Curs 3. CATIA V5R20. Prezentare generală. Generalităţi

Transcription

1 1 Curs 3 CATIA V5R20. Prezentare generală. Generalităţi Fabricația asistată de calculator s-a dezvoltat ca răspuns la problema materializării unui model geometric existent pe planşeta proiectantului. Primul pas în fabricația asistată de calculator este transpunerea în calculator a modelului geometric dorit, folosind o aplicație specializată. Există pe piață o serie de aplicații care pot servi la realizarea acestei etape, alegerea soluției optime depinzând de mai mulți factori. În alegerea corectă a unei aplicații destinate modelării de componente mecanice trebuie însă avute în vedere şi alte întrebuințări ale modelului geometric elaborat: generarea de desene de execuție, realizarea de ansamble şi subansamble, verificarea sau optimizarea formei folosind un program de calcul cu elemente finite. Analizând soluțiile CAD propuse de diferite firme (AutoCAD Inventor, SolidWorks, SolidEdge, CATIA, ProENGINEER, etc.), se poate observa că toate au la bază un modelor geometric 3D parametrizat peste care s-au adăugat sau se pot adăuga aplicații care permit exploatarea modelului realizat. Aplicațiile care exploatează modelul geometric pot fi independente sau integrate aplicației de bază. În cele ce urmează s-a folosit CATIA V5, o aplicație de referință în domeniul proiectării asistate de calculator. Ea oferă o soluție integrată, pe lângă facilitățile legate de modelarea cu solide comune tuturor aplicațiilor reprezentative ea oferind şi module destinate stiliştilor, permițând astfel extinderea utilizării calculatorului şi la etape anterioare proiectării constructive. CATIA V5R20 se prezintă ca un ansamblu de medii de lucru (Workbenches) care pot fi activate succesiv în vederea realizării unui ansamblu de sarcini. În acest mod s-a putut evita lucrul cu o interfață unică, mult prea complexă pentru majoritatea sarcinilor utilizatorului. După instalare şi lansare în execuție, aplicația afişează interfața necesară realizării unui ansamblu. Trecerea la un nou mediu de lucre se realizează selectând Start / Mechanical Design

2 2 sau Fig. 1

3 3 Principiile construirii modelelor Orice construcție de model 3D începe de regulă prin realizarea unui contur plan, care printr-o deplasare (translație sau rotație) devine o formă de bază. Primul contur se va desena pe unul dintre planele existente la pornirea aplicației. În continuare, ori de câte ori se realizează o formă bazată pe un contur, acesta se va construi pe unul dintre planele de coordonate inițiale, pe o față plană a piesei sau pe un plan ajutător, construit în acest scop. Conturul plan desenat trebuie să fie : închis; eventualele contururi interioare trebuie să fie închise ; să fie corect şi complet definit (prin cote şi constrângeri). Contururile interioare pot fi definite concomitent cu cel exterior dacă operația prin care se generează solidul (extrudare sau revoluție) se realizează între aceleaşi limite (fig. 2). Fig. 2. Contururi exterioare şi interioare extrudate pe aceeaşi înălțime Part Design este un mediu de lucru destinat realizării modelelor reperelor. Modelorul integrat în CATIA este parametrizat, deci el asigură: păstrarea tuturor dimensiunilor ca valori ale unor parametri ; evidențierea automată a stării schiței (subdefinită, complet definită sau supradefinită); refacerea automată a reperului în caz de revenire asupra cotelor ; sesizarea intenției proiectantului (adăugare automată de constrângeri) ; posibilitatea impunerii unor relații între parametri.

4 4 Fig. 3. Schiță supradefinită Fig. 4. Adăugare automată de constrângeri

5 5 Fig. 5. Impunerea unei relații geometrice între parametri La începerea unui model este esențială alegerea corectă a formei de bază. Dacă alegerea este bună, realizarea modelului se va face printr-un număr redus de paşi. Astfel, realizarea modelului pentru exemplul fundamental, prezentat în continuare, se face prin următorii paşi : 1. Se crează un contur pentru forma de bază (fig.6) ; 2. Se crează forma de bază prin extrudarea conturului 2D (fig.7) ; 3. Se adaugă succesiv alte elemente componente (fig.8). Fig.6. Crearea conturului pentru forma de bază

6 6 Fig.7. Extrudarea conturului 2D schiţare pe faţă, extrudare (Pocket) schiţare pe faţă, extrudare (Pad) schiţare pe faţă, extrudare (Pad) Fig.8. Adăugarea succesivă a altor blocuri grafice Construirea contururilor plane Construirea contururilor plane este partea cea mai dificilă în construcția unui model 3D. Pentru a începe în mediul Part Design construcția unui contur plan, se va selecta planul de desenare şi apoi se va activa aplicația de schițare (Sketcher), figura 3.9, acționând cu mouse-ul pictograma Aşa cum s-a afirmat, planul de desenare poate fi unul dintre planele de coordonate sau o suprafață plană a modelului.

7 7 Fig. 9. Mediul de desenare 2D (Sketcher) Semnificațiile pictogramelor afişate în partea dreaptă a ecranului sunt date în tabelul 1. ieşire linii simetrie Tabelul 1 contururi axe proiecţie dreptunghi puncte afiş. constrângeri cercuri, arce racordare cotare curbe spline teşire autoconstrângere elipse ajustare animaţie

8 8 În timpul desenării contururilor plane, planul pe care se desenează va fi paralel cu planul ecranului. Dacă planul nu este în această poziție se poate impune dispunerea sa corectă apăsând butonul. O schiță 2D este constituită dintr-unul sau mai multe profiluri închise care nu se autointersectează şi dintr-un ansamblu de constrângeri, dimensionale sau geometrice. După intrarea în mediul de desenare 2D (Sketcher) sunt necesare de regulă câteva acțiuni care vor uşura realizarea modelului : 1. Impunere atracție grilă (grid snap), acționând butonul corespunzător de pe bara cu instrumente Tools (fig. 10). Dacă butonul este selectat, cursorul mouse-ului nu se va putea opri decât în punctele grilei imaginare afişată automat. Fig. 10. Efectul activării atracției grilei 2. Activare autoconstrângeri (autoconstraint), figura 11. Fig. 11. Efectul activării autoconstrângerilor (autoconstraint) Dacă butonul autoconstraint este activat, în timpul trasării unui element geometric aplicația încearcă să ghicească intențiile proiectantului, adăugând automat constrângerile cele mai probabile.

9 9 Construcția elementelor geometrice care compun o schiță 2D se realizează cu instrumentele dispuse pe bara cu instrumente Profiles: Construcția profilurilor Profilurile conțin segmente de dreaptă şi arce de cerc. (fig. 12) şi rezultatul obținut este prezentat în figura 13. linie orizontală arc de cerc (fără racordare) arc de cerc (cu racordare) Fig. 12. Construcția contururilor din segmente de dreaptă şi arce de cerc

10 10 Fig. 13. Construcția rezultată Construcția punctelor Punctele pot fi definite în 5 moduri, după cum rezultă din figura 14. puncte prin proiecţia altor puncte pe o curbă dată punct obţinut prin intersecţia a două curbe puncte echidistante punct prin coordonate punct prin indicare cu mouse-ul Fig.14. Definirea punctelor Construcția liniilor Ca şi în cazul punctelor, pentru definirea liniilor (segmentelor de dreaptă) aplicația pune la dispoziție mai multe posibilități (fig. 15).

11 11 linie infinită, bisect. a unghiului format de 2 linii linie tangentă simultan la două curbe linie infinită (verticală, orizontală sau prin două puncte) linie prin indicarea cu mouse-ul Fig.15. Definirea liniilor Construcția curbelor spline Mediul de lucru selectat permite generarea a două tipuri de curbe spline: curbe spline de interpolare, definite pornind de la un număr de puncte, şi curbe spline de racordare, care permit generarea unui profil de racord bazat pe două curbe date (fig.16). curbă spline pentru racordare curbă spline prin puncte Fig. 16. Definirea curbelor spline Construcția cercurilor şi a arcelor Pentru generarea arcelor de cerc şi a cercurilor aplicația pune la dispoziție 7 posibilități, după cum urmează:

12 12 arc prin centru şi extremităţi arc prin extremităţi şi rază sau al 3-lea punct arc prin 3 puncte cerc tangent la 3 entităţi cerc prin coordonate cerc prin 3 puncte cerc folosind două puncte (centru şi mărime rază) Fig.17. Generarea arcelor de cerc Construcția conicelor Aplicația permite generarea atât a conicelor clasice (elipsă, parabolă şi hiperbolă) cât şi a unei conice oarecare. Butoanele şi semnificațiile lor sunt cele prezentate în figura 18. conică prin 5 puncte hiperbolă parabolă prin focar, vârf şi extremităţi arc elipsă prin centru, semiaxa mare şi semiaxa mică Fig.18. Generarea conicelor Construcția axelor Axele vor fi construite fie pentru generarea unor contururi care prezintă simetrii, fie pentru construirea unor corpuri de revoluție (fig. 19).

13 13 axă Fig. 19. Contur pentru generarea unui corp de revoluție Operațiile pe profiluri (rotunjirea, teşirea etc.) pot fi declanşate după generarea unui ansamblu de entități şi sunt realizate folosind instrumentele conținute în bara cu instrumente Operation. În momentul selectării unui buton corespunzând uneia dintre operații, pe bara cu instrumente Sketch Tools apar variante de executare a operației : Rotunjirea Rotunjirea poate fi executată în 3 moduri (fig.20). se păstrează ambele entităţi se păstrează o entitate rotunjire normală Fig.20. Executarea rotunjirii Teşirea Variantele de executare a teşirii sunt prezentate în figura 21. se păstrează ambele entităţi se păstrează o entitate teşire normală Fig.21. Executarea teşiturii

14 14 Tăierea extremităților Tăierea extremităților poate fi realizată în 2 moduri (fig.22). tăiere un element tăiere ambele elemente Fig Tăierea extremităților Simetria Pentru a folosi acest instrument, se vor genera elementele supuse transformării şi o axă de simetrie. Apoi se vor selecta elementele, se va apăsa butonul şi se va selecta axa. Impunerea constrângerilor dimensionale sau legate de poziția reciprocă a elementelor grafice realizate asigură în final corectitudinea unei construcții. În urma impunerii constrângerilor o schiță poate fi: o incomplet definită (există încă elemente mobile), figura 23 ; Fig. 23. Construcție incomplet definită. o complet definită (toate elementele sunt fixe), figura 24 ;

15 15 Fig. 24. Construcție complet definită. o supradefinită, figura 25. Fig Construcție supradefinită. Starea diferitelor elemente din schiță influențează culoarea în care sunt desenate. Constrângerile asigură pozițiile reciproce şi dimensiunile elementelor generate. Înaintea impunerii unei constrângeri trebuie selectate elementele la care aceasta se va referi. În tabelul 2 s-au evidențiat constrângerile care pot fi impuse în funcție de elementele selectate. Numărul de elemente selectate Constrângerile care se pot impune Tabelul 2 Un element Două elemente Fix, orizontal, vertical Coincidenţă, concentricitate, tangenţă, paralelism, punct median. perpendicularitate Trei sau mai multe Simetrie, echidistanţă Pe schițele generate de aplicație constrângerile sunt reprezentate prin simbolurile cuprinse în tabelul 3.

16 16 Tabelul 3 Simbol Semnificaţie Perpendicular Coincident Vertical Orizontal Fix / mobil Paralel / Rază / diametru Pentru a avea acces la butoanele necesare impunerii de constrângeri se va afişa bara cu instrumente Constraints. Aplicația ia permite impunerea de restricții în două moduri: prin selectarea lor dintr-o fereastră de dialog şi restricții ii dimensionale (cote). În figura 26 s-a inclus fereastra de dialog afişată în vederea selectării restricției iei dorite. În funcție de elementele selectate în prealabil, un număr de butoane de opțiune din fereastră sunt reprezentate în stare activă, deci pot fi selectate cu mouse-ul. Fig. 26. Impunerea de restricții ii folosind fereastra de dialog Pentru introducerea unei dimensiuni se va apăsa butonul. În funcție de numărul de elemente selectate se pot impune dimensiunile prezentate în tabelul 4.

17 17 Tabelul 4 Numărul de elemente selectate Un element Două elemente Constrângerile care se pot impune Lungime, rază sau diametru, semiaxa mare, semiaxa mică Distanţă, unghi Realizarea modelelor solide Sistemele de proiectare asistată de calculator păstreză modelele solide sub forma unei colecții de blocuri geometrice elementare interconectate. Acestea pot fi cu geometrie implicită (racordări, teşituri, repetări ale unor porțiuni deja definite) sau explicită, generată prin exploatarea unui contur sau ansambluri de contururi definit în prealabil. Rezultatul este un model 3D parametrizat şi un arbore structural care reflectă derularea în timp a procesului de construcție şi permite accesarea diferitelor elemente realizate şi a parametrilor lor. Pentru realizarea unui model 3D, CATIA dispune de mediul de lucru Part Design aşa cum s-a văzut în figura 1. În stânga ferestrei de desenare şi suprapus peste aceasta se vede arborele structural al modelului în forma inițială. În partea dreaptă a zonei de desenare este afişat un ansamblu de bare cu instrumente specifice. La apăsarea butonului drept al mouse-lui se afişează un meniu contextual particularizat al cărui conținut este dependent de starea aplicației. Realizarea blocurilor grafice cu geometrie explicită Aceste entități 3D sunt realizate pornind de la contururi 2D, deci generarea lor va fi posibilă doar după definirea acestora. Se poate începe direct generarea unei entități, fără desenarea în prealabil a unui contur 2D deoarece fiecare fereastră de definire a unei astfel de entități conține un buton care permite trecerea imediată în Sketcher. Formă extrudată (Pad ) Apăsând butonul Pad după realizarea unei schițe se va afişa blocul de construcție cu o geometrie corespunzând unui set implicit de valori date parametrilor de definiție precum şi o fereastră care permite modificarea valorilor acestora (fig. 27).

18 18 revenire în Sketcher Fig. 27. Definirea unei forme extrudate (Pad). Butonul Reverse Side se foloseşte în cazul profilurilor deschise pentru selectarea părții care se extrudează, ca în figura 28. Fig. 28. Formă extrudată definită pe baza unui contur deschis. Limitarea înălțimii (fig. 29) pe care se realizează extrudarea se poate face în 5 feluri: o prin introducerea înălțimii pe care se extrudează profilul (Type = Dimension) ; o o o o impunând ca extrudarea să se oprescă la întâlnirea următoarei suprafețe în direcția extrudării (Type = Up to Next) ; prin indicarea ca suprafață până la care se extrudează ultima suprafață din model întâlnită pe direcția extrudării (Type = Up to Last) ; prin indicarea unui plan până la care se va realiza extrudarea (Type = Up to Plane) ; prin indicarea unei suprafețe până la care se va realiza extrudarea (Type = Up to Surface).

19 19 Type = Up to Next Type = Up to Last Type = Up to Surface Type = Up to Surface cu Offset > 0 Type = Up to Plane (extrudare oblică) Fig. 29. Limitarea extrudării Formă extrudată pe înălțimi diferite (Multi-Pad ) Dacă un ansamblu de contururi închise vor trebui extrudate pe înălțimi diferite, pentru fiecare contur (domeniu) în parte va trebui indicată înălțimea de extrudare, ca în figura 30.

20 20 Fig. 20. Definirea unei extrudări multiple pe înălțimi diferite Formă extrudată cu înclinații şi rotunjiri (Drafted Filleted Pad ) Acest instrument permite generarea unor forme complexe ca în figura 31.

21 21 Fig Generarea unei forme extrudate cu înclinații şi rotunjiri Buzunar (Pocket ) După formele extrudate de tip Pad, în realizarea modelelor complexe se folosesc frecvent buzunare (forme de tip Pocket). Ele permit modelarea prin suprimare de material. Conturul de pornire se defineşte de regulă pe o față a corpului (o față plană). Posibilitățile de limitare a distanței pe care se execută extrudarea sunt similare celor prezentate deja la generarea formelor extrudate de tip Pad. Buzunarele realizate prin extrudare până la o suprafață permit realizarea unor alezaje având secțiune necirculară. În figura 32 se prezintă un exemplu de realizare de astfel de bloc grafic şi fereastra de dialog cu ajutorul căreia sunt stabiliți parametrii acestuia. Fig. 32. Generarea unui buzunar

22 22 Buzunar multiplu (Multi-Pocket ) Buzunarul multiplu se generează ca şi o formă extrudată pe înălțimi diferite (Multi-Pad). Practic după realizarea contururilor necesare se vor indica în fereastra afişată la acționarea butonului, înălțimile de extrudare dorite. Buzunar cu înclinații şi rotunjiri (Drafted filleted pocket ) Buzunarul cu înclinații şi rotunjiri permite generarea cavităților de formă complexă care prezintă atât înclinări ale suprafețelor laterale cât şi rotunjiri ale muchiilor rezultante. Se generează similar formelor de tip Drafted Filleted Pad. Forma de revoluție (Shaft ) Generarea unei forme de revoluție presupune realizarea unei schițe care conține un contur plan şi o axă. Cu schița selectată, se apasă butonul indicat şi se indică restul parametrilor elementului grafic, ca în figura 33. Fig Generarea unei forme de revoluție Cavitate obținută prin rotația unui profil plan (Groove )

23 23 Realizarea unei astfel de cavități presupune aceiaşi paşi ca şi în cazul formelor de revoluție de tip Shaft, diferența fiind aceea că în loc să se adauge material în urma rotirii conturului plan, se realizează o suprimare de material, ca în figura 34. Fig Generarea unei cavități de tip Groove Alezaj (Hole ) Acest instrument permite definirea unei variate palete de alezaje circulare, formele acestora fiind date de geometria sculelor folosite. În figura 35 sunt prezentate formele care pot fi realizate : Fig. 35. Tipuri de alezaje Pentru limitarea alezajelor s-au prevăzut 5 posibilități (fig. 36):

24 24 Fig. 36. Limitarea alezajelor În figura 3.37 se prezintă un exemplu de definire de alezaj. găuri filetate Fig. 37. Definirea parametrilor unui alezaj În figura 38 s-a prezentat un alezaj realizat pe o suprafață înclinată. Pentru definirea alezajului s-a folosit ca şi element de referință o dreaptă generată anterior, paralelă cu axa alezajului.

25 25 Fig Alezaj înclinat Formă generată prin extrudarea după o traiectorie (Rib ) O astfel de formă (fig. 39) se obține prin deplasarea unui profil plan de-a lungul unei traiectorii, desenate în prealabil. profiluri rezultat Fig. 39. Bloc grafic obținut prin extrudarea după o traiectorie (Rib).

26 26 Formă obținută prin înlăturarea unui volum de material obținut prin extrudarea unui contur după o traiectorie (Slot ) În figura 40 se prezintă un exemplu de realizare a unei astfel de forme. Parametrii care definesc schema de generare sunt similari celor folosți la Rib. Fig. 40. Formă obținută prin înlăturarea unui volum de material generat prin deplasarea unei curbe plane după o traiectorie. Nervură (Stiffner ) Pentru a genera o nervură se va desena într-un plan profilul nervurii (fig. 41). Profilul poate fi deschis. Fig. 41. Construirea profilului unei nervuri. În continuare se pot defini ceilalți parametri necesari construcției nervurii (fig. 42).

27 27 Fig. 42. Construcția unei nervuri Formă realizată prin unirea unor contururi din diferite plane (Loft ) Realizarea unui astfel de bloc grafic este precedată de construcția unui ansamblu de contururi plane, generatoare (fig. 43). Fig. 43. Construcția unui bloc grafic de tip Loft.

28 28 Formă înlăturată realizată prin unirea unor contururi din diferite plane (Remove Lofted Material ) Se generează ca şi Loft, diferența constând în faptul că forma obținută va fi folosită pentru înlăturarea unui volum de material. Realizarea blocurilor grafice cu geometrie implicită Pe lângă blocurile grafice generate pornind de la contururi 2D, un model mai poate prezenta rotunjiri, teşiri repetări de blocuri grafice deja definite etc. Modeloarele geometrice dispun de funcții specializate care permit realizarea suprafețelor corespunzătoare acestor blocuri grafice şi deoarece pentru crearea lor nu se face apel la schițe ajutătoare, acestea sunt de obicei denumite blocuri grafice cu geometrie implicită. Rotunjirea muchiilor (Fillet ) Apăsând butonul Fillet de pe bara cu instrumente Dress-up Features se va afişaa fereastra din figura 44 care permite indicarea razei rotunjirii (3 mm) şi a modului de propagare a acesteia. Implicit este selectat modul tangențial, ceea ce înseamnă că rotunjirea se propagă şi spre muchiile tangente la cea selectată. O altă posibilitate este "Minimal", care limitează rotunjirea la segmentul selectat. Aplicația permite şi realizarea unor rotunjiri având o geometrie complexă: rotunjiri cu rază variabilă, rotunjiri cu păstrarea unor muchii, rotunjiri care se intersectează (fig. 45). Fig. 44. Realizarea rotunjirii muchiilor.

29 29 Fig Alte tipuri de rotunjiri. Teşirea muchiilor (Chamfer ) Teşirile se realizează similar rotunjirilor. Pentru a defini o teşire se va apăsa butonul Chamfer şi se vor indica în fereastra care se afişează parametrii acesteia, respectiv mărimea şi modul de propagare (fig. 46). Fig. 46. Definirea geometriei teşiturilot muchiilor