¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

9 €нвар€ 2021

“еори€ и практика планировани€ 3D построений в T-FLEX CAD

»ван „еранЄв

»ван „еранЄв Ч ведущий инженер-конструктор ќтдела технологической подготовки производства, ¬ыборгский судостроительный завод.
планирование 3D построений


—ери€ публикаций Ђѕланирование и оптимизаци€ пор€дка построени€ 3D моделиї продолжаетс€. ѕерва€ часть, ¬ведение в T‑FLEX CAD и основные принципы моделировани€, была посв€щена базовым принципам работы в CAD системах и способам оптимизации процесса 3D моделировани€. ¬ этой части мы сначала рассмотрим теорию, а затем продемонстрируем возможность планировани€ альтернативных вариантов построени€ на примере модели из машиностроительной области.

ƒанна€ информаци€ будет особенно полезна новым пользовател€м T‑FLEX CAD. ¬ дополнение рекомендуем загрузить учебную версию T‑FLEX CAD и изучить учебное пособие.

ћатериал подготовил »ван „еранЄв, ведущий инженер-конструктор ќтдела технологической подготовки производства ¬—«.

“еори€ планировани€

ѕор€док построени€ модели должен планироватьс€ с учЄтом разных факторов:

  • конструкци€ проектируемой детали. ќчевидно, что именно геометри€ детали будет €вл€тьс€ определ€ющей причиной выбора того или иного набора операций;
  • внешние ограничени€, размещение детали в составе сборки (издели€, узла). ≈сли деталь проектируетс€ не Ђсама по себеї, а как часть какой-либо конструкции (в модели Ч сборки), либо предполагаетс€ еЄ использование совместно с другими детал€ми, то сопр€гаемые детали накладывают ограничени€ на моделируемую деталь Ч определЄнные формы и размеры посадочных и крепЄжных элементов, предельно допустимые габариты дл€ данной детали и так далее. Ќаличие в модели других деталей (или тел) может упростить построение проектируемой детали. ¬ этом случае начать можно непосредственно с элементов, с помощью которых деталь сопр€гаетс€ со сборкой (фланцев, опор, кронштейнов и так далее), а затем уже к ним пристраивать всЄ остальное. ќсобенно это актуально при создании деталей в контексте сборки, что позвол€ет использовать геометрию сопр€гаемых деталей. ћожно построить фланец с помощью выталкивани€ плоской грани ответного фланца Ч рис. 1, а;
  • необходимые размерные и геометрические взаимосв€зи между элементами модели. ¬ основном они достигаютс€ правильным подбором нужных прив€зок и применением оптимальных построений. ѕри этом необходимо, чтобы к моменту создани€ операции необходимые геометрические построени€ и прив€зки уже были созданы в модели. ¬ противном случае может возникнуть необходимость в создании дополнительных построений только потому, что ещЄ не создана геометри€ детали, котора€ может быть использована как геометрическа€ прив€зка. Ќапример, если необходимо построить отверстие и массив (крепЄжных) отверстий вокруг него (рис. 1, б), логично построить сначала центральное отверстие и затем использовать его дл€ задани€ оси массива, иначе потребуютс€ дополнительные построени€;
планирование 3D построений

–ис. 1.   пор€дку построени€ модели: а) выталкивание фланца; б) построение массива отверстий; в) вставка модели уголка

  • назначение модели и, соответственно, требовани€ к ней по точности построени€. ≈сли модель строитс€ как параметрическа€ с несколькими переменными дл€ частого использовани€ в разных сборках (особенно если переменные определ€ют не только размеры, но и состав модели), то пор€док и способ построени€ модели должен продумыватьс€ особенно тщательно, так как изменение одних переменных и операций может вызвать сбой других. ≈сли же модель строитс€ дл€ разового использовани€ (например, выпустить сборочный чертЄж, не требующий подробной проработки, или сделать трЄхмерную Ђкартинкуї) и не предполагаетс€ создание многих еЄ вариантов, то требовани€ к оптимизации пор€дка построени€ модели и точности можно снизить (допустить небольшие пересечени€ тел или зазоров между ними, Ђподгонку по местуї, пересчЄт размеров и так далее). “о есть, чем сложнее задачи, дл€ которых создаЄтс€ модель, тем детальнее должна быть проработка как самой модели, так и пор€дка еЄ построени€ (рис. 1, в Ч проработка узла соединени€ уголков в металлоконструкции Ч подробна€ и упрощЄнна€);
  • личные предпочтени€ пользовател€. ћоделирование Ч это творческий процесс, и на него сильно вли€ют привычки пользовател€.  то-то выберет одну сложную операцию, кто-то несколько простых Ч главное, чтобы поставленна€ задача решалась с максимальным удобством дл€ пользовател€ и с минимальными затратами времени;
  • другие соображени€: использование готовых фрагментов (в том числе и библиотечных), необходимость редактировани€ модели в контексте сборки, коопераци€ с другими пользовател€ми (совместное проектирование издели€), неопределЄнность в отношении части конструкции на момент начала моделировани€ и так далее.

¬ конечном итоге запланированный процесс моделировани€ в общем случае будет выгл€деть как цепочка чередующихс€ 3D-построений и Ђформообразующихї операций. ѕричем их соотношение на разных этапах может быть разным: где-то потребуетс€ много построений дл€ создани€ одной операции (дл€ операции по сечени€м могут потребоватьс€ несколько профилей и направл€ющих), а где-то, наоборот, один 3D профиль можно будет использовать несколько раз. —оздание практически всех моделей должно начинатьс€ именно с геометрических построений: плоскостей, узлов, профилей и так далее.

планирование 3D построений

–ис. 2. “актика моделировани€: а) вырезание; б) наращивание

ѕостроение большей части моделей, как отдельных деталей, так и сборок можно свести к двум типовым тактикам, которые могут комбинироватьс€ между собой. Ќазовем их условно Ђвырезаниеї и Ђнаращиваниеї. ѕри использовании тактики Ђвырезаниеї сначала создаЄтс€ тело-заготовка, формирующа€ наружные очертани€ детали, а затем из нее вырезаетс€ всЄ Ђлишнееї Ч создаютс€ отверсти€, выемки и прочее. „аще всего эта схема применима к детал€м вращени€ и плоским детал€м. ¬ этих случа€х часто уже в первой операции можно получить готовый наружный контур.   детал€м сложной формы этот вариант применить сложно. ј дл€ сборок он применим ограниченно Ч в случа€х, когда детали получаютс€ разбивкой одного тела на части. ѕримером тут может служить создание длинного трубопровода (выталкиванием по траектории) с последующим рассечением его на отдельные трубы.

—хема наращивани€ используетс€ дл€ деталей с более сложной геометрией, когда не получаетс€ создать заготовку, близкую по форме к готовой детали. ¬ этом случае модель создаЄтс€ последовательным прибавлением Ђматериалаї к результату первой операции. ѕри этом Ђнаращиваниеї может происходить на разных телах с их последующим объединением, а не только за счЄт увеличени€ одного тела. ƒл€ сборок эта схема основна€.

„аще всего детали создаютс€ по отдельности, даже в режиме сборки. ƒл€ некоторых моделей можно использовать обе схемы. Ќа рис. 2 приведЄн пример построени€ модели рычага по обеим схемам. ¬ первом случае выталкиваетс€ контур детали вместе с отверсти€ми (их можно сделать и отдельно, но в данном случае перва€ операци€ включает в себ€ максимальное количество создаваемых поверхностей), а затем вырезанием формируютс€ рЄбра (операци€ выталкивани€, симметричное отображение, булева операци€ вычитани€). ¬о втором варианте отдельно создаютс€ центральна€ и крайн€€ втулки, ребро между ними, симметричное отображение втулки с ребром и операци€ булева сложени€.

ѕользователь всегда имеет множество вариантов построени€ той или иной модели, и перва€ из его задач в начале моделировани€ Ч это пон€ть, что в итоге он хочет (должен) получить, то есть поставить себе цель (определение конструкции), и втора€ задача Ч установить, как он может этого добитьс€, то есть спланировать процесс (определение Ђтехнологииї). ¬ этом заключаетс€ уже не теоретическа€, а практическа€ подготовка к построению. Ќасколько оптимальной получитс€ сама модель и процесс еЄ создани€, зависит именно от этого.

ќптимальной моделью при этом можно считать модель, котора€:

  • по геометрии соответствует размерам проектируемой детали;
  • в максимальной степени соответствует заданным требовани€м (их ставит создатель или же пользователь модели), в том числе подробности проработки, способности измен€тьс€ и так далее. ѕри этом она не должна превышать эти требовани€ без необходимости;
  • нуждаетс€ в минимальных временных затратах на разработку, использование и изменение;
  • приносит удовольствие от работы (или, как минимум, требует минимальных затрат нервов).

ј оптимизацией моделировани€ при этом можно назвать создание такой организации работы пользовател€ с CAD-системой, котора€ обеспечивала бы получение наиболее оптимальной модели. ”чтем, что относительно любой конкретной модели эти пон€ти€ довольно условны.  аждый пользователь может иметь свой наиболее оптимальный дл€ него вариант.

Ќа этом теоретическую часть можно закончить и перейти к практической подготовке.

ѕример построени€ модели

–ассмотрим пример проработки пор€дка моделировани€ в T‑FLEX CAD 17 фланцевого переходника, приведЄнного на рис. 3. «адача така€ Ч спроектировать (и смоделировать, соответственно) переходник дл€ подключени€ технологического рукава к фланцу трубопровода. ‘ланцы могут быть разными по диаметру, их размеры известны (они стандартные), соединение с рукавом также стандартное Ч с накидной гайкой. »з-за условий монтажа переходника к трубопроводу рукав должен подходить к фланцу сбоку (радиально).

основные принципы моделировани€

–ис. 3. ‘ланцевый переходник

«адачу необходимо проанализировать дл€ понимани€ того, что именно мы проектируем (определ€ем конструкцию). »з исходных условий уже можно примерно описать внешний вид: это будет почти стандартный фланец, но с радиальным отводом и глухим центральным отверстием. ƒл€ креплени€ стандартной накидной гайки на отводе переходника необходим стандартный штуцер (либо оригинальна€ деталь, аналогична€ по присоединительным местам). “еперь уточн€ем конструкцию: в библиотеке моделей арматуры (допускаем, что у нас така€ есть) находим подход€щий стандартный штуцер, крепим его пр€мо к фланцу, а в месте приварки предусмотрим лыску. ‘ланец получаетс€ толстым, дл€ снижени€ массы облегчим его, оставив утолщение только в районе радиального отверсти€.

“аким образом, задача сводитс€ к моделированию одной детали Ч фланца с гнездом дл€ приварки штуцера. √еометрически это тело вращени€ с несколькими простыми цилиндрическими отверсти€ми в разных плоскост€х, с гран€ми лыски и выреза с задней стороны дл€ облегчени€. ƒл€ получени€ такой геометрии можно использовать операции вращени€ и выталкивани€ (определ€ем технологию). »змен€ть размеры фланца в модели будем с помощью переменных и базы данных, так как нам нужны несколько вариантов с фиксированными значени€ми переменных и не требуетс€ свободного изменени€ переменных по отдельности. —оздать базу данных и переменные лучше до начала построени€ самой модели, благо все размеры уже известны (ответные фланцы стандартные).

‘ланец Ч это тело вращени€. ѕопробуем применить к нему тактику вырезани€. ѕостроение модели начинаетс€ с создани€ Ђболванкиї по наружному контуру фланца, все остальные элементы потом будут вырезатьс€ из неЄ. ¬ качестве первой операции используем операцию вращени€, в неЄ (точнее, в 3D профиль) включаем максимальное количество соосных поверхностей Ч наружный контур и центральное глухое отверстие.  роме 3D профил€ ещЄ необходима ось вращени€, рисуем еЄ в самом профиле либо используем линию профил€, лежащую на оси вращени€. “о есть дополнительных 3D построений не требуетс€. ѕрофиль рисуем на одной из трЄх стандартных плоскостей. — мелкими фасками можно поступить по-разному. ‘аску на наружном диаметре центрального выступа фланца можно выполнить в этой же операции вращени€, так как с этим выступом больше никаких действий производитьс€ не будет. ‘аску по наружному диаметру фланца лучше выполнить в конце построени€ модели, потому что на наружном контуре ещЄ будут выполн€тьс€ вырезы (из-за фаски потом будет необходимо дополнительно проецировать наружную цилиндрическую поверхность). ј можно обе эти фаски выполнить в самом конце построени€ модели. Ќа рис. 4, а показаны 3D профиль (зелЄным контуром) и результат операции вращени€. “аким образом, построена заготовка модели.

ƒл€ определени€ дальнейшей последовательности моделировани€ необходимо определить условно Ђпосто€нныеї и Ђпеременныеї элементы. Ђѕосто€ннымиї в данном случае можно назвать те элементы модели, которые будут в ней любом случае, либо те элементы, в конструкции которых есть точна€ определЄнность, но размеры могут мен€тьс€. Ђѕеременныеї Ч это элементы, наличие которых не об€зательно либо конструкци€ которых в процессе проектировани€ детали может изменитьс€. ¬ первую очередь целесообразно создавать Ђпосто€нныеї элементы, а затем Ђпеременныеї. Ёто поможет сократить объЄм перестроени€ модели при возможном изменении конструкции.

¬ данном случае концентрические отверсти€ фланца Ч это Ђпосто€нныйї элемент, а радиальное отверстие с лыской дл€ штуцера и вырез дл€ облегчени€ Ч Ђпеременныеї (конструктивных вариантов их исполнени€ может быть много). ƒл€ создани€ группы концентрических отверстий можно использовать разные способы. Ќапример, в профиле нарисовать все концентрические отверсти€, вытолкнуть их и вычесть булевой операцией. ј можно сначала нарисовать в профиле только одно отверстие и вытолкнуть его, не вычита€, затем построить круговой массив и вычесть отверсти€ булевой операцией (рис. 4, б). ¬ нашем случае при переменных размерах фланца может мен€тьс€ и количество отверстий; по мнению автора, второй вариант построени€ будет более предпочтителен. ≈сли количество отверстий будет переменным (например, 4, 6, 8), то при создании профил€ следует внимательнее выбирать место, где будет расположено первое отверстие массива. Ќеобходимо, чтобы будущее радиальное отверстие всегда проходило посередине между двум€ отверсти€ми массива (или, по крайней мере, не ближе определЄнного рассто€ни€ от них). ≈сли радиальное отверстие предполагаетс€ разместить по горизонтальной оси, то первое отверстие массива удобно рисовать на оси под определЄнным углом к горизонту (дл€ указанного выше количества отверстий этот угол соответственно будет равен 45º, 30º, 22,5º). –абочую плоскость дл€ профил€ строим пр€мо на торце, дополнительных построений также не требуетс€.

планирование 3D построений

–ис. 4. ѕор€док построени€ модели фланца-переходника

–адиальное отверстие планируетс€ с небольшой расточкой под штуцер (дл€ его центрировани€ и облегчени€ сборки), варианты его построени€ могут быть разными Ч операци€ вращени€ или последовательные выталкивани€. ≈сли стремитьс€ использовать самые простые 3D профили, то пор€док моделировани€ будет такой: сначала лыска (чтобы получить плоскую грань дл€ рисовани€ профил€ под отверстие), затем радиальное отверстие (оно в конструкции важнее расточки) и расточка под штуцер (это второстепенный элемент).

ѕо исходным данным диаметр фланца у нас переменный, а размер приварного штуцера не измен€етс€. ѕостроени€ должны обеспечивать сохранение определЄнных размеров лыски: как минимум, она не должна стать меньше диаметра расточки при любом значении диаметра фланца. —делать это можно разными способами. ¬ данном случае установим посто€нную ширину лыски, допустим, 40 мм. ƒл€ обеспечени€ этого требовани€ строить 3D профиль дл€ выталкивани€ нужно в определЄнном пор€дке. —начала создаем окружность по наружному диаметру и линии (можно даже и одну) со смещением 20 мм от горизонтальной оси, затем вертикальную линию, задающую положение поверхности лыски, еЄ строим по точке пересечени€ этой смещЄнной горизонтали и окружности (рис. 4, в). “акое построение обеспечит Ђскольжениеї крайних точек лыски по наружному диаметру с сохранением еЄ ширины. —оздав 3D профиль на плоской грани лыски, с помощью выталкивани€ получаем радиальное отверстие. ѕри использовании этой операции необходимо обеспечить изменение глубины тела отверсти€ в св€зи с переменным диаметром фланца. ƒл€ этого выталкивание можно выполн€ть до рабочей плоскости Ђвид слеваї, проход€щей по оси детали (это один из вариантов, обеспечивающих выход отверсти€ в центральное отверстие фланца). “ак же выталкиванием создаЄм расточку. », конечно, после каждой из этих трЄх операций примен€ем булево вычитание построенных тел из тела фланца. ѕор€док этих построений показан на рис. 4, г-е.

ќстаЄтс€ сделать вырез дл€ облегчени€ (выталкиванием, рис. 4, ж), фаску по наружному диаметру фланца (рис. 4, з) и вставить фрагмент штуцера (рис. 4, и). Ёта последовательность хорошо отражена в дереве построени€ тела.

“акой способ построени€ довольно прост и использует типовой повтор€ющийс€ алгоритм: 3D профиль Ч выталкивание (вращение) Ч булева операци€. Ёта Ђтехнологи€ї вполне может использоватьс€ начинающим пользователем, ещЄ не изучившим все доступные ему опции. ј между тем изучение этих опций позволит оптимизировать модель.

—пособы оптимизации модели могут быть разными. Ёто не только тщательное продумывание конструкции детали перед началом моделировани€ во избежание лишних исправлений, но и более широкое использование возможностей системы. ѕри внимательном еЄ изучении можно найти много полезных опций и функций, которые способны упростить и ускорить работу.

–ассмотрим некоторые из функций системы T-FLEX CAD в следующей части: »нструменты T-FLEX CAD и поиск альтернатив построени€


«агрузка бесплатной учебной версии T‑FLEX CAD 17

«агрузка учебного пособи€


„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора:  ак искусственный интеллект защищал Ђ√еометрическое моделированиеї Ќ.Ќ. √олованова от пиратства isicad.ru
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

јвтоматизированное проектирование монолитных безбалочных перекрытий. „асть 2 — јлександр ямпольский, главный специалист ќќќ Ђћѕ÷ї, “ула (22 июл€ 2021)
isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2021 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.