu, công cụ hỗ trợ và học tập

2.1.2.1 Tiện ích tạo mô hình

Không giống như các công cụ tạo mô hình solid truyền thống khác, Autodesk Inventor được phát triển chuyên cho thiết kế cơ khí Nó cung cấp những công cụ thuận tiện cho thiết kế mô hình chi tiết

- Derived Parts: Tạo một chi tiết dẫn xuất từ một chi tiết khác Dùng Derived Parts để

khảo sát các bản thiết kế hay các quá trình sản xuất khác nhau

- Solid modeling: Tạo các đối tượng hình học phức hợp bằng khả năng tạo mô hình lai,

tích hợp các bề mặt với các Solid Autodesk Inventor sử dụng công cụ mô hình hình học mới nhất ACIS

- Sheet Metal: Tạo các đối tượng và chi tiết từ kim loại tấm bằng cách sử dụng các

công cụ tạo mô hình chi tiết và các công cụ chuyên cho thiết kế chi tiết từ kim loại tấm, như uốn (Bend), viền mép (Hem), gờ (Flange), mẫu phẳng (flat pattern)

- Adaptive Layout: Dùng các Work Feature (mặt, trục, điểm) để lắp các chi tiết 2D

với nhau Nó có thể được dùng để khảo sát và hợp lý hóa cụm lắp trước khi chính thức chuyển thành mô hình 3D

- Adaptive parts and assemblies: Tạo các chi tiết và các mối lắp thích nghi Chi tiết

thích nghi có thể thay đổi theo chi tiết khác Ta có thể chỉnh sửa các chi tiết ở bất kỳ vị trí nào trên mô hình và theo bất kỳ thứ tự nào chứ không nhất thiết phải theo thứ tự tạo lập ban đầu

- Design Elements: Truy cập và lưu trữ các đối tượng trong một Catalog điện tử để có

thể sử dụng lại được Có thể định vị và chỉnh sửa chúng

- Collaborative engineering: Môi trường cho nhóm có nhiều người cùng làm việc với

một cụm lắp Nó cho phép giảm thời gian thiết kế mà không cần hạn chế năng lực làm việc của mỗi cá nhân

2.1.2.2 Tiện ích quản lý thông tin

Tạo mô hình mới chỉ là bắt đầu quá trình thiết kế Autodesk Inventor cũng cung cấp các công cụ giao tiếp hiệu quả

- Projects: Duy trì sự liên kết giữa các file Tổ chức các file trước khi thiết kế, sao cho

Autodesk Inventor xác định đường dẫn của các files và có thể tham chiếu đến các file

đó và các file mà chúng tham chiếu đến

- Quản lý bản vẽ: Cho phép tạo các bản vẽ nhờ các công cụ đơn giản hóa quá trình

Các bản vẽ được tạo và quản lý theo các tiêu chuẩn ANSI, BSI, DIN, GB, ISO, JIS,…

- Design Assistant: Tìm kiếm chi tiết theo các thuộc tính như: số chi tiết, vật liệu,…

Tạo biểu trong và ngoài môi trường Autodesk Inventor

- Engineer's Notebook: Truy cập và ghi chú thông tin thiết kế và gắn với các đối

tượng, cho phép lưu giữ thông tin về quá trình thiết kế

2.1.2.3 Hệ thống hỗ trợ người dùng

Autodesk Inventor có một hệ thống hỗ trợ người dùng phong phú, tiện lợi và hiệu quả Hệ thống này được nhúng trực tiếp trong Autodesk Inventor, giúp cho việc truy cập nhanh chúng

- Hệ thống hỗ trợ người dùng (Design Support System - DSS): Một hệ thống lớn,

cho phép đạt được "day-one productivity" trong thiết kế

- Web: Từ DSS có thể liên kết với Autodesk Point A và RedSpark để tìm thông tin bổ

sung trên Web, liên kết với Site của các nhà cung cấp,

- Autodesk Online: Download phiên bản cập nhật của Autodesk Inventor và tìm

thông tin về sản phẩm, hỗ trợ kỹ thuật và các thông tin khác

2.1.3 Giao diện người dùng

Giao diện người dùng của Autodesk Inventor theo chuẩn chung với các ứng dụng trên Windows

Có 2 thành phần chính trong giao diện của Autodesk Inventor:

- Cửa sổ ứng dụng xuất hiện mỗi khi Autodesk Inventor được mở ra

- Cửa sổ đồ hoạ hiển thị khi một file được mở Nếu có nhiều file cùng được mở thì file đang làm việc sẽ nằm trên cửa sổ hiện hành

Hình dưới đây minh hoạ một cửa sổ ứng dụng với file mẫu chuẩn được hiển thị trên cửa sổ đồ hoạ

Hình 2.1 Cửa sổ ứng dụng trong Inventor

2.1.3.1 Cửa sổ duyệt (Browser)

Browser hiển thị kết cấu dạng

nhánh cây của các chi tiết, các cụm

lắp và các bản vẽ trong file đang

hoạt động Mỗi môi trường có

Browser riêng của mình Hình bên

minh họa Browser trong môi trường

lắp ráp và thanh công cụ của nó

Hình 2.2 Cửa sổ duyệt

2.1.3.2 Các lệnh và các công cụ

Autodesk Inventor sử dụng các thanh công cụ (Toolbar) kiểu Windows và Panel của Autodesk Inventor Theo mặc định, Panel hiển thị phía trên Browser Ta có thể cho

hiện Toolbar, Panel hoặc kết hợp cả hai Các Toolbar có thể dockable, nghĩa là được

kéo đến các vị trí khác nhau Autodesk Inventor chỉ cho hiện các Toolbar thích hợp với

môi trường đang hoạt động Ví dụ, nếu ta đang trong môi trường lắp ráp mà kích hoạt một chi tiết, Autodesk Inventor lập tức chuyển từ Toolbar lắp ráp sang Toolbar cho mô hình chi tiết Các môi trường dùng chung một số phím hay công cụ chung, như New hoặc Help, nhưng cũng có bộ công cụ riêng của mình

Dưới đây là một ví dụ về thanh công cụ Feature, được hiển thị trong môi trường thiết kế mô hình chi tiết

Hình 2.3 Thanh công cụ Feature

2.1.3.3 Menu ngữ cảnh

Menu ngữ cảnh được hiển thị khi kích

chuột phải Tùy thuộc vào kích chuột ở đâu và

vào lúc nào mà ta có thể thấy các tuỳ chọn, xác

định công việc đang thực hiện Hình bên là một

ví dụ về menu ngữ cảnh trong môi trường

sketch

Hình 2.4 Menu ngữ cảnh

2.1.3.4 Các file mẫu (Templates)

Autodesk Inventor cung cấp các mẫu cho 4 kiểu file trong Autodesk Inventor: Part, Assembly, Presentation và Drawing Các file Part cũng có thể được sử dụng cho các Catalog và các chi tiết từ kim loại tấm (Sheet Metal)

Phần mở rộng và biểu tượng của của các file này được mô tả như dưới đây

Hình 2.5 Các file mẫu

Mẫu cho các kiểu file khác nhau này nằm trong hộp thoại của Autodesk Inventor, nó được hiển thị khi ta kích chuột vào tuỳ chọn để mở một file mới Các thẻ Default, English và Metric chứa đựng các mẫu file với đơn vị đo và tiêu chuẩn vẽ tương ứng Đơn vị đo và tiêu chuẩn dùng trong mẫu Default được chọn khi cài đặt Autodesk Inventor

Bảng 2.1 Các file mẫu trong Inventor

Autodesk Inventor New File Templates

Vị trí của file Template Tên file Template Mô tả

Default tab Sheet Metal.ipt Default Sheet Metal Part

Standard.iam Default Assembly Standard.idw Default Drawing Standard.ipn Default Presentation Standard.ipt Default Part

English tab Catalog (in).ipt Part Catalog (in)

Sheet Metal (in).ipt Sheet Metal Part (in) Standard (in).iam Assembly (in)

ANSI (in).idw Drawing (in) Standard (in).ipn Presentation (in) Standard (in).ipt Standard part (in) Metric tab Catalog (mm).ipt Part Catalog (mm)

Sheet Metal (mm).ipt Sheet Metal Part (mm) Standard (mm).iam Assembly (mm)

BSI.idw Drawing (tiêu chuẩn BSI) DIN.idw Drawing (tiêu chuẩn DIN) ISO.idw Drawing (tiêu chuẩn ISO) JIS.idw Drawing (tiêu chuẩn JIS) Standard (mm).ipt Presentation (mm)

Standard (mm).ipn Standard part (mm)

2.1.4 Xuất nhập dữ liệu

Có thể nhập file AutoCAD, Mechanical Desktop, các file dạng SAT, STEP và IGES để dùng trong Autodesk Inventor Ta cũng có thể ghi các file Part và file Assembly trong Autodesk Inventor thành một vài dạng file khác Có thể ghi các file bản vẽ của Autodesk Inventor như là các file DXF hoặc các file DWG của AutoCAD Với các file Mechanical Desktop có thể được liên kết tới các cụm lắp mà không cần nhập vào môi trường Autodesk Inventor

2.1.5 Các công cụ tạo mô hình chi tiết trong Inventor

Tập hợp các công cụ tạo mô hình chi tiết bao gồm các công cụ tạo Feature trên thanh công cụ Feature và các công cụ quan sát trên thanh công cụ chuẩn

Một số công cụ Feature có nhiều lựa chọn Mũi tên bên cạnh nút công cụ chỉ cho ta có thể mở rộng nút để có thể nhìn thấy nhiều lựa chọn hơn

Bảng 2.2 Các công cụ tạo Feature

Đùn một biên dạng theo phương vuông góc với phác thảo để tạo một khối rắn hoặc mô hình mặt

22 Revolve Quay liên tục một biên dạng quanh 1 trục

33 Hole Tạo một lỗ trong chi tiết

44 Shell Khoét rỗng chi tiết

55 Rib Tạo một gân cho chi tiết

66 Loft Tạo một Feature có tiết diện thay đổi, có thể

theo một đường dẫn cong

77 Sweep Đùn một phác thảo biên dạng theo một đường

dẫn cong

8 Coil Đùn một biên dạng theo một đường dẫn xoắn

ốc

9 Thread Tạo đường ren trong hoặc ren ngoài trên chi tiết

10 Fillet Vê tròn các cạnh

11 Chamfer Vát mép các cạnh

12 Face Draft Tạo khối vát trên cạnh đã chọn

13 Split Cắt các mặt theo đường cắt hoặc cắt chi tiết

17 Work Plane Tạo một mặt làm việc

18 Work Axis Tạo một trục làm việc

19 Work Point Tạo một điểm làm việc

20 Conbine Kết hợp các khối thành một khối

2.2 ỨNG DỤNG INVENTOR ĐỂ MÔ HÌNH BỀ MẶT XOẮN VÍT

2.2.1 Mô hình hóa trục vít Arsimet trên Inventor

2.2.1.1 Thiết kế trục vít Arsimet

Trục vít Arsimet một đầu mối có bước vít Pz = 56mm, đường kính ngoài D=100mm, chiều dài đoạn cắt ren L = 70mm Các thông số khác được thể hiện trên hình 2.6 và bảng 2.3

2.2.1.2 Phương pháp mô hình hóa trục vít Arsimet

Mặt xoắt vít Arsimet tạo thành do đường thẳng cắt trục chuyển động của vít quanh trục đó với một góc ε Nếu ta thay đường thẳng bằng một tiết diện hình học (ví

dụ như hình chữ nhật, hình thang cân,…) thì ta được cặp bề mặt xoắn

Để dựng biên dạng trục vít Arsimet, ta dựng một hình trụ có đường kính bằng đường kính ngoài trục vít, chiều dài bằng chiều đoạn có ren Trong mặt phẳng đi qua đường tâm trục, dựng biên dạng giống với biên dạng rãnh của trục vít Arsimet, sau đó cho biên dạng này chuyển động xoắn vít và cắt đi phần trùng với hình trụ ban đầu, nhận được đoạn có ren của trục vít Arsimet Dựng thêm các phần ngỗng trục, vát mép

và lượn tròn những chỗ chuyển tiếp ta có trục vít Arsimet hoàn chỉnh

2.2.1.3 Các bước mô hình hóa trục vít Arsimet

- Khởi động Inventor, chọn Standard.ipt

Hình 2.7 Tạo file thiết kế

- Tạo một Sketch 2D trên mặt phẳng XY, vẽ vòng tròn đường kính D= 100mm (đường kính hình trụ tròn giới hạn ngoài) Thoát khỏi Sketch

- Mở một Sketch trên mặt phẳng YZ, vẽ biên dạng rãnh vít có kích thước như hình vẽ:

Hình 2.10 Vẽ biên dạng rãnh vít

- Chọn công cụ Coil (dùng để vẽ biên dạng xoắn), chọn profile là rãnh vít vừa vẽ, trục xoắn vít là trục của hình trụ ở trên, chọn chế độ Cut cho hình khối chọn các thông

số như hình vẽ:

Hình 2.11 Tạo biên dạng rãnh vít bằng lệnh Coil

Chọn các thông số của mặt xoắn vít: Kiểu nhập là Pitch and Revolution, bước Pitch 56mm, Revolution (số vòng xoắn) là 3 Taper chọn là 0

Cut

Hình 2.12 Nhập thông số mặt xoắn vít

- Các thông số còn lại để mặc định Ấn OK ta có biên dạng vít như hình vẽ:

Hình 2.13 Phần trục có ren

- Ở hai mặt bên tạo Sketch, vẽ vòng tròn đường kính 50mm để tạo ngỗng trục vít:

Hình 2.14 Tạo kích thước đường kính ngỗng trục

- Tạo 2 phần trụ có chiều dài lần lượt là L1=35mm và L2= 20mm bằng lệnh Extrude

Hình 2.15 Tạo ngỗng trục

- Sau đó lượn tròn (bằng lệnh Fillet ) và vát mép các góc (bằng lệnh Chamfer )

và gán vật liệu, nhận được mô hình trục vít Arsimet hoàn chỉnh

Hình 2.16 Trục vít Arsimet hoàn chỉnh

2.2.2 Mô hình hóa trục vít Helicoit

2.2.2.1 Thiết kế trục vít Helicoit

Trục vít Helicoit một đầu mối có chiều dài 117mm, đường kính ngoài trục vít D

= 90mm, chiều dài đoạn cắt ren L= 67mm Các thông số khác được thể hiện trên hình 2.16 và bảng 2.4

đường tâm trục, dựng biên dạng giống với biên dạng rãnh của trục vít Arsimet (hình chữ nhật), sau đó cho biên dạng này chuyển động xoắn vít và cắt đi phần trùng với hình trụ ban đầu, ta được đoạn có ren của trục vít Helicoit Dựng thêm các phần ngỗng trục, vát mép và lượn tròn những chỗ chuyển tiếp ta có trục vít Helicoit hoàn chỉnh

2.2.2.3 Các bước mô hình hóa trục vít Helicoit

- Dựng một mặt trụ đường kính D=100mm, chiều dài 100mm bằng lệnh Extrude:

Hình 2.18 Dựng mặt trụ ngoài bằng lệnh Extrude

- Mở một Sketch trên mặt phẳng YZ, vẽ biên dạng rãnh vít có kích thước như hình vẽ:

Hình 2.19 Dựng biên dạng rãnh vít trong mặt phẳng dọc trục

- Chọn công cụ Coil (dùng để vẽ biên dạng xoắn), chọn profile là rãnh vít vừa vẽ, trục xoắn vít là trục của hình trụ ở trên, chọn chế độ Cut cho hình khối chọn các thông

- Tạo 2 ngỗng trục có đường kính D40mm, chiều dài lần lượt là 10mm và 40mm bằng lệnh Extrude Sau đó lượn tròn đoạn bậc trục bằng lệnh Fillet, ta được đoạn trục vít Helicoit:

Hình 2.22 Đoạn trục vít Helicoit hoàn chỉnh

2.2.3 Mô hình hóa trục vít Convolute

2.2.3.1 Thiết kế trục vít Convolute

Trục vít Convolute một đầu mố có bước vít Pz = 50mm, đường kính ngoài D=100mm, chiều dài đoạn cắt ren L = 70mm Các thông số khác được thể hiện trên hình 2.23 và bảng 2.5

Hình 2.23 Trục vít Convolute