Thiết kế tủ điện công nghiệp trên SOLIDWORKS

Thiết kế tủ điện công nghiệp trên SOLIDWORKS sheet metal: Hướng dẫn từ cơ bản đến thực tế

TRỌN BỘ [TÀI LIỆU + VIDEO] TỰ HỌC AUTOCAD, SOLIDWORKS, MASTERCAM, INVENTOR, CATIA

Thiết kế tủ điện công nghiệp trên SOLIDWORKS là gì?

Tủ điện công nghiệp là bộ phận dùng để bố trí, bảo vệ và tổ chức các thiết bị điện – điều khiển như PLC, relay, contactor, aptomat, biến tần, bộ nguồn, terminal, thanh DIN và hệ thống dây dẫn.

Trong thực tế, một tủ điện không chỉ cần đáp ứng yêu cầu về điện mà phần kết cấu cơ khí của vỏ tủ cũng phải được thiết kế chính xác: kích thước tổng thể, chiều dày tôn, cửa tủ, bản lề, vị trí lắp thiết bị, lỗ thông gió, lỗ đi dây, gá lắp và khả năng gia công.

SOLIDWORKS đặc biệt phù hợp với công việc này nhờ môi trường thiết kế 3D và bộ công cụ Sheet Metal dành cho chi tiết kim loại tấm. Theo tài liệu SOLIDWORKS, Sheet Metal có thể được sử dụng để tạo các enclosure – dạng vỏ hộp dùng để bao che hoặc bảo vệ linh kiện – đồng thời hỗ trợ thiết kế ngay trong môi trường Assembly.

1. Xác định yêu cầu trước khi thiết kế tủ đi

Trước khi dựng mô hình 3D, người thiết kế cần xác định rõ các yêu cầu của tủ.

Những thông số quan trọng gồm:

• Chiều cao, chiều rộng và chiều sâu tổng thể.
• Kiểu tủ đứng, tủ treo tường hay tủ điều khiển máy.
• Số lượng và kích thước thiết bị điện.
• Vị trí thanh DIN và máng đi dây.
• Không gian cho PLC, contactor, relay, MCCB, biến tần…
• Vị trí nút nhấn, đèn báo và màn hình HMI.
• Hướng đi dây nguồn và dây điều khiển.
• Vị trí quạt, khe thông gió hoặc bộ lọc.
• Vật liệu và chiều dày tôn.
• Phương pháp chấn, hàn và lắp ráp.

Một industrial control panel thường gồm cả phần kết cấu cơ khí và các thiết bị điện/điều khiển như switch, fuse, relay và PLC, vì vậy việc phối hợp giữa bố trí điện và kết cấu cơ khí ngay từ đầu rất quan trọng.

2. Dựng phần thân tủ bằng SOLIDWORKS Sheet Metal

Đây là một trong những bước quan trọng nhất khi thiết kế tủ điện.

Thay vì dựng một khối đặc rồi xử lý thủ công, người thiết kế có thể sử dụng trực tiếp môi trường Sheet Metal.

Một quy trình cơ bản có thể bắt đầu bằng:

Sketch → Base Flange/Tab → Edge Flange → Corner → Cut → Hole → Vent

Base Flange/Tab

Đầu tiên, tạo Sketch xác định kích thước mặt cơ sở của tủ.

Sử dụng Base Flange/Tab để chuyển Sketch thành chi tiết kim loại tấm và thiết lập:

• Thickness – chiều dày tôn.
• Bend Radius – bán kính chấn.
• Bend Allowance.
• K-Factor.

Thông số này ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước phôi khi trải tấm.

Edge Flange

Sử dụng Edge Flange để tạo các thành tủ bằng cách gấp mép tấm kim loại.

Tùy kết cấu, người thiết kế có thể tạo lần lượt:

• Thành trái.
• Thành phải.
• Thành trên.
• Thành dưới.
• Mép tăng cứng.

SOLIDWORKS cũng sử dụng Sheet Metal rộng rãi cho các enclosure và nhiều loại chi tiết bao che của thiết bị công nghiệp.

3. Thiết kế cửa tủ điện

Cửa là một chi tiết quan trọng vì trên cửa thường bố trí:

• Nút Start/Stop.
• Emergency Stop.
• Đèn báo.
• Đồng hồ.
• Màn hình HMI.
• Công tắc selector.
• Khóa tủ.

Cửa có thể được thiết kế thành một Part Sheet Metal riêng, sau đó đưa vào Assembly.

Khi thiết kế cần chú ý:

• Khe hở giữa cửa và thân tủ.
• Vị trí bản lề.
• Vị trí khóa.
• Góc mở cửa.
• Khả năng tháo lắp.
• Không gian phía sau HMI và nút điều khiển.

Nếu thiết kế tủ kín, phần mép cửa cũng nên được xử lý phù hợp để lắp gioăng.

4. Tạo lỗ lắp quạt, nút nhấn, HMI và dây điện

Sau khi có thân và cửa tủ, bước tiếp theo là gia công các vị trí lắp thiết bị.

Một số công cụ thường sử dụng:

Extruded Cut

Dùng để tạo:

• Lỗ vuông cho HMI.
• Lỗ quạt.
• Khe thông gió.
• Cửa sổ.
• Lỗ đi dây kích thước lớn.

Hole Wizard

Dùng cho các lỗ tiêu chuẩn như:

• Lỗ bắt vít.
• Lỗ ren.
• Lỗ bu lông.
• Lỗ gá linh kiện.

Linear Pattern

Nếu cần hàng loạt khe thông gió giống nhau, có thể tạo một khe rồi dùng Linear Pattern để nhân bản.

Cách làm này giúp mô hình dễ chỉnh sửa hơn so với việc vẽ từng khe độc lập.

5. Bố trí thanh DIN, máng điện và thiết bị bên trong tủ

Sau khi phần vỏ tủ tương đối hoàn chỉnh, chuyển sang môi trường Assembly để bố trí thiết bị.

Các thành phần thường gặp gồm:

• PLC.
• Relay.
• Contactor.
• MCCB/MCB.
• Biến tần.
• Bộ nguồn.
• Terminal Block.
• Thanh DIN.
• Máng đi dây.
• Quạt.
• Bộ lọc.
• Thiết bị truyền thông.

Với SOLIDWORKS Electrical 3D, phần mềm còn hỗ trợ bố trí cabinet, rail, duct và các component trong môi trường 3D.

Điều quan trọng là không nên chỉ cố gắng “nhét vừa” thiết bị.

Cần chừa không gian hợp lý cho:

• Đi dây.
• Tản nhiệt.
• Tháo lắp thiết bị.
• Bảo trì.
• Đầu nối.
• Máng điện.
• Khả năng mở rộng trong tương lai.

6. Lắp ráp tủ điện trong môi trường Assembly

SOLIDWORKS Assembly giúp tập hợp các Part thành một cụm tủ hoàn chỉnh.

Có thể sử dụng các Mate phổ biến như:

• Coincident Mate.
• Concentric Mate.
• Distance Mate.
• Angle Mate.
• Parallel Mate.

Ví dụ:

Thân tủ + cửa + bản lề + khóa + thanh DIN + máng điện + PLC + relay + contactor

→ tạo thành Assembly tủ điện hoàn chỉnh.

Khi dựng Assembly, nên tạo cấu trúc cây thiết kế rõ ràng:

TU_DIEN_MAIN

├── CABINET

├── DOOR

├── MOUNTING_PLATE

├── DIN_RAIL

├── WIRE_DUCT

├── PLC

├── CONTACTOR

├── RELAY

├── MCB

└── FAN

Việc đặt tên rõ ràng giúp quản lý một Assembly có hàng chục hoặc hàng trăm linh kiện dễ dàng hơn.

7. Kiểm tra va chạm và không gian lắp đặt

Một ưu điểm lớn của thiết kế 3D là có thể kiểm tra vấn đề trước khi sản xuất.

Trong quá trình thiết kế cần kiểm tra:

Khoảng hở thiết bị

Đảm bảo thiết bị không:

• Va chạm cửa tủ.
• Chạm thành tủ.
• Chặn máng dây.
• Cản việc tháo lắp.

Không gian đi dây

Cần bảo đảm dây điện có đủ không gian đi từ:

thiết bị → máng điện → terminal → nguồn/tải.

Góc mở cửa

Kiểm tra cửa khi mở có bị va vào:

• Vỏ máy.
• Thiết bị bên cạnh.
• Tay cầm.
• Cáp kết nối.

Khả năng bảo trì

Không nên đặt thiết bị cần bảo trì thường xuyên ở vị trí quá khó tiếp cận.

8. Trải phẳng chi tiết Sheet Metal để gia công

Đây là bước cực kỳ quan trọng đối với sản phẩm kim loại tấm.

Sau khi thiết kế xong thân tủ hoặc cửa tủ, sử dụng Flatten / Flat Pattern để chuyển chi tiết từ trạng thái đã chấn sang dạng phẳng.

Ví dụ:

Tủ điện 3D

↓ Flatten

Phôi tôn phẳng

↓ DXF/DWG

Máy cắt Laser / CNC

↓ Chấn

Chi tiết tủ thực tế

SOLIDWORKS mô tả Flatten là công cụ cho phép tạo dạng trải phẳng của enclosure để đưa vào bản vẽ với kích thước, ghi chú và thông tin cần thiết cho quá trình sản xuất.

Khi trải phẳng cần đặc biệt chú ý:

• K-Factor.
• Bend Allowance.
• Bend Deduction.
• Bán kính chấn.
• Chiều dày vật liệu.

Nếu thiết lập sai các thông số này, kích thước thành phẩm sau chấn có thể sai so với thiết kế.

9. Xuất bản vẽ kỹ thuật phục vụ sản xuất

Mô hình 3D chưa phải là bước cuối.

Người thiết kế cần tạo Drawing để bộ phận sản xuất có đầy đủ thông tin gia công.

Một bộ bản vẽ tủ điện có thể gồm:

Bản vẽ tổng thể

Thể hiện:

• Chiều cao.
• Chiều rộng.
• Chiều sâu.
• Vị trí cửa.
• Kích thước tổng thể.

Bản vẽ từng chi tiết Sheet Metal

Bao gồm:

• Kích thước phôi.
• Vị trí lỗ.
• Đường chấn.
• Góc chấn.
• Bán kính.
• Chiều dày.

Bản vẽ Assembly

Thể hiện:

• Vị trí các bộ phận.
• Balloon.
• Item Number.
• BOM.

File DXF/DWG

Có thể dùng cho các công đoạn như:

• Cắt laser.
• Đột CNC.
• Gia công tấm.

10. SOLIDWORKS Electrical có gì khác với thiết kế tủ bằng Sheet Metal?

Cần phân biệt hai phần công việc.

SOLIDWORKS Sheet Metal

Phù hợp khi thiết kế phần cơ khí:

• Vỏ tủ.
• Cửa.
• Tấm mounting.
• Giá đỡ.
• Lỗ thiết bị.
• Phôi trải.
• Bản vẽ gia công.

SOLIDWORKS Electrical

Tập trung sâu hơn vào phần điện và tích hợp điện – cơ khí.

SOLIDWORKS Electrical 3D cung cấp môi trường dành cho thiết kế cabinet 3D, cho phép đưa cabinet, rail, duct và thiết bị điện vào mô hình. Nền tảng còn hỗ trợ đồng bộ thiết kế điện với mô hình CAD 3D.

Trong những dự án lớn, kết hợp hai hướng tiếp cận sẽ giúp kiểm soát cả:

thiết kế cơ khí + bố trí thiết bị + hệ thống điện + sản xuất.

11. Quy trình thiết kế tủ điện công nghiệp trên SOLIDWORKS

Có thể tóm tắt một workflow thực tế như sau:

Bước 1: Thu thập yêu cầu kỹ thuật.

↓

Bước 2: Xác định kích thước tủ.

↓

Bước 3: Dựng thân tủ bằng Sheet Metal.

↓

Bước 4: Thiết kế cửa và tấm gá thiết bị.

↓

Bước 5: Tạo lỗ quạt, HMI, nút nhấn và cable gland.

↓

Bước 6: Tạo Assembly.

↓

Bước 7: Bố trí DIN rail, máng điện và thiết bị.

↓

Bước 8: Kiểm tra không gian và va chạm.

↓

Bước 9: Hoàn thiện thiết kế Sheet Metal.

↓

Bước 10: Flatten.

↓

Bước 11: Xuất DXF/DWG.

↓

Bước 12: Tạo Drawing và BOM.

↓

Bước 13: Chuyển hồ sơ sang sản xuất.

Những lỗi thường gặp khi thiết kế tủ điện trên SOLIDWORKS

Không thiết lập đúng K-Factor

Có thể khiến phôi trải sai kích thước và thành phẩm sau chấn không đạt yêu cầu.

Không chừa đủ khoảng trống đi dây

Mô hình có thể nhìn đẹp nhưng khi lắp thực tế lại không đủ không gian cho dây và terminal.

Đặt thiết bị quá sát nhau

Một số thiết bị phát nhiệt cần không gian tản nhiệt phù hợp.

Không kiểm tra cửa khi mở

HMI, nút nhấn hoặc thiết bị gắn trên cửa có thể va chạm với linh kiện bên trong.

Thiết kế quá khó gia công

Không phải hình dạng nào dựng được trong CAD cũng là phương án sản xuất tối ưu.

Người thiết kế cần hiểu đồng thời:

thiết kế → vật liệu → cắt → chấn → hàn → sơn → lắp ráp.

Lợi ích của việc thiết kế tủ điện bằng SOLIDWORKS

Sử dụng SOLIDWORKS cho thiết kế tủ điện giúp trực quan hóa toàn bộ sản phẩm trước khi chế tạo.

Quan sát tủ điện dưới dạng 3D

Người thiết kế dễ dàng đánh giá bố trí tổng thể và không gian bên trong.

Thay đổi thiết kế nhanh

Khi thay đổi kích thước tủ hoặc linh kiện, mô hình tham số giúp việc cập nhật thuận tiện hơn.

Kiểm tra lắp ráp

Có thể phát hiện nhiều vấn đề cơ khí ngay trong mô hình thay vì đợi đến lúc chế tạo.

Hỗ trợ thiết kế kim loại tấm

Sheet Metal cung cấp các công cụ chuyên dụng cho việc tạo enclosure, flange và flat pattern.

Hỗ trợ sản xuất

Từ mô hình có thể tạo Drawing, BOM và dữ liệu phục vụ cắt/chấn.

Ai nên học thiết kế tủ điện trên SOLIDWORKS?

Nội dung này phù hợp với:

• Sinh viên cơ khí.
• Sinh viên điện – tự động hóa.
• Kỹ sư thiết kế máy.
• Kỹ sư điện công nghiệp.
• Kỹ sư tự động hóa.
• Nhân viên thiết kế tủ điện.
• Nhân viên thiết kế kim loại tấm.
• Người làm máy tự động.
• Kỹ thuật viên sản xuất.
• Người đang học SOLIDWORKS Sheet Metal.

Đặc biệt, người làm trong lĩnh vực thiết kế máy và tự động hóa nên biết cả cách bố trí thiết bị điện lẫn cách thiết kế phần vỏ tủ để phối hợp tốt hơn giữa bộ phận điện và cơ khí.

Tự học thiết kế tủ điện công nghiệp trên SOLIDWORKS cùng HỌC CƠ KHÍ

HỌC CƠ KHÍ có nội dung hướng dẫn thiết kế tủ điện công nghiệp trên SOLIDWORKS Sheet Metal, tập trung vào việc ứng dụng SOLIDWORKS vào bài toán thiết kế thực tế. Video tham khảo của HỌC CƠ KHÍ giới thiệu trực tiếp chủ đề này và hệ thống tài liệu của HỌC CƠ KHÍ cũng xếp thiết kế tủ điện công nghiệp trong nhóm nội dung tự học SOLIDWORKS Sheet Metal.

Lưu ý: Thiết kế tủ điện công nghiệp trên SolidWorks Sheet Metal của Học Cơ Khí, chỉ hướng dẫn phần cơ khí, khung vỏ, chứ không có phần điện.

Đây là nội dung phù hợp cho người đã biết SOLIDWORKS cơ bản + sheet metal và muốn chuyển từ việc học các lệnh riêng lẻ sang thiết kế một sản phẩm thực tế hoàn chỉnh.

Video Review: thiết kế tủ điện công nghiệp trên SOLIDWORKS

Các video mẫu: vẽ tủ điện công nghiệp

Câu hỏi thường gặp về thiết kế tủ điện trên SOLIDWORKS

Có thể thiết kế tủ điện bằng SOLIDWORKS thường không?

Có. Với phần kết cấu cơ khí, môi trường Part, Sheet Metal và Assembly đã có thể sử dụng để thiết kế vỏ, cửa, mounting plate và bố trí mô hình các thiết bị.

Nếu dự án yêu cầu xử lý sâu hơn phần sơ đồ điện, component điện và tích hợp ECAD/MCAD thì có thể sử dụng SOLIDWORKS Electrical.

Tại sao nên dùng Sheet Metal khi thiết kế tủ điện?

Vì phần lớn vỏ tủ công nghiệp được chế tạo từ kim loại tấm. Sheet Metal cho phép kiểm soát chiều dày, bán kính chấn, flange và đặc biệt là tạo Flat Pattern phục vụ sản xuất.

Có thể xuất file cắt laser từ SOLIDWORKS không?

Có thể sử dụng Flat Pattern để chuẩn bị dữ liệu 2D như DXF/DWG phục vụ quy trình gia công phù hợp.

Có cần học SOLIDWORKS cơ bản trước không?

Nên biết các kỹ năng cơ bản như Sketch, Part, Assembly và Drawing trước. Sau đó học Sheet Metal sẽ dễ áp dụng vào bài toán thiết kế tủ điện hơn.

Thiết kế tủ điện bằng SOLIDWORKS có phù hợp cho sinh viên không?

Có. Đây là một bài tập rất tốt vì kết hợp nhiều kỹ năng: Sketch, Sheet Metal, Assembly, Drawing và tư duy thiết kế theo quy trình sản xuất.

Kết luận

Thiết kế tủ điện công nghiệp trên SOLIDWORKS không chỉ đơn giản là dựng một chiếc hộp 3D. Một thiết kế tốt phải kết hợp nhiều yếu tố từ kích thước tổng thể, kết cấu kim loại tấm, cửa tủ, bản lề, lỗ thông gió cho đến vị trí PLC, relay, contactor, thanh DIN và hệ thống máng dây.

Quy trình hiệu quả có thể tóm tắt thành:

Sketch → Sheet Metal → Assembly → Bố trí thiết bị → Kiểm tra → Flat Pattern → Drawing → Gia công.

Khi nắm chắc quy trình này, người học không chỉ biết sử dụng các lệnh SOLIDWORKS mà còn tiến gần hơn đến khả năng thiết kế một sản phẩm tủ điện có thể đưa vào chế tạo thực tế.

Tham khảo khóa học AUTOCAD

Tham khảo khóa học SOLIDWORKS

Tham khảo khóa học Mastercam

XEM THÊM: Hướng dẫn bóc tách bản vẽ

Lộ trình học tập hiệu quả cho sinh viên cơ khí

Việc có quá nhiều phần mềm có thể khiến bạn bị ngợp. Do đó, hãy xây dựng cho mình một lộ trình học tập khoa học theo 3 bước sau (tham khảo thêm hình minh họa ở phần 1 để thấy sự kết nối):

1. Nắm vững nguyên lý cơ bản: Hãy luôn nhớ rằng, phần mềm chỉ là công cụ hỗ trợ. Điều kiện tiên quyết là bạn phải hiểu rõ các nguyên lý vẽ kỹ thuật, nắm chắc quy tắc về hình chiếu vuông góc, dung sai và các tiêu chuẩn vẽ kỹ thuật hiện hành.
2. Học từng bước một: Đừng tham lam học tất cả cùng lúc. Hãy bắt đầu từ việc thành thạo AutoCAD 2D để rèn luyện tư duy bản vẽ phẳng. Sau khi đã vững, hãy chuyển sang học dựng hình khối 3D trên SolidWorks hoặc Inventor.
3. Thực hành thực tế: Trăm hay không bằng tay quen. Hãy thử sức bằng cách dùng thước kẹp tự đo và vẽ lại các chi tiết máy thật xung quanh bạn. Đồng thời, bạn có thể tìm hiểu thêm các khóa học chuyên sâu bên ngoài để cập nhật thêm các kỹ năng thực chiến (như lập trình CAM, phân tích CAE).

Kết luận: Quãng thời gian sinh viên là thời điểm vàng để trau dồi các kỹ năng sử dụng phần mềm chuyên ngành. Hãy trang bị cho mình tối thiểu một phần mềm CAD, một phần mềm CAM và hiểu biết cơ bản về CAE. Chúc các bạn kỹ sư cơ khí tương lai sớm làm chủ được công nghệ và gặt hái nhiều thành công trên con đường sự nghiệp!

Các bạn có thể tham khảo khóa học bài bản theo lộ trình như bên dưới nhé!

Trung tâm Học Cơ Khí, có tuyển sinh các lớp học AutoCAD Solidwokrs Mastercam tại trung tâm và online. Lớp có giảng viên hướng dẫn.

Học AutoCAD Solidworks Mastercam tại Trung Tâm Học Cơ Khí có gì khác biệt?

Trung Tâm Học Cơ Khí là đơn vị có nhiều năm kinh nghiệm trong việc đào tạo AutoCAD Solidworks Mastercam tại Hồ Chí Minh và nhiều tỉnh thành trên toàn quốc. Sau nhiều năm đào tạo các phần mềm AutoCAD, Solidworks, Mastercam, Trung Tâm Học Cơ Khí đã cho ra đời hàng trăm kỹ sư thiết kế cơ khí giỏi, đạt chứng chỉ quốc tế. Học viên học tại Trung tâm sẽ được:

• Đào tạo tư duy thiết kế từ căn bản đến nâng cao. Học viên không chỉ học lý thuyết mà còn thực hành và nhận được rất nhiều kiến thức chia sẻ thực tế hữu ích. 
• Trung tâm tuyển sinh liên tục nên học viên không mất thời gian chờ đợi.

• Giảng viên đều là những người có thâm niên sử dụng AutoCAD/Solidworks/Mastercam, giàu kinh nghiệm thực tế và sáng tạo. 
• Trong quá trình học tập, học viên sẽ được cung cấp tài liệu học miễn phí, hỗ trợ sửa bài,… Nếu bạn chọn hình thức học online sẽ nhận được video xem lại vào cuối buổi học. 
• Được hỗ trợ chuyên môn trong và sau khóa học, được học lại miễn phí ở khóa sau nếu chưa hiểu bài, hoặc ngưng học do kẹt việc đột xuất.
• Trung tâm hỗ trợ ôn thi chứng chỉ SOLIDWORKS, làm đồ án tốt nghiệp, giải đáp các thắc mắc sau khi học viên đã đi làm.

Đặc biệt Trung tâm còn hỗ trợ học viên viết CV xin việc, tạo cơ hội việc làm phù hợp với năng lực cá nhân.

Ngoài ra, Học Cơ Khí còn có các [tài liệu + video] tự học

Tài liệu tự học AutoCAD, Solidworks, Mastercam, Catia, Inventor…

Đánh giá khách quan từ học viên đã học tại trung tâm

Nếu bạn muốn trở thành kỹ sư thiết kế cơ khí giỏi thì hãy tham gia học và thực hành bài tập ngay hôm nay. Để được giải đáp thắc mắc, hãy liên hệ ngay với Trung Tâm Học Cơ Khí theo thông tin bên dưới nhé! 

Trung tâm đào tạo AUTOCAD SOLIDWORKS MASTERCAM – HỌC CƠ KHÍ

Địa chỉ: 62A Nam Hoà, P. Phước Long, TPHCM

Điện thoại: 033.666.2767 (Mr.Thảo) hoặc 0909.500.365 (Zalo Tuyển Sinh)

Website: hoccokhi.org – hoccokhi.vn

Email: hoccokhi.org@gmail.com