Báo cáo Nghiên cứu & ứng dụng artcam pro trong quá trình phân tích, thiết kế và gia công sản phẩm (Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Nghiên cứu & ứng dụng artcam pro trong quá trình phân tích, thiết kế và gia công sản phẩm (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU & ỨNG DỤNG ARTCAM PRO TRONG QUÁ TRÌNH PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG SẢN PHẨM S K C 0 0 3 9 5 9 MÃ SỐ: T2013-111 S KC 0 0 5 3 8 9 Tp. Hồ Chí Minh, 2013
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƢỜNG NGHIÊN CỨU& ỨNG DỤNG ARTCAM PRO TRONG QUÁ TRÌNH PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG SẢN PHẨM Mã số: T2013-111 Chủ nhiệm đề tài: KS. TẠ NGUYỄN MINH ĐỨC TP. HCM, 11/2013
3. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƢỜNG NGHIÊN CỨU& ỨNG DỤNG ARTCAM PRO TRONG QUÁ TRÌNH PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG SẢN PHẨM Mã số: T2013-111 Chủ nhiệm đề tài:KS. TẠ NGUYỄN MINH ĐỨC TP. HCM, 11/2013
4. NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI Đơn vị công tác và Nội dung nghiên cứu TT Họ và Tên Chữ ký lĩnh vực chuyên môn cụ thể đƣợc giao Bộ môn CNTĐ, 1 TẠ NGUYỄN MINH ĐỨC khoa CKM ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH Tên đơn vị Họ và tên ngƣời Nội dung phối hợp nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đại diện đơn vị II
5. MỤC LỤC Trang MỤC LỤC III THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU IX CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 7 1. GIỚI THIỆU 7 2. ĐẶT VẤN ĐỀ 8 3. TÍNH CẤP THIẾT Error! Bookmark not defined. 4. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 9 5. CÁC TIẾP CẬN, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 10 6. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 10 7. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined. CHƢƠNG 2: NỘI DUNG 12 1. BẮT ĐẦU SỬ DỤNG ARTCAM PRO Error! Bookmark not defined. 2. THIẾT KẾ MẶT DÂY CHUYỀN 29 3. GIA CÔNG MẶT DÂY CHUYỀN THÔ 42 4. THIẾT KẾ 3D RELIEF TỪ VECTOR 43 5. TẠO RELIEF TỪ BITMAP 49 CHƢƠNG 3: KẾT LUẬN 60 1. KẾT LUẬN 60 2. KIẾN NGHỊ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 III
6. BM 08T. Thông tin kết quả nghiên cứu BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung - Tên đề tài:NGHIÊN CỨU& ỨNG DỤNG ARTCAM PRO TRONG QUÁ TRÌNH PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG SẢN PHẨM. - Mã số: T2013-111. - Chủ nhiệm: TẠ NGUYỄN MINH ĐỨC. - Cơ quan chủ trì: khoa Cơ khí Chế tạo máy. - Thời gian thực hiện: từ 01/2013 đến 12/2013. 2. Mục tiêu - Nghiên cứu, tìm hiểu phần mềm ArtCAM Pro. - Thực hiện quá trình phân tích, thiết kế và gia công bằng ArtCAM Pro. 3. Tính mới và sáng tạo Đề tài định hƣớng nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn nhằm thiết kế, gia công sản phẩm bằng phần mềm ArtCAM Pro. Đây là một đề tài mang tính cấp thiết cao vì sản phẩm nghiên cứu của đề tài là một hệ thống quy trình phân tích, thiết kế, gia công một cách chính xác và nhanh chóng phục vụ quá trình sản xuất công nghiệp nhằm tiết kiệm chi phí. 4. Kết quả nghiên cứu - Quy trình công nghệ thiết kế, gia công sản phẩm bằng ArtCAM Pro. - Một số sản phẩm điển hình gia công bằng phần mềm ArtCAM Pro. 5. Sản phẩm Sản phẩm nghiên cứu của đề tài: - Tài liệu thuyết minh đề tài. IV
7. BM 08T. Thông tin kết quả nghiên cứu 6. Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng - Đề tài đã đạt đƣợc tất cả các yêu cầu đề ra. - Áp dụng là tài liệu tham khảo phục vụ cho đào tạo ngành công nghệ tự động, cơ khí chế tạo máy. Ngày 22 tháng 11 năm 2013 Trƣởng đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên, đóng dấu) (ký, họ và tên) TẠ NGUYỄN MINH ĐỨC V
8. Chƣơng 1: Tổng quan CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1. GIỚI THIỆU ArtCAM là chƣơng trình phần mềm thiết kế CAD/CAM độc đáo của hãng DELCAM (Anh). ArtCAM Pro là một giải pháp hoàn chỉnh cho quá trình thiết kế và sản xuất các mô hình phù điêu 2D và 3D. Bộ phần mềm ArtCAM của hãng DELCAM bao gồm: ArtCAM JewelSmith là một thiết kế và sản xuất giải pháp chuyên nghiệp 3D cho trang sức. ArtCAM Pro là một giải pháp hoàn chỉnh cho việc thiết kế và sản xuất các mô hình phù điêu (relief) 2D & 3D. ArtCAM Insignia là để bố trí sản xuất các cấp và gia công các mô hình phù điêu 2D & 3D. ArtCAM Express là một thiết kế chi phí thấp và giới thiệu giải pháp gia công. ArtCAM cho phép thiết kế các Relief (ArtCAM 3D models) phức tạp một cách nhanh chóng và dễ dàng từ các Vector 2D (ArtCAM Wireframe) hoặc bitmap. Các vector và bitmap có thể đƣợc tạo trong môi trƣờng ArtCAM hoặc đƣợc đƣa vào từ các phần mềm thiết kế khác. Hình 1: Giao diện trang chủ của DELCAM (www.delcam.com). 6
9. Chƣơng 1: Tổng quan ArtCAM cung cấp các công cụ để tùy chỉnh các relief và kết hợp với các relief đã đƣợc lƣu trƣớc đó. Một khi các vector hay relief đã đƣợctạo ra thì phần mềm có thể tính toán đƣờng chạy dao cho chúng bất kể đó là gia công thô (Roughing), gia công tinh (Finishing) hay là chạm khắc (Engraving). Sau đó phần mềm có thể mô phỏng đƣờng chạy dao nhằm tạo ra một cái nhìn tổng thể và thực tế nhất về sản phẩm trƣớc cả khi gia công thực sự. 2. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong lĩnh vực gia công, một phần lớn các thông số kỹ thuật cơ bản đƣợc tích hợp vào ArtCAM từ hệ thống kỹ thuật CAM hàng đầu của DelCam, PowerMill. Điều này đã cho phép sự bao gồm những kỹ thuật đa luồng mới nhất và vì vậy cung cấp sự tính toán nhanh hơn. Nó cũng cung cấp cho những ngƣời sử dụng sự linh hoạt lớn hơn để chỉnh sửa toolpaths, đặc biệt để tối ƣu hóa sự dẫn dắt và liên kết. Với ArtCAM Insignia và ArtCAM Pro, thêm phần tự động hóa đã đƣợc giới thiệu khi thiết kế gia công nhập nhƣ lớp DXF hay các file PDF từ hệ thống CAD khác. Sử dụng mẫu Toolpath, trƣớc đây quy định chiến lƣợc gia công, những dụng cụ cắt và các thông số gia công có thể đƣợc áp dụng cho các lớp có tên trong tập tin đƣợc nhập vào, sử dụng nhấp chuột đơn giản. Cấu trúc của lớp cũng đƣợc lƣu trữ khi một thiết kế đƣợc copy hoặc ngay cả khi nó tự động lồng vào nhau để giảm tối thiểu lãng phí vật liệu. Điều này có nghĩa là với cùng một mẫu Toolpath có thể đƣợc áp dụng cho tất cả các bản sao đồng thời, làm giảm đánh kể thời gian cần thiết để gia công nhiều lớp phức tạp, tối ƣu hóa và chiến lƣợc Toolpath. ARTCAM Pro cung cấp các công cụ mô hình 3D tiên tiến và chiến lƣợc gia công linh hoạt để cho ra các giải pháp hoàn chỉnh cho mọi nhu cầu gia công CNC nhƣ: làm huy hiệu nổi, chế biến đồ gỗ, khắc và làm khuôn 3D để sản xuất thiệp cƣới, sản xuất khuôn bánh kẹo, đúc tiền, đóng gói Với máy điêu khắc CNC, những công việc mất nhiều thời gian ngày xƣa bây giờ có thể thực hiện một cách nhanh chóng và hiệu quả. 7
10. Chƣơng 1: Tổng quan ArtCAM Express dành cho những ngƣời mới sử dụng công cụ CNC, ArtCAM Insignia cho gia công sản xuất và ArtCAM Pro với những thiết kế phức tạp hơn và sản xuất, cộng với phiên bản ArtCAM Jewel Smith dành cho ngành công nghiệp đồ trang sức. Tất cả các ứng dụng ArtCAM sẽ có một giao diện mới, có thể đƣợc tùy chỉnh bởi ngƣời sử dụng để có hiệu quả tối ƣu. Trong phiên bản phát hành mới, giao diện hoàn toàn tùy biến, nghĩa là mỗi ngƣời sử dụng có thể cài đặt phần mềm để truy cập nhanh hơn đến các lệnh mà họ sử dụng thƣờng xuyên. Tƣơng tự, các lệnh hiếm khi đƣợc sử dụng có thể đƣợc ẩn từ các lựa chọn menu ban đầu. Điều này giúp chúng ta hình dung mô hình thiết kế tốt hơn. 3. TÍNH CẤP THIẾT ArtCAM Pro cho phép sản xuất các chi tiết có chất lƣợng cao, chi tiết và phức tạp trong thiết kế và cho phép có thời gian gia công ngắn hơn với ƣu điểm về chi phí sản xuất. Một số trong những lợi thế của ArtCAM bao gồm: Nâng cao hiệu quả của thiết kế hiện tại và quá trình sản xuất, do đó tăng năng suất, cắt giảm chi phí và tăng lợi nhuận. Mở rộng phạm vi sản phẩm và dịch vụ cung cấp cho hiện tại và tƣơng lai. Nâng cao hiệu quả của quá trình gia công hiện có cũng nhƣ khai thác tính năng mới. Đƣợc nhiều lợi thế kinh doanh từ các đối thủ cạnh tranh về mặt công nghệ. An toàn, dễ sử dụng quy trình sản xuất trong thời gian nhanh nhất từ trên màn hình thiết kế để hoàn thành quy trình gia công. ArtCAM sử dụng của một chiếc thiết bị tích hợp cho sản xuất thiết kế trên nhiều loại máy công cụ CNC hoặc router, hoặc tập tin đầu ra cho prototyping nhanh chóng. Trợ giúp quá trình thiết kế sản phẩm mới và phát triển hệ thống sản phẩm hiện có. 4. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 8
11. Chƣơng 1: Tổng quan Đề tài định hƣớng nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn nhằm xây dựng một quy trình công nghệ phân tích, thiết kế và chế tạo sản phẩm điêu khắc bằng chƣơng trình ArtCAM Pro. Đây là một đề tài mang tính thực tiễn cao vì sản phẩm nghiên cứu của đề tài là một hệ thống quy trình gia công sản phẩm mang tính thẩm mỹ. Các mục tiêu chính của đề tài hƣớng đến các vấn đề sau: Thiết kế từ bitmap và vector, so sánh ƣu nhƣợc điểm của từng phƣơng pháp. Khởi tạo bản thiết kế từ hình chụp hoặc hình quét. Gia công hình nổi 3D, tạo text và hiệu ứng. Thiết kế những mẫu điêu khắc thực tế. Hƣớng dẫn tạo hình nổi chi tiết với Relief. Các phƣơng pháp ăn dao và xuất chƣơng trình gia công 2D. Lập trình gia công CNC – 2D/3D Toolspaths. 5. CÁCH TIẾP CẬN, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 5.1. Cách tiếp cận - Tìm hiểu các thiết bị, máy móc CNC sẵn có tại Trung tâm CNC, trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật. - Sử dụng các tài liệu (sách, báo, tạp chí ) có liên quan để giới thiệu về ArtCAM Pro. 5.2. Phƣơng pháp nghiên cứu - Phƣơng pháp điều tra, khảo sát. - Phƣơng pháp phân tích lý thuyết. - Phƣơng pháp chế tạo thực nghiệm. 6. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 6.1. Đối tƣợng nghiên cứu - Các quy trình thiết kế gia công chi tiết bằng ArtCAM Pro. 9
12. Chƣơng 1: Tổng quan 6.2. Phạm vi nghiên cứu - Phần mềm ArtCAM Pro. 7. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu ứng dụng của ArtCAM. - Tìm hiểu giao diện của ArtCAM. - Nghiên cứu quy trình phân tích, thiết kế bằng ArtCAM Pro. - Nghiên cứu quy trình gia công CNC bằng ArtCAM Pro. 10
13. Chƣơng 2: Nội dung CHƢƠNG 2: NỘI DUNG 1. BẮT ĐẦU SỬ DỤNG ARTCAM PRO Double click chuột trái vào biểu tƣợng ArtCAM trên màn hình desktop. Cửa sổ bắt đầu làm việc của ArtCAM sẽ xuất hiện nhƣ hình trên. Để bắt đầu làm việc với ArtCAM ngƣời sử dụng phải tạo New Model hoặc New Project (cho sản phẩm cần có độ phức tạp nhất định hoặc cần lắp ráp). Chọn Create New Model . Một cửa sổ nhỏ sẽ xuất hiện để cài đặt các thông số ban đầu của New Model. 11
14. Chƣơng 2: Nội dung Điều chỉnh kích thƣớc của New Model với hai thông số kích thƣớc X và Y. Vị trí của gốc tọa độ. Resolution: độ phân giải của New Model. Có thể hiểu là mật độ điểm ảnh trên diện tích đã đƣợc xác định từ 2 thông số X và Y phía trên (mật độ điểm ảnh càng lớn thì Model càng chi tiết và dung lƣợng sẽ lớn hơn). Cần chú ý khi sử dụng bitmap thì độ phân giải của chi tiết sẽ lấy từ hình ảnh gốc, đó là lý do cần chọn độ phân giải tối thiểu là độ phân giải của bitmap gốc. Hình con rồng đƣợc thể hiện trong môi trƣờng 2D đã đƣợc chia thành một số lƣợng nhất định ô vuông (pixels). Mỗi ô vuông sẽ có một chiều cao nhất định trong ArtCAM dựa vào lệnh đã đƣợc sử dụng để tạo relief. Ở relief đầu tiên có độ phân giải thấp nên mức độ chi tiết và độ mịn giảm rất nhiều. Relief thứ hai đƣợc điều chỉnh với độ phân giải cao hơn nên chất lƣợng cải thiện hơn. Chọn kích thƣớc dài và rộng 100mm với gốc tọa độ ở tâm. Chắc rằng đơn vị đã chọn là mm và thông số Resolution là 796 x 796. Click OK. 12
15. Chƣơng 2: Nội dung ArtCAM sẽ bắt đầu với giao diện 2D View, Relief đƣợc thể hiện trong giao diện 3D View. Có thể luân chuyển giữa 2 giao diện bằng cách chọn thẻ 2D View hoặc 3D View (hoặc có thể sử dụng phím tắt F2 hoặc F3). Giao diện 2D View thƣờng đƣợc sử dụng để thiết kế vector và bitmap. Các relief đƣợc tạo ra và tùy chỉnh trực quan trong giao diện 3D View. Nhằm có một phƣơng pháp thiết kế hiệu quả hơn, ArtCAM Pro còn cho phép tạo mô hình một cách trực tiếp từ vector hay bitmap ngay trong môi trƣờng 3D sẽ đƣợc minh họa trong các bài tập kèm theo sắp tới. 13
16. Chƣơng 2: Nội dung Tổng kết về 2D View: Zoom In: phóng to trong giao diện 2D View Zoom Out: thu nhỏ trong giao diện 2D View Zoom Previous: thu phòng è kích hƣớc trƣớc Zoom 1:1 : phòng to theo tỷ lệ pixel của model Window Fit: cho model vừa màn hình Zoom Objects Preview Relief Layer Bitmap Transparency 14
17. Chƣơng 2: Nội dung Tổng kết về 3D View Isometric View xem với giao diện 3D View along the X axis xem chi tiết theo phƣơng trục X View along the Y axis xem chi tiết theo phƣơng trục Y View along the Z axis xem chi tiết theo phƣơng trục Z Zoom In phóng to Zoom Out thu nhỏ Zoom to Previous View 15
18. Chƣơng 2: Nội dung Scale View to fit Objects to Draw (view) Dialogue Box Control Various 3D Graphic Options: Toggle Z zero plane: Toggle drawing of the origin: Toggle visibility of root assembly (in project) Toggle between displaying flat and rotary reliefs Toggle visibility of the defined material block Toggle visibility of simulation block (from machining) Toggle colour shading (bitmap) Toggle display of the front relief Toggle display of the back relief Toggle relief gradient analysis tool 16
19. Chƣơng 2: Nội dung Main Menu Bar Phía trên cùng về bên trái của giao diện phần mềm ArtCAM là thanh Menu Bar. Ở mỗi mục khi rê chuốt tới vị trí menu thì với mỗi mục sẽ cho ra nhiều lựa chọn của các lệnh và thao tác phụ. Nếu có một mục nào đó không thể ứng dụng cho thao tác bạn đang thực hiện thì sẽ bị làm mờ đi. Để mở các thao tác phụ có thể click vào mũi tên ở phía phải của thao tác. Ví dụ: khi chọn Menu File thì sẽ sổ ra các lựa chọn nhƣ hình dƣới Ứng với thao tác mà con trỏ chuột đang ở trên sẽ đƣợc tô màu vàng, click trái chuột để thực hiện thao tác cần thực hiện. Ngay cùng hàng với thao tác cần thực hiện sẽ hiện thị tổ hợp phím tắc cho thao tác đó (Ví du: Ctrl+N để tạo New Model). 17
20. Chƣơng 2: Nội dung Toolbars Selection Tools: gồm các công cụ để tùy chỉnh vector nhƣ là Select Function, Node Editing, Transform Function. Các công cụ tùy chỉnh bitmap: gồm các công cụ cơ bản để vẽ và tùy chỉnh màu sắc nhƣ Paint Brush, Flood Fill và Pick Colour. Các công cụ tùy chỉnh vector: gồm các lệnh vẽ vector cơ bàn nhƣ Polylines, Squares, Circles,Ellipses, Stars, Polygons, Arcs và Text. Sculpting Tools: gồm các lệnh tạo hình nổi tự do nhƣ Smoothing, Smudging, Depositing, Carving, Erasing và Transferring. 18
21. Chƣơng 2: Nội dung File Toolbar Trên thanh này bao gồm các lệnh cơ bản tùy chọn bao gồm Help Reference và Options Settings. New Model/New Project: tạo một file ArtCAM mới Open: mở một file có sẵn Save: lƣu dữ liệu đang thực hiện Cut: di chuyển lựa chọn Copy: sao chép lựa chọn Paste: dán lựa chọn đã Copy hoặc Cut Undo: hủy lệnh vừa thực hiện Redo: thực hiện lệnh vừa đƣợc hủy ArtCAM Notes: thêm một ghi chú Help: Options 19
22. Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Bouma T., 1996 NIL summary report no. FF 96-43, Dutch Welding Institute. [2]. Charlesworth J.P. and J.A.G. Temple, 1989, “Ultrasonic Time of FlightDiffraction”,Research Studies Press. [3]. BS7706, “Guide to Setting Up and Calibration of the Ultrasonic Time-Of FlightDiffraction (TOFD) Technique for the Detection, Location and Sizing of Flaws”,EuropeanCommittee for Standardization. [4]. BSIEN583_6, “Nondestructive testing – Ultrasonic examination - Part 6: Ultrasonictime of-flight diffraction technique as a method for defect detection and sizing”,EuropeanCommittee for Standardization. [5]. ASTM E-2373-04, “Standard Practice for the Use of the Ultrasonic Time-Of-FlightDiffraction” (TOFD) Technique”, ASTM July 2004. [6]. ASME TOFD Code, ASME Boiler & Pressure Vessel Code Section V Article4Appendix III, “Time of Flight Diffraction (TOFD) Technique”, AmericanSocietyofMechanical Engineers, July 2004. [7]. ASME Interpretation Manual, ASME B&PV Code Section V Article 4Nonmandatory Appendix N, “Time of Flight Diffraction (TOFD) Interpretation”,2004. [8]. ASME B31.3 Code Case 181, “Use of Alternative Ultrasonic ExaminationAcceptance Criteria in ASME B31.3”, January 23, 2007. [9]. M. Rana, D. Cowfer, O. Heddon and R. Boyce, “Technical Basis for ASMESectionVIII Code Case 2235 on Ultrasonic Examination of Welds in Lieu ofRadiography”,ASME PVP-Vol 407, Pressure Vessel and Piping Standards, Book No. H01175-2000. [10]. Auld, B.A., “Acoustic Fields and Waves in Solids”, Vol I & II, 2nd editionKrieger Publishing Company, February 1990; ISBN: 089874783X. [11]. Cartz, Louis, “Nondestructive Testing : Radiography, Ultrasonics, Liquid Penetrant, Magnetic Particle, Eddy Current”, ASM Intl; ISBN: 0871705176, [12]. Krautkramer, Josef and Krautkramer, Herbert, “Ultrasonic Testing of Materials”, 4th/revised edition, Springer Verlag, November 1990, ISBN: 0387512314. 62