Компьютерное проектирование и подготовка производства сварных конструкций

Пример проектирования конструкции методом трехмерного моделирования

Для последнего десятилетия характерно, что мощные графические системы, прежде всего системы трехмерной графики, еще недавно вследст­вие высокой стоимости аппаратно-программных комплексов доступные лишь очень узкому кругу специалистов, теперь реализованы на дешевых и массовых моделях компьютеров в операционной среде Windows и стали доступными для массовых пользователей. В частности, на базе популярной графической системы Autocad интенсивно развиваются все более мощные версии системы Mechanical Desktop с широкими возможностями поверхно­стного и твердотельного моделирования. Трехмерное моделирование вместе с развитыми функциями параметризации модели многократно ускоряет процесс проектирования конструкций.

Технику и технологию формирования трехмерных образов сборочных узлов лучше показать на конкретном примере. Для этого рассмотрим после­довательность проектирования рычажного прижима для фиксации заготовок конструкций под сварку. На этом примере, выполняемом с использованием сре­ды Mechanical Desktop, можно видеть, что проекти­рование сложных конструкций часто удобно вести путем формирования образов отдельных простых деталей, из которых затем достаточно легко соби­рается узел или конструкция. После завершения формирования трехмерной модели конструкции могут быть автоматически получены стандартные проекционные чертежи. Следует отметить, что це­лью рассмотрения данного примера является не подробное изучение системы, а лишь пояснение логики проектирования, обеспечивающей ком - 3 фортные условия и высокую производительность

работы проектировщика.

В состав проектируемого узла фиксации (рис. 1.20) входят прижим 1, шпиндель 2 и стойка 3. В состав прижима, в свою очередь, входят основа-

Рис. 1.20. Трехмерный ние’ Рычаг’ РУЛЯТЬ, шатуны и оси.

образ узла фиксации: Проектирование начнем с основания прижима.

1 — прижим; 2 — шпин - ЭТУ деталь можно представить в виде двух параллеле-

дель; з — стойка ПИПЄДОВ, один из которых расположен горизонтально,

Рис. 1.21. Создание наброска произ - Рис. 1.22. Преобразование наброска в вольной формы эскиз

а другой — вертикально. За базовый элемент примем горизонтальный па­раллелепипед. Далее последовательность проектирования следующая.

Создание базового элемента. Откроем новый файл (New). Нарисуем полилинией замкнутый контур произвольной формы (рис. 1.21). Система автоматически преобразует набросок в эскиз (рис. 1.22) (Part SketchVProfile — здесь и далее в скобках приведены выполняемые системой команды, зада­ваемые, как правило, указанием соответствующей пиктограммы). Каждой линии контура автоматически присваивается собственный номер, начиная с О, который появляется на всех элементах контура. На каждый элемент контура система стремится наложить предварительные связи. Так, на линии, угол наклона которых к осям на наброске не превышает 4° (устанавливается при настройке системы), автоматически задаются условия горизонтальности и вертикальности. Можно видеть (см. рис. 1.22), что элементы 1 и 3 автомати­чески стали горизонтальными и на них появились служебные символы (за­висимости) Н, которые показывают пользователю наложенные условия го­ризонтальности.

Важно отметить, что система постоянно контролирует степень опре­деленности эскиза и выдает сообщение о недостающем количестве размеров или связей, необходимых для его полной определенности. В данном случае эскизу недостает четырех зависимостей. Линии, на которые, возможно, сле­дует наложить связи, на экране подсвечиваются пунктиром.

Задание зависимостей и простановка размеров. Условия вертикаль­ности для двух сторон прямоугольника устанавливаются путем указания на соответствующие линии мышью (PartSketch Add ConstraintsWertical). Они принимают вертикальное положение, а рядом с номером линии появляется значок зависимости, в данном случае V (рис. 1.23). Для того чтобы назна­чить стороне прямоугольника размер (PartVAdd Dimension), нужно либо ука­зать мышью на эту сторону и показать местоположение размера, либо
пали н щелкнуть мышью на отрезках, между которыми

требуется проставить размер, и после этого ука­зать местоположение выносной линии. Резуль­тат действий виден на рис. 1.23.

Цосле того как установлена последняя связь или зависимость, система выдает сообще­ние о полной определенности чертежа и при попытке наложить еще одну связь сообщает, что вводимая связь является избыточной. Эскиз определен полностью, поэтому можно присту­пать к преобразованию плоского эскиза в трех­мерный объект. Для этого предусмотрены такие функции, как выдавливание, вращение, вытяги­вание по определенной траектории или натягивание объекта между не­сколькими сечениями. В нашем случае применяем выдавливание.

Преобразование эскиза в ЗИ-образ. По команде вы­бранной пиктограммы (Part

Sketch FeaturesExtrude) появ­ляется диалоговое окно, в котором назначается опция выдавливания (рис. 1.24). В данном случае это Base (ба­зовый) и Blend (на расстоя­ние), а в пункте SizeDistance указывается высота выдавли­вания 15 мм. Система указы­вает направление выдавлива­ния на изображении чертежа на экране в виде стрелки си­него цвета и спрашивает, нужно ли сменить направле­ние. При ответе происходит выдавливание эскиза на за­данную высоту (рис. 1.25).

Для построения верти­кального параллелепипеда назначаем плоскость по­строения на верхней грани базового элемента, указав РцС. 1.24. Диалоговое окно выбора параметров

выбранную грань (PartNew преобразования эскиза в трехмерный образ

Рис. 1.25. Базовый трехмерный образ

Sketch Plane). Дальнейшие построения будут вестись в этой плоскости. На­бросок контура выдавливания и преобразование его в эскиз выполняется так же, как было показано на рис. 1.21—1.23. На короткие стороны полу­ченного прямоугольника накладываем условия коллинеарности соответ­ствующим граням базового элемента (рис. 1.26). Каждому размеру присваи­вается свой уникальный номер и имеется возможность поставить один раз­мер в зависимость от другого посредством алгебраической формулы. Полу­ченный новый контур выдавливаем на высоту 27 мм. В окне выбора режима выдавливания указываем Join (соединение). Результат выдавливания виден нарис. 1.27.

d0=70

■■Ыдся&а*

*N

Г %'в»Я«й:а*

C0: Й

Г tew]i'

1 ]’ft Qa, •»,-* . 4 і

■;г шда

; C ivjxidKr'

гшwas? -^тмщ

Qlfjet [dl /2

ж

W' беА&Щ&ШР&ХІ

_______________ '5"

I OK L Eancal; |

Рис. 1.28. Диалоговое окно выбора рабо­чей плоскости

В вертикальной части полу­ченного основания должен быть выполнен треугольный вырез. Для его построения воспользуемся ра­бочей плоскостью. Рабочая плос­кость — это вспомогательный ин­струмент, не отображаемый на окончательном изображении, но помогающий перенести плоскость построения в любую удобную для нас позицию.

На рис. 1.28 изображено диалоговое окно (PartYWork Featu - resYWork Plane), где нужно устано­вить режим Planar Parallel (па­раллельно плоскости) и Offset. Ука­жем расстояние dl/2 и мышью — боковую грань горизонтального параллелепипеда. Получим рабо­чую плоскость, и, если установлен флажок Create Sketch Plane,

плоскость построения переносится на рабочую плоскость.

Последовательность предварительных построений рассмотрена выше. После того как эскиз полностью определен, в диалоговом окне выдав­ливания установим режим Cut (вырезать) и Mid Plane (от середины), а в разделе Size — значение 24 мм. Получена заготовка детали, перейдем к отверстиям и галтелям.

Создание конструктивных элементов. В диалоговом окне (Part Placed FeaturesYFillet) (рис. 1.29) установим значение радиуса скруглення, ука­зав, что радиус постоянен по всей длине, и включим Apply'. При указании граней, между которыми нужны скруглення, увидим результат (рис. 1.30).

Для получения отверстий пиктограммой откроем диалоговое окно функции отверстий (PartYPlaced FeatureYHole). Высвечивается слайд вида от­верстия, где имеются переключатели С’Bore (отверстие с зенковкой) и Through (сквозное). Установим параметры, как показано на рис. 1.31, и пе­реключатель Placement (размещение) в положение 2 Edges (от двух кро­мок), укажем две линии и расстояние от них до центра отверстия. Результат — на рис. 1.32. Другие три таких же отверстия создаются (PartYPlaced FeaturesY Array) путем копирования уже сформированного отверстия. Расстояние ме­жду отверстиями установим 40 мм, между рядами отверстий — 45 мм и укажем объект копирования (рис. 1.33).

Завершающая операция — создание еще трех отверстий. Из них два выполним при переключателях, установленных в позиции C’Sink (отвер­стия с цековкой), То-Plane (до плоскости) и Concentric (концентрично). При этом укажем плоскость, от которой делается отверстие, окружность контура, которой оно будет концентрично, и плоскость, до которой оно до­ходит. Третье отверстие должно быть выполнено при включенных переклю­чателях Drilled (отверстие, полученное сверлением), Through и Concentric.

Получено полностью готовое основание (рис. 1.34). На рис. 1.35 показана структура объекта, ко­торая автоматически сформиро­вана, отображается на боковом экране и дает возможность быст­рого доступа к редактированию образа и управлению видимостью того или иного элемента. На рис. 1.35 видно, что объект со - Рис. 1.30. Результат скругления граней стоит из трех выдавленных час-

тей, одна из которых выдавлена от середины отверстий и скруглений, а также содержит рабочую плоскость.

Сохраним спроектированную деталь обычной командой Save As под

именем, например, 4001 1. Каждую последующую отдельную деталь будем

также создавать в отдельном файле, чтобы сократить объем файла, который будет содержать узел в сборе.

Проектирование рычага. Поскольку здесь повторяются подробно рас­смотренные выше операции, кратко отметим лишь основные этапы. Откроем новый файл. Нарисуем полилинией приблизительный контур рычага. Преоб-

разуем набросок в эскиз. Устано­вим зависимости между линиями контура: для дуг и смежных с ними отрезков — зависимость Tangent (касательность) с указанием мы­шью на соответствующие линии, для 0-й и 10-й линий — условие Parallel (параллельность). Около номера каждой линии появляются соответствующие обозначения, на­пример, для линии 0 знаки ТІ 1, Т1 и Р10 обозначают, что она касательна к линиям 11 и 1 и параллельна линии 10 (рис. 1.36).

Перед тем как перейти к простановке размеров, отметим одну особен­ность проектируемой детали. Рычаг может иметь несколько типоразмеров для закрепления с помощью проектируемого механизма разных заготовок. Параметризация размеров позволяет существенно упростить процесс проек­тирования одного универсального образа детали с большим набором полу­чаемых типоразмеров. Параметр должен быть заранее введен в список (Part YDesign Variables). В появившемся окне (рис. 1.37) перейдем в раздел Global

(глобальные параметры), включим New, введем имя параметра. При необходимости изменим размер (PartXDesign Variables), дважды щелкнем клавишей мыши в разделе Equation и изменим цифровое значение параметра. Как видим, таб­лица параметров значительно упрощает про­цесс изменения типоразмеров.

В диалоговом окне в разделе Table Driven нажмем кнопки Setup и Create. На эк­ран выводится таблица Excel (рис. 1.38), где по горизонта™ расположены названия варьируе­мых параметров, а по вертикачи — названия вариантов типоразмеров.

Продолжая проектировать рычаг, устано­вим недостающие до полной определенности эскиза размеры (PartXAdd Dimension), размер dl2 поставим в зависимость от параметра 11. Результат представлен на рис. 1.36. Преобразу­ем эскиз в 3D-образ (PartXSketch FeaturesX Extrude), выдавив его на 24 мм.

Так как изогнутая часть рычага имеет уто­нение, перенесем плоскость построения на одну

из боковых граней рычага (PartYNew Sketch Plane). Нарисуем прямоугольник и преобразуем его в эскиз, установим зависимости и размеры, как показано на рис. 1.39. Выдавим полученный эскиз на 4 мм (PartSketch Features Extrude), установив режим Cut и указав направление выдавливания внутрь тела рычага. Аналогичным образом получим углубление на противополож­ной стороне рычага.

На боковой стороне рычага выполним сквоз­ное отверстие диаметром 12 мм, для этого в диало­говом окне установим па­раметры Drilled, Through и Concentric. Перенесем плоскость построения на верхнюю сторону рычага и установим рабочую точку (рабочая точка, как и рабочая плоскость, — вспомогательный объект) в нужное положение (Part

Work FeaturesWork Point),

B-#DET2 й-А’РАРтгл (^001)

ф-ВТаЫв (4001 _1 .XLS) ®4О01

-ШЙ4003

тт4

О - fc” ExtrusionMi dplenel L-tQSketch1 fifExtrusionEllindl 1 jfQSketch2 fi(ExtrusionBlind2 1 SgDSketch3 -©НоЫ @Hole5 ■t|:iWorkPoirt1 @Hole6 0Fillet1

Рис. 1.40. Создание отверстия на ос - Рис. 1.41. Структура рычага с вариантами нове рабочей точки изменения типоразмеров

определив ее местоположение относительно других элементов посредством задания двух размеров, как показано на рис. 1.40. Создадим отверстие диа­метром 12 мм на верхней стороне рычага, установив в диалоговом окне па­раметры Drilled, Through, From Point (из точки). Скруглим конец рычага радиусом 12 мм (PartVPlaced FeaturesFillet). Полученные готовые структура и образы модификаций рычагов показаны на рис. 1.41, 1.42 (а, б). Заметим, что изменение типоразмеров чертежа сведется к активизации того или иного варианта на боковом экране (см. рис. 1.41).

Особенности проектирования шпинделя и стойки. Шпиндель в сборе состоит из трех частей (рис. 1.43): собственно шпинделя и двух гаек. Шпиндель создаем вращением контура (PartSketch FeaturesRevolve). После создания, определения эскиза контура и его вращения вокруг оси получим ЗБ-образ. Длина шпинделя может быть разной и задается параметром It, внесенным в список в разделе Global.

Для создания отдельной части проектируемого узла (PartVPartVNew Part) в командной строке укажем имя. Оно появляется на боковом экране, и дальнейшие построения будут относиться именно к нему. Если требуется редактирование той или иной части, делаем ее активной нажатием правой

кнопки мыши при указании на название в боковом экране (рис. 1.44) и в появившемся контекстном меню даем команду Activate Part.

Гайка представляет собой шестигранник со стороной, равной dg, пре­образованный выдавливанием в объемную фигуру. Отверстие в гайке полу­чим путем выдавливания окружности диаметром ds, также внесенным в список параметров. Создадим лишь одну гайку, вторую представим образ­цом (AssemblyVAssemblyMnstants). Теперь при редактировании одной гайки автоматически будут происходить изменения в другой.

После создания всех элементов (частей) шпинделя они находятся в произвольном положении и представляют собой отдельные объекты. Уста-

новим между ними связи. В AMD предусмотрены связи че­

тырех типов: Mate (по плоскости, линии, точке и их комби­нации), Flush (заподлицо), Angle (угловая зависимость) и Insert (вставить). Последняя зависимость лишает объект сразу пяти степеней свободы. По команде пиктограммы (AssemblyConstraintsInsert) система попросит указать ци­линдрические поверхности, для которых устанавливаются зависимости и расстояние между ними, а направление со-

Рис. 1.46. Узел единения указывается в виде стрелок (на экране синего цве-

та) (рис. 1.45). Установив зависимости между имеющимися частями, получим узел в сборе (рис. 1.46).

Особенность проектирования образа стойки (рис. 1.47) состоит в том, что она может иметь разные высоту и наклон, а также возможность наклона площадки, на которой крепится прижим. Выполнение всех этих требований обеспечивается введением соответствующих параметров. В данном случае в список параметров должны быть внесены: hs (высота стойки), alfa (угол на­клона площадки) и alfa s (угол наклона стойки). Высота и углы теперь мо­гут свободно изменяться для разных модификаций детали (рис. 1.48).

Сборка узла фиксации. После создания всех деталей проектируемого узла переходим к его сборке. Откроем новый файл. Соберем в этом файле ранее созданные детали (AssemblyVAssemblyVAttach). При вызове команды появляется стандартное окно выбора файлов. Последовательно открывая их, получим картинку (рис. 1.49). В состав узла входят два шатуна и две пары

осей. Поскольку они попарно одинаковы, то, вставив в файл лишь по одной детали (AssemblyAssembly Ins­tants), повторяющиеся детали получим копировани­ем. Установим зависимости между деталями (As - sembly ConstraintsUnsert) таким образом, чтобы по­лучить окончательный вид узла фиксации (рис. 1.50) и дерево структуры всех элементов этого узла, фрагмент которого приведен на рис. 1.51.

Можно задать угловую зависимость между рычагом и основанием (AssemblyConstraintsAngle) и ее изменением моделировать работу прижима. Для этого укажем нижнюю грань рычага и парал­лельную ей грань основания и установим между ними нулевой угол. Получим прижим в закрытом состоянии. Для моделирования раскрытия прижима на боковом экране выбираем правой кнопкой мыши название угловой зависимости и командой Edit в диалоговом окне Edit 3D-Constraints увеличим значение угла раскрытия. Прижим перерисуется в раскрытом состоянии так, как показано на рис. 1.50.

•ле - «S

1N2 KRG/C1J,

—{^jjnsart

ЕЬ^-РАЯТ1_1 ф-^SFINDELJ Insert [+b^rP. ART1_1 ■tfPPPMtJ Ч2?РЖТХ_2

*-ЙШНВ

F~^?4001_3J

Рис. 1.51. Структура узла фиксации

Формирование конструкторской документации. После проверки всех принятых решений может быть сформирована конструкторская доку­ментация. Последовательность включает в себя этапы.

| Формирование чертежа. Перейдем в пространство листа (вкладка

1 Drawing на боковом экране). Выберем формат листа А1 (mvsetup) из пред­

ложенного списка. На экране появятся рамка и основная надпись.

Создадим изображение главного вида (DrawingNew View) с помощью диалогового окна формирования видов (Create Drawing View), показанного на рис. 1.52, где выберем опции Base (основной) и Scene. Для скрытия неви­димых линий включим кнопку Hide Hidden Lines. Коэффициент масштаби­рования Scale установим равным единице. В пространстве модели выберем плоскость, в которой расположены главный вид (XY) и ось (X). Положение главного вида в поле чертежа указываем мышью (рис. 1.53) с учетом разме­щения других планируемых видов.

Для остальных видов главный вид является исходным. После установ­ки опции Orto (ортогонально) для вида сверху укажем в зоне чертежа кур­сором мыши положение выше главного вида, а для вида слева — правее (поскольку в AMD принят’американский стандарт). Получить местный раз­рез крепежных отверстий кронштейна на виде слева можно, нажав кнопку Section Views, в разделе Section Туре выбрать опцию Half (половина) и в окне Section Symbol задать символ обозначения сечения А.

Чтобы изменить расположение видов (DrawingEdit ViewAttributes), выберем редактируемую проекцию и в окне редактирования параметров чертежа (Edit Drawing View) установим параметры так, как показано на рис. 1.54. На виде сверху и на главном виде указываем линии выравнивания, переносим вид сверху ниже главного вида (Edit ViewYMove) (для вида слева устанавливаем в диалоговом окне опцию Align Horizontal).

Create noiermm

i-Leader Justification ■

c Middte oflopUne * Text

Г Middle efj|ottom Line

Edit Template

dimension Style Overrides

гRnmeryBimemionStyle •

I

Oimensieii Э^е f»Text Height Only

!- *

Аналогично ортогональным про­екциям создаем изометрический вид (в разделе Туре установим Iso). Оконча­тельный результат создания видов по­казан на рис. 1.55.

Окончательное оформление черте­жа заканчивается нанесением осевых и центровых линий (DrawingAnnotate Cen­terline) с указанием окружностей и сим­метричных элементов контура, габарит­ных и крепежных размеров (Drawing

Add Ref Dimension) с указанием линии, между которыми надо проставить раз­мер и положение самой размерной ли­нии, размеры отверстий (Drawing

Annotate Hole) Note с выбором отверстий. В диалоговом окне Create Holenote (см. рис. 1.56) нажмем кнопку Edit Template и отредактируем надпись. Результат оформления — на рис. 1.57.

Настройка спецификации начинается с вызова окна ВОМ (рис. 1.58) формирования спецификации. Настройка вида спецификации (пиктограмма Standard Properties, окно BOM Properties на рис. 1.59) заключается в ука­зании названий разделов спецификации (Caption), ширины (Width) столб­цов. В разделе Part List (кнопка Modify) необходимо отключить отображе­ния заголовков спецификации (Title) и установить разделы спецификации, перемещая названия разделов между Part List и ВОМ в разделе Columns

Help

Ports List Properties for ANSI

SHAPE * MERGEFORMAT

Рис. 1.61. Пример спецификации

То Display (рис. 1.60). Полученную спецификацию (рис. 1.61) вставляем над штампом (пиктограмма Insert Part List). Наносим номера позиций (Drawing Balloons And BOMsVPlace Balloon). Для этого выбираем автоматический режим и появившиеся значки, соответствующие каждой детали, разносим по чертежу, указывая начальную точку выносной линии и расположение номера позиции. На рис. 1.62 показан окончательный вариант оформления чертежа.

С получением комплекта стандартных проекционных чертежей заверша­ется проектирование конструкции. Технологии трехмерного твердотельного моделирования, рассмотренные в гл. 1, позволяют при некотором навыке рабо­ты весь цикл проекгирования подобного узла, начиная от первых набросков исходных плоских контуров и до получения комплекта готовых сборочных и деталировочных чертежей, выполнить одному человеку в течение 1 ч.