Luận văn Nghiên cứu nâng cao độ chính xác gia công chi tiết hình dáng hình học phức tạp trên trung tâm gia công ba trục cnc bằng phương pháp bù sai số

áy CNC, có hai loại sống dẫn hướng được sử dụng, sống dẫn hướng lăn và sống dẫn hướng trượt. Với sống dẫn hướng trượt, lực chuyển động ban đầu cao hơn để làm bàn máy chuyển động. Nếu sống dẫn hướng và các chi tiết dẫn động vít me bi không được đặt đối xứng. Với sống dẫn hướng trượt, ma sát trượt lớn và luôn luôn xuất hiện sai số do dính trượt. Sai số còn xuất hiện trong quá trình chế tạo sống dẫn hướng và sai số trong quá trình lắp ráp. Sống dẫn hướng lăn có ma sát nhỏ hơn loại trượt. Tuy nhiên sống dẫn hướng lăn có khả năng dập rung động kém hơn loại sống trượt. Sống dẫn hướng thủy tĩnh có khả năng giảm áp lực. Việc điều khiển nhiệt độ của chất lỏng có tính quan trọng; nếu Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 33 không, tác động của nhiệt là đáng kể. Các nguồn sai số chính gây ra bởi sống dẫn hướng là: - Chế tạo không chính xác; - Mòn sống dẫn hướng; - Biến dạng tĩnh do khối lượng và lực cắt; - Biến dạng nhiệt do sự chênh lệch nhiệt độ. 2.2.4 Sai số do ổ đỡ Các loại phản ứng khác nhau có thể dự đoán được phụ thuộc vào việc vít me bi có thể giãn ra dễ dàng hay không. Phần lớn máy CNC sử dụng 3 loại ổ đỡ khác nhau để đỡ trục vít me. Có các ổ cố định tại một đầu và vít me giãn ra dễ dạng theo sự thay đổi của nhiệt độ. Ổ cố định hai đầu trục vít me làm cho trục vít me bị uốn khi nhiệt độ tăng. Loại ổ đỡ khác là một đầu cố định và đầu kia được đặt tải từ trước. Loại ổ đỡ này làm việc giống như loại ổ đỡ cố định hai đầu ở phạm vi lực nhất định và ngoài khoảng này nó làm việc như loại một đầu cố định và một đầu trượt. Các nguồn sai số liên quan đến ổ đỡ do góc nghiêng của ở vành ổ, sự đồng tâm của trục động cơ servo với các phần lắp ghép. 2.2.5 Sai số do nhiệt Một máy công cụ thường hoạt động ở trạng thái không ổn định về nhiệt do nhiệt xuất hiện từ nhiều nguồn. Mọi thay đổi về sự phân bố nhiệt độ của máy công cụ gây ra biến dạng do nhiệt và tác động đến độ chính xác gia công. Các nguồn nhiệt do ma sát như ma sát trong thiết bị truyền động và hộp tốc độ, ma sát ở ổ đỡ và sống dẫn hướng, nhiệt xuất hiện do quá trình gia công như quá trình cắt. Các nguồn nhiệt bên ngoài bao gồm bức xạ nhiệt, ánh nắng mặt trời hay nhiệt độ môi trường. Các nguồn nhiệt chính trong máy công cụ xuất phát từ: - Ổ lăn; Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 34 - Bánh răng và dầu thủy lực; - Thiết bị dẫn động và li hợp; - Bơm và động cơ; - Sống dẫn hướng và vít me bi; - Quá trình cắt và tạo phoi; - Nguồn nhiệt từ bên ngoài. Các tác động của các nguồn nhiệt này ảnh hưởng đến sai lệch vị trí, độ thẳng và sai lệch góc. * Giảm sai số do nhiệt trong quá trình thiết kế Việc thiết kế cấu trúc để cải tiến chế độ nhiệt của máy công cụ thực hiện theo các hướng sau: - Giảm các nguồn sinh nhiệt và tác động của nhiệt đến máy: Gắn động cơ và hộp tốc độ bên ngoài máy; - Phân tán nhiệt do mát sát tại ổ đỡ và thiết bị dẫn động; - Xem xét khả năng biến dạng nhiệt giữa dụng cụ và phôi để giảm thiểu sai số này khi thiết kế máy. * Giảm sai số nhiệt trong quá trình sử dụng Sai số vị trí do sự giãn nở nhiệt của vít me bi là yếu tố đầu tiên cần phải làm giảm đi. Phần lớn lực ma sát trong hệ dẫn động được tạo thành bởi vít me bi. Kết quả này là do động học phức tạp của cơ cấu vít me bi.. Các loại khác trong chế độ nhiệt phụ thuộc khớp cầu có giãn nở tự do hay không. Để giảm sự ảnh hưởng của nhiệt độ có hai phương pháp bù đã được đề xuất (Braasch 2002): Làm mát vít me bi và bù bằng phần mềm. Việc làm mát vít me bi có sự bất lợi liên quan tới vấn đề kín khít. Sự nghiên cứu đang được thực hiện để bù sự Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 35 biến dạng nhiệt với sự hỗ trợ của các mô hình phân tích, các mạng nơron và các phương pháp thực nghiệm. Để bù sự giãn nở của khớp nối cầu, sự phân bố nhiệt của nó phải được biết và phụ thuộc vào sơ đồ cắt. Trực tiếp đo nhiệt của vít me quay rất khó. Tuy nhiên, sự giãn nở nhiệt của dụng cụ có thể được tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) (Takuchi 1982). Bằng sự tính toán nhiệt phân bố trong vít me, chúng ta có thể bù được sai số bằng phần mềm. 2.2.6 Sai số do rung động tự do Tải tĩnh và khối lượng của chi tiết gia công gây nên biến dạng tạo ra sai số hình học của chi tiết trong quá trình gia công. Độ cứng vững của máy cắt kim loại không hợp lý sẽ gây ra sai số về hình dạng của chi tiết gia công (Weck 1984). Đặc tính động không đồng đều sẽ dẫn đến hình thành các rung động, có thể dẫn đến làm xấu chất lượng bề mặt gia công tinh; tăng độ mòn máy, gãy dụng cụ và phá huỷ cả chi tiết gia công và máy. Dưới điều kiện gia công kéo dài, có hai loại rung động xảy ra: - Rung động cưỡng bức: Rung động cưỡng bức do sự mất cân bằng khi vật thể quay. - Tự rung: Hệ thống rung động tại một hoặc nhiều tần số khi không có các lực bên ngoài. Khi tần số kích thích ở cùng tần số tự rung sẽ tạo ra hiện tượng cộng hưởng. 2.2.7 Sai số do tải tĩnh và động Các tải tĩnh của máy công cụ là kết quả của lực gia công và khối lượng của chi tiết gia công, khối lượng của bàn dao, các thiết bị và các thành phần máy. Tải trọng tĩnh và khối lượng của chi tiết gia công tạo ra sự biến dạng, gây ra các sai số hình học. Các lực dẫn đến sự biến dạng của bộ phận dẫn động gây ra sự dịch chuyển vị trí bàn dao. Chúng gồm các lực quán tính gây ra bởi gia tốc của cơ cấu trượt, lực gia công và ma sát trong trục chính (Weck 1984). Các nhân tố động khác như mômen xoắn của động cơ, bộ khuếch đại của cơ cấu dẫn động.v.v.. cũng ảnh hưởng tới hệ thống điều khiển vị trí. Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 36 2.2.8 Sai số do hệ thống điều khiển truyền động servo Dữ liệu đầu vào được chuyển đổi bởi hệ thống điều khiển thành mã đầu ra ở dạng điện áp xung (PPS). Dữ liệu này dùng để dẫn động bàn quay hoặc cơ cấu chấp hành khác tới vị trí đã được lập trình. Hệ thống dẫn động servo đóng vai trò quan trọng tới độ chính xác gia công. Động cơ servo và cơ cấu dẫn động trục vít me thường được ghép trực tiếp với nhau. Các cơ cấu dẫn động bằng đai răng cũng được sử dụng rộng rãi. Vị trí thực được đo bằng cơ cấu đo đường dịch chuyển và được truyền đi dưới dạng tín hiệu số. Hình 2.5. Hệ thống phản hồi của máy công cụ Trong hình 13, đường chấm cách chỉ rằng một bộ mã hoá quay đã được sử dụng. Một hạn chế chính với cả hai hệ thống đo là sự định vị điểm đo và đầu dụng cụ có sự sai lệch về khoảng cách. Vì sai lệch về khoảng cách này, các sai số bước nhỏ đã được khuếch đại dựa trên độ lệch (ảnh hưởng Abbe). Sự khuếch đại sai số phụ thuộc vào vị trí kẹp chi tiết gia công. Cả bộ mã hoá quay và tuyến tính đều không thể dò được các ảnh hưởng của sai số Abbe. Có hai loại nội suy cơ bản là nội suy tuyến tính và nội suy liên tục. Các phép nội suy khác dựa trên hai loại nội suy này. Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 37 Trong sự chuyển đổi dữ liệu gia công đầu vào, sai số phụ thưộc loại nội suy được sử dụng. Theo Weck (1984), các nguồn sai số là: - Các hằng số thời gian cao; - Sự biến thiên trong các bộ khuếch đại vận tốc của các vòng điều khiển vị trí riêng lẻ; - Sự biến thiên động lực của các cơ cấu dẫn động; - Tín hiệu phi tuyến; Với nhiều cơ cấu điều khiển hiện đại, như Sinumerik 840D và Heidenhain TNC 426/TNC 430 có điều khiển ăn tới có thể thực hiện khử sự không chính xác gây nên bởi các sai số trên và các cấp chính xác cao có thể đạt được thậm chí với tốc độ gia công cao. 2.3 Kết luận chương II Các máy công cụ CNC có cấu trúc và cơ cấu điều khiển rất phức tạp và rất nhạy cảm với sự thay đổi của nhiệt độ. Các nguồn sai số của máy công cụ có thể được chia ra làm hai loại, các sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên. Các sai số hệ thống có thể được mô tả và dự báo giá trị trong vùng làm việc của máy công cụ. Các sai số ngẫu nhiên rất khó xác định và rất phức tạp để có thể mô tả. Các sai số hình học là sai số quan trọng nhất trong các sai số hệ thống và các nguồn sai số chính là cơ cấu vít me bi, trục dẫn hướng, ổ trục. Sai số bước vít me, sản phẩm không chính xác, mòn trong các trục dẫn hướng .v.v là các nhân tố ảnh hưởng tới sai số hình học. Sai số hình học có khả năng lặp lại và tăng dần theo thời gian. Một máy công cụ cũng làm việc trong trạng thái mất ổn định do sự biến dạng nhiệt. Các thành phần khác của máy công cụ bị biến dạng do dòng nhiệt. Máy công cụ có hai nguồn nhiệt chính là nguồn nhiệt bên ngoài (nhiệt độ phòng, các tia mặt trời.v.v..) và nguồn nhiệt bên trong được hình thành bởi ma sát bên trong của các thành phần khác nhau của máy. Các đặc tính động học không đều sẽ dẫn đến sự hình thành rung động. Có hai loại rung động: rung động tự rung và Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 38 rung động cưỡng bức. Hệ thống điều khiển và hệ thống đo của máy tự tác động đến sự hiệu chỉnh sai số. Loại vòng nửa kín thì không có hệ thống đo lường trực tiếp. Đối với vòng kín có hệ thống đo lường trực tiếp. Đối với vòng nửa kín, bước của vít me được sử dụng để tính toán vị trí của bàn máy, trong khi đó hệ thống đo lường vòng kín đo được tham biến trực tiếp bằng thang đo. Do đó, vòng kín có thể thực hiện tốt hơn trong việc bù sai số vị trí. Như đã phân tích ở trên, có rất nhiều nguyên nhân gây sai số gia công. Việc khử từng nguyên nhân gây sai số là một biện pháp hoàn chỉnh nhưng rất tốn kém và đôi khi không thực hiện được do các thiết bị gia công các bộ phận chính của máy CNC có độ chính xác không cao và nhiều nguyên nhân khác ảnh hưởng đến độ chính xác hiện vẫn không xác định được rõ ràng. Vì vậy, để nâng cao độ chính xác gia công tác giả chọn giải pháp nghiên cứu sai số tổng hợp, không quan tâm đến nguyên nhân gây sai số và tiến hành bù sai số bằng phương pháp phần mềm. Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 39 Chương III HỆ THỐNG BÙ SAI SỐ GIA CÔNG 3.1. Hệ thống thiết bị thí nghiệm Như đã phân tích về các phương pháp bù sai số gia công trên máy CNC, trong giới hạn của đề tài, tác giả sử dụng phương pháp bù sai số bằng phần mềm trên cơ sở giải quyết bài toán sai lệch hình dáng hình học và vị trí tương quan theo sơ đồ như dưới đây: Hình 3.1. Sơ đồ công nghệ thực nghiệm Vì vậy hệ thống công nghệ sử dụng trong để tài gồm: Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 40 3.1.1. Trung tâm gia công VMC - 85S Trung tâm gia công VMC - 85S do hãng Maximart của Đài Loan sản xuất năm 2003 với hệ điều khiển Fanuc OMD, máy có khả năng tích hợp CAD/CAM với bộ mã ISO code hặc Fanuc code qua cổng RS 232. Thông số kỹ thuật cơ bản của máy Thông số Đơn vị Kích thước Kích thước bàn làm việc mm 515 x 1050 Hành trình theo trục X mm 850 Hành trình theo trục Y mm 560 Hành trình theo trục Z mm 520 Đường kính trục chính mm Φ65 Tốc độ cắt (chạy dao) mm/phút 1÷5000 Tốc độ dịch chuyển nhanh theo X, Y mm/phút 12000 Tốc độ dịch chuyển nhanh theo Z mm/phút 10000 Công suất động cơ chính kw 3.7÷5.5 Động cơ servo X, Y, Z kw 0.5÷3.5 Trọng lượng kg 4200 Tốc độ quay trục chính vòng/phút 60÷8000 Ổ dao loại 16 dao BT 40 Kích thước tổng thể mm 3500 x 3020 x 2520 3.1.2. Máy đo toạ độ 3 chiều CMM - C544 3.1.2.1. Cấu hình cơ bản của máy Máy đo toạ độ CMM là tên gọi chung của các thiết bị vạn năng có thể thực hiện việc đo các thông số hình học theo phương pháp toạ độ. Thông số cần đo được tính từ Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 41 các toạ độ điểm đo so với gốc toạ độ của máy. Các loại máy này còn được gọi là máy quét hình vì chúng còn được dùng để quét hình dáng của vật thể. Có hai loại máy đo toạ độ thông dụng là máy đo bằng tay (đầu đo được dẫn động bằng tay) và máy đo CNC (đầu đo được điều khiển tự động bằng chương trình số). Các máy đo toạ độ CMM hoạt động theo nguyên lý dịch chuyển một đầu dò để xác định tọa độ các điểm trên bề mặt của vật thể. Máy đo toạ độ thường là các máy đo các toạ độ theo cả 3 phương chuyển vị X, Y, Z. Bàn đo được làm bằng đá granít, đầu đo được gắn trên giá lắp trên thân trượt theo phương Z, khi đầu đo được điều chỉnh đến một điểm đo nào đó thì đầu đọc sẽ cho ta biết 3 toạ độ X,Y,Z tương ứng với độ chính xác cao, có thể lên đến 0,1 m Máy CMM thường thiết kế với 4 phần chính: - Thân máy - Đầu dò - Hệ thống điều khiển hoặc máy tính. - Phần mềm đo. Hình 3.2. Cấu tạo máy CMM Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 42 Khi quét bằng phương pháp này thì đầu dò của máy tiếp xúc với bề mặt cần đo, mỗi vị trí đo có toạ độ (x,y,z) và tập hợp các điểm đo sẽ cho một đám mây điểm hoặc dữ liệu biên dạng đường, mặt hay của cả chi tiết Với hệ thống đầu đo cho máy CMM, người ta có thể sử dụng loại đầu dò tiếp xúc hay đo điểm rời rạc, hệ thống đầu đo laser, hoặc camera. Máy đo CMM đa cảm biến có thể được trang bị một lúc nhiều hơn một cảm biến, camera hoặc đầu dò. Hình 3.3. Các loại đầu đo cho máy CMM Đối với loại máy đo CNC có chuyển vị rất êm, nhẹ nhàng nhờ dùng dẫn trượt trên đệm khí nén. Để kết quả đo tin cậy, áp suất khi nén cần phải được bảo đảm như điều kiện kỹ thuật của máy đã ghi nhằm đảm bảo đệm khí đủ áp suất và làm việc ổn định. Các máy của hãng Mitutoyo thường có yêu cầu áp suất khi nén là 0,4 MPa với lưu lượng 40 lít/phút ở trạng thái bình thường. Máy phải được vận hành ở nhiệt độ thấp từ 16 - 26 0 C. Loại máy được dẫn động bằng tay vận hành đơn giản, nhẹ nhàng nhờ dùng dẫn trượt bi, tuy nhiên loại này có độ chính xác thấp hơn. Máy đo 3 toạ độ có phạm vi sử dụng lớn. Nó có thể đo kích thước chi tiết, đo profile, đo góc, đo độ sâu... Nó cũng có khả năng đo các thông số phối hợp trên một chi tiết như độ song song, độ vuông góc, độ phẳng... Đặc biệt máy có thể cho phép đo các chi tiết có biên dạng phức tạp, các bề mặt không gian, ví dụ như bề mặt khuôn mẫu, cánh turbin, mui xe ô tô... Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 43 Để dễ dàng cho việc tính toán kết quả đo, kèm theo máy là phần mềm thiết kế cho từng loại thông số cần đo. Mỗi hãng chế tạo máy CMM đều có viết riêng cho các máy của mình những phần mềm khác nhau. Mỗi phần mềm có thể có nhiều môđun riêng biệt ứng dụng cho từng loại thông số cần đo.Ví dụ máy CMM của hãng Mitutoyo có các phần mềm (môdun) như sau: - Geopak: có nhiều cấp độ khác nhau, dùng cho đo lường vật thể 3D, có thể xuất sang file dạng .gws để chuyển đổi dữ liệu đo thành dữ liệu chuỗi điểm cho thiết kế chi tiết bằng phần mềm Pro/Engineer hoặc các phần mềm khác; - Scanpak: Dùng để số hoá biên dạng 3D của vật thể, chuyên dùng để quét biên dạng và bề mặt 3D dùng cho tái tạo ngược; - Statpak: Chuyên dùng để sử lý số liệu đo; - Gearpak: Chuyên dùng cho đo bánh răng chuyển dữ liệu từ máy CMM sang máy kiểm tra bánh răng; - Tracepak: Chương trình quét vật thể 3D cho máy CMM vận hành bằng tay. Máy CMM có nhiều chủng loại khác khác nhau về kích cỡ, thiết kế và công nghệ dò. Máy có thể chỉ có hệ điều khiển thủ công (Manual), hoặc có hệ điều khiển CNC/PC. Các máy CMM thường được sử dụng để đo kích thước, đo kiểm mẫu, lược đồ góc, hướng hoặc chiều sâu, số hóa hoặc tạo hình.Các tính năng chung của máy CMM là có hệ thống bảo vệ chống va đập, khả năng lập trình offline, thiết kế ngược, phần mềm SPC và bù nhiệt độ. Các thông số cơ bản được quan tâm của máy là các hành trình đo theo trục X,Y,Z; độ phân giải và trọng lượng vật đo. 3.1.2.2. Tính năng kỹ thuật cơ bản Kiểu máy Beyond Crystal C544 Khoảng đo Trục X 505mm Trục Y 405mm Trục Z 405mm Độ chính xác ở nhiệt độ 200C±10C theo tiêu chuẩn ISO 10360-2 MPEE= (1.7+4L/100)μm Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 44 Chuẩn chiều dài Thước kính mã hoá Độ phân giải 0.0001 mm (0.1μm) Phương pháp dẫn hướng Sử dụng đệm khí trên các trục trục dẫn Tốc độ điều khiển cực đại khi chạy tự động 520 mm/s Tốc độ điều khiển cực đại khi chạy Joystick 80 mm/s Tốc độ đo cực đại 8 mm/s Gia tốc đo lớn nhất 2.3 m/s2 Các yêu cầu liên quan đến vật đo Chiều cao lớn nhất 545 mm Khối lượng lớn nhất Kích thước bàn đặt phôi Kích thước 638x 860mm Vật liệu Đá Granite có độ phẳng nhỏ hơn 0.0009 mm Kích thước máy Chiều dài 1160 mm Chiều rộng 1122 mm Chiều cao 1185 mm Khối lượng máy 515 Kg Năng lượng cung cấp Khí nén 0.4 Mpa; Lưu lượng trung bình: 50 lít/ phút Điện áp Một pha 220V/50Hz - Đầu quét tín hiệu tương tự SP600M (Analogue Scanning Probe), hãng Renishaw - Anh sản xuất; - Phần mềm Geopak - Win (do hãng phần mềm Cosmos viết sử dụng cho máy đo toạ độ không gian 3D) tích hợp trên máy tính cài WinXP. 3.1.3. Phần mềm thiết kế CAD/CAM CAD/CAM là hệ thống thiết kế và gia công với sự trợ giúp của máy tính. Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, CAD/CAM đã được ứng dụng nhanh chóng trong công nghiệp vì nó là công cụ giúp các nhà thiết kế và chế tạo sản phẩm có thể Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 45 thay đổi mẫu mã hoặc lựa chọn phương án gia công tối ưu một cách nhanh chóng, chính xác và linh hoạt. Đặc biệt trong kỹ thuật tái tạo ngược từ sản phẩm đã có thì việc xử lý các dữ liệu từ máy đo và xây dựng lại bản vẽ 3D thì không thể không dùng các phần mềm CAD/CAM. 3.1.3.1. Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính CAD CAD được định nghĩa là một hoạt động thiết kế liên quan đến việc sử dụng máy tính để tạo lập, sửa chữa hoặc trình bày một thiết kế kỹ thuật. CAD có liên hệ chặt chẽ với hệ thống đồ họa máy tính. Các lý do quan trọng có thể kể đến khi sử dụng hệ thống CAD là tăng hiệu quả làm việc cho người thiết kế, tăng chất lượng thiết kế, nâng cao chất lượng trình bày thiết kế và tạo lập cơ sở dữ liệu cho sản xuất. Các bước tiến hành thiết kế với CAD: Tổng hợp (xây dựng mô hình động học); phân tích tối ưu hóa (phân tích kỹ thuật); trình bày thiết kế (tự động ra bản vẽ). Mô hình hình học Mô hình hình học là dùng CAD để xây dựng biểu diễn toán học dạng hình học của đối tượng. Mô hình này cho phép người dùng CAD biểu diễn hình ảnh đối tượng lên màn hình và thực hiện một số thao tác lên mô hình như làm biến dạng hình ảnh, phóng to thu nhỏ, lập một mô hình mới trên cơ sở mô hình cũ. Từ đó, người thiết có thể xây dựng một chi tiết mới hoặc thay đổi một chi tiết cũ. Có nhiều dạng mô hình hình học trên CAD. Ngoài mô hình 2D phổ biến, các mô hình 3D có thể được xây dựng cho phép người sử dụng quan sát vật thể từ các hướng khác nhau, phóng to thu nhỏ, thực hiện các phân tích kỹ thuật như sức căng, tính chất vật liệu và nhiệt độ. Mô hình lưới Sử dụng các đường để minh hoạ vật thể. Mô hình này có những hạn chế lớn như không có khả năng phân biệt các đường nét thấy và nét khuất trong vật thể, không nhận Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 46 biết được các dạng đường cong, không có khả năng kiểm tra va chạm giữa các chi tiết thành phần và khó khăn trong việc tính toán các đặc tính vật lý. Mô hình bề mặt Được định nghĩa theo các điểm, các đường thẳng và các bề mặt. Mô hình này có khả năng nhận biết và hiển thị các dạng đường cong phức tạp, có khả năng nhận biết bề mặt và cung cấp mô hình 3D của chi tiết có khả năng mô phỏng quỹ đạo chuyển động như của dao cắt trong máy công cụ hoặc chuyển động của các cánh tay robot. Mô hình khối đặc Mô tả hình dạng toàn khối của vật thể một cách rõ ràng và chính xác. Nó có thể mô tả các đường thấy và đường khuất của vật thể. Mô hình này trợ giúp đắc lực trong quá trình lắp ráp các phần tử phức tạp. Ngoài ra, mô hình còn có khả năng tạo mảng màu và độ bóng bề mặt. Hơn nữa, người sử dụng có thể kết hợp với các chương trình phần mềm chuyên dụng khác để biểu diễn mô hình và tạo hình ảnh sống động cho vật thể. Phân tích kỹ thuật mô hình Sau khi có được phương án thiết kế thể hiện dưới dạng mô hình CAD sẽ trợ giúp mô hình. Hai ví dụ về việc phân tích mô hình là tính toán các đặc tính vật lý và phân tích phần tử hữu hạn. Tính toán các đặc tính vật lý bao gồm việc xác định khối lượng, diện tích bề mặt, thể tích và xác định trọng tâm. Phân tích các phần tử hữu hạn nhằm tính toán sức căng, độ truyền nhiệt… Đánh giá thiết kế Đánh giá thiết kế có thể bao gồm: tự động xác định chính xác các kích thước, xác định khả năng tương tác giữa các bộ phận. Điều này đặc biệt quan trọng trong các thiết Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 47 kế lắp ráp nhằm tránh hai chi tiết cùng chiếm một khoảng không gian, kiểm tra động học. Điều này cần đến khả năng mô phỏng các chuyển động của CAD. Tự động phác thảo bản vẽ Lĩnh vực trợ giúp đắc lực thứ tư của CAD là khả năng tự động cho ra các bản vẽ với độ chính xác cao một cách nhanh chóng. Điều này rất quan trọng trong quá trình trình bày một thiết kế và tạo lập hồ sơ thiết kế... 3.1.3.2. Sản xuất với trợ giúp của máy tính CAM CAM được định nghĩa là việc sử dụng máy tính trong lập kế hoạch, quản lý và điều khiển quá trình sản xuất. Các ứng dụng của CAM được chia làm 2 loại chính: Lập kế hoạch sản xuất và điều khiển sản xuất. Lập kế hoạch sản xuất + Ước lượng giá thành sản phẩm: Ước lượng giá của một loại sản phẩm mới là khá đơn giản trong nhiều ngành công nghiệp và được hoàn thành bởi chương trình máy tính. Chi phí của từng chi tiết bộ phận được cộng lại và giá của sản phẩm sẽ được xác định. + Lập kế hoạch quá trình với sự trợ giúp của máy tính: Các trình tự thực hiện và các trung tâm gia công cần thiết cho sản xuất một sản phẩm được chuẩn bị bởi máy tính. Các hệ thống này cần cung cấp các bản lộ trình, tìm ra lộ trình tối ưu và tiến hành mô phỏng kiểm nghiệm kế hoạch đưa ra. + Các hệ thống dữ liệu gia công máy tính hóa: Các chương trình máy tính c ần được soạn thảo để đưa ra các điều kiện cắt tối ưu cho các loại nguyên vật liệu khác nhau. Các tính toán dựa trên các dữ liệu nhận được từ thực nghiệm hoặc tính toán lý thuyết về tuổi thọ của dao cắt theo điều kiện cắt. + Lập trình với sự trợ giúp của máy tính: Lập trình cho máy công cụ hoặc lập trình CNC là công việc khó khăn cho người vận hành và gây ra nhiều lỗi khi các chi tiết trở Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 48 nên phức tạp. Các bộ hậu xử lý máy tính được sử dụng để thay thế việc lập trình bằng tay. Đối với các chi tiết có hình dạng hình học phức tạp, hệ thống CAM có thể đưa ra chương trình gia công chi tiết nhờ phương pháp tạo ra tập lệnh điều khiển cho máy công cụ hiệu quả hơn hẳn lập trình bằng tay. + Lắp ráp với sự trợ giúp bằng máy tính: Việc định vị các phần tử trong các trạm lên dây chuyền lắp ráp là vấn đề lớn và khó khăn. Các chương trình máy tính như COMSOAL và CALB được phát triển để trợ giúp cân bằng tối ưu cho các dây chuyền lắp ráp. + Xây dựng các định mức lao động: Một bộ phận chuyên trách sẽ có trách nhiệm xác lập chuẩn thời gian cho các công việc lao động trực tiếp tại nhà máy. Việc tính toán này khá công phu và phức tạp. Hiện đã có một số chương trình phần mềm được phát triển cho công việc này. Các chương trình máy tính sử dụng dữ liệu về thời gian chuẩn cho các phần tử cơ bản, sau đó cộng tổng thời gian thực hiện của các phần tử đơn đó và chương trình sẽ đưa ra thời gian chuẩn cho công việc hoàn chỉnh. + Lập kế hoạch sản xuất và quản lý tồn kho: Máy tính được sử dụng trong hai chức năng lập kế hoạch sản xuất và lưu trữ. Hai chức năng này bao gồm ghi nhớ các bản ghi tồn kho, đặt hàng tự động các mặt hàng khi kho rỗng, điều độ sản xuất chủ, duy trì các đặc tính hiện tại cho các đơn đặt hàng sản xuất khác nhau, lập kế hoạch nhu cầu nguyên vật liệu và lập kế hoạch năng lực. Điều khiển sản xuất Điều khiển sản xuất liên quan tới việc quản lý và điều khiển các hoạt động sản xuất trong nhà máy. Điều khiển quá trình, điều khiển chất lượng, điều khiển sản xuất phân xưởng và giám sát quá trình đều nằm trong vùng chức năng của điều khiển sản xuất. Ở đây máy tính tham