11 - 2005

Оригами. Работа с листовыми деталями в Solid Edge

Лев Донковцев, Константин Костромин

В данной публикации из цикла статей о системе проектирования Solid Edge мы расскажем о возможностях проектирования листовых деталей.

Solid Edge первой из систем среднего уровня начала проектировать детали из листового материала. Принципы и функции построения этих деталей, появившиеся в ранних версиях данного продукта, прошли испытания временем и сохранились, попутно расширив свои возможности, до настоящего времени, перекочевав во многие другие системы трехмерного моделирования как среднего, так и более высокого класса. Это является лучшим подтверждением правильности пути, выбранного разработчиками Solid Edge.

Успех модуля работы с листовым материалом базируется на гибких и широких возможностях и одновременно — на простом интерфейсе, реализованном в удобных и производительных командах.

Solid Edge позволяет моделировать листовые детали любыми способами: сверху вниз, снизу вверх, а также комбинируя их в произвольном порядке. Обычно деталь начинают строить с плоской пластины, добавляя к ней необходимые сгибы и технологические операции (рис. 1). Можно начать с компоновки сборки или детали. Наконец, можно использовать обычную твердотельную модель, определяющую форму будущей детали, и автоматически преобразовать ее в листовую со всеми технологическими атрибутами листового тела (рис. 2). Также Solid Edge умеет работать с листовыми деталями, импортированными из любой другой системы, не требуя распознавания дерева построения. При этом деталь остается параметрической и редактируемой.

Примеры листовых деталей

Примеры листовых деталей

Сборки из листовых деталей

Сборки из листовых деталей

Обязательным при работе с листовыми деталями является качественное получение развертки. Для решения этой задачи Solid Edge предлагает богатые возможности: автоматическую развертку, развертку частичную, развертку поэтапную (позволяет развернуть сложные тела, которые не удается развернуть автоматически), технологическую обработку развертки для передачи на станок с ЧПУ. Развертку можно сохранить как в файле детали, так и отдельно в нескольких форматах, оптимизированных для дальнейшей обработки на станках с ЧПУ.

Неотъемлемой составляющей листовой детали является ее развертка. Геометрия развертки зависит от способа, с помощью которого деталь сгибается. Детали можно сгибать на станках с поворотной балкой, на гибочных прессах, в штампах и т.д. При этом основным параметром для расчета развертки считается коэффициент удлинения дуги, или коэффициент нейтрального слоя. Solid Edge позволяет учитывать различные условия гиба при помощи указания положения нейтрального слоя либо таблицы гибов конкретного станка, зависящих от материала, толщины, радиуса и угла гиба.

Рис. 1. Стандартный способ построения листовой детали

Рис. 1. Стандартный способ построения листовой детали

Рис. 2. Преобразование модели в листовую деталь

Рис. 2. Преобразование модели в листовую деталь

Рис. 3. Базовые функции построения листовых деталей

Рис. 3. Базовые функции построения листовых деталей

Традиционно листовую деталь начинают строить с базовой пластины, к которой последовательно добавляют отогнутые элементы, вырезы, подсечки и другие операции. Solid Edge поддерживает моделирование всех типов элементов листовой детали — некоторые из них показаны на рис. 3. Работа с листовым материалом в Solid Edge предельно проста. Так, например, фланец можно построить тремя щелчками мыши. Solid Edge делает за пользователя девять десятых работы автоматически, но при необходимости можно использовать множество дополнительных параметров, позволяющих гибко управлять поведением конструируемых элементов. В команде «фланец» можно управлять радиусом сгиба, параметрами нейтральной линии, высотой и шириной, можно построить произвольную форму фланца, управлять положением зоны сгиба относительно кромки, боковой разгрузкой прилегающих граней, формой и размерами разгрузки, влиянием разгрузки на соседние сгибы, производить обработку угловых стыков (рис. 4).

Команда «фигурный фланец» позволяет смоделировать листовой элемент по профилю. Доступно построение сразу по нескольким граням с автоматической обработкой углов и стыков (рис. 5).

Рис. 4. Возможности команды построения фланца

Рис. 4. Возможности команды построения фланца

Рис. 5. Фигурный фланец

Рис. 5. Фигурный фланец

Рис. 6. Обработка угла

Рис. 6. Обработка угла

Среда «листовая деталь» объединяет небольшие на первый взгляд, но очень функциональные команды, возможности ряда из которых вызывают справедливую зависть уважаемых конкурентов. Примером может служить команда обработки углов «сомкнуть края». Она позволяет сомкнуть кромки двух сгибов и задать обработку зоны их пересечения: без обработки — прямоугольный вырез, полное смыкание краев различными способами с контролем зазоров, круговой вырез в месте соединения сгибов. Размер выреза не ограничен зоной сгиба — его можно сделать как равным зоне сгиба, так б о льшим или меньшим (рис. 6). Не менее интересна команда обработки трехстороннего угла (рис. 7).

Для обработки листовой детали доступны команды стандартных вырезов либо вырезов с краями, перпендикулярными плоскости листа, в случае если они выполняются штамповкой на заготовке (рис. 8). Очень удобна операция обработки угловых кромок листа фаской или скруглением (рис. 9).

В листовых деталях часто применяются технологические элементы, получаемые штамповкой, — это ребра жесткости, жалюзи, подштамповки, вытяжки, рифты, отбортовки, просечки и пр. Для их проектирования в Solid Edge есть специальные команды, простые в использовании, но имеющие большое количество параметров, открывающих широкий простор конструктору для творчества (рис. 10).

Рис. 7. Обработка трехстороннего угла

Рис. 7. Обработка трехстороннего угла

Рис. 8. Вырезы в листовой детали

Рис. 8. Вырезы в листовой детали

Рис. 9. Обработка кромок листовой детали

Рис. 9. Обработка кромок листовой детали

Уникальной особенностью Solid Edge является возможность работы с листовыми деталями, не имеющими истории построения. Это либо импортированные детали из других систем, либо тонкостенные детали, которые могут быть выполнены из листа, хотя были спроектированы обычными средствами моделирования без зон сгиба листового материала. На рис. 11 под первым номером изображена модель, в которой все грани острые и нет никакой информации о зонах сгиба листа. На второй модели с этого рисунка хорошо видны результаты автоматической операции преобразования детали в листовое тело — здесь сформированы зоны сгиба и места стыков листа металла. Solid Edge выполняет автоматическую проверку детали — определяет, все ли грани детали имеют одинаковую толщину. Если эта проверка прошла успешно, то для этой детали можно использовать функционал листовых моделей. В случае если деталь не имеет зон сгиба листа, они будут сгенерированы автоматически. Далее можно изменять радиусы, углы и параметры сгибов средствами прямого редактирования, а также менять любые размеры, редактировать условия стыковки углов. Все изменения будут параметрическими и управляемыми. Эта технология обеспечивает возможность свободной работы с трехмерными деталями из листовых материалов независимо от того, каким образом и в какой системе была построена модель. В своих проектах пользователи могут использовать детали, полученные от партнеров, работающих в других системах моделирования, и это не станет препятствием в работе, поскольку для Solid Edge эти модели не теряют своей функциональной значимости, оставаясь редактируемыми и параметрическими.

Рис. 10. Технологические элементы

Рис. 10. Технологические элементы

Рис. 11. Построение методом преобразования в листовую деталь

Рис. 11. Построение методом преобразования в листовую деталь

Приведем пример работы по этой технологии.

В кабине уборочной машины компоновщик разместил кресло оператора. Требуется спроектировать крепление этого сидения к полу кабины.

Сначала в сборке строим деталь основания, опираясь на геометрию уже имеющихся в сборке деталей. Деталь должна иметь присоединительные размеры, определенные положением стыкуемых деталей, и вписываться в сборку. После того как требуемая геометрия построена, делаем деталь тонкостенной.

Затем определяем ребра, на которых лист стыкуется; на оставшихся ребрах будут сгенерированы зоны сгиба. После этого конструктор может поручить работу Solid Edge — преобразование в листовую деталь, построение сгибов и стыков выполняется автоматически (см. рис. 11).

Готовая деталь сохраняет все параметрические зависимости, наложенные на начальных этапах моделирования; дальнейшее ее изменение также будет параметрическим.

Если деталь импортирована из другой системы и не имеет параметризации, то изменения, внесенные в Solid Edge, будут создавать параметрические управляемые связи.

Интересные результаты дает комбинация функций работы с листовым материалом и типичных команд построения детали. Например, необходимо построить цилиндрический кулачок за заданным законом перемещения.

Порядок построения может быть следующим (рис. 12):

1. Моделируем трубу.

2. Разворачиваем ее.

3. Строим линию закона перемещения кулачка, по которой делаем вырез.

4. Сворачиваем обрезанную трубу обратно.

5. Моделируем ось.

Кулачок готов, деталь ассоциативна, построения выполнены пятью командами.

Еще один пример: штампованная деталь и способ ее построения (рис. 13):

1. Строим дно детали.

2. Командой «фигурный фланец» моделируем борта.

3. Поворотом торцевого профиля смыкаем один угол.

4. Выполняем команды массива или зеркального отражения для угла.

Четыре шага, и деталь готова.

Рассмотрим более подробно операции прямого редактирования листовых деталей. В предыдущей статье говорилось, что набор команд прямого редактирования обеспечивает качественно новый подход к моделированию. Так, больше не существует зависимости от размера дерева построения детали — изменения размеров можно сделать на последних этапах, не затрагивая ранее выполненных команд, а кроме того, импортированная деталь без дерева построения становится доступной для параметрического изменения. Команды прямого редактирования в среде листовой детали сохраняют топологию листового тела.

Рис. 12. Порядок построения цилиндрического кулачка

Рис. 12. Порядок построения цилиндрического кулачка

Рис. 13. Порядок построения штампованной детали

Рис. 13. Порядок построения штампованной детали

Рис. 14. Операции прямого редактирования

Рис. 14. Операции прямого редактирования

Например, команда перемещения грани автоматически определяет смежные элементы и передвигает их, не нарушая топологии листовой детали (рис. 14). Для команды не имеет значения, импортирована ли эта деталь или построена в Solid Edge. Есть специальные команды прямого редактирования листовых деталей: изменить радиус сгиба и изменить угол сгиба. Порядок работы этих команд очень прост, работа максимально автоматизирована. Выбирается сгиб или несколько сгибов — Solid Edge отображает текущее значение радиуса сгиба и предлагает изменить его на новое.

Преимуществом Solid Edge является простота работы с функциями построения листовой детали. Интерфейс устроен понятным конструктору образом — процесс проектирования повторяет технологию изготовления детали. А для сокращения сроков освоения приведены учебные примеры с подробным описанием, иллюстрациями и моделями для отработки необходимых навыков (рис. 15). В совокупности все это позволяет заметно сократить время проектирования и редактирования деталей.

Рис. 15. Упражнения для самостоятельного обучения

Рис. 15. Упражнения для самостоятельного обучения

Рис. 16. Развертки деталей, имеющих сгибы более 360°

Рис. 16. Развертки деталей, имеющих сгибы более 360°

Разработанные детали без дополнительных расчетных и уточняющих процедур можно отдавать в производство — для этого в Solid Edge всегда под рукой функционал построения разверток и их последующей обработки.

Гибкая проработка технологии изготовления листовых деталей — еще один козырь этой программы.

Прежде всего речь идет о механизме получения разверток. Как уже говорилось, эту операцию можно сделать автоматически. Но иногда необходимо четко задать последовательность разгибания детали, например при проектировании последовательного штампа. А в работе с бумажной тарой (Solid Edge нашел применение и в этой отрасли) листовая деталь зачастую имеет перехлесты, не позволяющие выполнить автоматическую развертку. В этом случае можно самостоятельно задать порядок разворачивания детали. Детали, свернутые более чем на 360° (рис. 16), также не являются непреодолимым препятствием для Solid Edge. Не менее значимой является последующая обработка развертки. При лазерной резке заготовки необходимо закруглить внутренние углы, на вырубных штампах требуется удалить разгрузку угла. Для этого предусмотрена обработка внешних и внутренних углов после расчета развертки, а также удаление разгрузки угла (рис. 17). Solid Edge позволяет учесть специфические особенности каждого технологического процесса. Обращаем ваше внимание на то, что все операции обработки заготовки ассоциативны к геометрии детали. Некоторые станки с ЧПУ не могут работать со сплайнами, поэтому Solid Edge своими средствами аппроксимирует их дугами и отрезками с заданной точностью.

Рис. 17. Автоматическая обработка развертки

Рис. 17. Автоматическая обработка развертки

Рис. 18. Чертеж листовой детали

Рис. 18. Чертеж листовой детали

По построенной модели можно быстро выполнить чертеж как готовой детали, так и ее развертки в полном соответствии с производственными потребностями (рис. 18). Развертка представляет собой реальную заготовку, учитывающую технологические особенности производственного процесса, а не формальную математическую модель.

Подведем итог всему вышесказанному:

• в Solid Edge собран достаточный набор функций моделирования листовых деталей;

• Solid Edge работает с «чужими» деталями так же, как с собственными, без ограничения функциональности и необходимости распознавания дерева построения;

• функции листовых деталей можно эффективно соединять со стандартными твердотельными операциями;

• Solid Edge имеет мощный и гибкий аппарат построения и последующей обработки разверток, максимально готовых для производства;

• средства разработки листовых деталей в Solid Edge очень просты и при этом функционально насыщенны. Детально проработанные обучающие упражнения помогут значительно сократить время освоения.

 

Цикл статей о Solid Edge не завершен. В последующих материалах вы узнаете о работе с чертежами больших сборок, о построении принципиальных схем, о библиотеках стандартных элементов, о расчетных модулях и о многом другом. В этом месяце вышла новая, 18-я версия данного продукта. Следите за нашими публикациями!

Для более подробной информации посетите сайт: www.solidedge.ru

САПР и графика 11`2005