T Ổ NG QUAN V Ề CÔNG NGH Ệ CAD/CAM
T ổ ng quan v ề k ỹ thu ậ t cad/cam/cnc
1.1.1 Giới thiệu về công nghệ CAD/CAM
Thiết kế và chế tạo có sự tham gia của máy vi tính (CAD/CAM) thường được kết hợp chặt chẽ Hai lĩnh vực này trong ngành cơ khí chế tạo có nhiều điểm tương đồng, vì cả hai đều dựa trên các chi tiết cơ khí và sử dụng dữ liệu tin học chung, bao gồm các nguồn đồ thị hiển thị và dữ liệu quản lý.
CAD và CAM là hai quá trình hỗ trợ quan trọng, giúp chuyển đổi ý tưởng trừu tượng thành vật thể cụ thể Hai quá trình này đóng vai trò thiết yếu trong nghiên cứu và triển khai chế tạo, thể hiện sự liên kết chặt chẽ giữa thiết kế và sản xuất.
Nhu cầu nghiên cứu và thiết kế một mô hình mẫu là bước khởi đầu quan trọng, dẫn đến việc thể hiện trên bản vẽ chi tiết Từ bản vẽ này, quá trình chế tạo các chi tiết và các vấn đề liên quan đến dụng cụ và phương pháp thực hiện sẽ được triển khai một cách hiệu quả.
Hai lĩnh vực hoạt động lớn này trong nghành chế tạo được thực hiện liên tiếp nhau và được phân biệt bởi kết quả của nó,
Kết quả của CAD là bản vẽ xác định, thể hiện nhiều hình chiếu khác nhau của chi tiết cơ khí với các đặc trưng hình học và chức năng Phần mềm CAD là công cụ tin học chuyên dụng, được chia thành hai loại: phần mềm thiết kế và phần mềm vẽ.
Kết quả của CAM là chi tiết cơ khí cụ thể, không chỉ đơn thuần là biểu diễn thực thể mà còn thực hiện công việc chế tạo một cách chính xác Quá trình này bao gồm các vấn đề liên quan đến vật thể, cắt gọt vật liệu, công suất đồ gá và dụng cụ cắt, nhằm đảm bảo đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết cơ khí.
Để tối ưu hóa quy trình chế tạo, việc khai thác các công cụ và ứng dụng tin học là rất cần thiết Không chỉ giới hạn ở phần mềm đồ họa và quản lý, mà còn bao gồm lập trình và điều khiển máy công cụ CNC Do đó, việc nắm vững kiến thức về kỹ thuật gia công là điều kiện tiên quyết để thực hiện hiệu quả.
Trong chế tạo, việc sử dụng dữ liệu tin học cần chú ý đến nhiều mối quan hệ ràng buộc, đặc biệt là trong thiết kế Khi cắt gọt vật liệu, quy trình trên máy công cụ điều khiển số và máy công cụ vạn năng thông thường đều tương tự, miễn là tính chất vật liệu không thay đổi.
Dữ liệu tin học trong môi trường công nghiệp, bao gồm cả các xưởng gia công, đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện kỹ thuật chế tạo và chuyển đổi phương pháp Những dữ liệu này dẫn đến những thay đổi quan trọng trong quy trình làm việc, cho phép điều khiển số các nguyên công gia công hiệu quả hơn Việc thiết kế các dữ liệu tin học cũng mang lại nhiều cải tiến về kết cấu liên quan đến cấu trúc máy móc, đồ gá, phương pháp chế tạo và kiểm tra sản phẩm, cũng như thiết kế dụng cụ cắt và các cơ cấu tự động khác Hơn nữa, các ứng dụng tin học này giúp khai thác tốt hơn các khả năng mới của máy và dụng cụ, nâng cao hiệu suất làm việc trong ngành công nghiệp.
Cuối thập niên 50, khái niệm "bút quang" được phát triển trong bối cảnh nghiên cứu xử lý dữ liệu radar cho dự án quốc phòng SAGE (Semi-Automatic Ground Environment).
Năm 1963, Ivan Sutherland đã công bố những kết quả đầu tiên về đồ họa máy tính, cho phép tạo ra và quản lý hình ảnh trong thời gian thực Trong thập niên 60, nhiều tập đoàn công nghiệp như General Motors và IBM đã bắt đầu triển khai các dự án liên quan đến đồ họa máy tính Đến cuối thập niên 60, một số nhà cung cấp hệ thống CAD/CAM đã được thành lập, trong đó nổi bật có Calma (1968), Applicon và Computervision (1969).
CAD/CAM hiện nay đã trở thành công nghệ phát triển nhanh chóng, với nhiều người tiên phong đóng góp vào sự tiến bộ này.
Trong những năm gần đây, việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM trong thiết kế và chế tạo sản phẩm công nghệ tại Việt Nam, đặc biệt trong lĩnh vực khuôn mẫu, linh kiện điện tử và cơ khí chính xác, ngày càng trở nên phổ biến Xu hướng hiện nay cho thấy các kỹ sư đang tập trung phát triển các hệ thống CAD/CAM phù hợp để nâng cao hiệu quả sản xuất.
Những phần mềm CAD/CAM tích hợp đang sử dụng phổ biến hiện nay như:
Catia/autoNC, Mastercam, Solidwwoks/solidcam, Delcam, Surfcam, vercut,
1.1.2 Đối tượng phục vụ của CAD/CAM
Xu hướng phát triển của ngành công nghiệp chế tạo hiện nay là tích hợp các thành phần trong quy trình sản xuất thông qua hệ thống điều khiển máy tính điện tử (CIM).
Hệ thống CIM được điều hành và quản lý thông qua một cơ sở dữ liệu trung tâm, trong đó các thành phần quan trọng bao gồm dữ liệu từ quá trình CAD.
Kết quả từ quá trình CAD không chỉ tạo ra cơ sở dữ liệu cho việc phân tích kỹ thuật trong lập quy trình chế tạo gia công điều khiển số, mà còn cung cấp dữ liệu điều khiển cho các thiết bị sản xuất như máy công cụ, robot, và các thiết bị phụ trợ khác.
Công việc chuẩn bị sản xuất có vai trò quan trọng trong việc hinh thành bất kỳ một sản phẩm cơ khí nào.
Chuẩn bị thiết kế ( thiết kế kết cấu sản phẩm, các bản vẽ lắp chung của sản phẩm , các cụm máy….)
Chuẩn bị công nghệ( đảm bảo tính năng công nghệ của kết cấu ,thiết lập quy trình công nghệ)
Thiết kế và chế tạo các trang bị công nghệ và dụng cụ phụ …
Kế hoạch hóa sản xuất và chế tạo sản phẩm trong thời gian yêu cầu
THI Ế T K Ế VÀ GIA CÔNG T Ạ O HÌNH
Theo lịch sử hình thành và phát triển có thể phân biệt các phương pháp công nghệ thiết kế và gia công tạo hình như sau:
• Thiết kế gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống
• Thiết kế gia công tạo hình theo công nghệ CAD/CAM
• Thiết kế gia công tạo hình theo công nghệ tích hợp (CIM)
1.2.1 Thiết kếvà gia công theo phương pháp truyền thống
Theo công nghệ truyền thống, các mặt gia công 3D phức tạp được thực hiện trên máy vạn năng thông qua phương pháp chép hình, sử dụng mẫu hoặc đường Do đó, quy trình thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ này bao gồm nhiều bước quan trọng để đảm bảo độ chính xác và chất lượng sản phẩm.
4 giai đoạn: a) Tạo mẫu sản phẩm b) Tạo lập bản vẽ kỹ thuật c) Tạo mẫu chép hình d) Gia công chép hình
Các gia đoạn này có thểđược mô tảtheo sơ đồ:
Hình 1.2 Quy trình thi ết kế và gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống Ý Tưởng Về Sản Phẩm
Hạn chế của quy trình:
• Khó đạt được chính xác gia công ( Đặc biệt là gia công bề mặt phức tạp), chủ yếu do quá trình chép hình
• Dễ làm sai do nhầm lẫn hay do hiểu sai, bởi vì phải xử lý một số lượng lớn dữ liệu
• Năng xuất thấp , do mẫu được thiết kế theo phương pháp thủ công và được quy trình được thực hiện tuần tự
1.2,2 Thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ Cad/Cam
Sự phát triển của mô hình hóa hình học, kết hợp với công nghệ thông tin, công nghiệp điện tử và kỹ thuật điều khiển số, đã tác động mạnh mẽ đến công nghệ thiết kế và gia công tạo hình.
Quy trình thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ CAD/CAM bao gồm các bước sau: đầu tiên, bản vẽ kỹ thuật được tạo ra từ hệ thống vẽ hỗ trợ máy tính (CAD) Tiếp theo, phương pháp tạo mẫu thủ công được thay thế bằng mô hình hóa hình học trực tiếp từ dữ liệu 3D, giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong thiết kế sản phẩm.
Vẽ Và Tạo Bản Vẽ
Mô Hình Hóa Hình Học
Mô hình hình học số đã thay thế các mẫu chép hình truyền thống bằng cách lưu trữ trong bộ nhớ máy tính và hiển thị dưới dạng khung lưới hoặc solid trên màn hình Đồng thời, gia công chép hình cũng được cải tiến bằng gia công điều khiển số, mang lại hiệu quả và độ chính xác cao hơn trong quy trình sản xuất.
Sự khác biệt chính giữa gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống và công nghệ CAD/CAM là việc thay thế tạo hình theo mẫu bằng mô hình hóa hình học Công nghệ gia công chép hình được thay thế bằng mô hình hóa hình học số (CGM) và gia công bằng năng lượng Ưu điểm nổi bật của công nghệ này là khả năng kiểm tra kích thước trực tiếp và lựa chọn chế độ gia công phù hợp, bao gồm gia công thô, bán tinh và tinh.
Công nghệ CAD/CAM (vẽ và mô hình hóa – gia công điều khiển số) giúp giảm thiểu đáng kể những khó khăn trong quá trình thiết kế và gia công tạo hình so với các phương pháp truyền thống.
- Bề mặt gia công trở nên chính xác, tinh xảo hơn.
- Khảnăng hạn chế nhầm lẫn giảm đi đáng kể
- Toàn bộ thời gian thực hiện quy trình thiết kế và gia công tạo hình giảm đi một cách đáng kể
1.2.3 Thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ tích hợp (CIM)
Quy trình thiết kế và gia công theo công nghệ CAD/CAM giúp kết nối các thành phần trong hệ thống tích hợp một cách dễ dàng Tất cả thông tin về hình dáng được lưu trữ dưới dạng CGM trong dữ liệu trung tâm Công nghệ tiên tiến nhất hiện nay hỗ trợ thực hiện toàn bộ quy trình chế tạo công nghệ tích hợp.
Quy trình thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ CIM cho phép thiết lập CGF trực tiếp từ ý tưởng hình dáng Công nghệ này được hỗ trợ bởi thiết bị đồ họa mạnh mẽ và kỹ thuật tô màu, tạo bóng hiện đại Ngoài ra, nó còn có khả năng thực hiện các chức năng phân tích kỹ thuật (CAE), liên kết với các thiết bị tạo mẫu nhanh như máy SLA, lập quy trình lắp ráp và tạo phôi.
1.3 MÔ HÌNH HÓA HÌNH HỌC TRONG CAD
Mô hình hóa hình học là quá trình mô tả các đối tượng hình học thông qua các mô hình toán học và mô hình học số (CGM) Bài viết này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về các phương pháp mô tả mặt cong, đường cong và khối hình học trong bản vẽ kỹ thuật Ngoài ra, chúng tôi sẽ đề cập đến hai phương pháp chính trong mô hình hóa hình học: mô hình hóa theo cấu trúc mặt cong (surface modeling) và mô hình hóa theo cấu trúc khối (solid modeling).
Vấn đề thiết lập CGM sẽđược giới hạn cho những hình dạng có thể mô tả được Như vậy, đối tượng mô hình hóa hình học ( descriptvi Shapel- DSM)
Mô hình học (Descriptive Shape Modeling - DSM) là một khái niệm quan trọng trong thiết kế hình học, được áp dụng cho các thực thể hình học trên bản vẽ kỹ thuật và màn hình Mô hình này bao gồm ba yếu tố chính: điểm (point), đường cong (curve) bao gồm cả đoạn thẳng (line), và mặt cong (surface) bao gồm cả mặt (face) Những yếu tố này tạo nên cấu trúc cơ bản cho việc mô phỏng và thiết kế hình học trong các ứng dụng kỹ thuật.
Mô hình Mô hình hình học Mẫu sản phẩm số (CGM)
CAM d) Khối (solid- cấu trúc đặc)
DSM cần được diễn giải một cách rõ ràng và thích hợp để có thể chuyển đổi thành CGM duy nhất Điều này đòi hỏi DSM phải được mô tả bằng các giá trị số chính xác.
• Điểm được mô tả bởi giá trị tọa độ
• Đường cong được mô tả bởi chuỗi điểm hoặc phương trình.
• Mặt cong được mô tả bởi tập hợp điểm (hoặc lưới đường cong) hoặc phương trình
• Khối được định nghĩa bởi các mặt cong bao quanh
1.3.1 Phương pháp mô tảđường cong Đường cong 2D được mô tả bởi 2 phương pháp: a) Sử dụng các đường cong 2D cơ sở b) Mô tảnhư một chuỗi điểm trên mặt phẳng Đường cong 3D được mô tả bởi một trong bốn cách: a) Bởi một chuỗi điểm 3D b) Bởi giao tuyến giữa 2 mặt cong c) Bởi hình chiếu của đường cong 2D lên mặt cong 3D d) Bởi tập hợp đường cong 2D trên các mặt phẳng hình chiếu trục đo.
Một phương pháp đơn giản để mô tả đường cong 2D là sử dụng họ đường cong conic, bao gồm đoạn thẳng, elip, parabol và hyperbol Họ đường cong bậc 2 này được xác định rõ ràng bởi các thông số của chúng.
Tọa độtâm, bán kính, tiêu điểm
Đường cong Conic có thể được xem là đường cong cơ sở cho việc tạo ra đường cong đa hợp (compound curve) thông qua việc kết nối liên tục Để đạt được độ trơn láng theo yêu cầu, có thể áp dụng góc lượn tại vị trí thích hợp Phương pháp phổ biến nhất trong vẽ kỹ thuật để mô tả đường cong 2D và 3D là xác định hình chiếu 2D trước, sau đó xác định hình chiếu trên bề mặt cong, thực chất là quá trình phép chiếu ngược.
1.3.2 Phương pháp mô tả mặt cong
Không thể vẽ cong hình học mà không mô tả chúng trên bản vẽ dưới dạng mô hình, bao gồm: a) Mặt hình học cơ sở (sunface primitive), b) Mặt nội suy lưới đường cong (mesh cuver sunface), c) Mặt quyết hình đường mặt cắt (sweeping sunface), d) Mặt nội suy điểm (sunface interpolating over 3D point), và e) Mặt kết nối hình (blending/ rounding/ filleting sunface).
PHÂN TÍCH K Ỹ THU Ậ T TRONG CAD
Khi triển khai một đồ án thiết kế kỹ thuật, việc phân tích là cần thiết tùy theo loại công trình, như trong các đồ án công nghiệp liên quan đến ứng suất biến dạng, tính toán truyền nhiệt và đặc tính động lực học Máy tính hỗ trợ thực hiện các nhiệm vụ này nhanh chóng và hiệu quả Nhóm phân tích kỹ thuật có thể phát triển phần mềm chuyên biệt cho các bài toán thiết kế cụ thể, trong khi các bài toán phổ dụng thường được giải quyết bằng phần mềm có sẵn trên thị trường Các hệ CAD/CAM kiểu chìa khóa trao tay thường tích hợp phần mềm phân tích kỹ thuật hoặc có giao diện với chúng Hai ví dụ quan trọng trong lĩnh vực phần mềm phân tích kỹ thuật sẽ được xem xét.
Phân tích thuộc tính khối lượng là một đặc điểm quan trọng của hệ thống CAD, được ứng dụng rộng rãi Nó cung cấp các thông tin cần thiết để phân tích đối tượng, bao gồm diện tích bề mặt, trọng lượng, thể tích, trọng tâm và mô men quán tính Đối với mặt phẳng hoặc tiết diện ngang của vật thể, hệ thống còn cho biết chu vi và các thuộc tính quán tính khác.
Phân tích phân tử hữu hạn là một trong những tính năng mạnh mẽ của hệ CAD, cho phép chia vật thể thành nhiều phần tử hữu hạn, thường là hình chữ nhật hoặc tam giác, tạo thành một mạng lưới các nút Bằng cách sử dụng máy tính có khả năng tính toán cao, hệ thống phân tích ứng suất, biến dạng, truyền nhiệt và các đặc tính khác của vật thể Nhiều hệ CAD hiện đại có khả năng tự động phân chia các nút và xác định cấu trúc mạng lưới, giúp người dùng chỉ cần cung cấp một số thông số cần thiết Kết quả phân tích thường được hiển thị dưới dạng đồ họa trên màn hình, cho phép người dùng dễ dàng quan sát sự biến dạng của vật thể Nếu kết quả không đạt yêu cầu, người thiết kế có thể điều chỉnh hình dạng hoặc vật liệu và thực hiện lại phân tích cho đến khi đạt được kết quả mong muốn.
1.5 CAD VÀ TIẾN TRÌNH THIẾT KẾ SẢN PHẨM
Máy móc và sản phẩm được hình thành từ các chi tiết đơn lẻ, với cấu tạo đa dạng tùy theo yêu cầu thực tế Quá trình tạo ra sản phẩm là lắp ráp các chi tiết tiêu chuẩn và phi tiêu chuẩn, thể hiện qua các quy tắc vẽ kỹ thuật trong không gian bản vẽ Ứng dụng công nghệ thông tin trong thiết kế CAD đã phát triển mạnh mẽ, không chỉ thay thế các thao tác thủ công mà còn cho phép mô phỏng quá trình thực tế Nhờ vào sự tiến bộ của công nghệ phần cứng và phần mềm, máy tính có khả năng xử lý đồ họa nhanh chóng, hỗ trợ mô hình hóa sản phẩm trước khi gia công, giúp phát hiện sai sót và vướng mắc Điều này tạo ra sự chuyển giao dữ liệu thiết kế hiệu quả cho các quy trình CAPP, CAM, CAQ, từ đó rút ngắn thời gian đưa sản phẩm ra thị trường Quá trình thiết kế hiện nay bao gồm ba không gian chính, phản ánh sự phát triển vượt bậc trong ứng dụng công nghệ thông tin.
- Không gian mô hình hóa chi tiết (Part)
- Không gian mô hình hóa sản phẩm( Assembly)
Với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin, con người cần hình thành sản phẩm qua quy trình thiết kế Đầu tiên, thiết kế được thực hiện trong không gian Part, sau đó sản phẩm được lắp ráp trong không gian Assembly Cuối cùng, để thể hiện nội dung kỹ thuật của sản phẩm, cụm kết cấu hay chi tiết, quá trình chuyển giao thực hiện sẽ diễn ra trong không gian phù hợp.
Quá trình drafting là bước quan trọng giúp con người giảm thiểu sai sót trong sản phẩm trước khi thực hiện Bên cạnh đó, mô phỏng động học và động lực học hỗ trợ tối ưu hóa thiết kế Hiện nay, dữ liệu thiết kế được coi là bản chất của sản phẩm, cho phép chuyển giao trực tiếp vào các quy trình như FEA, CAPP, CAM, CAQ, từ đó tối ưu hóa sản phẩm và rút ngắn thời gian phát triển.
L Ợ I ÍCH C Ủ A CAD
CAD mang lại nhiều lợi ích, trong đó có những lợi ích có thể định lượng và những lợi ích khó đo lường nhưng lại thể hiện rõ rệt qua chất lượng công việc được nâng cao, thông tin tiện dụng và điều kiện làm việc tốt hơn Một số lợi ích dễ nhận thấy bao gồm khả năng tăng cường hiệu quả thiết kế, tiết kiệm thời gian và chi phí, cũng như cải thiện độ chính xác và tính linh hoạt trong quá trình sản xuất.
- Nâng cao năng suất kỹ thuật
- Giảm thời gian chỉ dẫn
- Giảm sốlượng nhân viên kỹ thuật
- Dễ cải tiến cho phù hợp khách hàng
- Phản ứng nhanh với nhu cầu thịtrường
- Tránh phải ký các hợp đồng con để kịp tiến độ
- Hạn chế lỗi sao chép ở mức tối thiểu
- Độ chính xác thiết kế cao
- Khi phân tích dễ nhận ra các tương tác giữa các phân tử cấu thành
- Khi phân tích các chức năng vận hành tốt hơn do đó làm giảm khâu thử nghiệm trên mẫu
- Thuận lợi cho việc lập hồsơ tài liệu
- Bản thiết kế có tính tiêu chuẩn cao
- Nâng cao năng suất thiết kế dụng cụ cắt
- Dễ tiên liệu chi phí giá thành
- Giảm thời gian đào tạo hội họa viên và lập trình cho máy CNC
- Ít sai sót trong lập trình cho máy nc
- Giúp tăng cường sử dụng các chi tiết máy và dụng cụ cắt cso sãn
- 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, hội họa viên, quản lý và các nhóm khác.
K ế t lu ậ n
Sau khi tìm hiểu tổng quan về công nghệ CAD/CAM/CNC, chúng ta có các kết luận sau:
Công nghệ CAD/CAM/CNC đóng vai trò quan trọng trong sản xuất hiện đại, mang lại sự linh hoạt cho quy trình sản xuất So với công nghệ truyền thống, công nghệ hiện đại vượt trội về thời gian, độ chính xác, tính thẩm mỹ và hiệu quả kinh tế, đặc biệt là đối với các sản phẩm phức tạp.
Quá trình chuẩn bị công nghệ đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả sản xuất Do đó, việc tổ chức và xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL) phục vụ cho quá trình này là cần thiết, giúp lựa chọn phương án công nghệ tối ưu và nâng cao hiệu suất sản xuất.
Vai trò và v ị trí c ủ a CSDL ph ụ c v ụ quá trình chu ẩ n b ị công ngh ệ
Quá trình chuẩn bị công nghệ sản xuất được triển khai nhằm giải quyết các nhiệm vụ sau:
- Đảm bảo tính công nghệ trong quá trình thiết kế sản phẩm
- Thiết kế quy trình công nghệ
- Thiết kế và chế tạo các phương tiện trang bị công nghệ
- Tổ chức và điều hành quá trình công nghệ
Quá trình chuẩn bị công nghệ bắt đầu từ giai đoạn thiết kế sản phẩm cho đến khi sản phẩm xuất xưởng, trong đó cơ sở dữ liệu (CSDL) đóng vai trò quan trọng Từ khi hình thành ý tưởng sản phẩm, CSDL hỗ trợ thiết kế kỹ thuật và quy trình công nghệ, giúp rút ngắn thời gian và chi phí chuẩn bị sản xuất Ngoài ra, CSDL còn là nền tảng cho việc lập kế hoạch sản xuất và cung ứng vật liệu, tham gia vào toàn bộ quy trình CAD/CAM.
Cụ thể qua nghiên cứuphân loại ta thấy CSDL phục vụ quá trình chuẩn bị công nghệ bao gồm các nhóm CSDL sau:
- CSDL các chi tiết tiêu chuẩn phân loại
- CSDL về tiêu chuẩn dung sai, sai lệch hình dáng, sai lệch vị trí và nhám bề mặt
- CSDL về tiêu chuẩn xác định lượng dư
- CSDl về tiêu chuẩn vật liệu trong chế tạo máy
- CSDL về tiêu chuẩn máy , dụng cụ, đồ gá và dụng cụđo kiểm
- CSDL về tiêu chuẩn chếđộ cắt
- CSDL về quy trình công nghệ chuẩn
- CSDL vềđịnh mức kinh tế, kỹ thuật , đơn giá
- CSDl về tài liệu kỹ thuật
- CSDL về thông tin thị trường …
Trong quá trình chuẩn bị công nghệ, các nhóm cơ sở dữ liệu (CSDL) đảm nhận vai trò và vị trí khác nhau ở từng giai đoạn cụ thể Tuy nhiên, CSDL vẫn là yếu tố không thể thiếu, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm giá thành và rút ngắn thời gian sản xuất.
CSDL VÀ QUY TRÌNH X Ử LÝ TRONG H Ệ TH Ố NG CAD/CAM
2.1.1 Cơ sở dữ liệu và quy trình xử lý
CSDL chuẩn bị công nghệ là yếu tố then chốt trong toàn bộ quy trình CAD/CAM, bắt đầu từ giai đoạn hình thành ý tưởng sản phẩm cho đến khi hoàn thiện sản phẩm Từ góc độ hệ thống xử lý, CSDL CAD/CAM bao gồm các thành phần chính như CSDL hình học số của đối tượng gia công, CSDL dao cụ, đồ gá, CSDL vật liệu gia công và CSDL tham số máy.
2.1.2 BÀI TOÁN XÂY DỰNG CSDL PHỤC VỤ QUÁ TRÌNH CAD/CAM
Trong cơ sở dữ liệu phục vụ quá trình công nghệ CAD/CAM, dữ liệu được phân loại dựa trên các đặc điểm lưu trữ, như đã trình bày tại mục [2.7.1].
- Dữ liệu thuộc tính : Tiêu chuẩn dung sai, tiêu chuẩn vật liệu, chếđộ cắt…
- Dữ liệu đồ họa: dữ liệu dưới dạng các bản vẽnhư bản vẽ chi tiết, khung tên, bản vẽ nguyên công, phiếu nguyên công…
Dữ liệu kết hợp với các thuộc tính như tiêu chuẩn về máy móc, dụng cụ và đồ gá, bao gồm không chỉ bản vẽ chi tiết mà còn các giá trị của các thông số cụ thể.
Dữ liệu thuộc tính cho quá trình chuẩn bị CAD/CAM thường được trình bày dưới dạng các bản giá trị liên quan đến chế độ cắt, dung sai và sai lệch hình dáng vị trí Hình 1.7 minh họa sơ đồ tổ chức cơ sở dữ liệu phục vụ cho quá trình này, với các thông tin cụ thể được thể hiện trong bảng 1.1.
Dữ liệu đồ họa kèm thuộc tính
CSDL đồ họa thuộc tính
Kích thước dao tiện (mm) Đk chi tiết (mm)
Dao tiện gắn hợp kim Dao tiện thép gió
Chiều sâu cắt tới t, mm tới
Lượng chạy dao S, mm/vòng
Thép cacbon và thép hợp kim 16x25
Dữ liệu đồ họa phức tạp, như hình ảnh và thuộc tính, khó cấu trúc hóa và phụ thuộc vào các tham số kích thước Ví dụ, các chi tiết hoặc cụm máy tiêu chuẩn có thể có nhiều bản vẽ khác nhau dựa trên các giá trị thuộc tính khác nhau Loại dữ liệu này được gọi là dữ liệu tham số Khi đưa dữ liệu đồ họa tham số vào cơ sở dữ liệu (CSDL) dưới dạng bản vẽ chi tiết hoặc cụm máy tiêu chuẩn, khối lượng nhập liệu và kích thước CSDL sẽ tăng lên Nếu lập trình cho từng chi tiết hoặc cụm máy cụ thể, khối lượng lập trình sẽ rất lớn và phụ thuộc vào từng công ty, dẫn đến việc quá trình xây dựng CSDL chịu ảnh hưởng mạnh mẽ từ quy trình lập trình.
Hình 1.8.Ví d ụ dữ liệu đồ họa
Để xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL) phục vụ cho công nghệ CAD/CADM, cần tổ chức CSDL theo hai dạng chính: CSDL thuộc tính và CSDL đồ họa kèm thuộc tính CSDL thuộc tính thường được triển khai theo mô hình CSDL quan hệ, một mô hình đã được nghiên cứu kỹ lưỡng và thương mại hóa qua các hệ thống như ORACLE, Microsoft Access, và SQL Server Trong đề tài này, chúng tôi sẽ không đi sâu vào phương pháp xây dựng mà sẽ tập trung vào việc ứng dụng các CSDL quan hệ có sẵn để phát triển CSDL thuộc tính cho các tiêu chuẩn vật liệu, dung sai, sai lệch hình dạng, vị trí và nhám bề mặt.
Chương trình gốc Phát triển phần mềm chuyên nghi ệ p NgườI dùng C ust om iz e
CSDL đồ họa thuộc tính hiện vẫn chưa được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi, do đó, đề tài này sẽ tập trung vào việc nghiên cứu cơ sở lý thuyết và phương pháp xây dựng CSDL đồ họa thuộc tính.
Cụ thể , nội dung đề tài sẽ tập trung giải quyết hai vấn đềchính đó là :
A) Phương pháp xây dựng CSDL đồ họa- thuộc tính phục vụ quá trình CAD/CAM
B) Giải quyết vấn đề nhập liệu các chi tiết hoặc cụm máy trong quá trình xây dựng CSDL đồ họa –thuộc tính
Việc giải quyết các vấn đề trong luận văn sẽ giúp phát triển phương pháp tổ chức xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL) phục vụ cho quá trình CAD/CAM, đặc biệt là CSDL cho các chi tiết và cụm máy tiêu chuẩn Điều này không chỉ áp dụng vào thực tiễn sản xuất cơ khí với thiết bị điều khiển số hiện nay, mà còn có thể triển khai cho các CSDL phục vụ quá trình CAD/CAM nói chung, khi chúng có những đặc điểm chung liên quan đến quá trình chuẩn bị công nghệ như đã đề cập trong luận văn.
2.1.2.2 Nội dung bài toán xây dựng CSDL đồ họa – thuộc tính và giới hạn nội dung
Để xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL) đồ họa hiệu quả, cần tập trung vào việc nghiên cứu đặc điểm dữ liệu và các yêu cầu đối với CSDL đồ họa – thuộc tính Đồng thời, việc lựa chọn dạng CSDL phù hợp theo mô hình đã chọn và môi trường cũng là một yếu tố quan trọng trong quá trình chuẩn bị công nghệ.
CAD là công cụ lý tưởng cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu đồ họa- thuộc tính, với mục tiêu nghiên cứu và đề xuất mô hình dữ liệu đồ họa tham số sát với thực tế công nghệ, nhằm đơn giản hóa quá trình nhập liệu và quản trị Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng sẽ đưa ra phương pháp triển khai mô hình đối tượng dữ liệu đồ họa tham số trong thực tiễn Việc xây dựng cơ sở dữ liệu đồ họa- thuộc tính không chỉ phục vụ cho quá trình chuẩn bị công nghệ lý thuyết mà còn cho việc triển khai thực tế Cuối cùng, nghiên cứu sẽ tập trung vào việc phát triển hệ quản trị cơ sở dữ liệu phù hợp với cơ sở dữ liệu đồ họa- thuộc tính và ứng dụng thực tiễn của chúng.
Giới hạn nội dung của bài toán
-Không đi sâu nghiên cứu khía cạnh tin học của bài toán xây dựng CSDL nói chung
-Không đặt vấn đề mô hình hóa dữ liệu đồ họa ba chiều các bề mặt phức tạp của chi tiết hoặc cụm máy
Việc giải quyết các vấn đề trong luận văn sẽ giúp phát triển phương pháp xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL) phục vụ cho công nghệ sản xuất cơ khí, đặc biệt là các chi tiết và cụm máy tiêu chuẩn CSDL này có thể áp dụng vào thực tế sản xuất và triển khai cho các hệ thống CSD/CAM, đáp ứng các đặc điểm đã nêu trong luận văn Cụ thể, CSDL được xây dựng sẽ hỗ trợ quản lý hàng triệu chi tiết, cụm máy và hồ sơ kỹ thuật dưới dạng bản vẽ điện.
L Ự A CH ỌN MÔ HÌNH CSDL ĐỒ H Ọ A – THU Ộ C TÍNH
2.2.1 Lựa chọn mô hình CSDL
Trước khi xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL), việc lựa chọn mô hình CSDL phù hợp với dữ liệu cần lưu trữ là rất quan trọng Mô hình này giúp tổ chức dữ liệu một cách chặt chẽ và khoa học, từ đó dễ dàng cập nhật và truy tìm thông tin nhanh chóng Sự thành công trong việc xây dựng và khai thác CSDL sau này phụ thuộc nhiều vào mô hình đã chọn, do đó, lựa chọn mô hình thích hợp là nhiệm vụ hàng đầu trong quá trình thiết kế CSDL.
2.2.1.1 Phân tích đánh giá các mô hình CSDL
Hình 1.9 Đối tượng CAD được mô tả bằng các dữ liệu khác nhau
Cơ sở dữ liệu đồ họa là một thành phần quan trọng trong luận văn, được sử dụng để lưu trữ dữ liệu đồ họa (bản vẽ) cùng với các loại dữ liệu có tổ chức khác liên quan đến chi tiết hoặc cụm máy Những dữ liệu này chủ yếu mô tả các đối tượng CAD, bao gồm các chi tiết hoặc cụm máy cụ thể.
Đối tượng CAD được cấu thành từ các khối, trong đó các khối được xác định bởi các mặt Các mặt lại được hình thành từ các đường biên, và các đường biên này được xác định bởi các đỉnh Cuối cùng, các đỉnh được xác định thông qua các tọa độ XYZ.
Trong các đối tượng CAD, số lượng đỉnh và bề mặt không cố định và có sự khác biệt giữa các đối tượng khác nhau Bên cạnh đó, các thuộc tính như kiểu nét, yêu cầu kỹ thuật và công nghệ cũng đi kèm, khiến dữ liệu của đối tượng CAD trở thành loại dữ liệu khó cấu trúc hóa theo dạng bảng giá trị.
Trong lĩnh vực xây dựng cơ sở dữ liệu đồ họa và CSDL CAD/CAM, có một số mô hình cơ sở dữ liệu quan trọng được sử dụng, bao gồm: mô hình cơ sở dữ liệu phân cấp, mô hình cơ sở dữ liệu mạng, mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ và mô hình cơ sở dữ liệu hướng đối tượng Những mô hình này đóng vai trò quan trọng trong việc tổ chức và quản lý thông tin hiệu quả.
Hiện nay, các cơ sở dữ liệu (CSDL) thường được xây dựng dựa trên hai mô hình chính: mô hình CSDL quan hệ và mô hình CSDL hướng đối tượng Do đó, cần xem xét cụ thể hai mô hình này và hình họa cấu trúc dữ liệu thông qua ví dụ dữ liệu của đối tượng CAD như trong hình 3.1 Mục đích là để kết hợp mô hình CSDL phù hợp với CSDL đồ họa, một thuộc tính quan trọng mà chúng ta cần nghiên cứu và phát triển.
Mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ được phát triển dựa trên lý thuyết tập hợp, trong đó các quan hệ được định nghĩa là tập hợp các K-tuple với K cố định Những quan hệ này có thể được biểu diễn dưới dạng các bảng, như hình 1.2, nhằm thể hiện các đối tượng CAD như trong hình 1.11 Các quan hệ được lưu trữ có thể được truy cập theo hai phương thức: tuần tự hoặc ngẫu nhiên.
Mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ có ưu điểm về tính đồng bộ và linh hoạt trong việc quản lý các mối quan hệ dữ liệu Tuy nhiên, nó gặp khó khăn khi xử lý các đối tượng dữ liệu phức tạp như CAD, nơi mà số đỉnh và số đường hạn chế bề mặt có thể thay đổi Hơn nữa, trong dữ liệu đồ họa, ngoài các thông tin hình học, cần lưu trữ thêm các giá trị thuộc tính khác của đường và bề mặt, điều này rất quan trọng cho việc thể hiện bản vẽ chi tiết, cụm máy và quy trình gia công sau này.
Bảng 1.2 dữ liệu đối tượng CAD theo mô hình CSDL quan hệ Điểm X Y Z Đường Điểm đầu Điểm cuối
Bề mặt Cạnh Kiểu đường
Mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ (CSDL) mang lại nhiều ưu điểm nổi bật Đầu tiên, nó đơn giản hóa mô hình dữ liệu ở mức người dùng với các bảng dễ hiểu và tự nhiên Thứ hai, CSDL quan hệ có tính linh hoạt cao, cho phép dễ dàng bổ sung và mở rộng lược đồ trong từng giai đoạn Thứ ba, người dùng có thể truy cập trực tiếp đến bất kỳ giá trị nào trong CSDL thông qua các tham chiếu, không cần phải sử dụng dữ liệu không phải dạng quan hệ Thứ tư, các ngôn ngữ thao tác dữ liệu quan hệ hoạt động trên tập hợp bảng ghi chú, khác với các hệ thống không phải dạng quan hệ chỉ thao tác trên từng bảng ghi chú Cuối cùng, CSDL quan hệ rất thuận lợi cho việc phát triển các chương trình ứng dụng.
Bạn có thể truy cập và thao tác trên các hệ thống cơ sở dữ liệu quan hệ bằng cách nhúng lệnh ngôn ngữ định nghĩa và thao tác dữ liệu vào ngôn ngữ chính của ứng dụng.
• Nhược điểm của mô CSDL quan hệ:
CSDL quan hệ chủ yếu xử lý các loại dữ liệu cơ bản như số, chữ, ngày tháng và logic Tuy nhiên, đối với các đối tượng có cấu trúc phức tạp như chi tiết, siêu bản, bức tranh hay chương trình trong CAD/CAM, mô hình CSDL quan hệ không chỉ cần thể hiện dữ liệu định lượng mà còn phải thể hiện dữ liệu định tính, điều mà hiện tại vẫn chưa được đáp ứng.
B Mô hình CSDL hướng đối tượng:
Trong các phần mềm CAD, đối tượng hình học cơ bản như đường mặt và kích thước là những công cụ quan trọng để thể hiện các đối tượng phức tạp hơn, chẳng hạn như trục vít, đai ốc và bánh răng trụ Các ứng dụng CAD/CAM/CAE/CAQ yêu cầu việc lưu trữ và truy cập đối tượng phải mang tính hướng đối tượng, tiến từ đơn giản đến phức tạp, thay vì thao tác và lưu trữ theo bảng ghi trên tệp.
Mô hình cơ sở dữ liệu (CSDL) hướng đối tượng cho phép nắm bắt và quản lý các mối quan hệ giữa các đối tượng một cách hiệu quả Ví dụ, đối tượng đường có thể chứa các đối tượng điểm, trong khi đối tượng mặt lại bao gồm các đối tượng đường Mỗi đối tượng trong CSDL hướng đối tượng đều có các thuộc tính và phương thức tương ứng với bản chất và sự kiện liên quan Chính vì những đặc điểm này, mô hình CSDL hướng đối tượng được xem là lý tưởng cho việc quản lý dữ liệu phức tạp.
Mô hình cơ sở dữ liệu hướng đối tượng mang lại nhiều ưu điểm nổi bật Đầu tiên, nó cho phép lưu trữ các đối tượng dữ liệu phức tạp, đồng thời mô tả các quan hệ ràng buộc phức tạp giữa các đối tượng trong cơ sở dữ liệu Thêm vào đó, các đối tượng này có thể được chia sẻ giữa nhiều người sử dụng, tạo điều kiện thuận lợi cho việc hợp tác Mô hình này còn có khả năng phát triển kho tri thức thông qua việc thêm các đối tượng mới và các phép xử lý kèm theo, giúp nâng cấp và hoàn thiện các đối tượng hiện có Cuối cùng, sự phát triển của hệ quản trị cơ sở dữ liệu chủ yếu dựa vào việc xử lý các đối tượng phức tạp, động và trừu tượng.
Mô hình cơ sở dữ liệu (CSDL) hướng đối tượng có một số nhược điểm đáng chú ý Thứ nhất, nó phụ thuộc nhiều vào khả năng mô hình hóa đối tượng của ngôn ngữ lập trình chính được sử dụng, điều này có thể giới hạn tính linh hoạt và khả năng mở rộng Thứ hai, việc tìm kiếm trong CSDL hướng đối tượng yêu cầu sử dụng ngôn ngữ chủ của chương trình ứng dụng, dẫn đến sự phức tạp trong việc truy xuất dữ liệu.
2.2.1.2 Phương án lựa chọn mô hình CSDL
k ế t lu ận chương II
Sau khi nghiên cứu , phân tích đánh giá tình hình nghiên cứu và xây dựng
CSDL đóng vai trò quan trọng trong việc chuẩn bị công nghệ cả trong nước và quốc tế, giúp phân tích các mô hình CSDL hiện có Nghiên cứu về CSDL đang được áp dụng sẽ hỗ trợ trong việc tổ chức CSDL đồ họa – thuộc tính, từ đó rút ra kết luận về khả năng ứng dụng của chúng.
1) Việc xây dựng CSDL phục vụ quá trình chuẩn bị công nghệ có ý nghĩa khoa học và thực tế rất lớn cảtrong đào tạo cũng như công nghệ sản xuất cơ khí.
2) Do bài toán xây dựng CSDL nhằm phục vụ quá trình chuẩn bị công nghệ là rất lớn và phức tạp nên trong nội dung của luận văn này chỉ giới hạn trong việc nghiên cứu xây dựng CSDL đồ họa – thuộc tính nhằm đáp ứng việc xậy dựng CSDL các chi tiết hoặc cụm máy tiêu chuẩn cũng như là các bản vẽ chi tiết dạng tham số phục vụ quá trình chuẩn bị công nghệ
3) Dữ liệu đồ họa thuộc tính là dạng dữ liệu phức tạp, nên cần phải nghiên cứu xây dựng mô hình lý thuyết cho nó nhằm mục đích giảm thiểu khối lượng nhập liệu trong CSDL đồ họa – thuộc tính
4) Qua nghiên cứu ta thấy rằng có thể xây dựng CSDL hướng đối tượng
CSDL Solidworks và Pro/Engineer là những công cụ tối ưu cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu đồ họa và thuộc tính Bài viết này khảo sát các đặc điểm và tính năng của CSDL Solidworks, nhằm nghiên cứu phương pháp xây dựng và triển khai CSDL đồ họa- thuộc tính vào thực tế.
5) Solidwoks ngày nay là môi trừng thích hợp để có thể khai thác sử dụng đồ họa –thuộc tính cũng như triển khai đối tượng dữ liệu đồ họa tham sốsau khi đã xây dựng mô hình của nó về mặt lý thuyết.
