Luận văn Nghiên cứu phục hồi trục cam động cơ nổ một xi lanh bằng công nghệ tiên tiến
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng, Luận văn thạc sỹ: “Nghiên cứu phục hồi trục cam
động cơ nổ một xi lanh bằng công nghệ tiên tiến” là công trình nghiên cứu của cá
nhân tôi, không sao chép của bất kỳ ai.
Tôi xin chịu mọi trách nhiệm về công trình nghiên cứu của riêng mình!
Nam Định, ngày......tháng 12 năm 2021
Người cam đoan
Trương Thanh Long
ii
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập, làm luận văn, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ,
chỉ bảo của các giáo viên đã giảng dạy, hướng dẫn, giúp tôi hoàn thành tốt chương
trình học và hoàn thiện được luận văn này.
Trước hết tôi xin được chân thành cảm ơn các thầy cô giáo giảng viên trường
Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định đã giảng dạy, giúp đỡ, chỉ bảo tận tình, giúp
tôi có được nhiều kiến thức rất mới và bổ ích, nâng cao trình độ, năng lực học tập và
sáng tạo. Tôi xin cảm ơn thầy giáo hướng dẫn TS. Trần Xuân Thảnh - Giảng viên
trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định, đã định hướng đề tài, hướng dẫn tận
tình tôi trong việc tiếp cận và khai thác tài liệu tham khảo cũng như những chỉ bảo
trong quá trình tôi làm luận văn.
Tôi xin cám ơn Ban giám hiệu Trường Cao đẳng Cơ điện và Xây dựng Việt Xô
(thị xã Tam Điệp Ninh Bình), tạo điều kiện hết sức thuận lợi cho tôi được tiến hành
thực nghiệm tại Trường, giúp tôi hoàn thành nghiên cứu của mình.
Cuối cùng tôi cảm ơn tập thể lãnh đạo, Ban giám hiệu Trường Cao đẳng Cơ
điện Tây Bắc, các đồng nghiệp và gia đình đã ủng hộ và động viên tôi trong suốt quá
trình học tập và làm luận văn này.
Trong quá trình làm luận văn, do kinh nghiệm của bản thân còn nhiều hạn chế
nên luận văn không tránh khỏi thiếu sót. Rất mong nhận được ý kến nhận xét, góp
ý của quý thầy cô và các bạn.
Tôi xin chân thành cám ơn!
Trương Thanh Long
iii
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ...........................................................................................vii
PHẦN MỞ ĐẦU................................................................................................................... 1
THUẬT THIẾT KẾ NGƯỢC............................................................................................. 6
1.1. Công nghệ CAD/CAM/CNC....................................................................................6
1.1.1. Khái niệm về CAD/CAM/CNC.............................................................................6
1.1.2.1. Chức năng của CAD/CAM ...............................................................................6
1.1.2.3. Lợi ích của CAD/CAM......................................................................................7
1.1.2.4. Phân tích một số lợi ích điển hình ....................................................................8
1.2. Kỹ thuật thiết kế ngược..........................................................................................14
1.2.1. Đặc điểm của thiết kế ngược...............................................................................14
1.2.1.1. Giới thiệu về kỹ thuật ngược...........................................................................14
1.2.1.2. Ưu nhược điểm của kỹ thuật ngược................................................................17
1.2.1.3. Các giai đoạn của kỹ thuật ngược ..................................................................17
1.2.1.4. Các ứng dụng của kỹ thuật thiết kế ngược......................................................18
1.2.2. Công cụ phần mềm Solidworks..........................................................................24
1.2.2.1. Tìm hiểu tổng quan về phần mềm...................................................................24
1.2.4. Công nghệ và thiết bị đo quét 3D .......................................................................28
1.2.4.1 Công nghệ quét 3D ..........................................................................................28
1.2.4.2. Các phương pháp đo.......................................................................................28
1.2.5.1. Tính năng........................................................................................................30
1.2.5.2. Cài đặt.............................................................................................................31
1.2.5.3. Sử dụng phần mềm..........................................................................................36
iv
1.3. Kết luận....................................................................................................................39
2.1. Công dụng của trục cam ........................................................................................40
2.2. Điều kiện làm việc...................................................................................................40
2.3. Vật liệu chế tạo........................................................................................................40
2.4. Cấu tạo.....................................................................................................................40
2.5. Nguyên lý làm việc ..................................................................................................43
2.6. Dẫn động trục cam..................................................................................................43
2.7. Các phương pháp chế tạo phôi trục cam..............................................................44
2.7.1. Trục cam phôi dập .............................................................................................44
2.7.2. Trục cam phôi đúc .............................................................................................45
2.8. Công nghệ phục hồi trục cam................................................................................46
2.8.1. Một số dạng sai hỏng của trục cam...................................................................46
2.8.2. Các phương pháp phục hồi trục cam.................................................................47
2.9. Giải pháp gia công phục hồi trục cam ..................................................................49
2.10. Kết luận..................................................................................................................50
3.1. Thiết kế lại trục cam bằng kỹ thuật thiết kế ngược.............................................51
3.1.1. Lựa chọn chi tiết và thiết bị ...............................................................................51
liệu số hóa....................................................................................................................54
3.2. Gia công trục cam động cơ nổ 1 xilanh.................................................................58
3.2.1. Chuẩn bị................................................................................................................58
3.2.1.1. Chuẩn bị phôi, dụng cụ cắt và máy ................................................................58
3.2.1.2. Lập quy trình công nghệ.................................................................................59
3.2.1.3. Lập chương trình NC......................................................................................62
3.2.2 Thực hiện gia công phục hồi................................................................................65
3.2.2.1. Tiến trình và kết quả gia công ........................................................................65
3.2.2.2. Đánh giá kết quả thực hiện sản phẩm ............................................................67
v
3.3. Kết luận....................................................................................................................68
KẾT LUẬN......................................................................................................................... 69
1. Kết luận....................................................................................................................69
2. Hướng nghiên cứu tiếp theo......................................................................................70
vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
STT Ký hiệu
Từ
Nghĩa
1
2
FE
Forward Enineering Kỹ thuật thiết kế thuận
Reverse Engineering Kỹ thuật thiết kế ngược hay kỹ thuật đảo
chiều, công nghệ chép mẫu
RE
3
4
5
6
CAD
CAM
CAE
Compurter
Design
Aided Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính
Compurter
Manufacturing
Computer
Engineering
Computer
Aided Sử dụng máy tính để tạo chương trình điều
khiển hệ thống sản xuất
Aided Tính toán kỹ thuật với sự trợ giúp của máy
tính
CAPP
Aided Lĩnh vực sử dụng máy tính trợ giúp thiết kế
Process Planning
quá trình công nghệ chế tạo sản phẩm
(thường được gọi là chuẩn bị công nghệ)
Gia công tạo mẫu nhanh
7
8
RP
Rapid Propotyping
CNC
Computerized
Điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính
Numerical Control
vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: So sánh kỹ thuật thuận và kỹ thuật ngược
Hình 1.2: Sơ đồ các giai đoạn của kỹ thuật ngược
Hình 1.3: Ứng dụng RE dựng mô hình CAD cho các tác phẩm nghệ thuật
Hình 1.4: Ứng dụng RE lấy mẫu hoa văn thủ công
Hình 1.5: Ứng dụng RE thiết kế lại sản phẩm cơ khí phức tạp
Hình 1.6: Ứng dụng RE lấy mẫu mặt người và động vật
Hình 1.7: Ứng dụng RE trong khảo cổ học
Hình 1.8: Ứng dụng RE tạo mảnh sọ não dùng trong y học
Hình 1.9: Sử dụng RE thiết kế nhân vật và môi trường trong Game
Hình 1.10: Công nghệ quét 3D để kiểm tra sản phẩm
Hình 1.11: Ứng dụng RE trong ngành nhựa - chế tạo xe ô tô
Hình 1.12: Ứng dụng RE trong ngành quảng cáo- maketing
Hình 1.13: Ứng dụng RE trong ngành điêu khắc đá
Hình 1.14: Ứng dụng RE trong ngành gia công mẫu
Hình 1.15: Ứng dụng RE trong ngành thiết kế nội thất - ngoại thất
Hình 1.16: Phần mềm Geomagic Studio
Hình 1.17: Máy đo và đầu đo dùng trong phương pháp đo tiếp xúc
Hình 1.18: Máy quét 3D Horus
Hình 1.19: Giao diện của máy quét 3D Horus
Hình 1.20: Cửa sổ làm việc ban đầu của máy quét 3D Horus
Hình 1.21: Cửa sổ chính làm việc của máy quét 3D Horus
Hình 1.22: Hướng dẫn hiệu chỉnh máy quét 3D Horus
Hình 1.23: Hiệu chỉnh cấu hình nâng cao máy quét 3D Horus
Hình 1.24: Hiệu chuẩn máy ảnh máy quét 3D Horus
Hình 1.25: Hiệu chuẩn laser máy quét 3D Horus
Hình 1.26: Hiệu chuẩn đĩa quay máy quét 3D Horus
Hình 1.27: Quá trình quét bằng máy quét 3D Horus
Hình 1.28: Phần mềm Horus
viii
Hình 1.29: Kết nối cáp và zắc cắm trên máy scan 3D Horus
Hình 1.30: Quét chi tiết
Hình 2.1: Trục cam động cơ 1 xi lanh
Hình 2.2: Trục cam động cơ nhiều xi lanh.
Hình 2.3: Hình dạng các cam
Hình 2.4: Các kiểu dẫn động cho trục cam
Hình 2.5: Trục cam phôi dập
Hình 2.6: Trục cam phôi đúc
Hình 2.7: Khuôn đúc vỏ mỏng trục cam
Hình 3.1: Hình dạng trục cam động cơ xe máy
Hình 3.2: Kết nối cáp và zắc cắm trên máy scan 3D Horus
Hình 3.3: Giao diện của máy quét 3D Horus
Hình 3.4: Chi tiết sau khi phun phủ
Hình 3.5: Quét chi tiết
Hình 3.6: Chi tiết sau khi đã quét xong theo 1 góc độ.
Hình 3.7: Các khuyết tật sau khi quét
Hình 3.8: Import dữ liệu quét
Hình 3.9: Sắp xếp các bản quét
Hình 3.10: Vật thể ở dạng lưới
Hình 3.11: Chỉnh sửa lưới
Hình 3.12: Chế độ Parametric Surfacing
Hình 3.13: Chế độ CAD
Hình 3.14: Sử dụng Solidwork hoàn thiện file
Hình 3.15: File hoàn thiện
Hình 3.16: Hình dạng và kích thước của phôi trước khi gia công
Hình 3.17: Hình ảnh bước 1 gia công thô mặt trụ Φ25
Hình 3.18: Hình ảnh bước 2 gia công tinh mặt trụ Φ25
Hình 3.19. Gia công khoan lỗ Φ4
Hình 3.20: Gia công khoan lỗ Φ8
ix
Hình 3.21: Bước gia công tiện các bề mặt trụ
Hình 3.22: Bước gia công các vấu cam
Hình 3.23: Sản phẩm sau khi thực hiện gia công phục hồi
Hình 3.24: Hình ảnh chi tiết sau khi được gia công phục hồi
1
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong những năm gần đây, khoa học và công nghệ phát triển với tốc độ cao,
ngành cơ khí chế tạo máy đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất các thiết bị,
công cụ cho mọi ngành trong nền kinh tế quốc dân tạo tiền đề cần thiết để các ngành
này phát triển mạnh hơn. Vì vậy việc phát triển khoa học kỹ thuật trong lĩnh vực công
nghệ chế tạo máy có ý nghĩa hàng đầu nhằm thiết kế, hoàn thiện, cải tiến và điều
khiển quá trình sản xuất đạt hiệu quả kinh tế cao. Hiện nay với động cơ đốt trong
được ứng dụng rất phổ biến trong những ứng dụng như: xe gắn máy, ô tô, tầu thủy,
hàng không, cơ giới hóa nông nghiệp. Trong động cơ đốt trong có rất nhiều chi tiết
lắp ghép lại với nhau để tạo thành một cụm máy và hoạt động đồng bộ với nhau. Với
động cơ đốt trong trục cam phân phối khí có nhiệm vụ dẫn động cho xupáp đóng, mở
cửa hút và cửa xả đúng theo yêu cầu và trật tự làm việc của động cơ. Trục cam của
động cơ đốt trong là loại trục có nhiều bậc nhưng các bậc này không cùng trên một
đường tâm, với những mặt lệch tâm này phải có biện pháp gia công thích hợp mới
tạo nên hình dáng bề mặt cũng như độ chính xác kích thước. Trước đây trục cam này
được gia công theo phương pháp truyền thống như tiện trên mâm cặp ba chấu bằng
cách gá lệch tâm hoặc rà gá thực hiện trên mâm cặp bốn chấu… với phương pháp gia
công trên có nhược điểm là mất rất nhiều thời gian, đòi hỏi người công nhân có tay
nghề cao và không đem lại gia công chính xác biên dạng cam của trục cam, vì vậy để
có một trục cam đúng biên dạng giống như thiết kế và độ chính xác cao thì ta tiến
hành dùng trên máy mài chuyên dùng bằng phương pháp chép hình theo biên dạng
cam mẫu. Việc chế tạo cam mẫu là một trong những bước quyết định chế tạo trục
cam. Cam mẫu phải có độ chính xác cao, có biên dạng cam giống như biên dạng cam
thiết kế. Ngày nay khoa học công nghệ phát triển, những chi tiết cam mẫu, dưỡng
chép hình được thay bằng những chương trình điều khiển số và chi tiết cam được gia
công trên máy công cụ điều khiển số CNC. Đặc điểm gia công trên máy CNC là mọi
chuyển động của dụng cụ cắt và dịch chuyển của chi tiết đều được lập trình nên gia
công chi tiết có độ chính xác cao, gia công được các bề mặt phức tạp, rút gắn được
2
thời gian sản xuất, nâng cao năng xuất và có tính năng linh hoạt cao. Công nghệ CNC
thường được kết hợp với các công nghệ CAD/CAM, kỹ thuật thiết kế ngược, tạo mẫu
nhanh trong công đoạn thiết kế. Những công nghệ tiên tiến này được ứng dụng trong
lĩnh vực cơ khí có nhiều tính năng kỹ thuật ưu việt, đáp ứng tốt nhu cầu thực tế sản
xuất linh kiện phụ tùng ô tô, xe máy trong nước, rút ngắn được quá trình phát triển
sản phẩm, nâng cao năng suất, độ chính xác chế tạo, đơn giản hóa quy trình công
nghệ, giảm giá thành sản phẩm.
Vì vậy, có thể thấy việc ứng dụng kỹ thuật thiết kế ngược, CAD/CAM/ CNC
để thiết kế và chế tạo phục hồi trục cam động cơ nổ một xi lanh có ý nghĩa thực tiễn
cao.
2. Lịch sử nghiên cứu
Từ khi ra đời vào những năm 90 của thế kỷ trước, kỹ thuật thiết kế ngược
(Reverse Engineering) đã được nghiên cứu, áp dụng trong nhiều lĩnh vực phát triển
nhanh sản phẩm, đặc biệt là trong lĩnh vực thiết kế mô hình 3D từ mô hình đã có sẵn
nhờ sự trợ giúp của máy tính. Kỹ thuật thiết kế ngược ngày càng phát triển theo sự
phát tiển của các phần mềm CAD/CAM. Nó luôn được quan tâm và cũng liên tục
được cải tiến để đáp ứng nhu cầu của xã hội trên nhiều lĩnh vực sản xuất. RE trở thành
1 bộ phận quan trọng của sản xuất hiện tại. Đã có nhiều công ty của nhiều quốc gia
ứng dụng hiệu quả và rất thành công công nghệ này. Có thể thấy Trung Quốc là một
điển hình. Nhiều sản phẩm như xe máy, ô tô, máy móc hàng loạt đồ gia dụng, đồ chơi
đã được sản xuất dựa trên sự sao chép, phát triển các mẫu có sẵn trên thị trường của
các hãng nổi tiếng của Nhật, Hàn Quốc như Honda, Misubishi, Toyota...
Trên thế giới hiện nay các tập đoàn lớn, đặc biệt là các tập đoàn sản xuất vũ
khí phục vụ cho quốc phòng việc nghiên cứu phục hồi sản phẩm được thực hiện trong
một chu trình khép kín từ số hoá sản phẩm bằng việc sử dụng máy scan 3D đến hiệu
chỉnh, phát triển sản phẩm bằng phần mềm CAD và lạp quy trình gia công trên phần
mềm CAM tích hợp, sau đó gia công trên máy CNC. Ngoài ra họ còn sử dụng công
cụ này để phát triển nâng cấp các sản phẩm mình nhằm thay đổi mẫu mã để phù hợp
với thị trường và điều kiện thực tế của từng quốc gia.
3
Ở Việt Nam, trong những năm gần đây kỹ thuật thiết kế ngược cũng đã được
áp dụng vào sản xuất. Tuy nhiên phần lớn chưa mang tính chuyên nghiệp. Việc ứng
dụng các thiết bị số hóa công nghệ cao chuyên dụng (máy quét 3D), các phần mềm
thiết kế ngược vẫn chưa nhiều. Chỉ có 1 số ít công ty có thể làm theo hợp đồng như
công ty Hoàng Quốc, Trung tâm dịch vụ công nghệ 3D (3D Tech). Các viện, các
trường đại học như trường Đại Học Giao thông vận tải, Đại Học Bách Khoa TP Hồ
Chí Minh, Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam
Định... đã có máy quét 3D nhưng chủ yếu vẫn là phục cho học tập và nghiên cứu.
Trong lĩnh vực phối hợp các sản phẩm và các chi tiết máy móc trong lĩnh vực
cơ khí hiện nay cũng đang được nghiên cứu và phát triển, đặc điệt là ngành chế tạo
phục hồi và sửa chữa các chi tiết máy bị hư hỏng trong việc phục chế các loại máy
móc đã sử dụng lâu năm không có các chi tiết thay thế. Cụ thể hơn nữa là phục hồi
các chi tiết máy trong các loại động cơ được sản xuất đầu thế kỷ 20 mà hiện nay một
số các chi tiết đã bị hư hỏng mà hiện nay không tìm được nguồn thay thế, buộc phải
chế tạo những chi tiết đó. Nhưng thực tế việc chế tạo những sản phẩm như thể hiện
vẫn được làm thủ công nên độ chính xác thấp, khi lắp ghép không cho độ chính xác
cao và có thể máy móc không chạy được dẫn đến hiệu quả chỉnh nhiều lần, làm tốn
kém thời gian và kinh tế. Nên việc áp dụng kỹ thuật ngược trong chế tạo những sản
phẩm đó hiện đang được hiện thực hóa nhờ các công trình nghiên cứu của các nhà
khoa học trong và ngoài nước ở những trường hàng đầu Việt Nam trong đó có Trường
đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định.
Chính vì vậy, tác giả chọn đề tài nghiên cứu luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu phục
hồi trục cam động cơ nổ một xi lanh bằng công nghệ tiên tiến”
3. Mục đích nghiên cứu của luận văn
Mục đích nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu các công nghệ, kỹ thuật và công
cụ tiên tiến: CAD/CAM/CNC, kỹ thuật thiết kế ngược, áp dụng vào quy trình chế tạo
phục hồi trục cam động cơ nổ một xi lanh nhằm nâng cao độ chính xác gia công, giảm
thời gian thiết kế và chế tạo.
4
4. Nội dung nghiên cứu
Để đạt được mục đích nghiên cứu của đề tài, nội dung nghiên cứu bao gồm các
phần sau:
- Công nghệ, kỹ thuật và công cụ thiết kế ngược, CAD/CAM/CNC
- Nghiên cứu, phân tích yêu cầu, điều kiện làm việc, đặc điểm sử dụng, tính công
nghệ trong kết cấu của trục cam động cơ nổ một xi lanh.
- Xây dựng quy trình gia công phục hồi chi tiết trục cam động cơ nổ một xi lanh
với các công nghệ, kỹ thuật, công cụ tiên tiến.
- Số hóa, thiết kế lại chi tiết trục cam động cơ nổ một xi lanh.
- Sử dụng công cụ CAD/CAM/CNC lập trình gia công phục hồi chi tiết trục cam
động cơ nổ một xi lanh.
- Gia công phục hồi chi tiết trục cam động cơ nổ một xi lanh.
5. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết các công nghệ, kỹ thuật, công cụ tiên tiến; tổng hợp, phân
tích quy trình gia công phục hồi chi tiết trục cam, xây dựng quy trình mới; gia công
chế tạo thử nghiệm và đánh giá quy trình mới.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
6.1. Ý nghĩa khoa học
Nghiên cứu áp dụng được những công nghệ, kỹ thuật tiên tiến như
CAD/CAM/CNC và kỹ thuật ngược vào quy trình chế tạo phục hồi trục cam động cơ
nổ một xi lanh đang được từng bước ứng dụng trong thực tế sản xuất, nhờ vào các
công nghệ này mà chúng ta có thể sản xuất được những sản phẩm có chất lượng có
tính kinh tế và kỹ thuật cao.
Đây là công nghệ được ứng dụng trong lĩnh vực cơ khí có nhiều tính năng kỹ
thuật ưu việt, đáp ứng tốt nhu cầu thực tế vào thực tế sản xuất linh kiện phụ tùng ô
tô, xe máy trong nước, nhằm đa dạng hóa mẫu mã, rút ngắn được quá trình phát triển
sản phẩm, nâng cao năng suất, độ chính xác chế tạo, đơn giản hóa quy trình công
nghệ, giảm giá thành sản phẩm...
5
6.2. Ý nghĩa thực tiễn
Từ các kết quả nghiên cứu tác giả đánh giá được khả năng ứng dụng kỹ thuật
ngược trong thiết kế gia công cơ khí, cụ thể là ứng dụng trực tiếp vào chế tạo trục
cam trên động cơ nổ một xi lanh. Nhằm thay thế cho phương pháp hàn đắp gia công
lại, mài chép hình đã được sử dụng trong ngành chữa ô tô trong các ga ra, trong các
xưởng sửa chữa lớn trong nước.
Ứng dụng được các công nghệ tiên tiến như công nghệ tái tạo ngược, công
nghệ CAD/CAM/CNC vào sản xuất các sản phẩm cơ khí chất lượng cao.
Đề tài mang tính ứng dụng cao, kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở cho việc
lựa chọn phương pháp thiết kế sản phẩm và tối ưu hóa sản phẩm mẫu.
6
CHƯƠNG I: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ, CÔNG CỤ
CAD/CAM/CNC VÀ KỸ THUẬT THIẾT KẾ NGƯỢC
1.1. Công nghệ CAD/CAM/CNC
1.1.1. Khái niệm về CAD/CAM/CNC
- CAD - Computer Aided Design: Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính. Mục
tiêu của lĩnh vực CAD là tự động hóa từng bước, tiến tới tự động hóa cao hơn trong
thiết kế sản phẩm.
- CAM - Computer Aided Manufacturing: Chế tạo sản xuất có sự trợ giúp của
máy tính. Mục tiêu của CAM là mô phỏng quá trình chế tạo, lập trình chế tạo sản
phẩm trên các máy công cụ tự động. CAD/ CAM là lĩnh vực nghiên cứu nhằm tạo ra
các hệ thống tự động thiết kế và chế tạo trong đó máy tính điện tử được sử dụng để
thực hiện một số chức năng nhất định.
- CNC: Computer Numerical Control: Điều khiển số nhờ máy tính. Máy CNC
là một loại máy công cụ được điều khiển tự động bằng các chương trình số, chẳng
hạn như máy tiện, máy phay, và máy cắt.
1.1.2. Chức năng, ứng dụng và lợi ích của CAD/CAM
1.1.2.1. Chức năng của CAD/CAM
Khác biệt cơ bản với qui trình thiết kế theo công nghệ truyền thống, CAD cho
phép quản lý đối tượng thiết kế dưới dạng mô hình hình học số trong cơ sở dữ liệu
trung tâm, do vậy CAD có khả năng hỗ trợ các chức năng kỹ thuật ngay từ giai đoạn
phát triển sản phẩm cho đến giai đoạn cuối của quá trình sản xuất, tức là hỗ trợ điều
khiển các thiết bị sản xuất bằng điều khiển số.
Hệ thống CAD được đánh giá có đủ khả năng để thực hiện chức năng yêu cầu
hay không, phụ thuộc chủ yếu vào chức năng xử lý của các phần mềm thiết kế. Ngày
nay những bộ phần mềm CAD/CAM chuyên nghiệp phục vụ thiết kế và gia công
khuôn mẫu có khả năng thực hiện được các chức năng cơ bản sau [3,4].
- Thiết kế mô phỏng hình học 3 chiều (3D) những hình dạng phức tạp.
- Giao tiếp với các thiết bị đo, quét toạ độ 3D thực hiện nhanh chóng các chức
7
năng mô phỏng hình học từ dữ liệu số.
- Phân tích và liên kết dữ liệu: tạo mặt phân khuôn, tách khuôn, quản lý kết
cấu lắp ghép...
- Tạo bản vẽ và ghi kích thước tự động: có khả năng liên kết các bản vẽ 2D
với mô hình 3D và ngược lại.
- Liên kết với các chương trình tính toán thực hiện các chức năng phân tích kỹ
thuật: tính biến dạng khuôn, mô phỏng dòng chảy vật liệu, trường áp suất, trường
nhiệt độ, độ co rút vật liệu…
- Nội suy hình học, biên dịch các kiểu đường chạy dao chính xác cho công
nghệ gia công điều khiển số.
- Giao tiếp dữ liệu theo các định dạng đồ hoạ chuẩn.
- Xuất dữ liệu đồ hoạ 3D dưới dạng tập tin STL để giao tiếp với các thiết bị
tạo mẫu nhanh theo công nghệ tạo hình lập thể.
1.1.2.2. Những ứng dụng của CAD/CAM trong ngành chế tạo máy
- Tạo mẫu nhanh thông qua giao tiếp dữ liệu với thiết bị tạo mẫu nhanh theo
công nghệ tạo hình lập thể (đo quét toạ độ).
- Giảm đáng kể thời gian mô phỏng hình học bằng cách tạo mô hình hình học
theo cấu trúc mặt cong từ dữ liệu số.
- Chức năng mô phỏng hình học mạnh, có khả năng mô tả những hình dáng
phức tạp nhất.
- Khả năng mô hình hoá cao cho các phương pháp phân tích, cho phép lựa
chọn giải pháp kỹ thuật tối ưu [1,2,5,7].
1.1.2.3. Lợi ích của CAD/CAM
Lợi ích của CAD có nhiều, song chỉ có một số trong đó là có thể định lượng
được. Một số lợi ích khác khó có thể lượng hoá được mà chỉ thể hiện ở chất lượng
công việc được nâng cao, thông tin tiện dụng, điều khiển tốt hơn v.v...
Một số lợi ích của CAD trong hệ tích hợp CAD/CAM:
- Nâng cao năng suất kỹ thuật
- Giảm thời gian chỉ dẫn
8
- Giảm số lượng nhân viên kỹ thuật
- Dễ cải tiến cho phù hợp với khách hàng
- Phản ứng nhanh với nhu cầu thị trường
- Tránh phải ký các hợp đồng con để kịp tiến độ
- Hạn chế lỗi sao chép đến mức tối thiểu
- Độ chính xác thiết kế cao
- Khi phân tích dễ nhận ra những tương tác giữa các phần tử cấu thành
- Phân tích chức năng vận hành tốt hơn nên giảm khâu thử nghiệm trên mẫu
- Thuận lợi cho việc lập hồ sơ, tư liệu
- Bản thiết kế có tính tiêu chuẩn cao
- Nâng cao năng suất thiết kế dụng cụ cắt
- Dễ tiết kiệm về chi phí, giảm giá thành
- Giảm thời gian đào tạo hội họa viên và lập trình viên cho máy NC
- Ít sai sót trong lập trình cho máy NC
- Giúp tăng cường sử dụng các chi tiết máy và dụng cụ cắt có sẵn
- Thiết kế dễ phù hợp với các kỹ thuật chế tác hiện có
- Tiết kiệm vật liệu và thời gian máy nhờ các thuật toán tối ưu
- Nâng cao hiệu quả quản lý trong thiết kế
- Dễ kiểm tra chất lượng sản phẩm phức tạp
- Nâng cao hiệu quả giao diện thông tin và dễ hiểu nhau hơn giữa các nhóm
kỹ sư, thiết kế viên, hội họa viên, quản lý và các nhóm khác [3,4].
1.1.2.4. Phân tích một số lợi ích điển hình
a. Nâng cao năng suất thiết kế
Năng suất cao giúp cho vị thế cạnh tranh của một hãng được nâng lên vì giảm
được yêu cầu nhân lực của một đồ án, dẫn tới hạ giá thành và thời gian xuất xưởng
của một sản phẩm. Tổng kết một số đơn vị có sử dụng hệ CAD cho thấy năng suất có
thể tăng từ 3 - 10 lần so với công nghệ thiết kế cũ, thậm chí còn cao hơn, tuỳ theo các
yếu tố sau đây:
- Độ phức tạp của bản vẽ kỹ thuật
9
- Mức độ tỉ mỉ của bản vẽ
- Mức độ lặp đi lặp lại của chi tiết hay bộ phận được thiết kế
- Mức độ đối xứng của bộ phận được thiết kế
- Tính dùng chung của các chi tiết để lập thư viện [2,3,4].
b. Giảm thời gian chỉ dẫn
Thiết kế với hệ CAD nhanh hơn thiết kế theo cách truyền thống, đồng thời nó
cũng đẩy nhanh các tác vụ lập biểu bảng và báo cáo (lập các bảng liệt kê cụm lắp
ghép chẳng hạn) mà trước đây phải làm bằng tay. Do vậy, một hệ CAD có thể tạo ra
một tập bản vẽ cuối cùng về các chi tiết máy và các báo cáo, biểu bảng kèm theo một
cách nhanh chóng.
Thời gian chỉ dẫn trong thiết kế được rút ngắn dẫn đến kết quả là làm giảm
thời gian kể từ khi nhận đơn đặt hàng đến khi giao sản phẩm [2,3,4].
c. Phân tích thiết kế
Các chương trình phân tích thiết kế có sẵn trong một hệ CAD giúp quá trình
thiết kế diễn ra theo những khuôn mẫu tác nghiệp có logic hơn, không cần phải trao
đi đổi lại giữa nhóm thiết kế và nhóm phân tích mà cũng những con người ấy, họ vẫn
có thể tiến hành công việc phân tích khi bản thiết kế vẫn còn nằm trên máy tính của
trạm thiết kế. Điều đó giúp cho người kỹ sư tập trung tư tưởng hơn vì họ đang đối
thoại trực tiếp với bản thiết kế cuả mình. Nhờ khả năng phân tích này mà bản thiết sẽ
tối ưu hơn. Mặt khác, thời gian thiết kế nói chung cũng sẽ được tiết kiệm hơn do sự
phân tích thiết kế giờ đây ứng xử nhanh hơn và không còn mất thời gian trao đi đổi
lại từ bản vẽ của người thiết kế tới bàn làm việc của người phân tích như trước đây
nữa.
Do các hệ CAD cho phép phân tích và sửa đổi một bản thiết kế sơ bộ một cách
dễ dàng và thuận lợi nên người ta có thể đưa ra nhiều phương án để nghiên cứu, so
sánh, và vì thế có thể nói thiết kế trên hệ CAD cho kết quả tốt hơn trước đây nhiều
[2,3,4].
d. Giảm sai sót thiết kế
Các hệ CAD vốn có khả năng tránh các sai sót về thiết kế, bản vẽ và lập hồ sơ
10
tư liệu, thuyết minh kỹ thuật. Do vậy các lỗi vào (input) và di chuyển dữ liệu ... thường
xảy ra khi lập liệt kê chi tiết và làm dự trù vật liệu bằng cách thủ công thì ở đây đều
bị loại bỏ. Sở dĩ có thể chính xác như vậy chủ yếu là do khi đã có bản vẽ ban đầu rồi
thì các thông tin về nó không còn phải quản lý bằng cách thủ công nữa. Mặt khác,
các công việc lặp đi lặp lại, tốn nhiều thời gian sau khi có bản vẽ nói trên như di
chuyển nhiều ký hiệu hay hình vẽ, sắp xếp theo khu vực hay theo chi tiết cùng loại
v.v... đều được thực hiện nhanh chóng với kết quả chính xác và nhất quán.
Nhờ khả năng tương tác người - máy, các hệ CAD còn có khả năng đặt câu
hỏi xem dữ liệu đưa vào có mắc lỗi không. Đương nhiên các khả năng kiểm tra việc
vào dữ liệu loại này tuỳ thuộc vào ý định của các nhà thiết kế hệ CAD muốn đặt câu
hỏi cho dữ liệu đầu vào nào và hỏi cái gì để người thiết kế tự kiểm tra lại xem mình
vào đã đúng chưa [2,3,4].
e. Các phép tính thiết kế có độ chính xác cao hơn
Độ chính xác toán học trong hệ CAD là 14 con số có nghĩa sau dấu chấm thập
phân. Đặc biệt độ chính xác khi thiết kế các đường và mặt ba chiều thì cho đến nay
chưa có phương pháp tính tay nào so sánh được. Độ chính xác do sử dụng các hệ
CAD còn thể hiện ở rất nhiều phương diện. Chẳng hạn các chi tiết được đặt tên và
đánh số như thế nào thì chúng vẫn được bảo toàn trong toàn bộ các bản vẽ. Hoặc nếu
có một sự thay đổi nào của một chi tiết thì sự thay đổi ấy vẫn được bảo toàn trong
toàn bộ gói hồ sơ và tác động tới tất cả các bản vẽ có sử dụng chi tiết ấy.
Độ chính xác do hệ CAD mang lại còn làm cho việc lập tiên lượng và dự toán
công trình được chính xác hơn, tiến độ mua sắm vật tư được sát sao hơn [2,3,4].
f. Tiêu chuẩn hoá các thủ tục thiết kế, lập bản vẽ và lập tư liệu
Trong một hệ CAD, chỉ có một cơ sở dữ liệu duy nhất và một hệ điều hành
(DOS hoặc WINDOWS chẳng hạn) được thống nhất dùng chung cho mọi trạm thiết
kế của hệ. Do vậy, một cách tự nhiên, hệ cung cấp một tiêu chuẩn thống nhất cho mọi
thủ tục và mọi quá trình thiết kế cũng như thiết lập bản vẽ. Các bản vẽ đều được vẽ
ra theo một quy định thống nhất, vì những quy định này đã được thiết lập sẵn trong
hệ CAD rồi [2,3,4].
11
g. Bản vẽ dễ đọc và dễ hiểu hơn
CAD tạo ra và sửa đổi một bản vẽ hình chiếu trực lượng, chiếu xiên cũng dễ
dàng như vậy đối với bản vẽ hình chiếu trực giao.
Nói chung, tính dễ đọc dễ hiểu của một bản vẽ phụ thuộc trực tiếp vào phép
chiếu được sử dụng trong bản vẽ đó: chiếu phối cảnh dễ hình dung hơn chiếu trực
lượng, và chiếu trực lượng dễ hình dung hơn chiếu trực giao.
Trên thực tế, hầu hết các bản vẽ kết cấu là từ các đường nét kết hợp lại, nếu
được đánh bóng thêm vào thì chúng càng dễ hiểu hơn, và đánh màu càng làm nổi bật
hơn nữa. Cuối cùng, phép hoạt hoá hình ảnh trên màn hình CRT càng giúp cho người
quan sát dễ hiểu thêm một mức nữa [2,3,4].
h. Các thủ tục thay đổi kỹ thuật được cải thiện hơn
Các bản vẽ và các tư liệu gốc được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu của hệ CAD.
Điều đó cho phép truy nhập dễ hơn là khi chúng được cất trong kho lưu trữ thông
thường, cho phép kiểm tra lại chúng một cách nhanh chóng dựa theo những thông tin
mới. Do việc lưu trữ dữ liệu là rất đảm bảo nên các thông tin quá khứ trong các bản
vẽ trước kia vẫn rất dễ dàng lưu lại trong cơ sở dữ liệu của hệ CAD, thuận tiện cho
việc so sánh với những yêu cầu của bản vẽ hay bản thiết kế mới [2,3,4].
i. Các lợi ích trong giai đoạn chế tạo
Cơ sở dữ liệu của hệ CAD/CAM được dùng cho cả giai đoạn thiết kế và việc
lập kế hoạch và điều khiển sản xuất. Các lợi ích trong giai đoạn chế tạo bao gồm:
- Thiết kế đồ gá và dụng cụ cắt để chế tạo sản phẩm
- Lập trình NC
- Lập quy trình công nghệ bằng máy tính.
- Liệt kê bản vẽ lắp (do hệ CAD lập) để sản xuất.
- Dò khuyết tật bằng máy tính
- Lập kế hoạch tay máy người máy
- Lập công nghệ nhóm
Tất cả những lợi ích này có được là nhờ cơ sở dữ liệu do hệ CAD/CAM tạo ra
mà khởi đầu là những dữ liệu được tạo ra từ giai đoạn CAD [2,3,4].
Tải về để xem bản đầy đủ
81 trang
16681
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Nghiên cứu phục hồi trục cam động cơ nổ một xi lanh bằng công nghệ tiên tiến", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- luan_van_nghien_cuu_phuc_hoi_truc_cam_dong_co_no_mot_xi_lanh.pdf
