Гибридное моделирование в ADEM CAD на простых примерах

Константин Карабчеев

Пример А. Создание объемной модели пластмассовой бутылки

Пример Б. Создание объемной модели матрицы для лопатки

Пример В. Создание объемной модели моноколеса

Пример Г. Построение полуформы методами поверхностного моделирования с использованием функций проецирования

В статье на четырех конкретных примерах мы рассмотрим некоторые аспекты гибридного моделирования, представленного в последней версии CAD/CAM/CAPP ADEM. Следует отметить, что гибридное моделирование вообще является одной из самых характерных особенностей системы ADEM.

В ADEM включена весьма развитая функциональность, свойственная системам поверхностного моделирования, причем переход от твердых тел к поверхностям и обратно так прост и естественен, что пользователь даже не задумывается, какой методикой он пользуется в данный момент. Дело в том, что отдельно выделенная поверхность или группа поверхностей в системе является равноправным объемным телом, с которым можно производить не только локальные (обрезка, продление, перетяжка и т.п.), но и все остальные процедуры (булевы, скругления и пр.).

Пример А. Создание объемной модели пластмассовой бутылки

1. Построение кинематической поверхности по двум сечениям и направляющей

В этом примере поверхность бутылки представляет собой кинематическую поверхность, созданную по двум различным (иногда непараллельным) сечениям и четырем направляющим. В случае, представленном на рис. 1, образующие сечения параллельны, что облегчает задачу.

Сечения бутылки являются замкнутыми элементами, созданными из эллиптических дуг и касательных к ним обычных дуг. Направляющие — это объемные 3D-сплайны. При помощи операции «Сечения по направляющим» выполняем построение основной поверхности бутылки (рис. 2).

2. Построение донышка. Поверхность по сетке сечений с обеспечением гладкости с соседними гранями

Для построения донышка и поверхности перехода между донышком и стенками бутылки создадим поверхность по четырем сплайнам. Чтобы создать поверхности перехода между стенками бутылки и донышком, используем операцию «Создание поверхности с обеспечением гладкости с соседними гранями» (рис. 3).

3. Считывание стандартного элемента «Горлышко» из библиотеки

Поскольку горлышко бутылки является стандартным элементом для данного вида производства (резьба определенного диаметра под стандартную крышку), то этот элемент бутылки был заранее подготовлен и занесен в библиотеку стандартных элементов как параметрический фрагмент (с возможностью изменения любых параметров — диаметра горлышка, его высоты и др.). Теперь его надо просто считать из библиотеки с нужными параметрами и точно позиционировать в пространстве, что и было сделано (рис. 4).

4. Построение тела перехода (бутылка — горлышко)

Для создания поверхности между горлышком и поверхностью бутылки воспользуемся операцией «Тело перехода», которая создает тела перехода между поверхностями и твердотельными элементами с учетом условных аспектов (определяющих направление векторов на стыковке поверхностей) (рис. 5).

5. Сшивка поверхностей

Итак, мы получили гибридную модель изделия. Часть элементов бутылки представлена твердыми телами (горлышко), часть — открытыми оболочками. Для более удобной работы с объемной моделью сошьем все поверхности элемента в единое тело, а потом элементарными булевыми операциями доработаем поверхность донышка (рис. 6). Объемная модель готова.

6. Альтернативные методы создания модели

В приведенном примере представлен лишь один из многочисленных (и не самых простых) методов создания объемной модели. Такую же геометрию в последней версии системы можно было бы создать элементарными методами твердотельного моделирования и получить сложные поверхности, близкие к исходным, с помощью скруглений переменного радиуса. В нашем примере стояла задача создать модель по готовому чертежу. Понятно, что при обратном методе проектирования (от объемной модели к чертежу) удобнее было бы пользоваться более простыми операциями твердотельного моделирования.

Пример Б. Создание объемной модели матрицы для лопатки

1. Чтение координат сплайнов, описывающих теоретический контур лопатки

Создание объемных элементов в модуле ADEM CAD может начинаться как с построения плоских (или объемных) контуров, так и с использования других методов. В данном примере исходной информацией для построений являлись таблицы с координатами точек сплайнов, описывающих поверхности лопатки. Подобные таблицы могут быть получены из различных расчетных систем — в нашем случае это были результаты измерений на специальном оборудовании.

В модуле ADEM CAD существует возможность считывания координат точек из различных типов файлов, в том числе и текстовых. В этом примере точки с одинаковой координатой по оси Z (то есть точки, описывающие результат измерений на одном уровне) соединяются сплайном, хотя для более простой геометрии конструктор может аппроксимировать кривые дугами, отрезками или полилиниями.

Итоговым результатом считывания является семейство пространственных кривых, которые служат основой построения поверхности лопатки (рис. 7).

2. Создание поверхностной модели лопатки

При создании модели по сечениям вдоль направляющих учитывались и исправлялись ошибки сканирования поверхности. Такие ошибки неизбежны, поскольку 3D-сканеры или измерительные машины имеют определенный уровень точности — как правило, меньший, чем может предоставить любая CAD-система; кроме того, исходная модель может содержать изъяны и дефекты. В любом случае при помощи специальной функциональности в ADEM CAD модель была приведена к номинальному виду.

В итоге мы получили набор поверхностей, построенных по результатам измерений (рис. 8).

3. Преобразование поверхностной модели в твердотельную

Специальными командами «Объединение», «Сшивка» для более удобной работы с геометрией осуществляется преобразование поверхностной модели в твердотельную. Подобные прямое и обратное преобразования могут производиться в любой момент работы с моделью (рис. 9).

4. Преобразование твердотельной модели в соответствии с коэффициентами усадки

В данном случае в зависимости от свойств выбранного материала необходимо произвести преобразование модели в соответствии с коэффициентами усадки. Для этого используются элементарные инструменты масштабирования твердотельных элементов по разным осям.

5. Создание линии и поверхности разъема пресс-формы под лопатку

Для окончательного создания матрицы пресс-формы при помощи команд «Линия разъема», «Поверхность разъема» в автоматическом или полуавтоматическом режиме мы находим и выполняем построение поверхности разъема (рис. 10). В этой операции мы можем применять как твердотельные, так и поверхностные (что случается очень часто) методы моделирования, которые в ADEM работают с одинаковой эффективностью.

6. Использование геометрии в модуле ADEM CAM

Итак, получена комплексная модель пресс­формы под лопатку. Видимо, вы уже заметили, что для обработки была смоделирована лишь самая важная — несущая — часть пресс-формы. В данном случае для задания обработки использовалась модель, состоящая из поверхностей и плоских контуров, которыми были заданы все остальные, более простые элементы пресс-формы, и этого оказалось достаточно для создания корректного маршрута обработки.

Пример В. Создание объемной модели моноколеса

1. Построение контура по формуле

Рассмотрим еще один пример объемного моделирования. В данном случае контуры, которые являются основой для построения лопасти моноколеса, строятся по формуле. В системе АДЕМ, кроме интерактивных построений, кривые можно задавать четырьмя различными способами: в декартовых координатах, в полярных координатах, параметрически в декартовых координатах, произвольно (текстовый режим, в котором можно записать алгоритм вручную). К тому же это могут быть как плоские, так и объемные кривые. Существует база данных наиболее распространенных функций (астроида, гиперболическая, логарифмическая спираль, эпициклоида и др.) Рис. 11 и 12 иллюстрируют применение простого метода построения плоских кривых по формуле в декартовых координатах для отдельной лопасти.

2. Построение модели по профилям

Далее по готовым профилям (достроенным посредством стандартных инструментов ADEM) при помощи операций «Смещение» и «Удаление материала» создается объемная модель лопасти (рис. 13).

3. Копирование 3D-элементов

Для копирования лопасти необходимо указать центр копирования, задать угол и число копий. Копирование выполняется в плоскости, а поскольку сохраняется связь между всеми копиями, то при любом изменении исходного тела (параметры функциональной кривой, смещения) автоматически будут изменяться его угловые копии (рис. 14).

4. Построение колеса (тело вращения)

Для построения колеса расположим рабочую плоскость перпендикулярно плоскости контура, участвовавшего в операции «Смещение», и начертим его сечение, которое с помощью процедуры « в ращение» превратим в объемный диск (рис. 15).

5. Объединение элементов

В результате всех этих действий мы получили несколько объемных элементов, которые для удобства дальнейшей работы соберем в единое тело (рис. 16).

6. Где можно использовать модель

Созданная модель может использоваться для нескольких целей: в качестве исходной для задания обработки в модуле CAM, для получения плоских проекций и дальнейшего оформления чертежа, как часть объемной сборки, для расчетов в модуле ADEM CAPP.

Пример Г. Построение полуформы методами поверхностного моделирования с использованием функций проецирования

1. Построение тела вращения

Основой для создания модели полуформы будет являться тело вращения, полученное с помощью уже известной вам из предыдущих примеров операции «Вращение». Профиль, построенный в рабочей плоскости, поворачиваем на 360° относительно одной из его сторон (рис. 17).

2. Построение пространственных кривых с использованием функций проецирования

Объемные кривые в данном случае будут получены методом проецирования плоских сплайнов на тело вращения (рис. 18), вследствие чего будут выдержаны условные габариты модели и значительно упрощен сам способ построения объемных кривых. В итоге мы получим сетку объемных кривых, описывающих сложную форму модели (рис. 19).

3. Построение поверхностей методом затяжки

В ADEM CAD существует несколько способов построения поверхностей по границам. В данном примере по причине того, что форма модели условна и не требует поддержки точных размеров, используется самый простой из них — затяжка (рис. 20).

4. Построение поверхностей по сетке сечений

Остальные поверхности строятся по сетке сечений с заданием условий касательности исходя из ранее полученной геометрии (рис. 21). Поскольку модель симметрична, то поверхностными методами моделирования мы строим только ее половину, а затем операцией «Зеркальное отражение» получаем вторую половину (рис. 22). Этот пример показателен в плане применения системы ADEM к задачам дизайна.

«САПР и графика» 9'2004