Технология создания параметрических моделей корпусной мебели в САПР БАЗИС

Павел Бунаков

Формирование таблиц и баз данных

Формирование корпуса шкафа

Конструирование внутреннего наполнения

Установка дверей

Облицовывание кромок

Расстановка крепежных элементов

Подготовка производства

Анализ сегментации российского мебельного рынка по видам изделий показывает рост доли шкафов с 25% в 2003 году до 31% в 2007-м. Прирост объемов производства в количественном выражении составил в 2007 году 6,3%, при этом всего было выпущено около 5 млн шкафов.

Занимая столь значительную долю рынка корпусной мебели, шкафы требуют особого внимания с точки зрения автоматизации их проектирования. В состав САПР БАЗИС входит специализированный модуль параметрического проектирования изделий данного класса — БАЗИС-Шкаф, в котором все проектные операции разделены на три группы в зависимости от степени их автоматизации:

• неавтоматизированные операции, требующие творческого воображения и знания общих целей конструирования;
• автоматизированные операции, для выполнения которых надо задать только основные параметры, а все необходимые расчеты будут выполнены автоматически;
• автоматические операции, требующие только однократной предварительной настройки алгоритмов выполнения.

Подобное разделение проектных операций позволило существенно повысить общий уровень автоматизации проектирования, освободив конструктора от выполнения большинства рутинных операций.

Процесс проектирования параметрических изделий в модуле БАЗИС-Шкаф состоит из трех основных этапов:

• формирование корпуса шкафа;
• конструирование внутреннего наполнения и установка дверей;
• настройка параметров автоматически выполняемых операций.

Формирование таблиц и баз данных

Прежде чем приступить к разработке геометрической модели шкафа, необходимо подготовить таблицу используемых материалов — общую для всех модулей системы БАЗИС (рис.1). Эта таблица содержит список основных конструкционных материалов. Она формируется и редактируется на основе общей базы данных (БД) материалов и комплектующих и предназначена для оперативной работы. Подобные таблицы, представляющие собой проекции общей БД на потребности соответствующей проектной операции, широко применяются для ускорения работы во многих командах.

Рис. 1. Таблица используемого материала

 

Рис. 2. База данных фурнитуры

 

Рис. 3. База данных крепежа

Следующий шаг — формирование БД фурнитуры. Вся фурнитура подразделяется на крепежную (крепеж) и декоративную, каждая из которых, в свою очередь, тоже подразделяется по типам. Каждый тип характеризуется индивидуальным набором геометрических параметров и алгоритмом установки на изделие. На рис. 2 показано окно БД декоративной фурнитуры, на рис. 3 — крепежа.

Формирование корпуса шкафа

Проектирование любого изделия в модуле БАЗИС-Шкаф начинается с построения корпуса, основными параметрами которого являются габариты, используемые материалы и конструктивные особенности. Последние определяют расположение горизонтальных щитовых элементов (панелей) — крышки и дна — относительно вертикальных. На рис. 4 показано окно задания параметров крышки, которая может быть накладной (расположенной на вертикальных панелях), вкладной или вообще отсутствовать, что часто встречается у встроенной мебели.

Рис. 4. Окно задания параметров крышки шкафа

Таблица размеров свесов актуальна только для накладного варианта крышки. В ней задаются выступы за габариты изделия. При их наличии возможно задание скруглений отдельных углов крышки. Опция «Жесткий кант» применяется в тех случаях, когда передний торец крышки необходимо заглубить на заданную величину.

Монтажные планки — это панели, расположенные под накладной крышкой или, при отсутствии крышки, между боковинами, которые служат для крепления к ним крышки. Обычно такие конструкции используются при проектировании корпусов кухонной мебели. Параметры монтажных планок определяются их шириной и смещением от переднего и заднего среза шкафа (рис. 5).

Рис. 5. Конструкция монтажных планок

 

Рис. 6. Окно задания параметров дна шкафа

Конструктивные параметры дна в основном аналогичны параметрам крышки (рис. 6). Дополнительно для него задаются отступ от пола и конструкция цоколя. В случае накладного дна может устанавливаться одна поперечная цокольная планка или строиться цокольная коробка из четырех планок, конструкции и параметры которой показаны на рис. 7. Если цокольная планка одна, ее конструкция может быть съемной. Данный вариант чаще всего применяется при проектировании кухонной мебели, когда цокольную планку крепят к опорам на специальных клипсах.

Рис. 7. Конструкция цокольной коробки

 

Рис. 8. Окно задания параметров задней стенки шкафа

Задняя стенка шкафа может быть накладной на задние торцы боковин, дна и крышки либо устанавливается в паз (рис. 8). Иногда по ряду причин может оказаться, что заднюю стенку невозможно изготовить из одной панели. В этом случае она будет представлять собой набор панелей, составленных встык друг к другу. Линии стыков могут проходить как по задним торцам внутренних панелей шкафа (тогда края задних стенок будут крепиться к этим торцам), так и в секциях между панелями. В последнем случае края задних стенок могут стыковаться с помощью специального Н-образного соединительного профиля. Способ формирования набора панелей, составляющих заднюю стенку, называется схемой раскроя. Возможны следующие варианты такой схемы:

• по торцам перегородок — задняя стенка автоматически раскраивается по задним торцам внутренних панелей, расположенных между габаритными панелями шкафа. Входным параметром является максимальная ширина листа материала задней стенки;
• по максимальному размеру — задается максимальный размер панели для задней стенки, и размеры все составных панелей определяются автоматически таким образом, что все они будут иметь одинаковый размер, не превышающий заданное значение;
• вручную — пользователю предлагается произвести ручной раскрой задней стенки по своему усмотрению вертикальными и горизонтальными резами.

При автоматическом раскрое задней стенки возможны два направления резов: вертикальное и горизонтальное.

Если конструкция шкафа предполагает установку задней стенки в пазы на габаритных панелях, то нужный тип паза выбирается из соответствующей БД. Одним из параметров паза является операция по обработке — технологическая операция по получению данного паза. Это позволяет учитывать трудоемкость данной операции при расчете общей трудоемкости изготовления изделия.

Конструирование внутреннего наполнения

Элементами внутреннего наполнения шкафа являются вертикальные перегородки, стационарные и съемные полки, ящики и панели жесткости. Общий принцип их установки состоит в том, что каждый элемент устанавливается в секцию, образованную двумя вертикальными и двумя горизонтальными стационарными перегородками. Границами секций не обязательно должны служить панели целиком — одна панель может быть границей сразу нескольких секций.

Первым запросом при установке любого элемента внутреннего наполнения является запрос секции, в которую он будет установлен. Все элементы устанавливаются от заднего среза шкафа, а их габариты соответствуют габаритам секции.

При установке вертикальных и горизонтальных панелей глубина панели равна минимальной глубине габаритных элементов секции, уменьшенной на величину смещения. Смещение — это расстояние от переднего торца габаритной панели секции до переднего торца устанавливаемой панели. Для вертикальных панелей смещение считается от горизонтальных границ секции, а для горизонтальных панелей — от вертикальных границ.

В системе определено понятие минимального размера секции — расстояния, ближе которого рядом не могут находиться два однотипных элемента внутреннего наполнения. Это позволяет контролировать корректность действий конструктора.

При установке элементов предусмотрено несколько дополнительных возможностей, позволяющих значительно ускорить этот процесс:

• явное указание размеров вновь формируемых секций;
• если маркер «привязан» к одной из крайних точек панели, то он автоматически позиционируется на ту ее сторону, которая ближе к границе секции. В этом случае заданное числовое значение будет воспринято как ширина секции, имеющей в данный момент меньшую ширину;
• если в любой момент до завершения команды задать количество панелей, то в указанной секции будет равномерно установлено именно это количество панелей.

Под панелью жесткости понимается фронтальная панель, принимающая на себя все боковые нагрузки, возникающие при эксплуатации шкафа. При установке ее позиционирование по глубине производится от заднего среза шкафа. Панель жесткости всегда ставится между теми вертикальными стенками, которые расположены между дном и крышкой изделия, в том числе и между боковыми стенками. Все горизонтальные и вертикальные панели полностью или частично попадающие на панель жесткости, автоматически подрезаются на ее толщину. Возможны следующие варианты установки панелей жесткости:

• с заданным смещением от заднего среза шкафа. В случае если смещение превышает глубину шкафа, панель жесткости устанавливается заподлицо с передним срезом;
• с позиционированием от верхней или от нижней горизонтальной перегородки;
• между указанными уровнями внутри секции.

Все три варианта установки панелей жесткости показаны на рис. 9.

Рис. 9. Варианты установки панели жесткости

Помимо перечисленных стационарных элементов, в секциях шкафа можно размещать полки — горизонтально расположенные панели, предназначенные для размещения на них различных предметов. Они устанавливаются на полкодержателях и не являются силовыми элементами конструкции, поэтому могут легко удаляться без применения какого-либо инструмента. Полки всегда размещаются в указанной секции равномерно с заданными боковыми зазорами.

Элементами внутреннего наполнения шкафа могут служить выдвижные ящики. Они бывают различных видов и систем выдвижения и очень часто встречаются на мебельных изделиях самого разного назначения. В системе БАЗИС введена специальная команда, позволяющая устанавливать ящики на модель изделия в автоматизированном режиме. Она поддерживает работу с ящиками трех основных типов систем:

• ящики с роликовыми, шариковыми или скрытыми (типа TANDEM) направляющими;
• система выдвижения типа BOX, представляющая собой стандартные конструкции, в которых направляющие являются частью боковых стенок;
• ящики из погонного материала, в которых боковые и задняя стенки являются единым целым, а выдвижные галереи — полностью готовые ящики, только без фасада.

Для работы с данной командой следует предварительно сформировать библиотеку систем выдвижения и конструкций ящиков. Для этого в состав системы БАЗИС входит специальный модуль — Мастер ящиков, в котором формируется структурированная параметрическая библиотека.

Параметры установки ящиков на модель сгруппированы в четыре группы: конструкция, размеры, материалы, настройки. Окно выбора конструкции ящиков показано на рис. 10. При установке ящика на модель возможны два варианта расположения фасада: накладной и вкладной. Для накладного фасада задаются отступы от внешних сторон правой и левой боковых стоек крепления, а для вкладного фасада — зазор между ним и боковиной и заглубление.

Рис. 10. Окно выбора конструкции ящиков

 

Рис. 11. Окно задания материалов ящиков

В системе возможна установка ящиков, фасады которых выполнены из различных материалов. На рис. 11 показано окно задания материалов с расположенной на нем таблицей, количество строк в которой равно заданному количеству ящиков. В первом столбце таблицы выводится порядковый номер ящика, во втором — наименование материала, в третьем — его толщина. Аналогичным образом задаются материалы, из которых сделаны боковины ящика и его дно.

Облицовывание кромок боковин и дна ящика может производиться двумя способами — облицовочный материал наклеивается либо вкруговую, то есть по всем торцам панелей, либо только по открытым торцам. Открытыми считаются те торцы панелей, к которым по всей длине не прикреплена никакая другая панель.

В модуле БАЗИС-Шкаф допускаются следующие способы установки ящиков:

• в секцию — ящики равномерно размещаются в указанной секции;
• от панели — ящики устанавливаются от верхней границы секции и занимают столько места, сколько необходимо; при использовании этого варианта установки контроль корректности размещения их по высоте ложится на конструктора;
• до линии — нижней границей размещения ящиков служит вспомогательная линия;
• от линии — верхней границей размещения ящиков служит вспомогательная линия;
• между линиями — и верхней, и нижней границами размещения ящиков служат вспомогательные линии.

Установка дверей

Одной из отличительных черт шкафа является наличие дверей — деталей в виде щита или рамки с заполнением, предназначенных для закрытия проемов. По принципу открывания большинство из них являются распашными или раздвижными, а по конструкции  — панельными, рамочными или комбинированными. Для автоматической установки дверей необходимо задать три группы параметров: конструкцию, тип и расположение (рис. 12).

Рис. 12. Окно задания параметров дверей

Наиболее интересными по конструкции являются комбинированные (составные) двери, представляющие собой рамочные двери, в которых между вертикальными и горизонтальными оконечными профилями может находиться несколько вставок из разных материалов, разделенных специальным разделительным профилем. В случае если материалы вставок имеют разную толщину, допускается применение уплотнительных профилей (рис. 13).

Рис. 13. Конструкция комбинированных дверей

Параметры конструкции и типа дверей определяются шаблонами, которые создаются в специальных программах-мастерах. В качестве примера на рис. 14 показано диалоговое окно Мастера комбинированных дверей, а на рис. 15 — Мастера раздвижных дверей.

Рис. 14. Окно Мастера комбинированных дверей

 

Рис. 15. Окно Мастера раздвижных дверей

Облицовывание кромок

Облицовывание кромки панели представляет собой технологический процесс оклейки ее каким-либо ленточным или листовым материалом. В модуле БАЗИС-Шкаф кромки всех панелей, имеющихся в изделии, автоматически облицовываются определенным кромочным материалом. При проектировании корпуса и внутреннего наполнения шкафа, как только любая панель будет установлена, она уже будет иметь облицованные кромки. Автоматическое нанесение кромочного материала различного типа становится возможным, если предварительно произведены настройки параметров соответствующего алгоритма.

Кромки всех панелей, имеющиеся в изделии, для назначения облицовки условно разделяются на функциональные группы, то есть облицовка назначается не каждой отдельной кромке, а сразу всем кромкам всех панелей, входящим в данную группу.

Открытыми называются все кромки, кроме тех, которые являются стыками соединений панелей несъемным крепежом. Видимыми называются те кромки, которые можно увидеть, если смотреть на изделие (если есть двери, то условно со снятыми дверями) спереди, слева и справа и которые не загораживаются другими панелями. Так, у съемной полки, лежащей на полкодержателях, передняя кромка будет открытой и видимой, а правая, левая и задняя будут открытыми, но невидимыми. Разделение кромок, вероятно, сделано для того, чтобы была возможность при необходимости облицовывать невидимые кромки более дешевым материалом.

Окно задания параметров облицовывания кромок представляет собой таблицу соответствия различных групп кромок панелей определенному кромочному материалу. Набор параметров настройки алгоритма предусматривает учет всех технологических особенностей выполнения данной операции: учет подрезки панелей, наличия технологических припусков и т.д.

Расстановка крепежных элементов

Все панели, имеющиеся в изделии, автоматически скрепляются определенным крепежом. Для этого необходимо предварительно выполнить настройку параметров его установки (рис. 16). Принцип автоматической расстановки крепежа заключается в том, что назначается соответствие группам панелей определенного вида крепежа.

Весь крепеж в модели условно подразделяется на три группы: основной, дополнительный и альтернативный. К основному крепежу относится крепеж, воспринимающий основную нагрузку в процессе эксплуатации изделия. Он подразделяется на крепеж накладной задней стенки и крепеж остальных панелей.

Задняя стенка крепится по схеме пласть-торец к торцам всех несъемных (стационарных) вертикальных и горизонтальных панелей, к которым она примыкает. Крепеж располагается по всем стыкам с шагом, не превышающим заданное максимальное значение.

Рис. 16. Окно задания параметров крепежа

 

Рис. 17. Параметры автоматической расстановки крепежа

Для назначения другого крепежа остальных панелей используются понятия длины соединения (стыка), межосевого расстояния и отступа от края панели (рис. 17). Количество единиц крепежа выбирается исходя из данных параметров. Например, пара значений «750 — 3» в таблице на рис. 16 расшифровывается следующим образом: каждый стык с длиной соединения от 500 мм до 750 мм включительно будет крепиться тремя элементами крепежа.

Межосевое расстояние рассчитывается автоматически с учетом назначенного количества крепежа, значений отступа, кратности шага расстановки, а также схемы базирования крепежа. Кратность шага расстановки представляет собой число, которому будут кратны все значения межосевых расстояний. Например, если проставить значение кратности шага 32 мм, то все межосевые расстояния будут кратны 32 мм («мебельная система 32»).

Дополнительный крепеж представляет собой шканты, которые (при необходимости) ставятся дополнительно к основному. При его использовании к каждому основному элементу крепежа, независимо от алгоритма расстановки, добавляется шкант на расстоянии, равном заданному значению смещения.

Рис. 18. Пример автоматической расстановки крепежа

Пример реализации автоматической расстановки при креплении горизонтальной перегородки к вертикальной с базированием от заднего (рис. 18а) и переднего (рис. 18б) срезов со следующими параметрами:

• тип крепежа — эксцентриковая стяжка с дополнительным шкантом;
• отступ от выбранного среза — 50 мм;
• минимальный отступ от противоположенного среза — 50  мм;
• глубина изделия — 450 мм;
• кратность шага расстановки — 32 мм.

Подготовка производства

Параметрическая модель мебельного изделия, сформированная в модуле БАЗИС-Шкаф, является одним из элементов общего информационного пространства системы БАЗИС. Для технологической подготовки производства проектируемых шкафов доступны все инструментальные средства системы:

• аппарат трехмерной визуализации;
• блок автоматического формирования комплекта конструкторско-технологической документации;
• модуль оптимального раскроя листовых и погонных материалов;
• блок формирования управляющих программ для станков с ЧПУ и обрабатывающих центров;
• программа организации библиотек для структурированного хранения информации о проектах.

Труд конструктора корпусной мебели специфичен: с одной стороны, конструирование предполагает большую долю художественного творчества, но, с другой стороны, конструктор не может выполнять свою работу без учета ограничивающих факторов: стандартов предприятия, типовой фурнитуры, применяемых технологий и т.п. Опыт показывает, что даже при изготовлении мебели на заказ не менее 70% изделий являются стандартными для данного предприятия.

Именно для повышения скорости проектирования наиболее часто встречающихся групп мебели — шкафов, тумб, столов, кухонной и офисной мебели — и применяется модуль параметрического проектирования БАЗИС-Шкаф. Помимо этого заложенные в его основе принципы безошибочного проектирования позволяют избежать многих наиболее распространенных ошибок конструирования.

САПР и графика 8`2008