Тема 7 Проектування параметризованих деталей

 

  1. Поняття параметризації

Параметричне моделювання (параметризація) - моделювання (проектування) з використанням параметрів елементів моделі і співвідношень між цими параметрами. Параметризація дозволяє за короткий час «програти» (за допомогою зміни параметрів або геометричних співвідношень) різні конструктивні схеми і уникнути принципових помилок.

Параметричне моделювання істотно відрізняється від звичайного двомірного креслення або тривимірного моделювання. Конструктор у випадку параметричного проектування створює математичну модель об'єктів з параметрами, при зміні яких відбуваються зміни конфігурації деталі, взаємні переміщення деталей в збірці і т. п.Ідея параметричного моделювання з'явилася ще на ранніх етапах розвитку САПР, але довгий час не могла бути здійснена з причини недостатньої комп'ютерної продуктивності.

Історія параметричного моделювання власне почалася в 1989 році, коли вийшли перші САПР з можливістю параметризації. Першопрохідцями були Pro/Engineer (тривимірне твердотільне параметричне моделювання) фірми Parametric Technology Corporation і T-FLEX CAD (двомірне параметричне моделювання) фірми Топ Системи

Параметризація - дуже цінний інструмент, що дозволяє за короткий час перевірити різні конструкції та конструктивні схеми і уникнути принципових помилок. Можна змінити кілька параметрів і подивитися, як буде вести себе при цьому виріб в цілому. Параметрична зв'язок дозволяє управляти властивостями або характеристиками об'єкта за допомогою керуючого параметра, що значно посилює можливості моделювання. Найпростіший приклад параметричної зв'язку це розмірно-керовані побудови.

Ефективність параметризації визначається порядком організації механізму внутрішніх даних та перерахунку моделей, що є надзвичайно важливим фактором. Відсутність або недостатня оптимізація перерахунку моделі викликає значні втрати часу на очікування перерахунку при незначній зміні якого-небудь елемента моделі. Швидкодія сучасних комп'ютерів ще недостатньо для того, щоб 3D-моделювання займало стільки ж часу, як і робота з плоскими кресленнями, і часом користувачеві доводиться втрачати значну частину робочого часу в очікуванні, коли програма завершить ту чи іншу операцію

Основою більшості операцій твердотільного побудови є плоский ескіз. У більшості випадків ескіз використовується як ТЗ на всю збірку або механізм. Всі елементи проекту моделюються з використанням перехресних посилань на 2D-геометрію або копіюють її. При такому проектуванні вся збірка, як з кінематики, так і по характерних розмірами елементів, управляється ескізом. Через ескіз провідний спеціаліст керує всім проектом.

Ескіз не повинен бути статичною геометрією, він повинен спочатку бути параметричним зображенням. За відсутності розмірів геометрія з урахуванням накладених взаємозв'язків повинна управлятися курсором.

Комплекси параметричних елементів повністю управляються розмірами і вже тому є параметричними, але крім цього, безліч їх властивостей управляються за допомогою комплексних параметрів, деякі з яких для зручності оформляються у бібліотеки. Саме тому одне з дуже корисних застосувань параметризації - створення бібліотек матеріалів, стандартних і уніфікованих елементів. Витрати на створення схеми параметризації окупаються багаторазовим використанням бібліотек.

Параметричні зв'язки можуть стосуватися не тільки геометричних властивостей моделі, але і таких властивостей, як поведінка моделі при моделюванні. У таких випадках, коли мова йде про поведінку моделі, часто говорять про "інтелектуальних" моделях. Поведінка моделі проявляється при взаємодії з іншими моделями.

Сучасна САПР повинна забезпечувати параметризацію за рахунок дотримання не тільки жорсткої геометрії елемента, але і принципу його побудови. У цьому випадку особливого значення набувають розміри і особливо взаємозв'язок елементів (дотичність, паралельність, концентричність тощо) і через реальне побудова повинен записуватися хід конструкторської думки. Система з таким видом параметризації буде відпрацьовувати задану ідею побудови за будь-яких модифікаціях проекту в цілому. Спосіб побудови елемента повинен запам'ятовуватися системою завжди і по всій структурі проекту. Це дозволяє встановити ідеологічну залежність між елементами різних деталей. Такі комплексні параметри необхідні, коли проектний процес виходить за рамки простого креслення, коли проектний процес зачіпає ряд суміжних завдань, що виконувалися до цього практично вручну.

Рис. 7.1 Сімейство виробів

  1. Типи параметризації

Таблична параметризація

Таблична параметризація полягає в створенні таблиці параметрів типових деталей. Створення нового екземпляра деталі проводиться шляхом вибору з таблиці типорозмірів. Можливості табличній параметризації досить обмежені, оскільки завдання довільних нових значень параметрів і геометричних відносин зазвичай неможливо.

Однак таблична параметризація знаходить широке застосування у всіх параметричних САПР, оскільки дозволяє істотно спростити і прискорити створення бібліотек стандартних і типових деталей, а також їх застосування в процесі конструкторського проектування.

 

Рис. 7.2 Реалізація табличної параметризації в SolidWorks

Ієрархічна параметризація

Ієрархічна параметризація (параметризація на основі історії побудов) полягає в тому, що в ході побудови моделі вся послідовність побудови відображається в окремому вікні у вигляді «дерева побудови». У ньому перераховані всі існуючі в моделі допоміжні елементи, ескізи і виконані операції в порядку їх створення.

Крім «древа побудови» моделі, система запам'ятовує не тільки порядок її формування, а й ієрархію її елементів (відносини між елементами). Приклад: збірки → підзбірки → деталі.

Параметризація на основі історії побудов присутня у всіх САПР використовують тривимірне твердотільне параметричне моделювання. Зазвичай такий тип параметричного моделювання поєднується з варіаційною і / або геометричною параметризацією.

Рис. 7.3 Дерево моделі в SolidWorks

Варіаційна (розмірна) параметризація

Варіаційна або розмірна параметризація заснована на побудові ескізів (з накладенням на об'єкти ескізу різних параметричних зв'язків) та накладення користувачем обмежень у вигляді системи рівнянь, що визначають залежності між параметрами. Процес створення параметричної моделі з використанням варіаційної параметризації виглядає наступним чином:

· На першому етапі створюється ескіз (профіль) для тривимірної операції.

· На ескіз накладаються необхідні параметричні зв'язки.

· Ескіз «оброзмірюють».

· Уточнюються окремі розміри профілю. На цьому етапі окремі розміри можна позначити як змінні (наприклад, присвоїти ім'я «Length») і задати залежності інших розмірів від цих змінних у вигляді формул (наприклад, «Length / 2»)

· Потім проводиться тривимірна операція (наприклад, видавлювання), значення атрибутів операції теж служить параметром (наприклад, величина видавлювання).

· У разі необхідності створення збірки, взаємне положення компонентів збірки задається шляхом зазначення сполучень між ними (збіг, паралельність або перпендикулярність граней і ребер, розташування об'єктів на відстані або під кутом один до одного і т.п.).

Варіаційна параметризація дозволяє легко змінювати форму ескізу або величину параметрів операцій, що дозволяє зручно модифікувати тривимірну модель.

Рис. 7.4 Процес розмірної параметризації

Геометрична параметризація

Геометричною параметризацією називається параметричне моделювання, при якому геометрія кожного параметричного об'єкта перераховується залежно від положення батьківських об'єктів, його параметрів і змінних.

Параметрична модель, у разі геометричної параметризації, складається з елементів побудови та елементів зображення. Елементи побудови (конструкторські лінії) задають параметричні зв'язку. До елементів зображення ставляться лінії зображення (якими обводятся конструкторські лінії), а також елементи оформлення (розміри, написи, штрихування і т. п.). Одні елементи побудови можуть залежати від інших елементів побудови. Елементи побудови можуть містити й параметри (наприклад, радіус кола або кут нахилу прямий). При зміні одного з елементів моделі всі залежні від нього елементи перебудовуються відповідно зі своїми параметрами і способами їх завдання.

Процес створення параметричної моделі методом геометричної параметризації виглядає наступним чином:

· конструктор задає геометрію профілю конструкторськими лініями, відзначає ключові точки.

· проставляє розміри між конструкторськими лініями. На цьому етапі можна задати залежність розмірів один від одного.

· обводить конструкторські лінії лініями зображення - отримує профіль, з яким можна здійснювати різні тривимірні операції.

Наступні етапи в цілому аналогічні процесу моделювання з використанням методу варіаційної параметризації.

Геометрична параметризація дає можливість більш гнучкого редагування моделі. У разі необхідності внесення незапланованого зміни до геометрію моделі не обов'язково видаляти вихідні лінії побудови (це може призвести до втрати асоціативних взаємозв'язків між елементами моделі), можна провести нову лінію побудови і перенести на неї лінію зображення.

Рис. 7.5 Модель для геометричної параметризації та її елементи

 

3.                      Параметричні зв'язки

Відмінність параметричного зображення від звичайного полягає в тому, що в ньому зберігається інформація не тільки про розташування і характеристиках геометричних об'єктів, але і про взаємозв'язки між об'єктами і накладені на них обмеження.

Під взаємозв'язком об'єктів мається на увазі залежність між параметрами декількох об'єктів. При редагуванні одного з взаємопов'язаних параметрів змінюються інші. Редагування параметрів одного об'єкта, незв'язаних з параметрами інших об'єктів, не впливає ні на які параметри. При видаленні одного або декількох об'єктів взаємозв'язок зникає.

В якості прикладів зв'язків, накладених на об'єкти можна навести паралельність і перпендикулярність відрізків, прямих, стрілок погляду, рівність довжин відрізків або радіусів кіл. Взаємопов'язаними параметрами паралельних прямих є кути їх нахилу. Якщо повернути один з пов'язаних таким чином відрізків, тобто змінити його кут нахилу, обернеться і інший відрізок. Якщо зрушити або промасштаувати один з паралельних відрізків, тобто не зраджувати кут його нахилу, другий відрізок не зміниться. Якщо видалити один з таких відрізків, то кут нахилу іншого стане незалежним.

Рис. 7.6 Накладення параметричних зв'язків в SolidWorks

Залежність між параметрами може бути і більш складною, ніж рівність одного параметра іншому. Наприклад, можливе створення функцій, що визначають відношення між параметрами декількох об'єктів.

Другий тип параметричного зв'язку - асоціативність об'єктів. Асоціативними можуть бути об'єкти, які при побудові прив'язуються до інших об'єктів - розміри, технологічні позначення, штрихування. Такі об'єкти «ніби пам'ятають» про свою приналежність до базового графічного об'єкта (відрізку, кола тощо) або до декількох об'єктів. При редагуванні базових об'єктів (наприклад, при їх зсуві або повороті) асоціативні об'єкти перебудовуються відповідним чином.

Під обмеженням мається на увазі залежність між параметрами окремого об'єкта (рівність параметра об'єкта константі або приналежність параметра певного числовому діапазону). Допускається тільки таке редагування об'єкта, в результаті якого не будуть порушені встановлені залежності, рівності та нерівності.

В якості прикладів обмежень накладених на геометричні об'єкти, можна навести вертикальність і горизонтальність відрізків. (Вертикальність відрізка тотожна рівності x-координат його кінців один одному або рівності кута його нахилу 90 ˚). Відрізок, на який накладено таке обмеження, можна переміщати, але не можна повертати, тобто змінювати кут його нахилу.

При редагуванні параметризованих та асоціативних об'єктів перебудовування зображень відбувається таким чином, що дотримуються всі накладені на об'єкти обмеження і зберігаються зв'язки між об'єктами.