Đề tài Nghiên cứu, ứng dụng thiết kế động, xây dựng khung dữ liệu phục vụ thiết kế thực tiễn và giảng dạy bậc đại học ngành cơ khí (Phần 1)

Nội dung text: Đề tài Nghiên cứu, ứng dụng thiết kế động, xây dựng khung dữ liệu phục vụ thiết kế thực tiễn và giảng dạy bậc đại học ngành cơ khí (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRẦN THẾ SAN NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNGS K C 0 0 0 2 8 1 THIẾT KẾ ĐỘNG, XÂY DỰNG KHUNG DỮ LIỆU PHỤC VỤ THIẾT KẾ THỰC TIỄN VÀ GIẢNG DẠY BẬC ĐẠI HỌC NGÀNH CƠ KHÍ S K C 0 0 2 6 9 1 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2008
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Tp HỒ CHÍ MINH * ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG THIẾT KẾ ĐỘNG, XÂY DỰNG KHUNG DỮ LIỆU PHỤC VỤ THIẾT KẾ THỰC TIỄN VÀ GIẢNG DẠY BẬC ĐẠI HỌC NGÀNH CƠ KHÍ ( Mã số: B2006-22-09 ) Chủ nhiệm đề tài: ThS. Trần Thế San Tp. Hồ Chí Minh – 12/2008
3. MỤC LỤC Mục lục 1 Tóm tắt kết quả nghiên cứu 2 Tổng quan 4 Phần thứ nhất Cơ sở tạo dữ liệu và một số chi tiết điển hình 7 1. Tƣơng quan biên dạng hình học phẳng 7 2. Tƣơng quan hình học của chi tiết 3. Biến kích thƣớc 8 4. Tƣơng quan dữ liệu giữa các chi tiết 9 5. Tương quan kích thước của 2 chi tiết 9 6. Tương quan kích thước của 2 chi tiết theo chi tiết mẫu 10 7. Quan hệ họ (family) chi tiết 10 8. Quản lý dữ liệu bằng Microsoft Excel 11 9. Quản lý dữ liệu bằng Macro Microsoft Excel 13 10. Vẽ khai triển các hình cơ bản 14 11. Quan hệ giữa Matlab – Microsoft Excel – Solid Edge 16 12. Tạo thƣ viện bằng Visual Basic 16 Phần thứ hai ỨNG DỤNG. TẠO THƢ VIỆN BẰNG VISUAL BASIC V6.0. II.A. TẠO FORM BẰNG VISUAL BASIC V6.0 19 I. Tạo form 19 II. Tạo form điều khiển bằng nút bấm 20 III. Tạo các form thiết kế trục, báng răng, hộp giảm tốc 23 II.B. MỘT VÀI CẤU TRÚC CODE CỦA VISUAL BASIC V6.0 25 I. Điều khiển các thành phần trên trục 25 II. Một số cấu trúc lệnh liên kết với Excel 26 III. Cấu trúc lệnh quan hệ giữa Visual Basic với SolidEdge 27 Phần thứ ba 32 ÁP DỤNG (Cơ sở dữ liệu và thiết kế được lưu trên đĩa CD kèm theo) III. A - XÂY DỰNG KHUNG CƠ SỞ DỮ LIỆU CÁC CHI TIẾT MÁY CƠ BẢN PHỤC VỤ GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP CÁC MÔN HỌC: HÌNH HỌC – VẼ KỸ THUẬT, NGUYÊN LÝ – CHI TIẾT MÁY. 1- Hình học – vẽ kỹ thuật 32 2- Chi tiết máy và cơ cấu tryền động 36 III. B. ỨNG DỤNG THIẾT KẾ LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP 39 KẾT LUẬN 43 1
4. TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG THIẾT KẾ ĐỘNG, XÂY DỰNG KHUNG DỮ LIỆU PHỤC VỤ THIẾT KẾ THỰC TIỄN VÀ GIẢNG DẠY BẬC ĐẠI HỌC NGÀNH CƠ KHÍ Mã số: B2006-22-09 Chủ nhiệm đề tài: Trần Thế San Cơ quan chủ trì: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM Cơ quan phối hợp thực hiện: - Công Ty Cơ Khí và Xây Lắp Công Nghiệp – IMECO - Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy – Trường ĐHSP Kỹ Thuật Tp. HCM - Khoa Xây Dựng & CHUD – Trường ĐHSP Kỹ Thuật Tp. HCM Cá nhân phối hợp thực hiện: - Nguyễn Ngọc Phương - Vũ Như Phan Thiện - Trần Trọng Hỉ - Hồ Ngọc Bốn Thời gian thực hiện: 06/2006 đến 12/2008 1. Mục Tiêu: - Nghiên cứu động và linh hoạt, từng bước áp dụng vào sản xuất thực tiễn, cho phép sử dụng có thể mở rộng và nâng cao tùy theo các điều kiện cụ thể. - Cập nhật kiến thức, bổ sung vào chương trình đào tạo đại học các ngành tự động hóa cơ khí, cơ điện tử, chế tạo máy, thiết kế máy, cơ tin học. - Từng bước xây dựng khung cơ sở dữ liệu cơ khí tiến tới xây dựng thư viện cơ khí, kết cấu thép trong tương lai. 2. Nội Dung: - Phân tích, lựa chọn các chi tiết và cơ cấu điển hình để xây dựng khung cơ sở dữ liệu. - Lựa chọn thiết kế thực tế của đơn vị sản xuất: Lò hơi công nghiệp. - Thiết kế và xây dựng khung cơ sở dữ liệu. - Thiết kế linh hoạt lò hơi công nghiệp. 3. Kết Quả: - Thiết kế và lập trình khung cơ sở dữ liệu, cho phép thiết kế các chi tiết cùng loại chẳng hạn: Trục, bánh răng, hộp giảm tốc - Vẽ và thiết kế khung cơ sở dữ liệu phục vụ môn học: Vẽ kỹ thuật – Nguyên lý - Chi tiết máy. - Thiết kế linh hoạt lò hơi công nghiệp. - Thiết kế linh hoạt module cung cấp nước nóng từ năng lượng mặt trời. 2
5. SUMMARY Project Title: RESEARCH, APPLICATION DYNAMIC DESIGNS, BUILDING DATA FRAME FOR REAL DESIGN AND TECHICAL EDUCATION Code number: B2006-22-09 Coordinator: San Tran The Implementing Institution: University of Technical Education HCMC Cooperating Institution (s): - IMECO Company - Mechanical Engineering Faculty – University of Technical Education HCMC - Applying Mechanics & Building Faculty – University of Technical Education HCMC - Phuong Nguyen Ngoc - Phan Thien Vu Nhu - Hi Tran Trong - Bon Ho Ngoc Duration: from 06/2006 to 12/2008 2. Objectives: - To research dynamic flexible design, applying into real productions. - To update knowledges, adding to training programs. - Building databae frame. 2. Main Contents: - Selecting, analysing typical mechanical parts and mechanism to build a database frame. - Selecting a real design productt: industrial boiler. - Design and building a database frame. - Dynamic design a industrial boiler. 3. Results obtained: - Design and write a database frame, alowing to design mechanical parts, such as, shafts, bolts, gears, - Draw and design database frame for curriculae: Techical drawing – Mechanical Principles - Machine details. - Dynamic design a industial boiler. - Dynamic design solar-energy module for hot water supply. 3
6. TỔNG QUAN Trong tình hình hiện nay ứng dụng cơng nghệ thơng tin ngày càng phát triển và đa dạng, các ngành nghề khác nhau từ giải trí, học tập, kinh tế cho tới quản lý đều cĩ sự gĩp mặt của cơng nghệ thơng tin, và trong lĩnh vực kỹ thuật khơng phải là một ngoại lệ. Các kỹ sư thiết kế khơng chỉ tính tốn các số liệu trên máy tính mà họ cịn ứng dụng các phần mềm mơ phỏng 3D để cĩ được cái nhìn trực quan hơn về kết cấu, mối quan hệ giữa các chi tiết trong cùng hệ thống máy. Trong thiết kế truyền thống, kỹ sư và kỹ thuật viên phải tính tốn, thiết kế dựa trên các tài liệu kỹ thuật, vẽ trên giấy chủ yếu là các tiết diện 2D, do đĩ thường tốn nhiều cơng sức, rất khĩ hình dung tổng thể, độ tin cậy khơng cao, tốn nhiều thời gian, và rủi ro tương đối lớn khi quyết định chế tạo thử. Từ thập niên 1970 của thế kỷ trước, đã bắt đầu xuất hiện các phần mềm máy tính, các ngơn ngữ lập trình, hỗ trợ cho thiết kế, và chế tạo. Ban đầu, các phần mềm này chỉ là cơng cụ hỗ trợ nhằm giảm thời gian, tăng độ tin cậy thiết kế, và tăng tính linh hoạt, dần dần chúng trở thành cơng cụ khơng thể thiếu trong thiết kế và chế tạo cơ khí. Ngày nay, đã xuất hiện nhiều bộ phần mềm chuyên dùng, khơng chỉ hỗ trợ đắc lực cho quá trình thiết kế, mà cịn cĩ cơ sở dữ liệu tương đối đầy đủ theo các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia và quốc tế. Vấn đề chính là chuyên biệt hĩa cơng cụ phần mềm phục vụ cho yêu cầu và mục đích sử dụng. Các cơng ty thường cĩ những sản phẩm đặc thù, họ cần cĩ cơ sở dữ liệu và cơng cụ phần mềm hỗ trợ thiết kế đủ mạnh, tiện lợi, dễ sử dụng, tin cậy và cĩ tính bảo mật cao. Các cơ sở đào tạo, từ bậc đại học đến cơng nhân, mong muốn cĩ khung cơ sở dữ liệu chuyên dùng phục vụ cho cơng tác đào tạo. Tùy theo nhu cầu cụ thể, khung cơ sở dữ liệu này sẽ được cơng ty, cơ sở đào tạo, cập nhật, mở rộng, nâng cấp, và chuyên biệt hĩa theo thực tế sử dụng. Trong lĩnh vực thiết kế cơ khí, các phần mềm này cịn giúp các kỹ sư thay đổi các thơng số kích thước, tương quan hình học, tương quan vị trí một cách nhanh chĩng nhằm kiểm nghiệm độ tin cậy của thiết kế, lựa chọn và cĩ thể tối ưu hĩa thiết kế theo các điều kiện cụ thể, trước khi đưa vào sản xuất thử nghiệm cũng như sản xuất hàng loạt nhằm giảm thiểu chi phí, thời gian, cơng sức. Khơng những thế, các cơng cụ này cịn hỗ trợ việc quản lý các chi tiết trong một cụm máy một cách cĩ hệ thống, cho phép tích hợp với phần mềm khác để xây dựng quy trình cơng nghệ, quản lý vật tư, theo dõi tiến độ sản xuất và quản lý chất lượng sản phẩm, đồng thời cĩ thể tính tốn chi phí và giá thành. Ưu điểm cơ bản, bao gồm: - Nhu cầu thực tế, thiết kế động các thiết bị đơn chiếc và dây chuyền đồng bộ trong cơ khí. - Ứng dụng công nghệ thông tin trong thiết kế động. - Các kết cấu cơ khí cơ bản và yêu cầu về khung cơ sở dữ liệu theo tiêu chuẩn. - Yêu cầu quản lý chất lượng theo hệ thống. Với những ưu điểm trên, và phạm vi ứng dụng của các phần mềm chuyên nghiệp khá lớn, nên nhĩm chúng tơi đưa việc tìm hiểu, nghiên cứu các khả năng ứng dụng cơng nghệ thơng tin trong thiết kế cơ khí vào đề tài “Nghiên cứu ứng dụng thiết kế động, xây dựng khung dữ liệu phục vụ thiết kế thực tiễn và giảng dạy bậc Đại học ngành cơ khí”. Vì quỹ thời gian cĩ hạn và để minh họa, chúng tơi chỉ giới hạn đề tài trong phạm vi ứng dụng các phần mềm: Solid Edge, Microsoft Office Excel , Visual Basic. 4
7. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Tìm hiểu, nghiên cứu các khả năng ứng dụng và mối quan hệ giữa các phần mềm: Solid Edge, Microsoft Excel, Visual Basic Đơn giản hóa quá trình thiết kế các chi tiết máy. Thiết lập các mối tương quan hình học, tương quan kích thước trong một chi tiết và giữa các chi tiết với nhau. Thiết lập khung cơ sở dữ liệu cho việc giảng dạy, học tập các môn kỹ thuật cơ sở phục vụ cho chuyên ngành chế tạo máy, bao gồm: hình họa vẽ kỹ thuật, nguyên lý máy – chi tiết máy dựa trên chương trình khung và chương trình đang được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM. Bước đầu xây dựng khung thư viện các chi tiết, cụm chi tiết máy (tiêu chuẩn và chưa tiêu chuẩn), vật liệu thép và gang thông dụng. Kết hợp với đơn vị bạn, lựa chọn sản phẩm để thực hiện thiết kế động. NỘI DUNG Xuất phát từ yêu cầu của thực tiễn sản xuất và đào tạo cần tập trung nghiên cứu ứng dụng thực tiễn theo hướng công nghệ, do đó quá trình nghiên cứu phải bảo đảm đồng bộ giữa nhu cầu thực tế, đào tạo và định hướng phát triển. Trên cơ sở đó, nội dung đề tài sẽ bao gồm Ứng dụng công nghệ thông tin trong kỹ thuật nhằm hỗ trợ thiết kế động các chi tiết, cơ cấu, cụm máy trong ngành cơ khí, nâng cao tính linh hoạt khi thiết kế các sản phẩm. Lựa chọn cơ cấu, cụm máy điển hình để thiết kế phù hợp các điều kiện cụ thể. Thiết lập khung cơ sở dữ liệu dựa trên các tiêu chuẩn công nghiệp hiện hành. Cơ sở dữ liệu mở để có thể cập nhật và nâng cấp tùy theo yêu cầu sử dụng và sự phát triển trong tương lai. Thiết kế động cụm chi tiết hoặc hệ thống với các biến là thông số hình học và thông số vật lý. Khung dữ liệu cơ bản dựa trên các nguyên lý thiết kế xét đến chương trình đào tạo các ngành liên quan tại trường ĐHSPKT (CTM, CĐT, CNT, Cơ tin, TKM, ). Trình tự chế tạo một sản phẩm cơ khí thường thông qua 3 bước: Tính toán  Thiết kế  Chế tạo. Trong khi thiết kế chi tiết hay cơ cấu, các kích thuớc tự do, hình dạng, có những kích thước rất quan trọng quyết định đến khả năng làm việc của chi tiết, các kích thước này là kết quả của các bài toán kỹ thuật. Đây chính là mục đích của đề tài. 5
8. Lựa chọn cụm chi tiết và kết cấu điển hình. Phân tích kích thước ban đầu các chi tiết. Tương quan kích thước hình học. Các kích thước thay đổi trong khi thiết kế. Thiết kế một chi tiết dựa trên chi tiết có liên quan. Khái niệm tạo 2 chi tiết mới từ chi tiết đã có. Cơ sở dữ liệu và quản lý dữ liệu thiết kế dạng bảng Excel. Tạo module thiết kế bằng VB hoặc VC. Dữ liệu thiết kế nhận từ kết quả tính toán bằng Matlab. Xây dựng cơ sở dữ liệu theo hệ thống với tập hợp các module mở liên hệ chặt chẽ với nhau, mỗi module có thể được mở rộng cập nhật và năng cấp theo yêu cầu và hướng phát triển cụ thể. Tùy theo điều kiện thực tế có thể bổ sung các module mới, xây dựng các module con theo hệ thống lồng ghép đa cấp. Việc nghiên cứu thiết kế động các chi tiết, cơ cấu, cụm máy được thực hiện với sự hỗ trợ cũa các phần mềm Solid-Edge, Microsoft Excel, Visual Basic, Matlab, Unigraphics Dựa trên tiêu chuẩn quản lý chất lượng ISO-9000, tiêu chuẩn chất lượng quốc gia và quốc tế, tiêu chuẩn quá trình đào tạo, đề tài được thực hiện theo hướng chuẩn hoá từ thiết kế nội dung đến xây dựng cơ sở dữ liệu, bảo đảm tính cập nhật và nâng cao. 6
9. Khung cơ sở dữ liệu dựa trên module được tiêu chuẩn hoá theo hướng mở, để có thể tiếp tục phát triển nhưng vẫn bảo đảm tính an toàn và thực tiễn. Các bước thực hiện bao gồm : xây dựng cơ sở tạo dữ liệu dựa trên các quan hệ vật lý, hình học, và kích thước của nhĩm chi tiết cùng loại, tạo form điều khiển bằng nút bấm, tạo form thiết kế chi tiết hoặc cụm chi tiết. Viết chương trình và cấu trúc code của Visual Basic liên kết với các phần mềm khác ( Microsoft Excel để quản lý dữ liệu, Solid Edge để vẽ 3D ). Thực hiện thiết kế động các chi tiết máy cơ bản, trục, bánh răng, hộp giảm tốc, bu lơng, một số cơ cấu truyền động, phục vụ giảng dạy và học tập, chuẩn bị khung cơ sở dữ liệu cho thiết kế thực tế. Kết hợp với đơn vị bạn, thực hiện thiết kế động lị hơi cơng nghiệp, Các bước thực hiện bao gồm: Phần Thứ Nhất CƠ SỞ TẠO DỮ LIỆU VÀ MỘT SỐ CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH 13. Tƣơng quan biên dạng hình học phẳng. Ghi kích thước. Ràng buộc: nối, song song, vuông góc Gióng hàng đứng, ngang. Định nghĩa kích thước bằng nhau Các tham số biến kích thước, có thể chọn bu lơng tiêu chuẩn để minh họa. Bu lơng có 2 kích thước thay đổi là đường kính và chiều dài bulông. V1399 12 đường kính bulông. V871 V874*2 đường kính đỉnh bulông. V874 12 phụ thuộc vào V1399 V833 1200 , V1134 300 , mặc định, không thay đổi. 7