9 - 2005

Solid Edge. Деталь

Сергей Курочкин, Лев Донковцев

Эскиз — основа множества геометрических элементов

Конструктивные элементы

Суперэлементы

Анализ результатов и вариантов конструкции

Поверхности общего вида

Сплайны

Поверхности общего вида

Общие точки

Прямое редактирование

Детали переменной формы

Семейство деталей

Настоящей публикацией начинается цикл обзорных статей, посвященных системе геометрического моделирования Solid Edge от компании UGS. В нем мы рассмотрим наиболее интересные, с точки зрения пользователя, особенности Solid Edge, расскажем о составе системы и ее назначении, покажем, чем Solid Edge отличается от других применяемых в России CAD-систем. Мы остановимся на принципах моделирования сложных деталей в Solid Edge, построении больших сборок и управлении ими, выпуске чертежей, моделировании деталей из листового материала, построении кабелей и жгутов и пр.

Мы не преследуем цель опубликовать на страницах журнала руководство по изучению системы — для этого имеется соответствующая литература, а потому общие принципы моделирования и стандартные для многих систем подходы рассматриваться не будут.

В первой статье мы расскажем о моделировании деталей в Solid Edge:

• построение эскизов: широкий набор геометрических инструментов, ассоциативное копирование эскизов, отдельный эскиз и эскиз внутри элементов, моделирование открытым профилем;

• моделирование твердых тел: пластмассовые детали, суперэлементы, анализ, динамическая правка объектов;

• моделирование сложных поверхностей: поверхности свободной формы, общая точка;

• прямое редактирование;

• детали переменной формы, семейство деталей.

Эскиз — основа множества геометрических элементов

Описывая систему среднего уровня, в которой эскиз широко используется во многих построениях, невозможно обойти эту тему стороной. В настоящей статье мы кратко расскажем только о применяемых в детали свойствах эскиза, при рассмотрении сборок будут затронуты и другие аспекты.

Множество команд Solid Edge построено на базе эскиза — так при создании выступов, вырезов или стенок эскиз (а при необходимости — и несколько эскизов) строится прямо в процессе выполнения команды, а затем применяется при проецировании, вращении и других построениях команды. Такой эскиз привязан к команде и скрыт в дереве построений. Эскиз может быть и независимым — не принадлежащим какой-либо команде. Части независимых эскизов могут использоваться разными командами. Кроме того, на базе независимого эскиза может создаваться семейство эскизов — геометрические примитивы — или эскиз полностью ассоциативно копируется на другие плоскости. Более того, независимые эскизы могут копироваться в контексте сборки в произвольном направлении — из детали в сборку, из сборки в деталь или во вложенную сборку, из одной детали в другую.

Предусмотрено множество геометрических и размерных привязок, по умолчанию они отображаются на экране и автоматически накладываются при построениях. Для удобства работы со сложными эскизами реализована технология слоев, а настраиваемая сетка позволяет ускорить создание геометрии с заданными координатами. Реализовано несколько способов анализа нанесения размеров эскиза, включая анализ степеней свободы и автоматическую простановку размеров. Полное определение всех размеров совершенно необязательно. Допустимо использование открытых профилей.

Открытый профиль (рис. 1) — это уникальная особенность Solid Edge, не реализованная в полной мере ни в одной другой системе. При построении выступов или вырезов открытым профилем Solid Edge автоматически продлевает концы элементов профиля до соприкосновения с существующей геометрией. На рисунке показано, как коротким отрезком задан выступ, заливший часть пластиковой крышки.

Моделирование открытым профилем особенно удобно при работе с тонкостенными деталями, когда важно не пересечь тонкую стенку сложной формы.

Рис. 1. Открытый профиль и динамическое редактирование

Рис. 1. Открытый профиль и динамическое редактирование

В начало В начало

Конструктивные элементы

Solid Edge имеет богатый набор инструментов для построения твердых тел сложной формы — моделей пластиковых изделий, литых деталей, фрезерованных и штампованных деталей. Каждая из команд построения имеет множество дополнительных режимов, управляющих формой модели. Еще один уникальный элемент интерфейса Solid Edge — ленточное меню — ведет пользователя по этапам выполнения команды и меняется по мере выполнения, предоставляя пользователю только те параметры и режимы, которые доступны на данном этапе.

Правильный выбор режимов построения позволяет значительно сократить время проектирования и добиться предсказуемости поведения модели при внесении изменений. Так, режим скругления всех ребер поверхности гарантирует, что, как бы ни менялась геометрия кромки выбранной поверхности, на сколько бы ребер она ни была разбита, система скруглит их все.

Некоторые часто используемые конструктивные элементы объединены одной командой. Такие команды, или суперэлементы (рис. 2), не создают ничего, что нельзя получить комбинацией базовых команд — выступов, вырезов, уклонов и др. Вместе с тем они позволяют существенно сократить трудозатраты и соответственно сроки проектирования. Облегчается внесение изменений, так как параметры собраны в определенных командах. Имеется возможность создавать и использовать шаблоны, в частности вентиляционные решетки, монтажные выступы с подкреплением. Практически все команды среды проектирования листовых деталей, как и конструкций из профилей, могут рассматриваться как суперэлементы — этой теме будет посвящена отдельная статья.

Рис. 2. Суперэлементы: вентиляционные решетки, крепежные элементы, массив по кривой

Рис. 2. Суперэлементы: вентиляционные решетки, крепежные элементы, массив по кривой

В начало В начало

Суперэлементы

Начнем с базовых команд — выступов и вырезов в твердом теле. Они могут быть асимметричными (рис. 3). Кроме уклонов, реализован еще один вариант дополнительной обработки, характерной для литых деталей. Если при обычном уклоне грань остается плоской, то при такой обработке она приобретает выпуклость или вогнутость по дуге окружности. Существует несколько способов задания параметров этой дуги.

Рис. 3. Асимметричный выступ и литейные уклоны

Рис. 3. Асимметричный выступ и литейные уклоны

В литых деталях часто применяются ребра жесткости (рис. 4). Это могут быть отдельные стенки и целые сетки ребер. Для обоих случаев предусмотрены специальные команды. Эскиз определяет схему будущего элемента, при этом не нужно заботиться о пересечении с гранями — Solid Edge автоматически продлит или обрежет элементы эскиза. Далее задается набор параметров — и сетка ребер или стенка готовы. Сразу же можно задать уклон создаваемых командой граней.

Рис. 4. Сетки ребер и ребра жесткости

Рис. 4. Сетки ребер и ребра жесткости

Корпусные пластиковые детали часто проектируются таким образом, чтобы обеспечить сборку двух половинок. В Solid Edge имеется специальная команда «Кромка», которая также очень удобна для создания фланцев. Пластиковые детали часто имеют монтажные выступы с подкреплениями, в которые ввинчиваются крепежные винты. Такие выступы создаются за одну команду. Эскизом определяется их местоположение, а параметры задают конкретный вид. Еще один часто встречающийся элемент в пластиковых деталях — это вентиляционные решетки. Конфигурация ребер может быть самой разнообразной, она определяется при помощи эскиза, а параметры задают конкретный вид элемента. Все пластиковые суперэлементы учитывают необходимость литейных уклонов.

Многие детали и сборочные единицы характеризуются наличием регулярно расположенных компонентов. Для сокращения трудозатрат при моделировании такая упорядоченность реализуется при помощи массивов. Квадратные и круговые массивы стандартны, однако элементами массива могут быть самые разные объекты — операции, поверхности и грани, ребра и кривые. Но иногда возникают ситуации, когда требуется массив более сложной конфигурации. В Solid Edge реализована возможность задать массив вдоль пространственной кривой, ориентируя элементы массива в пространстве различными способами. Представьте себе отверстия в поверхности двойной кривизны — они должны быть выполнены по нормали к ней. В Solid Edge это делается просто: задайте кривую, вдоль которой будут располагаться отверстия, создайте первое из них, а остальные система сделает сама. Возможности не ограничиваются одной направляющей кривой — можно задать и вторую, дополнив направление X направлением Y. Без таких массивов практически невозможно построить заклепочные соединения в авиации и судостроении.

В начало В начало

Анализ результатов и вариантов конструкции

Solid Edge предоставляет пользователю богатые возможности оценки результатов изменений в реальном времени. Динамическая правка конструктивных элементов (см. рис. 1) позволяет менять эскизы простым перетаскиванием мышью ключевых точек или геометрических элементов и сразу же видеть конечный результат. Все нижележащие элементы дерева построений пересчитываются в процессе изменения эскиза. Динамическое изменение размеров дает возможность быстро анализировать различные варианты конструкции.

Еще один важный момент, особенно при проектировании пластиковых деталей, — динамический анализ кривизны и уклонов. Solid Edge наглядно показывает качество построенных поверхностей и возможность в дальнейшем извлечь отлитую деталь из формы.

В начало В начало

Поверхности общего вида

Мы рассмотрим не только эти поверхности, но и связанные с ними инновационные технологии. В данном случае, как и во многих других, технология реализуется через группу команд: часть из них относится к моделированию, часть — к анализу качества поверхностей, а часть — к построению, редактированию и анализу эскизов.

Проектирование в поверхностях всегда ассоциируется с длительным и кропотливым трудом по созданию небольших «лоскутков», в сумме определяющих нужную форму. Эти «лоскутки» затем «сшиваются», а в результате получается сложный, почти не поддающийся редактированию объект. Проектирование в твердых телах возникло как более эффективная альтернатива этому процессу. Тем не менее моделированием в поверхностях можно получить практически любую «скульптурную» форму. В базовом пакете Solid Edge реализованы обширные, зачастую уникальные возможности создания и редактирования поверхностей. А сами поверхности являются вспомогательными объектами, инструментами, при помощи которых формируется геометрия твердого тела.

Оставим в стороне классические способы моделирования поверхностей — проецирование и вращение сечения, протягивание его вдоль направляющих (их может быть несколько, и в этом случае выполняются поворот и масштабирование сечения), поверхности по границам и ряд других. Надо отметить, что все используемые при этом кривые необязательно должны быть плоскими — они могут быть построены специально или использовать ребра твердого тела. Остановимся на поверхности общего вида, общей точке и на работе с плоскими сплайнами.

В начало В начало

Сплайны

Solid Edge позволяет создавать NURBS-кривые до 10-й степени включительно. Сплайн можно построить по точкам или преобразовать в сплайн имеющуюся аналитическую геометрию. Задание и изменение размерных и геометрических зависимостей и расстояний между точками сплайна, вершинами характеристической ломаной и другой геометрией эскиза — наиболее простой вариант воздействия на сплайн.

В плане создания сложных поверхностей более интересны возможности изменения степени сплайна и его упрощения. При изменении степени сплайна меняется количество вершин характеристической ломаной, сплайн все также проходит через заданные точки, но чем выше степень, тем более сложной может быть его форма. Упрощение сплайна позволяет уменьшить сложность сплайна и тем самым облегчить его редактирование. Упрощение заменяет сложный сплайн, получившийся путем пересечения поверхности и плоскости, более простым, отклоняющимся от исходного не более чем на заданную величину. Для получения эстетичной поверхности в любой ее точке должна быть непрерывная кривизна. В командах создания 3D-геометрии может использоваться несколько последовательно соединенных сплайнов, для этого предусмотрена возможность задавать непрерывность кривизны в точке их соединения.

Уникальной возможностью Solid Edge в работе со сплайнами является выбор режима редактирования — локальное редактирование и редактирование с сохранением формы кривой. При локальном редактировании изменения в кривой носят локальный характер — только вокруг точки или вершины характеристической ломаной, положение которой меняется. Чем дальше от изменяемой точки, тем меньше заметны изменения. Однако часто при проектировании сложной поверхности детали хочется слегка подвинуть и развернуть всю кривую, не меняя существенно ее общий вид, как если бы она была гибкой рейкой. В этом случае режим сохранения формы кривой существенно упрощает задачу (рис. 5).

Рис. 5. Управление сплайном, редактирование с сохранением формы, локальное редактирование

Рис. 5. Управление сплайном, редактирование с сохранением формы, локальное редактирование

В начало В начало

Поверхности общего вида

Поверхность общего вида может создаваться на основе всего двух сплайнов (или пространственных кривых, или ряда других объектов) — двух сечений или сечения и направляющей. Уточнить и даже кардинально изменить поверхность можно потом, по мере проработки изделия. Такая поверхность похожа на создаваемую по набору сечений. Кроме того, можно задать соответствие вершин сечений, дополнительные направляющие и граничные условия на концевых сечениях. Преимущество поверхности общего вида заключается в легкости ее редактирования. Уникальность Solid Edge проявляется здесь в том, что на уже построенной поверхности можно построить одно или несколько сечений, которые также будут управлять формой поверхности. Таким образом, сечения управляют поверхностью независимо от истории и очередности их построения (рис. 6).

Поверхности необходимо проанализировать, проверить непрерывность кривизны, иногда интересно само значение кривизны. Если детали, при моделировании которых используются поверхности, предполагается отливать, то очень удобен автоматический анализ уклонов. Все эти виды анализа реализованы в Solid Edge.

Рис. 6. Общие точки, поверхности общего вида, сечения поверхности

Рис. 6. Общие точки, поверхности общего вида, сечения поверхности

В начало В начало

Общие точки

Общие точки гарантируют, что два таких пространственных объекта, как например, плоские сплайны, отрезки, дуги, пространственные кривые, обязательно пересекаются. Для плоских объектов этого можно добиться и при помощи геометрической привязки любой точки второго объекта к «точке прокола» (точке пересечения кривой с плоскостью эскиза) первого, но при этом имеет значение, кто из них построен раньше. Общая точка действует по-другому — она не зависит от порядка построения и находится вне дерева построения. Таким образом, можно воздействовать на любой из объектов — другой будет изменяться в соответствии с заданными параметрами, более того, можно воздействовать непосредственно на эту точку — двигать ее мышью или задавать ее координаты (см. рис. 6).

Если при помощи общей точки связана плоская аналитическая геометрия, то она соответствующим образом перемещается в пространстве или изменяет размеры в зависимости от оставленных степеней свободы. Общие точки — уникальная технология, не имеющая аналогов в других системах, которая обеспечивает максимальную гибкость в редактировании поверхностей.

В начало В начало

Прямое редактирование

Как часто в сложной детали, на моделирование которой потрачено несколько дней, возникает необходимость слегка передвинуть карман или вытянуть повыше грань! При этом данная грань получена в результате построения нескольких элементов в самом начале дерева построений. В этот момент проверяется, насколько грамотно была выполнена параметризация детали. При изменении этих нескольких элементов не должна измениться остальная геометрия модели, а если это все же происходит — надо озаботиться более точным построением остальных составляющих дерева построений. Иногда внесение мелких изменений может привести к серьезной переработке всей конструкции.

Еще один пример. После окончания моделирования сложной детали выясняется, что она будет изготавливаться литьем. По этой причине необходимо добавить уклоны, а дерево построения разделяется на два экрана, и команды, определяющие основные грани, находятся в самом его начале. Создание уклонов в начале дерева построения приводит к полному разрушению топологии. В результате придется выполнять моделирование заново.

Возможно также, что модели деталей переданы из другой системы вообще без дерева построения, а вам надо внести в них некоторые изменения.

В этих случаях прямое редактирование — внесение геометрических изменений, не затрагивающих все дерево построений, — как нельзя кстати.

Что дает прямое редактирование

Прямое редактирование позволяет конструктору сосредоточиться на функциональности детали, оставив технологические нюансы на потом. Дерево построения становится более прозрачным, требуемая с функциональной точки зрения геометрия получается значительно проще и быстрее. При проектировании в контексте сборки можно «подтянуть» грань проектируемой детали до ответной. У технолога появляется возможность легко создать модель заготовки или литьевую форму на базе конструкторской детали, а если при этом конструкторская модель создана в Solid Edge или в NX (Unigraphics), то технологические модели будут ассоциативны конструкторским. Конструктор и технолог получают возможность работать с «чужими», не имеющими параметризации моделями.

Как работает прямое редактирование

В Solid Edge реализовано несколько команд прямого редактирования, модифицирующих и удаляющих выбранные грани. Для работы этой группы команд история построения не требуется, совершенно неважно  — создана модель в Solid Edge или импортирована из другой системы. Команды прямого редактирования вписываются в дерево построения и ничем не отличаются от остальных. Они точно так же имеют числовые параметры и геометрические привязки, могут отключаться и подключаться вновь, перемещаться по дереву построения, участвовать в формировании семейства деталей, деталей переменной формы. Создание упрощенного представления детали в значительной степени опирается именно на возможности удаления неважных для сборки граней.

Solid Edge включает универсальную среду моделирования деталей механообработки и специализированную среду для моделирования листовых деталей. В обеих средах реализованы возможности прямого редактирования. В основном они общие, но для листовых деталей предусмотрены еще и специализированные. Общая часть состоит из следующих команд (рис. 7):

Рис. 7. Прямое редактирование

Рис. 7. Прямое редактирование

• перемещение грани (несколько вариантов задания нового положения);

• поворот грани (несколько вариантов задания оси вращения и угла);

• эквидистантная грань (как наружу, так и вовнутрь);

• изменение радиуса скругления (безотносительно к способу получения);

• изменение диаметра отверстия (безотносительно к способу получения);

• удаление грани (несколько вариантов задания).

Для листовых деталей, кроме того:

• изменение радиуса сгиба (безотносительно к способу получения);

• изменение угла отгиба фланца (безотносительно к способу получения).

Технология прямого редактирования открывает совершенно новые принципы создания и изменения изделий.

В начало В начало

Детали переменной формы

Во многих конструкциях используются детали из пластичных и упругих материалов, пружины, уплотнения, стопорные кольца, стопорные шайбы и пр. В Solid Edge есть простой и эффективный механизм создания и управления подобными деталями. Деталь переменной формы создается как стандартная, отличается она лишь наличием параметров, которыми можно управлять в сборке. Примером могут служить пружины, размер которых зависит от расстояния между торцами; резиновые втулки, раздувающиеся при сжатии (рис. 8); стопорные кольца, которые при изготовлении имеют одну форму, а в сборке — другую. Важно, что для Solid Edge такие детали — единый элемент, способный изменять свою геометрию.

Рис. 8. Детали переменной формы

Рис. 8. Детали переменной формы

В начало В начало

Семейство деталей

Другой разновидностью переменных деталей являются табличные детали, или семейство деталей (рис. 9). Типологически схожие, отличающиеся размерами и наличием или отсутствием некоторых операций детали в Solid Edge можно объединить путем задания специальной таблицы. Каждый элемент семейства наделяется своим именем, набором отключенных скрытых элементов и значениями переменных. Можно использовать собственные переменные и формулы. При переключении между названиями элементов в таблице деталь принимает ту или иную конфигурацию и размер. Примером семейства деталей могут служить любые стандартизованные детали — прижимы, кондукторы, кронштейны и т.п. Для семейства характерно наличие небольшого количества членов, хотя число их не ограничено. В Solid Edge имеется также библиотека стандартов, построенная на иных принципах, описание которой выходит за рамки данной статьи.

Рис. 9. Таблица семейства деталей

Рис. 9. Таблица семейства деталей

* * *

Мы рассмотрели лишь некоторые аспекты моделирования деталей в Solid Edge. За рамками статьи осталось очень многое, например переменные и сенсоры, библиотека операций и использование геометрии других деталей. В следующих публикациях мы расскажем об уникальных функциях работы с листовыми материалами, с имеющимися только в Solid Edge средствами работы с массивными сборками.

В начало В начало

САПР и графика 9`2005