Развитие EUCID 3
В первой части статьи (см. «САПР и графика» № 7’2002), написанной в связи с выходом новой версии EUCID 3 — 2.4, были представлены общие сведения о русифицированном комплексе EUCID 3 компании EADS MATRA Datavision (Франция) и его возможностях в области автоматизированного проектирования различных изделий. В данной части статьи содержится краткий обзор функций моделирования изделий и оснастки для их отработки на электронном макете изделия вместо доводки опытного образца. Объемные геометрические модели деталей, входящих в электронный макет изделия или оснастки, создаются в EUCID 3 из тел, поверхностей и адаптивных элементов (параметрических поверхностей, над которыми можно выполнять операции сложения, вычитания и определения общей области, так же как с телами). Выбор типа модели для конкретной детали определяется конструктором в зависимости от особенностей ее формы. По ходу работы можно преобразовать модель одного типа в другой. Модели деталей большинства изделий создаются из тел и адаптивных элементов, а поверхности используются дизайнерами и конструкторами штампов, кокилей и пресс-форм.
Говоря о различии свойств твердотельных тел и поверхностей, обычно приводят сравнение бильярдного шара с мыльным пузырем. Они оба сферической формы, но шар математически «заполнен материалом», а пузырь — легко деформируемая оболочка. Геометрические модели деталей из тел и поверхностей обычно создаются в ходе разных операций, хотя внешне практически не отличаются друг от друга (рис. 1). Существующие в EUCID 3 адаптивные элементы позволяют конструктору в большинстве случаев не отличать тела от поверхностей и при создании моделей деталей. Есть также специализированные модели деталей из листа, инструментов и инструментальной оснастки, станков и крепежных приспособлений.
Объемные модели деталей, независимо от типа модели, создаются из типовых элементов (параллелепипед, цилиндр, конус и др.) и специальных элементов (построенных по сечениям, как тело вращения, на основе кинематических взаимосвязей и др.) операциями объединения, вычитания, сопряжения, деформации и т.п. В моделях деталей из тел и адаптивных элементов история их создания в EUCID 3 сохраняется полностью. Это позволяет редактировать составляющие элементы, не выделяя их из детали, а также заменять элементы и операции над ними, что обеспечивает трехмерное эскизное конструирование с последующим переходом к рабочему проекту. В поверхностях (Безье и NURBS) сохраняется история усечения отсеков по внешним границам и внутри, то есть возможно восстановление исходной формы, например отказ от отверстия без заполнения его новыми отсеками. Модели деталей, взаимно размещенные и связанные в соответствии со структурой изделия, составляют электронный макет (рис. 2, 3).
Изменение формы созданной модели детали выполняется путем изменения значений параметров или формы образующих и направляющих линий. В EUCID 3 реализованы три типа параметризации геометрических моделей: автоматическая, назначаемая и табличная. Основной является автоматическая параметризация, то есть при создании геометрического элемента автоматически присваиваются значения параметрам его формы. Например, параллелепипед можно определить двумя диагональными точками, но параметры ширины, высоты и глубины примут соответствующие значения. Нет необходимости определять параметрические плоскости, так как элемент сразу размещается в заданном месте модельного пространства. Автоматически определенные параметры редактируются независимо друг от друга.
Назначаемая параметризация заключается в определении связанных параметров и в установлении связей между ними, задаваемых уравнениями. При изменении одного параметра меняются в соответствии с назначенными зависимостями и значения связанных с ним параметров, которые могут содержать арифметические действия, тригонометрические и гиперболические функции, логарифмы.
Табличная параметризация применяется, если нет арифметических зависимостей между значениями параметров. В этом случае задаются именованные сочетания значений параметров, соответствующие, например, таблицам в машиностроительных нормалях. Тогда названием сочетания значений является обозначение нормали. В результате достаточно один раз построить модель типовой детали и заполнить текстовый файл с сочетаниями значений параметров. Для получения нужного варианта детали требуется только указать обозначение нормали, и деталь примет соответствующую форму.
Еще одним приемом изменения формы детали (из тел или адаптивных элементов) является изменение формообразующей линии посредством добавления точек, закруглений, фасок на линии или изменением расстояний либо углов между отрезками (рис. 4). Формообразующие линии могут быть построены, в частности, по их уравнениям. Поэтому нет каких-либо ограничений в построении моделей, например пружин.
Редактировать форму детали можно, перемещая составляющие ее элементы, задавая относительное расстояние, угол наклона или межосевое расстояние элементов вращения. Благодаря автоматической параметризации эти операции не имеют никаких ограничений: расстояния и углы задаются относительно любых элементов, в том числе относительно других деталей. Кроме того, перемещаются и автоматически связанные элементы, например сопряжения. Автоматически перестраиваются также соответствующие сечения как в трехмерном пространстве, так и на чертежах (рис. 5).
В новой версии стало возможным построение сопряжений переменного размера и формы по заданным изломам на адаптивных элементах, как это было ранее реализовано для поверхностей. То есть, например, фаска может плавно перейти в закругление дугой окружностью или параболой и обратно.
Особое внимание уделяется контролю качества поверхностей деталей (неразрывность, корректность стыков и т.д.), что позволяет исключить возникновение проблем при подготовке управляющих программ для станков с ЧПУ. В новой версии появилась возможность автоматического контроля деталей, созданных из адаптивных элементов, при каждом изменении формы. Этим обеспечивается контроль качества геометрических моделей с самого начала создания электронного макета изделия.
Кроме контроля качества есть и разнообразные средства контроля формы модели детали — как численные, так и визуальные. В предыдущих версиях по трехмерным эпюрам визуально контролировались направления нормалей и изменение кривизны на стыках, в заданных сечениях или по границам поверхностей. Теперь можно оценивать изменение кривизны и по цветам закраски поверхности, устанавливая соответствие минимального и максимального значений радиуса границам спектра цветов (рис. 6).
Проектирование деталей из листа проводится с помощью специальной подсистемы, использующей модифицированные модели тел. Типовыми элементами являются различные гибы (цилиндрический, конический, ступенчатый и закрученный), ребра жесткости, отверстия и окна с отбортовками, кромки и др. Нетиповые элементы и знаки определяются пользователем. В такую модель можно преобразовать модель детали, построенную из тел. Параллельно с проектированием детали из листа автоматически проводится расчет на прочность. Для этого перед началом проектирования указывается марка материала и толщина листа (им соответствуют значения предела прочности, предела относительного удлинения в процентах, модуля Юнга, минимального радиуса гиба). Библиотека материалов открыта для дополнения. Расчет на прочность и контроль минимального радиуса гиба определяют допустимые значения параметров элементов детали и исключают появление трещин или разрывов при ее изготовлении. Развертка детали с учетом свойств материала создается автоматически по четырем типовым формулам расчета развернутой длины. Без программирования можно определить и другие расчетные формулы. В разделе дизайна предоставлены возможности формирования и контроля поверхностей в динамическом режиме (деформации соответствуют движениям курсора мыши). При этом можно определять пять типов формы стыков отсеков поверхностей, задавать точные значения и ограничения деформаций в указанных направлениях, оценивать текущую форму бликов, а также изменение формы линии разъема пресс-формы с учетом угла литейного уклона. Конструкторам оснастки предоставлены специальные операции преобразования формы детали для создания моделей формообразующих плит: учет усадки литых деталей в нескольких направлениях от разных центров, определение линий разъема в заданных направлениях и «мертвых» зон, препятствующих разъему плит, создание литейных уклонов и закруглений, разрез скорректированной поверхности детали по линии разъема и др. (рис. 7).
Проектировать пакеты плит пресс-форм можно с помощью библиотек объемных элементов оснастки HASCO, EOC, Futaba, DME, Regba, Strack, Rabourdin либо путем создания своей библиотеки. Динамический анализ разъема пресс-формы с контролем заклинивания и столкновений проводится подсистемой анализа механизмов. То есть имеются все необходимые средства автоматизации проектирования оснастки, включая кокили, формы для литья по выплавляемым моделям, пресс-формы для литья пластмасс под давлением, пресс-формы для литья алюминия и других сплавов под давлением, формы для вакуумной формовки, экструзионные и выдувные формы, а также заливочные формы для пенополиуретана.
О проектировании оснастки в EUCID 3 подробнее рассказано в статье «EUCID и детали из пластмасс» (см. «САПР и графика» № 4’99).
В состав рабочего места конструктора входит подсистема «Механизмы», назначением которой является создание и исследование объемной модели механизма любого типа. Нестандартным применением подсистемы может быть динамический анализ собираемости изделия, хотя для этого существует специализированная подсистема Megavision.
Подсистема «Механизмы» позволяет автоматизировать решение таких задач, как:
- проектирование и исследование структурно-кинематических схем механизмов машин и приборов;
- определение количества свобод движения механизмов и кинематических цепей в зависимости от геометрических форм сопряжений звеньев и их количества;
- определение возможности движения механизма в заданном интервале изменения обобщенных координат;
- проверка возможности полнооборотного вращения входных и выходных звеньев;
- обеспечение заданных форм траекторий движения характерных точек звеньев механизма, что, в частности, позволяет определять форму кулачков;
- определение инерционно-массовых характеристик звеньев механизма.
Создание объемной модели механизма заключается в определении кинематических пар и объединении их в механизм. Звеньями кинематических пар могут быть любые геометрические элементы. Звенья связываются в кинематические пары соединениями шести типов: поступательным, вращательным, винтовым, цилиндрическим, сферическим, универсальным. Звеньям можно назначить разные типы контактов, что позволяет моделировать все типы передач: зубчатые, ременные, цепные, кулачковые, передачи типа «мальтийский крест», винтовые, фрикционные. При анимации работы механизма контролируются заклинивание и столкновение звеньев между собой или с любыми деталями, не входящими в механизм, например с корпусом (рис. 8).
Компоновка деталей в электронном макете контролируется операциями определения зазоров, минимальных и максимальных расстояний, соосности и т.д. Затем выпускается комплект сборочных и деталировочных чертежей посредством автоматического проецирования объемных моделей изделия, сборочных единиц и деталей на указанные основные, дополнительные («по стрелке») и выносные виды. Связи между объемной моделью и ее проекцией на чертеж могут сохраняться, разрываться и восстанавливаться для автоматического изменения чертежей при изменении объемной модели. Оформление чертежей по ЕСКД обеспечено.
С любой моделью в базе данных EUCID 3 можно связать его «формуляр», то есть объект с произвольной дополнительной информацией, например с полным названием, обозначением на чертеже, ценой, массой, маркой материала и т.п. По этим данным посредством операций выборки нужных параметров и заполнения стандартных или произвольных шаблонов форматов документов автоматически формируются спецификации, ведомости материалов и другие документы.
Таким образом, комплекс EUCID 3 предоставляет все возможности автоматизации разработки изделий и сокращения затрат на подготовку производства. Подробная документация на русском языке, а также возможность обучения на предприятии позволяет быстро освоить систему. С новой версией EUCID 3 2.4 можно ознакомиться, обратившись в компанию «Вектор».
В следующей части статьи будут изложены особенности создания электронных макетов станков и инструментов для подготовки управляющих программ.
В статье использованы материалы компаний EADS MATRA Datavision (Франция), «Вектор» (Россия), «Красная Звезда» (Украина).
«САПР и графика» 8'2002
