Cơ khí chế tạo máy - Mô hình hoá hình học

4. MÔ HÌNH HOÁ HÌNH HỌCNỘI DUNG 4.1. Đặt vấn đề 4.2. Mô hình hoá 2D 4.3. Mô hình hoá khung dây 3D 4.4. Mô hình mặt 3D 4.5. Mô hình hoá khối 3DTrường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC 4.1. ĐẶT VẤN ĐỀMột cảnh có thể chứa các vật thể khác nhau: Mây, cây, đá, nhà, nội thất, v.vCó nhiều cách khác nhau để thể hiện các vật thể đó. Mô hình 2D Mô hình khung dây 3D Mô hình mặt 3D Mô hình khối 3DTrường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC 4.2. Mô hình 2D Trong không gian hai chiều (2D) một vật thể bất kỳ có thể được biểu diễn bằng điểm, đường thẳng, đường cong thông qua các hình chiếu, mặt cắt,Việc thực hiện các bản vẽ trong không gian 2D rất đơn giản. Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Thí dụ một mô hình 2DTrường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Thí dụ biểu diễn một mô hình 2D model2D model3D model3D modelTrường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Nhờ có máy tính và ứng dụng các phần mềm đồ họa, các bản vẽ 2D được hình thành với tốc độ nhanh hơn, chính xác hơn, rõ ràng hơn, và đặc biệt là dễ chỉnh lý, sửa chữa hơn.Tuy nhiên, so với vẽ trong không gian 3D, nó có một số nhược điểm sau:Không thể tự tạo ra các hình chiếu phụ thông qua hình chiếu có trên màn hình. Các hình ảnh như hình chiếu trục đo, hình chiếu thẳng chỉ là giả tạo và khi vẽ thì không có liên hệ gì với nhau cả.Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Các công cụ dựng mô hình 2DĐể xây dựng mô hình 2D người thiết kế dùng các công cụ sau (Ví dụ AutoCAD):vẽ (draw), chỉnh lý (modify),tuỳ biến màn hình (transformation).Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Các công cụ vẽ Gồm việc sử dụng các lệnh để tạo nên các phần tử đơn giản như đường thẳng (LINE), đường tròn (CIRCLE), cung tròn (ARC), ellipse, spline, point. Việc vẽ có thể được thực hiện theo hai cách: Vẽ phác - vẽ trước khi cho kích thướcVẽ chính xác - khi vẽ phải chỉ ra tọa độ của đối tượng cần vẽVẽ phác là một công cụ vẽ nhanh chóng vì không yêu cầu độ chính xác cao.Việc vẽ chính xác ngay từ đầu có ưu điểm là có thể cho bản vẽ đúng kích thước, nhưng tốc độ chậm hơn so với vẽ phác.Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Thí dụ vẽ một đường thẳng được thực hiện như saua)Vẽ phác:1. Dùng lệnh Line2. Pick hai điểm điểm bất kỳ3. Cho kích thướcb) Vẽ chính xác:Nhập số chỉ tọa độ của hai điểm tạo nên đường thẳng.1. Điểm đầu: X1 , Y1. (10,10)2. Điểm sau: X2 , Ỳ 2 (50,30)(10, 10)(50, 30)50.030.01010Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Các công cụ chỉnh lý (Modify)Để chỉnh lý hình ảnh, có nhiều công cụ. Các công cụ thông dụng là: Erase, Offset, Copy, Move, Mirror, Array, Break, Chamfer, Fillet, Trim, Extend, Rotate,... Thí dụ trong AutoCAD chỉnh lý gồm các công cụ sauTrường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Công cụ tuỳ biến màn hìnhGồm các công cụ phóng to thu nhỏ (Zoom), di chuyển (Pan) trong không gian 2D.Thí dụ trong AutoCAD có các công cụ Zoom sau:Zoom[All/Center/Dynamic/Extents/Previous/Scale(X/XP)/Window/:]Với công cụ Zoom, Pan, người dùng có thể phóng to, thu nhỏ hình ảnh theo tỉ lệ mong muốn, di chuyển hình ảnh trên màn hình đến vị trí cần thiết giống như ta đưa tờ giấy vẽ trên mặt bàn khi thực hiện bản vẽ bằng tay. Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Tạo lớpĐể thực hiện nhiều hình vẽ có những chức năng khác nhau trên cùng một không gian vẽ, một công cụ rất hữu ích là tạo lớp.Lớp 1. Bản vẽ chi tiết không kích thước Lớp 2. Bản vẽ phôiLớp 3. Kích thướcTuỳ theo nhu cầu của người dùng lớp này hay lớp kia có thể cho thể hiện trên bản vẽ. Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Tạo lớpThí dụ một danh sách các lớp trong AutoCAD Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Tạo thư viện các phần tử đồ họaĐể thực hiện bản vẽ phức tạp nhanh chóng, cần phải tạo ra các thư viện phần tử đồ họa. Đây là những bản vẽ chi tiết mẫu mà khi cần, ta gọi ra để chèn vào các vị trí cần thiết trên bản vẽ. Thư viện có thể chứa các chi tiết chuẩn với kích thước cố định hoặc các chương trình con (macro). Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Bằng cách dùng macro tham số ta có thể khai báo để tạo ra những vật thể tương tự với các tham số tùy ý.Các hệ thống CAD còn có những macro modify tổng thể - thí dụ các macro liên quan đến kích thước của bản vẽ. Khi ta tay đổi tính chất, thí dụ kiểu chữ, độ lớn của nét chữ thì sau khi cập nhật, toàn bộ các chữ và số ghi kích thước trên bản vẽ sẽ thay đổi theo.Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC 4.3. MÔ HÌNH KHUNG DÂYMô hình khung dây mô tả một phần tử 3D. Chúng gồm tập hợp các đỉnh, và các cạnh (đường thẳng, cung tròn, đường tròn và đường spline,) nối với nhau, đủ xác định một vật thể và có thể quan sát. Thí dụ một hình tứ diện như trên hình sauCác đỉnhCác cạnhDạng cạnhTrường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC MÔ HÌNH KHUNG DÂYThí dụ một hình cônCác đỉnhCác cạnhDạng cạnhTrường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC MÔ HÌNH KHUNG DÂYThí dụ một hình cầuCác đỉnhCác cạnhTrường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC MÔ HÌNH KHUNG DÂYThí dụ một hình cầuCác đỉnhCác cạnhTrường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC MÔ HÌNH KHUNG DÂYCác ràng buộc khi xây dựng mô hình khung dây:- Mỗi đỉnh phải có 3 giá trị toạ độ X, Y, Z- Các cạnh phải khép kínTrường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC MÔ HÌNH KHUNG DÂY Ưu điểm: Dễ dựng hình, tốn ít bộ nhớ Nhược điểm: 1. Không thể hiện được sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa các phần tử.2. Không thể tính toán các tính chất vật lý 3. Không có khả năng tô bóng vì thiếu bề mặt.4. Dễ nhầm lẫn khi xem xét mô hình: Có nhiều phương án dự đoán vật thể từ một mô hình khung dâyTrường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC MÔ HÌNH KHUNG DÂYTrường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC 4.4. MÔ HÌNH MẶT 3DMô hình mặt được xác định nhờ điểm, đường, mặtKỹ thuật này cao hơn so với khung dây, linh hoạt hơn và nhiều chức năng hơn.Ưu điểm so với khung dây:Có thể tạo ra các mặt phức tạpCó thể tô bóng & thu được hình ảnh đẹpCó thể phân biệt các phần tử trên bề mặt như các lỗ.Cho phép mô phỏng chuyển động của dụng cụ cắt trong không gian 3 chiều khi gia công chi tiết với bề mặt phức tạp.Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Các dạng bề mặt Các mặt hình học cơ sở gồm:Mặt kẻ –Ruled surfaceMặt tròn xoay – Revolved surface Mặt quét - Sweep surface Mặt trùm - Blend surface Tên gọi các cơng cụ tạo mặt cĩ thể khác nhau ở những phầm mềm CAD/CAM khác nhau. Thí dụ mặt kẻ Ruled trong Pro/E khơng cĩ mà chỉ cĩ mặt Boundary.Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Mặt kẻ (Ruled) và tròn xoay (Revolved) Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Maët queùt (Sweep) vaø truøm (Blend)Các lệnh Modify mặtLệnh MergeLệnh TrimLệnh FilletLệnh ExtendLệnh MirrorLệnh OffsetTrường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Các lệnh Modify mặtLệnh MergeLệnh FilletTrường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Các lệnh Modify mặtLệnh TrimLệnh ExtendTrường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Các lệnh Modify mặtLệnh MirrorLệnh OffsetTrường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Không đủ độ chính xác để mô tả một số bề mặt nhằm có những thông số tin cậy về vật thể 3 chiều.Thủ tục dấu các đường khuất phức tạp và khó mô tả các vùng bên trong mô hình------Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Nhược điểm của phương pháp tạo mô hình mặt------Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Tóm tắtHình chiếu 2DKhung dây 3DMặt 3DKhối 3DSuy biến thành đường thẳng