BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI THÂN HOÀNG BẢO LÂM NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CATIA TRONG THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH GIA CÔNG KHUÔN HÚT CHÂN KHÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS NGUYỄN VIẾT TIẾP Hà Nội – 2010 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan điều nêu luận văn thạc sỹ khoa học "Nghiên cứu, ứng dụng phần mềm Catia thiết kế gia công khuôn hút chân không máy phay CNC " hoàn toàn Tất kết thu từ trình nghiên cứu gia công thực tế Mọi tài liệu hỗ trợ giúp thực luận văn rõ nguồn gốc Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng chưa bảo vệ hội đồng chưa công bố phương tiện thông tin Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2010 Tác giả Thân Hoàng Bảo Lâm DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CAD Computer Aided Design CAM Computer Aided Manufacturing CAE Computer Aided Engineering CIM Computer Intergrated Manufacturing NC Numerical Control CNC Computer Numerical Control CU Control Unit MCU Machine Control Unit PTP Point to Point CLU Control Loop Unit DPU Data Processing Unit MDI Manual Data Input DNC Direct Numerical Control DXF Data Xtrange Format IGES Initial Graphics Exchange PDES Product Data Exchange Specification PPR Process Product Resources PO Part Operation DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ STT Hình Tên hình Trang Hình 1.1 Sơ đồ chu kỳ sản xuất Hình 1.2 Sơ đồ chu kỳ sản xuất dùng CAD/CAM Hình 1.3 Tạo lập mô hình hình học chi tiết thông qua chức CAD 13 Hình 1.4 Tạo đường sinh dụng cụ gia công chi tiết thông qua chức CAM 15 Hình 1.5 Mô trình chuyển động dụng cụ cắt 15 Hình 1.6 Điều khiển điểm 21 Hình 1.7 Điều khiển đoạn thẳng 22 Hình 1.8 Điều khiển 2D máy phay 23 Hình 1.9 Điều khiển 2D ½ 23 10 Hình 1.10 Phay túi máy 3D 24 11 Hình 1.11 Hệ tọa độ máy CNC chuyển động trục 25 12 Hình 1.12 Các điểm gốc điểm chuẩn máy thẳng đứng 27 13 Hình 1.13 Điểm gốc chương trình 28 14 Hình 1.14 Các điểm chuẩn P dao 28 15 Hình 2.1 Quy tình thiết kế thuận 36 16 Hình 3.1 Khay nhựa PET 48 17 Hình 3.2 Môi trường CATIA 50 18 Hình 3.3 Môi trường Sketch 51 19 Hình 3.4 Ràng buộc kích thước Sketch 53 20 Hình 3.5 Thiết kế khay nhựa 54 21 Hình 3.6 Thiết kế khay nhựa 54 22 Hình 3.7 Thiết kế khay nhựa 55 23 Hình 3.8 Thiết kế khay nhựa 55 24 Hình 3.9 Thiết kế khay nhựa 55 25 Hình 3.10 Thiết kế khay nhựa 56 26 Hình 3.11 Thiết kế khay nhựa 56 27 Hình 3.12 Thiết kế khay nhựa 56 28 Hình 3.13 Thiết kế khay nhựa 57 29 Hình 3.14 Thiết kế khay nhựa 57 30 Hình 3.15 Thiết kế khay nhựa 57 31 Hình 3.16 Thiết kế khay nhựa 58 32 Hình 3.17 Thiết kế khay nhựa 58 33 Hình 3.18 Thiết kế khay nhựa 58 34 Hình 3.19 Thiết kế khay nhựa 59 35 Hình 3.20 Thiết kế khay nhựa 59 36 Hình 3.21 Thiết kế khay nhựa 59 37 Hình 3.22 Thiết kế khay nhựa 60 38 Hình 3.23 Thiết kế khay nhựa 60 39 Hình 3.24 Thiết kế khay nhựa 60 40 Hình 3.25 Thiết kế khay nhựa 61 41 Hình 3.26 Thiết kế khay nhựa 61 42 Hình 3.27 Thiết kế khay nhựa 61 43 Hình 3.28 Thiết kế khay nhựa 62 44 Hình 3.29 Thiết kế khay nhựa 62 45 Hình 3.30 Thiết kế khay nhựa 62 46 Hình 3.31 Thiết kế khay nhựa 63 47 Hình 3.32 Thiết kế khay nhựa 63 48 Hình 3.33 Thiết kế khay nhựa 63 49 Hình 3.34 Thiết kế khay nhựa 64 50 Hình 3.35 Thiết kế khay nhựa 64 51 Hình 3.36 Thiết kế khay nhựa 64 52 Hình 3.37 Thiết kế khay nhựa 65 53 Hình 3.38 Thiết kế khay nhựa 65 54 Hình 3.39 Thiết kế khay nhựa 65 55 Hình 3.40 Thiết kế khay nhựa 66 56 Hình 3.41 Thiết kế khay nhựa 66 57 Hình 3.42 Thiết kế khay nhựa 66 58 Hình 3.43 Thiết kế khay nhựa 67 59 Hình 3.44 Thiết kế khay nhựa 67 60 Hình 3.45 Thiết kế khay nhựa 67 61 Hình 3.46 Thiết kế khay nhựa 68 62 Hình 3.47 Thiết kế khay nhựa 68 63 Hình 3.48 Thiết kế khay nhựa 68 64 Hình 3.49 Thiết kế khay nhựa 69 65 Hình 3.50 Thiết kế khay nhựa 69 66 Hình 3.51 Thiết kế khay nhựa 69 67 Hình 3.52 Thiết kế khay nhựa 70 68 Hình 3.53 Thiết kế khay nhựa 70 69 Hình 3.54 Thiết kế hoàn chỉnh 71 70 Hình 4.1 Chi tiết 98 71 Hình 4.2 Bề mặt cần gia công 99 72 Hình 4.3 Bề mặt cần gia công 99 73 Hình 4.4 Workbench Surface Machine 100 74 Hình 4.5 Cây thư mục PPR 100 75 Hình 4.6 Hộp thoại Part Operation 101 76 Hình 4.7 Hộp thoại Machine Editor 101 77 Hình 4.8 Xác nhận kích thước phôi 102 78 Hình 4.9 Xác nhận phôi 103 79 Hình 4.10 Xác nhận gốc 104 80 Hình 4.11 Thư mục Manufaturing Program.1 105 81 Hình 4.12 Gia công dao D8 109 82 Hình 4.13 Gia công dao D3 109 83 Hình 4.14 Gia công dao R3 110 84 Hình 4.15 Gia công dao D32 110 85 Hình 4.16 Gia công dao D3 111 86 Hình 4.17 Gia công dao D32 111 87 Hình 4.18 Gia công dao D3 112 88 Hình 4.19 Cây thư mục tiến trình PPR 112 89 Hình 4.20 Gia công dao R3 114 90 Hình 4.21 Mô gia công chi tiết 114 91 Hình 4.22 Sản phẩm 115 MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM/CNC 1.1 Tổng quan công nghệ CAD/CAM 1.1.1 Giới thiệu CAD/CAM 1.1.2 Đối tượng phục vụ CAD/CAM 1.1.3 Vai trò CAD/CAM chu kỳ sản xuất 1.1.4 Chức CAD 1.2 Tổng quan điều khiển số công nghệ CNC 1.2.1 Giới thiệu điều khiển số truyền thống 1.2.1.1 Khái niệm điều khiển số 1.2.1.2 Lịch sử phát triển điều khiển số 1.2.1.3 Các thành phần hệ NC 1.2.1.4 Trình tự NC 1.2.1.5 Các phương pháp lập trình gia công chi tiết 1.2.1.6 Điều khiển số đại máy tính 10 1.2.1.7 Đồ họa tương tác với việc lập trình hệ CAD/CAM 12 1.2.1.8 Ưu điểm CAD/CAM lập trình NC gia công chi tiết 16 1.2.2 Giới thiệu công nghệ CNC 17 1.2.2.1 Các chức CNC 17 1.2.2.2 Các ưu điểm CNC 20 1.2.2.3 Phân loại hệ thống điều khiển 20 1.2.2.4 Hệ thống tọa độ, điểm gốc điểm chuẩn 25 1.2.2.5 Các phương pháp nhập liệu 30 CHƯƠNG - GIỚI THIỆU PHẦN MỀM CATIA 33 2.1 Tổng quan phần mềm CAD/CAM đại 33 2.1.1 Các chức hệ CAD đại 34 2.1.1.1 Chức mô hình hóa 34 2.1.1.2 Chức vẽ 35 2.1.1.3 Chức phân tích 35 2.1.1.4 Chức CAM 36 2.1.2 Những công nghệ CAD 36 2.1.2.1 Thiết kế theo tham số (Parametric Design) 36 2.1.2.2 Thiết kế hướng đối tượng (Feature Based Design) 37 2.1.3 Phương thức chuyển đổi liệu hệ phần mềm 37 2.1.3.1.Truyền thông trực tiếp 38 2.1.3.2 Truyền thông tiêu chuẩn – dịch gián tiếp 39 2.2 Giới thiệu phần mềm tích hợp Cad/Cam/Cae Catia 41 2.2.1 Lịch sử đời phát triển phần mềm CATIA 41 2.2.2 Tình hình sử dụng CATIA giới 43 2.2.3 Tình hình sử dụng CATIA Việt Nam 44 CHƯƠNG - ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CATIA TRONG THIẾT KẾ SẢN PHẨM 47 3.1 Tổng quan công nghệ hút chân không 47 3.1.1 Thực chất 47 3.1.3 Công dụng 47 3.2 Ứng dụng phần mềm CATIA thiết kế sản phẩm khuôn hút chân không 48 CHƯƠNG - ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CATIA TRONG LẬP TRÌNH GIA CÔNG KHUÔN HÚT CHÂN KHÔNG 72 4.1 Các công cụ lập trình gia công bề mặt chi tiết với Workbench Surface Machine 72 4.1.1 Chu trình gia công thô 72 4.1.1.1 Chu trình gia công thô Sweep Roughing 72 4.1.1.2 Chu trình gia công thô Roughing 76 4.1.2 Chu trình gia công tinh Sweeping 85 4.1.3 Chu trình gia công theo Contour 92 4.2 Ứng dụng CATIA lập trình gia công khuôn hút chân không 98 4.2.1 Nhập chi tiết, xác định thông số máy, đồ gá phôi gia công 99 4.2.2 Thiết lập hoạt động gia công thô (Create Roughing Operation) 105 4.2.3 Thiết lập hoạt động gia công tinh 109 4.2.4 Xuất chương trình gia công NC 115 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC TÓM TẮT Hình 4.12 – Gia công dao D8 Tương tự ta làm với dao D3 thông số gia công : Hình 4.13 - Gia công dao D3 109 Gia công gân trợ lực dao R3 Hình 4.14 - Gia công dao R3 Gia công viền dao D32 Hình 4.15 - Gia công dao D32 110 Gia công viền lần dao D3 Hình 4.16 - Gia công dao D3 Tương tự với hai cạnh lại Hình 4.17 - Gia công dao D32 111 Hình 4.18 - Gia công dao D3 4.2.3 Thiết lập hoạt động gia công tinh Hoạt động gia công tinh nhằm đảm bảo gia công chi tiết đạt thông số kích thước độ nhám theo yêu cầu kỹ thuật Sau thiết lập xong hoạt động gia công thô Nguời lập trình cần phải vào thiết lập hoạt động gia công bán tinh gia công tinh Trước hêt, cần phải tạo dụng cụ để thực công việc Kích chọn Roughing.1 (Computed) thư mục tiến trình PPR Quan sát hình đồ hoạ, thư mục tự động chuyển thành mầu cam : Hình 4.19 - Cây thư mục tiến trình PPR 112 Kích chọn biểu tượng Endmill Tool Change công cụ Auxiliary Operations Hộp thoại Tool Change.2 xuất hình đồ hoạ Thay đổi tên dụng cụ dòng Name thành “T1 End Mill R3” (dao phay đầu cầu đường kính mm) Sau thay đổi thông số kích thước dụng cụ kích đúp chuột vào thông số mô hình biểu trưng phía thực chỉnh sửa thể hình Cuối cùnh kích chọn Ok để xác nhận thiết lập cho dụng cụ, thư mục tiến trình, dụng cụ tự động cập nhật Trong trình gia công tinh, để đảm bảo chât lượng bề mặt chi tiết đạt yêu cầu kỹ thuật Không nên áp dụng dạng gia công cụ thể cho toàn bề mặt tính chất vùng bề mặt khác Một hoạt động phủ hợp với vùng lại không phù hợp với vùng khác, điều gây ảnh hưởng xấu tới chất lượng bề mặt vùng gia công ta giữ nguyên cà không thay đổi hoạt động gia công chọn Bởi vậy, người lập trình trước hết cần phải phân tích vùng bề mặt để tìm phương thức gia công tối ưu CATIA hỗ trợ mạnh mẽ cho người lập trình thực việc tự động tìm, xác định gán hoạt thích hợp cho bề mặt gia công 113 Trong trang Define, mục Tool Reference, kích chọn dụng cụ tham khảo T1 End Mill R3 đồng thời thay đổi thông số góc Upper Lower Chọn thông số gia công: Hình 4.20 - Gia công dao R3 Sau hoàn thành trình gia công tiến hành mô gia công chi tiết: Hình 4.21 - Mô gia công chi tiết 114 Sản phẩm sau gia công Hình 4.22 - Sản phẩm 4.2.4 Xuất chương trình gia công NC Trên thư mục tiến trình, kích phải chuột chọn Program.1, thư chọn mục thư Manufaturing mục Manufacturing Program.1 Object Trên menu sổ xuống, kích chọn biểu tượng Generate NC Code Interactively : Hộp thoại Generate NC Output Interactively xuất cho phép người lập trình thực kết xuất chương trình gia công Tại trang In/Out, mục lựa chọn dạng liệu NC cần xuất (NC data type) Kích chọn NC Code Trong mục Output File, kích chọn tuỳ biến Store at the same location as the CATProcess để xuất file NC thư mục chứa File liệu chương trình 115 Kích chọn trang NC code để thực thiết lập chương trình theo điều khiển máy CNC Theo thông tin catalog máy trình bầy theo hình Máy CNC gia công sử dụng điều khiển Fanuc OiMC Do vậy, mục IMS Post-Processor file, lựa chọn định dạng Fanuc21i Sau kích chọn Execute để xác nhận lựa chọn đồng thời tiến hành tạo chương trình NC Cuối cùng, hộp thoại Manufacturing Information xuất thông báo cho trình sử lý liệu xây dựng chương trình thành công Các file tạo gồm có: :chứa thông tin trình sử lý file đầu vào (input file) hình thành file đàu (Output File) dựa Project File theo thông tin vi sử lý thiết lập : 116 : chứa thông tin File đầu vào (input File) định dạng APT Code : : thông tin tiến trình gia công, gồm có thông số dụng cụ thời gian thực bước gia công: : thông tin liệu đầu (Output File Data), chương trình NC thể dạng G code : 117 • Chương trình gia công : X129.587 O1000 Z.064 G01 Z-6.905 F240 T1 Y74.121 Z.016 … (F8 DIA= H= 01) X129.626 Y73.734 Z- X143.782 M06 031 X143.86 Y116.47 Z- T2 X129.705 Y73.353 Z- 006 N1 079 X143.861 G54G90G00X0.Y0 X129.821 Y72.982 Z- X143.876 Y116.472 Z- S3500M03 127 005 G43Z0.H01M08 … X143.999 Y116.51 Z- G00 G00 Z25 .002 Y76.325 G90G00Z0.M09 X144.123 Y116.547 Z- Z25 G91G28Z0.M05 005 Z3.3 G90X0.Y0 X144.139 Y116.535 G01 Z.3 F240 M06 X144.61 Y116.066 (F3 DIA= 2.97 H= 04) X151.525 Y109.151 T2 G00 N3 Z25 G54G90G00X0.Y0 G90G00Z0.M09 S5000M03 G91G28Z0.M05 G43Z0.H04M08 G90G00X0.Y0 G00 M06 X129.975 X130.152 Y76.006 Z.255 X129.821 Y75.649 Z.207 X129.705 Y75.278 Z.16 X129.627 Z.112 Y74.897 Y74.51 Z-3.705 % X-116.918 Y35.777 M30 X-118.418 Y34.277 % 118 • Sản phẩm gia công máy GV-503 hãng Moriseiki Nhật Bản Bộ phận Trục (Spindle) Bàn máy (Table) Hành trình (Traveled) lượng tiến dao (Feedrate) ATC Động (Motor) Misc Thông số Tốc độ quay (Spindle Speed) Kích thước (Table Size) Tải trọng làm việc lớn (Max Table Load) Chiều dài trục X (X Axis) Chiều dài trục Y (Y Axis) Chiều dài trục Z (Z Axis) Lượng chạy dao (Cutting Feed Rate) Số lượng dụng cụ đài tích (Magazine Capacity) Đường kính dụng cụ lớn (Max Tool Diameter) Chiều dài dụng cụ lớn (Max Toll Hight) Khối lượng dụng cụ lớn (Max Tool Weight) Công suất trục máy Công suất trục X,Y,Z (X/Y/Z Axes) Chiều cao máy (Height Machine) Kích thước sàn (Floor Space) Khối lượng máy (Weight Machine) Đơn vị Vòng /phút mm kg mm mm mm mm/phút Chiếc Giá trị 12000 750 x 550 400 610 510 + 95 460 - 42000 30 mm ∅125 mm 300 kg KW KW mm mm kg 11 7.5 2892 3987x2232 10100 KẾT LUẬN Sau trình tiếp cận, nghiên cứu phần mềm tích hợp CAD/CAM/CAE CATIA thời gian miệt mài thực tập tìm hiểu máy phay CNC Với nhiệm vụ nghiên cứu ứng dụng phần mềm CATIA để thực toàn công việc từ phân tích, thiết kế lập trình gia công cuối thực gia công máy phay CNC chi tiết khuôn hút chân không Dưới giúp đỡ, bảo đóng góp nhiệt tình từ PGS.TS Nguyễn Viết Tiếp đội ngũ cán bộ, thầy cô giáo Trung tâm Thực hành Công nghệ Cơ khí - Trường ĐHBK Hà Nội nói đạt kết thỏa mãn với mục tiêu đề trình thực luận văn Từ vẽ kỹ thuật chi tiết khay nhựa PET Tiến hành thiết kế mô hình chi tiết môi trường phần mềm CATIA với việc sử dụng workbench: Part Design Sau có liệu CAD dạng 3D mô hình chi tiết, chuyển sang workbench Surface Machine để lập trình gia công chi tiết cho máy phay CNC Chương trình gia công tạo từ phần mềm CATIA thực chạy thử máy phay CNC Trung tâm Thực hành Công nghệ Cơ khí - Trường ĐHBK Hà Nội, chi tiết khuôn hút chân không gia công máy GV-503 hãng Moriseiki Nhật Bản Sau trình gia công chi tiết đảm bảo xác đạt tiêu kích thước hình học yêu cầu công nghệ đặt Có thể nói, việc xuất phát từ thiết kế mô hình chi tiết, lập trình gia công với trợ giúp phần mềm CATIA gia công hình thành chi tiết máy công cụ điều khiển số trình CAD/CAM trọn vẹn Tiến trình thực sử dụng tài liệu thực tế cụ thể để minh họa cho việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM lĩnh vực thiết kế chế tạo chi tiết máy Thực tế cho thấy, ứng dụng công nghệ CAD/CAM bước đột phá giúp nghiên cứu sản xuất chi tiết khí đa dạng chủng loại, phức tạp kết cấu đạt suất chất lượng sản phẩm cao nhằm cạnh tranh lành mạnh với sản phẩm loại nước sản xuất Tại Việt Nam việc ứng CAD/CAM trình sản xuất không điều lạ Nhưng nói, việc sử dụng phần mềm tích hợp CAD/CAM/CAE phần mềm CATIA cách thức chưa có doanh nghiệp hay sở sản xuất nước hướng đến Hy vọng luận văn học viên đóng góp phần vào tiến trình công nghiệp hóa, đại hóa đất nước Xin chân thành cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt Vũ Hoài Ân (2003), Nền sản xuất CNC, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà nội Trịnh Chất, Trịnh Đồng Tính (2005), Tự động hóa thiết kế khí, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà nội GS.TS Trần Văn Địch: Sổ tay thép giới Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội GS.TS Trần Văn Địch, PGS.TS Nguyễn Viết Tiếp, PGS.TS Trần Xuân Việt, PGS.TS Nguyễn Trọng Bình, PGS.TS Nguyễn Thế Đạt: Công nghệ chế tạo máy Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội - 2006 Nguyễn Quang Huy: Thiết kế khí mô 3D với CATIA Nhà xuất thống kê - tháng 01 -2007 Nguyễn Trọng Hữu: Thiết kế sản phẩm với CATIA P3V5 Nhà xuất giao thông vận tải - Tháng - 2007 PGS.TS Tạ Duy Liêm: Kỹ thuật điều khiển, điều chỉnh lập trình khai thác máy công cụ CNC Nguyễn Đắc Lộc, Tăng Huy (2002), Điều khiển số công nghệ máy điều khiển số CNC, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà nội Tiếng anh Dassault Systems, IBM (2006), CATIA V5R17 Material 10 William D.Engelke (1987), How to integrrate CAD/CAM System, Marcel Dekker Publisher, USA 11 Mike Lyunch, Mc Graw (2000), Computer Numerical Control for Machinning, Hill Book Publishing Company CAD/CAM - Implementation, Oganization and Intergration, Mc Graw - Hill Book Company Ltd, New Dehli Một số hình ảnh gia công thực tế : ... phần mềm CATIA thiết kế sản phẩm khuôn hút chân không 48 CHƯƠNG - ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CATIA TRONG LẬP TRÌNH GIA CÔNG KHUÔN HÚT CHÂN KHÔNG 72 4.1 Các công cụ lập trình gia công. .. VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM /CNC - CHƯƠNG - GIỚI THIỆU PHẦN MỀM CATIA - CHƯƠNG - ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CATIA TRONG THIẾT KẾ SẢN PHẨM - CHƯƠNG - ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CATIA TRONG LẬP TRÌNH GIA CÔNG KHUÔN HÚT CHÂN... luận văn thạc sỹ khoa học "Nghiên cứu, ứng dụng phần mềm Catia thiết kế gia công khuôn hút chân không máy phay CNC " hoàn toàn Tất kết thu từ trình nghiên cứu gia công thực tế Mọi tài liệu hỗ