Tài liệu Nghiên cứu ứng dụng phần mềm catiathiết kế các bài giảng mô phỏng để hỗ trợ và nâng cao chất lƣợng, hiệu quả giảng dạy các môn học chuyên ngành cơ khí

BỘ LAO ĐỘNG - THƢƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT VINH BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌCCẤP BỘ NĂM 2015 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CATIATHIẾT KẾ CÁC BÀI GIẢNG MÔ PHỎNG ĐỂ HỖ TRỢ VÀ NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG, HIỆU QUẢ GIẢNG DẠY CÁC MÔN HỌC CHUYÊN NGÀNH CƠ KHÍ MÃ SỐ:CB2015-04-04 HÀ NỘI, NĂM 2016 i MỤC LỤC MỤC LỤC ............................................................................................................. ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GHÉP .................................................... v DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................... vi DANH MỤC CÁC BẢNG.................................................................................. xii MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN CÁC PHẦN MỀM LĨNH VỰC CƠ KHÍ .................. 5 1.1. Lịch sử phát triển các phần mềm cơ khí ......................................................5 1.2. Chức năng nổi bật của một số PMUD phổ biến trong lĩnh vực cơ khí........5 1.2.1. Nhóm phần mềm vẽ, thiết kế ...................................................................... 5 1.2.2. Nhóm các phần mềm thiết kế, mô phỏng ................................................... 5 1.3. Tầm quan trọng của các phần mềm cơ khí ..................................................7 1.3.1. Ứng dụng các phần mềm cơ khí trong dạy học .......................................... 7 1.3.2. Ứng dụng phần mềm cơ khí trong thực tiễn sản xuất ................................. 8 Chƣơng 2. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CATIA THIẾT KẾ CÁC BÀI GIẢNG MÔ PHỎNG MỘT SỐ MÔN HỌC NGÀNH CƠ KHÍ ............................. 24 2.1. Giới thiệu phần mềm CATIA ....................................................................24 2.1.1. Mô hình hóa chi tiết (Part Modelling/Design) .......................................... 24 2.1.2. Lắp ráp (Assembly) ................................................................................... 25 2.1.3. Trình diễn mô phỏng ................................................................................. 26 2.1.4. Tạo bản vẽ 2D từ mô hình 3D (Drawing) ................................................. 28 2.1.5. Tính toán, thiết kế chi tiết máy ................................................................. 32 2.2. Thực hiện phép chiếu, phép cắt vật thể, thiết lập bản vẽ lắp .....................34 2.3. Thiết kế, kiểm nghiệm bền và chế tạo nắp bình áp lực..............................45 ii 2.4. Minh họa bài toán Nguyên lý máy bằng phần mềm Inventor ...................50 2.5. Xây dựng bộ thƣ viện các chi tiết máy ......................................................56 2.6. Tối ƣu hóa sản phẩm thiết kế với phần mềm Inventor ..............................57 2.6.1. Giới thiệu quá trình kiểm nghiệm bền trong Inventor .............................. 57 2.6.2. Kiểm nghiệm, tối ƣu hóa kết cấu của cơ cấu máy .................................... 66 2.7. Mô hình hóa sản phẩm bằng kỹ thuật ngƣợc và gia công trên máy CNC .89 2.7.1. Tổng quan về kỹ thuật ngƣợc (RE-Reverse Enineering) .......................... 89 2.8. Kết luận ......................................................................................................94 Chƣơng 3. CHẾ TẠO MỘT SỐ MÔ HÌNH TRỰC QUAN THIẾT KẾ TỪ PHẦN MỀM CATIA .................................................................................. 96 3.1. Giới thiệu chức năng lập trình và gia công trên máy CNC trong CATIA .96 3.1.1. Mô phỏng gia công trên máy tiện ............................................................. 96 3.1.2. Lập trình, mô phỏng và gia công trên máy phay trong CATIA ............. 107 3.2. Xây dựng chƣơng trình và gia công trên máy CNC ................................119 3.2.1. Xây dựng chƣơng trình CNC và truyền dữ liệu sang các máy CNC ...... 119 3.2.2. Áp dụng kỹ thuật ngƣợc trên kính hiển vi đo lƣờng DIM4530U ........... 121 3.2.3. Lập trình và gia công sản phẩm .............................................................. 130 3.2.4. Kiểm tra, đánh giá sản phẩm................................................................... 132 3.3. Chế tạo bộ bầu gá gia công lỗ đa giác đều ...............................................134 3.3.1. Bộ bầu gá gia công trên máy tiện ............................................................ 134 3.3.2. Bộ bầu gá gia công trên máy khoan, phay đứng ..................................... 143 3.4. Chế tạo hộp giảm tốc................................................................................146 3.5. Thiết kế, chế tạo bộ đồ gá khoan .............................................................150 3.6. Kết luận ....................................................................................................152 iii Chƣơng 4. KẾT LUẬN ..................................................................................... 153 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH ................................................................... 155 PHỤ LỤC i iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GHÉP CAD Computer Aid Design CAM Computer Aid Manufacturing CNC Computer Numerical Control CATIA Computer Aided Three dimensional Interactive Application CAE Computer Aided Engineering CAPP Computer-aided Process Planning RP Rapid Prototyping CMM Coordinate Measuring Machine CCD Charge-Coupled Device TFT-LCD Thin Film Transistor Liquid Crystal Display BNC Bayonet Neill–Concelman PMUD Phần mềm ứng dụng SV Sinh viên/Học sinh-Sinh viên v DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. Nhiều phần mềm ứng dụng có thể nhận dữ liệu của nhau ..............6 Hình 2. Biểu đồ so sánh hiệu quả của các quá trình gia công .....................8 Hình 3. Quy trình thiết kế sản phẩm ..........................................................10 Hình 4. Đánh giá nguyên nhân gây biến dạng mối hàn thông qua giá trị a) chuyển biến pha Mác-ten-xít và b) ứng suất phân bố xung quanh mối hàn[11] ..12 Hình 5. So sánh kết quả nghiên cứu a) bằng phƣơng pháp mô phỏng và b) bằng thực nghiệm[13] ...........................................................................................13 Hình 6. Ví dụ tìm hình chiếu vật thể ..........................................................35 Hình 7. Giao diện phần mềm CATIA ........................................................36 Hình 8. Xây dựng Sketch trong CATIA ....................................................36 Hình 9. Tạo hình khối trong CATIA .........................................................37 Hình 10. Sử dụng chức năng cắt vật thể trong CATIA .............................37 Hình 11. Mô hình vật thể 3D trong CATIA...............................................38 Hình 12. Biểu diễn hình chiếu vật thể trong CATIA .................................39 Hình 13. Sử dụng PMUD để mô tả khối hình hình tạo nên vật thể ...........40 Hình 14. Thực hiện phép cắt trong CATIA ...............................................40 Hình 15. Biểu diễn hình chiếu trục đo trong CATIA ................................41 Hình 16. Bản vẽ 3D chi tiết E tô ................................................................42 Hình 17. Bản vẽ lắp chi tiết E tô ................................................................42 Hình 18. Bản vẽ 3D cơ cấu đồ gá khoan ...................................................43 Hình 19. Bản vẽ lắp cơ cấu đồ gá khoan ...................................................43 Hình 20. So sánh kết quả sử dụng PMUD trong học phần Vẽ kỹ thuật ....44 Hình 21. Mô tả quy luật của kết quả khảo sát ............................................45 Hình 22. Kích thƣớc nắp bình cao áp ........................................................45 vi Hình 23. Vị trí làm việc của nắp bình cao áp.............................................46 Hình 24. Vị trí ứng suất tập trung lớn nhất ................................................48 Hình 25. Kết quả mô phỏng về lƣợng biến dạng theo phƣơng dọc trục của chi tiết .................................................................................................................48 Hình 26. Chế tạo và thực nghiệm với nắp bình cao áp ..............................49 Hình 27. Vị trí xoay đảo lộn ......................................................................50 Hình 28. Kích thƣớc ghế ngồi ....................................................................51 Hình 29. Kích thƣớc ghế điều chỉnh ..........................................................51 Hình 30. Trọng tâm cơ thể ngƣời ...............................................................52 Hình 31. Xác định kích thƣớc tổng thể ......................................................52 Hình 32. Sơ đồ hóa cơ cấu .........................................................................53 Hình 33. Kích thƣớc các khâu tính toán ....................................................53 Hình 34. Sơ đồ vị trí các khâu....................................................................54 Hình 35. Thông số thiết kế 2D và bản vẽ 3D.............................................54 Hình 36. Các vị trí làm việc của cơ cấu .....................................................55 Hình 37. Mô hình cơ cấu đảo lộn 3D vị trí ngồi ........................................55 Hình 38. Mô hình cơ cấu đảo lộn 3D vị trí thẳng đứng .............................56 Hình 39. Bản vẽ lắp một số chi tiết máy hộp giảm tốc ..............................57 Hình 40. Mô hình bài toán mẫu .................................................................58 Hình 41. Xác định thông số quá trình mô phỏng .......................................58 Hình 42. Gán vật liệu cho dầm ..................................................................59 Hình 43. Cơ tính của vật liệu .....................................................................59 Hình 44. Xác định điều kiện biên cho dầm ................................................60 Hình 45. Xác định vị trí lực tác dụng lên dầm ...........................................61 vii Hình 46. Tiến hành mô phỏng ứng suất .....................................................61 Hình 47. Ứng suất tổng hợp của dầm ........................................................62 Hình 48. Ứng suất theo nguyên lý thứ nhất của dầm.................................62 Hình 49. Ứng suất theo nguyên lý thứ 3 của dầm .....................................63 Hình 50. Chuyển vị của dầm ......................................................................64 Hình 51. Hiệu chỉnh lƣới............................................................................64 Hình 52. Hệ số an toàn của dầm ................................................................65 Hình 53. Xuất kết quả ................................................................................65 Hình 54. Gán vật liệu .................................................................................66 Hình 55. Gán ràng buộc .............................................................................67 Hình 56. Gán tải trọng................................................................................67 Hình 57. Tiến hành phân tích cho cơ cấu ..................................................68 Hình 58. Ứng suất tổng hợp của dao .........................................................68 Hình 59. Ứng suất theo thuyết bền kéo của dao ........................................69 Hình 60. Ứng suất theo thuyết bền nén của dao ........................................69 Hình 61. Chuyển vị của dao .......................................................................69 Hình 62. Hệ số an toàn ...............................................................................70 Hình 63. Dao sau khi hiệu chỉnh ................................................................70 Hình 64. Ứng suất Von mise của dao sau khi hiệu chỉnh ..........................71 Hình 65. Ứng suất theo thuyết bền kéo của dao sau khi hiệu chỉnh ..........71 Hình 66. Ứng suất theo thuyết bền nén của dao sau khi hiệu chỉnh ..........71 Hình 67. Hệ số an toàn của dao sau khi hiệu chỉnh ...................................72 Hình 68. Kích thƣớc dao sau khi hiệu chỉnh..............................................72 Hình 69. Ứng suất Von Mise của bầu dao .................................................73 viii Hình 70. Ứng suất theo thuyết bền kéo của bầu dao .................................73 Hình 71. Ứng suất theo thuyết bền nén của bầu dao .................................74 Hình 72. Chuyển vị của bầu dao ................................................................74 Hình 73. Hệ số an toàn của bầu dao ...........................................................74 Hình 74. Kết cấu thân.................................................................................75 Hình 75. Ứng suất Von Mise của bầu dao sau khi hiệu chỉnh ...................75 Hình 76. Ứng suất theo thuyết bền kéo của bầu dao sau khi hiệu chỉnh ...76 Hình 77. Ứng suất theo thuyết bền nén của bầu dao sau khi hiệu chỉnh ...76 Hình 78. Chuyển vị của bầu dao sau khi hiệu chỉnh..................................77 Hình 79. Hệ số an toàn của bầu dao sau khi hiệu chỉnh ............................77 Hình 80. Kích thƣớc của bầu dao sau khi hiệu chỉnh ................................78 Hình 81. Kết cấu thân.................................................................................78 Hình 82. Ứng suất Von Mise của thân .......................................................79 Hình 83. Ứng suất tính theo thuyết bền kéo của thân ................................79 Hình 84. Ứng suất theo thuyết bền nén của thân .......................................80 Hình 85. Chuyển vị của thân ......................................................................80 Hình 86. Hệ số an toàn của thân ................................................................81 Hình 87. Ứng suất Von Mise của than sau khi hiệu chỉnh ........................81 Hình 88. Ứng suất theo thuyến bền kéo sau khi hiệu chỉnh ......................82 Hình 89. Ứng suất theo thuyết bền nén của thân sau khi hiệu chỉnh .........82 Hình 90. Chuyển vị của than sau khi hiệu chỉnh .......................................83 Hình 91. Hệ số an toàn của than sau khi hiệu chỉnh ..................................83 Hình 92. Đặc tính của chi tiết thân bầu gá .................................................84 Hình 93. Khối lƣợng,thể tích,diện tích của thân ........................................84 ix Hình 94. Ứng suất Von Mise của chuôi .....................................................85 Hình 95. Ứng suất theo thuyết bền kéo của chuôi .....................................85 Hình 96. Ứng suất theo thuyết bền nén của chuôi .....................................86 Hình 97. Chuyển vị của chuôi ....................................................................86 Hình 98. Hệ số an toàn của chuôi ..............................................................87 Hình 99. Kích thƣớc chuôi trƣớc khi kiểm nghiệm ...................................87 Hình 100. Khối lƣợng,thể tích, diện tích của chuôi ...................................88 Hình 101. Kích thƣớc chuôi sau khi kiểm nghiệm ....................................88 Hình 102. Khối lƣợng, thể tích, diện tích chuôi ........................................89 Hình 103. Quy trình thiết kế thuận và Quy trình thiết kế ngƣợc ...............91 Hình 104. Cấu tạo DIM4530U .................................................................121 Hình 105. Giao diện của phần mềm SI101. .............................................124 Hình 106. Thanh công cụ hỗ trợ đo .........................................................125 Hình 107. Thanh chức năng vẽ CAD. ......................................................127 Hình 108. Thanh hỗ trợ ghi kích thƣớc. ...................................................128 Hình 109. Dữ liệu xuất sang Excel. .........................................................129 Hình 110. Hình ảnh Scan .........................................................................129 Hình 111. Hình dạng phôi ban đầu ..........................................................130 Hình 112. Bản vẽ thiết kế mẫu .................................................................130 Hình 113. Kích thƣớc thực của mẫu ........................................................131 Hình 114. Phôi gia công ...........................................................................131 Hình 115. Load file NC vào máy cắt dây để chuẩn bị gia công ..............132 Hình 116. Chi tiết mẫu (a) và Sản phẩm sau khi gia công (b) .................132 Hình 117. Mô tả quá trình cắt khi chuốt trên máy tiện ............................135 x Hình 118. Bản vẽ lắp cơ cấu chuốt trên máy tiện V1 ..............................136 Hình 119. Bản vẽ phân rã cơ cấu chuốt trên máy tiện V1 .......................136 Hình 120. Bản vẽ thân trƣớc cơ cấu chuốt trên máy tiện V1 ..................137 Hình 121. Bản vẽ thân sau cơ cấu chuốt trên máy tiện V1 ......................137 Hình 122. Bản vẽ thân lắp dao cơ cấu chuốt trên máy tiện V1 ...............138 Hình 123. Bản vẽ dao cơ cấu chuốt trên máy tiện V1 .............................138 Hình 124. Bản vẽ nắp chặn cơ cấu chuốt trên máy tiện V1.....................139 Hình 125. Bầu gá V1 sau khi chế tạo hoàn thành ....................................139 Hình 126. Gá lắp bầu chuốt trên nòng ụ sau của máy tiện ......................140 Hình 127. Bản vẽ lắp cơ cấu chuốt trên máy tiện V2 ..............................142 Hình 128. Bản vẽ chi tiết thân cơ cấu chuốt trên máy tiện V2 ................140 Hình 129. Bản vẽ chi tiết Vỏ ngoài cơ cấu chuốt trên máy tiện V2 ........141 Hình 130. Bản vẽ chi tiết dao cơ cấu chuốt trên máy tiện V2 .................141 Hình 131. Bầu gá V2 sau khi chế tạo hoàn thành ....................................142 Hình 132. Gá lắp và điều chỉnh bàn dao máy tiện ...................................143 Hình 133. Sản phẩm gia công chế tạo thử ...............................................143 Hình 134. Sơ đồ cắt khi chuốt xoay trên máy khoan/phay ......................144 Hình 135. Kết cấu của bầu gá ..................................................................145 Hình 136. Bản vẽ 3D của cơ cấu..............................................................146 Hình 137. Kích thƣớc thân bầu gá ...........................................................145 Hình 138. Cơ cấu chuốt xoay trên máy khoan/phay ................................146 xi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1 Danh sách một số học phần có thể ứng dụng phần mềm trong đào tạo .........................................................................................................................7 Bảng 2 Một số đặc tính cơ bản của mê-ca[16] ............................................46 Bảng 3 Thông số kỹ thuật của kính hiển vi DIM4530U ..........................122 Bảng 4 Kết quả so sánh mẫu và sản phẩm sau khi gia công....................133 Bảng 5. Danh môc các nội dung liên quan đến học phần ..........................94 xii MỞ ĐẦU Nghiên cứu ứng dụng các phần mềm để thiết kế các bài giảng nhằm hỗ trợ và nâng cao chất lƣợng, hiệu quả giảng dạy các môn học ngành cơ khí, áp dụng vào thực tiễn sản xuất đang là một nhiệm vụ tối cần thiết trong giai đoạn hiện nay. Sử dụng hợp lý các phần mềm ứng dụng sẽ là giải pháp phát huy đƣợc khả năng sáng tạo của ngƣời học và của các nhà nghiên cứu; Là phƣơng tiện giúp họ tiếp cận đƣợc những thành tựu khoa học- công nghệ của thế giới, thực hiện đƣợc những công việc mang tầm cỡ quốc tế. Đó cũng là môi trƣờng để, ít nhất trong giai đoạn hiện nay, họ có thể sử dụng để chứng minh những cơ sở lý luận chuyên ngành đƣợc học, đƣợc bồi dƣỡng. Ngoài ra, định hƣớng này cũng sẽ là một trong những giải pháp đào tạo chuẩn bị nguồn nhân lực công nghệ ứng dụng cho giai đoạn phát triển sắp tới- giai đoạn đất nƣớc thực hiện nhiệm vụ cơ bản là công nghiệp. Đối với sinh viên, đây là lựa chọn có thể tạo cho họ hành trang vững chắc sau khi tốt nghiệp các cơ sở giáo dục chuyên nghiệp. Nếu sử dụng thành thạo công cụ này, cánh cửa làm việc ở các cơ sở sản xuất có vốn đầu tƣ nƣớc ngoài, học tập cao hơn ở quốc gia phát triển sẽ rộng hơn, cao hơn. Đến lúc này, sự hỗ của vốn kiến thức chuyên ngành và ngoại ngữ là cần thiết để đảm bảo hiệu quả tiếp cận. Sinh viên Việt nam đƣợc biết đến với khả năng tự tin về kiến thức khoa học cơ bản và kỹ năng thực hành, do vậy trau dồi ngoại ngữ là việc còn lại họ cần thực hiện cho môc tiêu này. Tổ chức thi, đánh giá năng lực tính toán thiết kế thông qua việc sử dụng các phần mềm ứng dụng đã đƣợc Bộ Lao động Thƣơng binh và Xã hội, Tổng cục Dạy nghề triển khai định kỳ thông qua Kỳ thi tay nghề quốc gia. Trong các kỳ thi gần đây, kỹ năng tính toán, thiết kế của các thí sinh tham gia thi nghề Thiết kế cơ khí CAD đã có xu hƣớng cải thiện rõ rệt. Năm 2016, đã có 04 thí sinh đạt giải Nhất với số kỹ năng đáp ứng yêu cầu ngày càng cao. Qua đó cho 1 thấy việc đầu tƣ cho giáo viên và sinh viên tiếp cận và khai thác các phần mềm ứng dụng trong quá trình giảng dạy học tập là cần thiết và hiệu quả. I. MÔC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Xây dựng đƣợc bộ tài liệu giúp giáo viên sử dụng phần mềm CATIA vào thiết kế bài giảng mô phỏng trực quan nhằm tăng tính hiệu quả trong dạy và học; Gia công chế tạo các mô hình trực quan đƣợc thiết kế, kiểm nghiệm từ phần mềm CATIA làm phƣơng tiện dạy học cho giáo viên ở các môn học ngành cơ khí. II. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Công nghệ thông tin đã và đang có vai trò rất quan trọng trong đời sống xã hội cũng nhƣ các lĩnh vực sản xuất. Việc ứng dụng công nghệ thông tin đã góp phần rất quan trọng trong việc nâng cao chất lƣợng sản phẩm, tăng hiệu quả sản xuất, tiết kiệm thời gian trong mọi lĩnh vực của đời sống xã hội. Trong dạy học, công nghệ thông tin đã thực sự là phƣơng tiện rất quan trọng, giúp giáo viên và học sinh, sinh viên tiếp cận nhanh chóng với kiến thức, với khoa học hiện đại. Hiện nay, với chủ trƣơng đƣa công nghệ thông tin, sử dụng các phần mềm ứng vào việc giải quyết các môn học có liên quan, đồng thời ứng dụng nó vào thực tiễn, giúp ngƣời dạy và ngƣời học phát triển tƣ duy, tiếp cận đƣợc công nghệ tiên tiến là cần thiết và đang đƣợc chú ý quan tâm. Ở các trƣờng đại học, cao đẳng và trung cấp chuyên nghiệp, việc đƣa công nghệ thông tin vào dạy, học đã đƣợc áp dụng từ lâu và đã góp phần nâng cao chất lƣợng đào tạo. Trong lĩnh vực cơ khí, thực tế hiện nay, việc giải các bài toán nhƣ Sức bền vật liệu, Cơ học, Thiết kế máy …trong các cơ sở đào tạo đang chủ yếu thực hiện bằng thủ công. Do vậy, khả năng tiếp cận với các công cụ phân tích, tính toán, thiết kế hiện đại của sinh viên đang bị hạn chế. Đây là một trong những nguyên nhân khiến sinh viên tốt nghiệp không đáp ứng các yêu cầu của doanh nghiệp. 2 Với những lý do đó, nhóm tác giả lựa chọn ''Nghiên cứu ứng dụng phần mềm CATIA thiết kế các bài giảng mô phỏng để hỗ trợ và nâng cao chất lƣợng, hiệu quả giảng dạy các môn học ngành cơ khí''. Các kết quả của đề tài sẽ hỗ trợ cho quá trình giảng dạy và học tập hiệu quả hơn, phong phú đa dạng hơn. III. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU - Tổng hợp một số công trình nghiên cứu nổi bật liên quan đến việc ứng dụng phần mềm ứng dụng; - Nghiên cứu, tìm hiểu các module của phần mềm để xây dựng các chuyên đề; - Đánh giá, kiểm nghiệm, giải các bài toán điển hình trong các môn học Sức bền vật liệu, Thiết kế máy, Thiết kế khuôn; -. Xây dựng hệ thống các videos mô phỏng, chế tạo các mô hình trực quan phục vụ dạy và học. IV. PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Các module của phần mềm thiết kế CATIA trong lĩnh vực thiết kế cơ khí: Thiết kế khuôn, Thiết kế cấu trúc máy, Tiện, Phay. - Các môn học chuyên ngành cơ khí: Sức bền vật liệu, Công nghệ gia công trên máy CNC, Thiết kế khuôn, Thiết kế máy, Công nghệ chế tạo máy. V. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU -. Nhóm phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết Phân tích, tính toán, thiết kế, tối ƣu hóa kết cấu, lập trình gia công trên máy công cụ điều khiển số (CNC) bằng các module của phần mềm CATIA. - Nhóm các phƣơng pháp nghiên cứu thực tiễn Kiểm tra chƣơng trình đã lập trình, hiệu chỉnh, truyền dữ liệu sang máy công cụ Tiện, Phay CNC để gia công chế tạo sản phẩm. VI. BAN CHỦ NHIỆM 3 - TS. Nguyễn Văn Cƣờng, trƣờng Đại học Sƣ phạm kỹ thuật Vinh, Chủ nhiệm; - ThS. Lê Văn Sinh, trƣờng Đại học Sƣ phạm kỹ thuật Vinh, Thƣ ký; - TS. Lê Khắc Bình, trƣờng Đại học Sƣ phạm kỹ thuật Vinh, Thành viên; - ThS. Phạm Đình Quang, trƣờng Đại học Sƣ phạm kỹ thuật Vinh, Thành viên; - ThS. Lƣu Thủy Chung, trƣờng Đại học Sƣ phạm kỹ thuật Vinh, Thành viên; - KS. Nguyễn Sỹ Tài, Viện nghiên cứu Khoa học kỹ thuật bảo hộ lao động – Tổng liên đoàn Lao động Việt Nam, Thành viên; - KS. Mai Tất Lợi, trƣờng Cao đẳng nghề Việt nam – Hàn quốc, Thành viên. VII. ĐƠN VỊ CỘNG TÁC - Tổng Cục dạy nghề. - Trƣờng Cao đẳng nghề kỹ thuật công nghiệp Việt Nam - Hàn Quốc. - Viện nghiên cứu Khoa học kỹ thuật bảo hộ lao động – Tổng liên đoàn Lao động Việt Nam. 4 Chƣơng 1. TỔNG QUAN CÁC PHẦN MỀM LĨNH VỰC CƠ KHÍ 1.1. Lịch sử phát triển các phần mềm cơ khí Chƣơng trình máy tính đƣợc Claude Shannon (1916-2001) giới thiệu những ý tƣởng sơ khai trong "A Mathematical theory of Communication", cung cấp một phác thảo có thể đƣợc thực hiện một chƣơng trình máy tính. Trên cơ sở đó, các lập trình viên máy tính đầu tiên sử dụng mã nhị phân để thực hiện các nhiệm vụ khác nhau. Ngày 21 tháng 6 năm 1948, Tom Kilburn, Đại học Manchester đã giới thiệu một máy tính lƣu trữ chƣơng trình có phần mềm trong một bộ nhớ điện tử. Sự kiện này đƣợc xem là cột mốc sơ khai của các phần mềm máy tính. Trên cơ sở đó, ngày càng có nhiều phần mềm ứng dụng (PMUD) đƣợc thiết kế, xây dựng và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực trong công nghiệp, giáo dục và cuộc sống. 1.2. Chức năng nổi bật của một số PMUD phổ biến trong lĩnh vực cơ khí 1.2.1. Nhóm phần mềm vẽ, thiết kế AutoCAD là phần mềm vẽ, thiết kế đơn giản và đang đƣợc sử dụng phổ biến nhất hiện nay trên phạm vị cả nƣớc. Hầu hết các chƣơng trình đào tạo nghề/ngành cơ khí đều yêu cầu ngƣời học khai thác phần mềm AutoCAD trong quá trình học tập. Tuy nhiên phần mềm này chủ yếu đƣợc sử dụng để tƣơng tác với các bản vẽ thiết kế dạng 2D. Do vậy, ngƣời triển khai yêu cầu khả năng tƣởng tƣợng nhất định. 1.2.2. Nhóm các phần mềm thiết kế, mô phỏng Khi đã sử dụng AutoCAD, ngƣời dùng sẽ có đƣợc giác ít bở ngỡ khi sử dụng Mechanical Desktop. Hầu nhƣ các lệnh sử dụng với Autocad đều có trong Mechanical Desktop. Do vậy, nó là phần mềm với đối tƣợng mới sử dụng AutoCAD và muốn tiếp cận với phần mềm 3D. Tuy vậy, AutoCAD Mechanical có chức năng 2D hơn hẳn AutoCAD. Một số phần mềm ứng dụng khác cho phép thiết kế, mô phỏng, tối ƣu hóa và tƣơng tác với các máy công cụ điều khiển bằng kỹ thuật số CNC. Các phần 5 mềm đứng đầu về thiết kế và mô phỏng là ANSYS, ProEngineer, Solidworks, AutoDesk Inventor. Trong khi đó, một số PMUD khác đƣợc thiết kế chú trọng về chức năng mô phỏng động và tƣơng tác truyền dữ liệu thiết kế sang các máy CNC để thực hiện quá trình gia công. Nhóm này đƣợc đặc trƣng bởi MasterCAM và CATIA. Các phần mềm thuộc nhóm này đƣợc xây dựng giao diện chủ yếu là 3D. Các file dữ liệu thiết kế có thể chuyển đổi và sử dụng lẫn nhau. Đây là một trong những đặc điểm tạo điều kiện cho ngƣời dùng có thể tăng tốc độ tiếp cận với các phần mềm trong nhóm này. Hình 1. Nhiều phần mềm ứng dụng có thể nhận dữ liệu của nhau Với đặc điểm này, nhóm tác giả thực hiện các nội dung của đề tài không chỉ giới hạn trong phạm vi các chức năng của phần mềm CATIA mà còn áp dụng với một số phần mềm khác trong nhóm. Trên cơ sở đó, các nội dung đƣợc thực hiện trong đề tài có thể dễ dàng đƣợc áp dụng và phổ biến nhanh hơn, rộng hơn. 6 1.3. Tầm quan trọng của các phần mềm cơ khí 1.3.1. Ứng dụng các phần mềm cơ khí trong dạy học Theo chƣơng trình đào tạo ngành cơ khí, bậc Đại học và Cao đẳng tại trƣờng Đại học Sƣ phạm kỹ thuật Vinh hiện nay, nhiều học phần có thể ứng dụng hiệu quả phần mềm CATIA trong quá trình giảng dạy và học tập. Một số học phần tiêu biểu đƣợc liệt kê trong Bảng 1. Bảng 1 Danh sách một số học phần có thể ứng dụng phần mềm trong đào tạo Tên học phần TT 1. Vẽ kỹ thuật Nội dung ứng dụng Mô tả các hình chiếu, hình cắt, phép cắt. Xây dựng các bản vẽ lắp 2D và 3D 2. Sức bền vật liệu Mô phỏng, xác định ứng suất, tối ƣu hóa kết cấu, vật liệu chi tiết máy, cơ cấu máy 3. Thiết kế cơ khí trên máy Thực hiện tất cả các nội dung trong các phần tính mềm, từ thiết kế, mô phỏng, kiểm nghiệm, tối ƣu hóa,.. 4. Thiết kế khuôn mẫu Thực hành thiết kế, mô phỏng các quá trình tạo khuôn, dòng chảy trong khuôn. Kiểm tra ứng suất của khuôn và sản phẩm gia công 5. Nguyên lý chi tiết máy Mô tả các khâu, quỹ đạo khâu trung gian. Thiết kế, mô phỏng, kiểm nghiệm các chi tiết hoặc cụm cơ cấu của máy 6. Máy cắt, Thiết kế máy cắt Mô tả các cơ cấu máy, các chuyển động tạo hình. Khai thác các chi tiết và cơ cấu trong thƣ viện của các phần mềm 7. Công nghệ chế tạo máy; Mô tả các quá trình cắt có chuyển động tạo Đồ gá hình phức tạp. Mô phỏng và xác định thông 7 số của các quá trình cắt. Thiết kế đồ gá. 8. Thực hành gia công trên Thiết kế, mô phỏng và truyền dữ liệu sang các máy công cụ CNC máy CNC 9. Máy công cụ điều khiển Thiết kế, mô phỏng, tối ƣu hóa các lệnh điều theo chƣơng trình số khiển 10. Đồ án, Đề tài TN, Nghiên Thiết kế, mô phỏng, kiểm nghiệm và tối ƣu cứu khoa học hóa các quá trình hoạt động và cơ cấu máy. Xuất các bản vẽ chi tiết, bản vẽ lắp, bản vẽ công nghệ. Xác định các bộ thông số tối ƣu Qua thực tế giảng dạy và tìm hiểu, nhóm tác giả nhận định sử dụng các PMUD vào dạy và học cho sinh viên tại trƣờng ĐHSPKT Vinh và các cơ ở đào tạo khác là cần thiết. Đây là công cụ nhằm nâng cao chất lƣợng dạy và học, giải quyết triệt để các bài toán kỹ thuật, minh họa trực quan, sinh động, chính xác. 1.3.2. Ứng dụng phần mềm cơ khí trong thực tiễn sản xuất Quá trình sản xuất bao gồm nhiều công đoạn, nhƣ: tính toán thiết kế gia công chế tạo, lắp ráp, phân phối,.. Hiệu quả kinh tế của các công đoạn này không giống nhau. Hình 2. Biểu đồ so sánh hiệu quả của các quá trình gia công 8