4.2.3. Создание трехмерной модели детали и построение на ее основе двухмерной геометрии

Для работы в трехмерном виде сначала нужно на нижней панели нажать кнопку SP. Затем также на нижней панели выбрать настройку панели функций для работы в трехмерном пространстве. Затем, используя алгоритм IMAGE + SCREEN + DEFINE, выбрать в появившемся временном окне режим “два окна” и указать: для первого окна - вид DR, для второго - вид XYZ. Можно приступать к созданию модели детали.

Первой стадией построения трехмерной модели любой детали является построение двухмерных контуров в трехмерном пространстве. Существуют два пути создания контуров в системе CATIA. Первый заключается в переносе созданных в двухмерном пространстве геометрических объектов в трехмерный вид. Для этого используется

функция DRW >SPC. Алгоритм переноса геометрии из двухмерного окна в

трехмерное следующий:

DRW » SPC + в командной строке указывается плоскость, в которой находится

исходные построения (например, XY) + в двухмерном виде Ml указываются все геометрические объекты, подлежащие переносу + YES (означает конец операции переноса в данной плоскости) + указываем следующую плоскость, если требуется + повторяется алгоритм переноса.

Вторым способом создания двухмерной геометрии является построение таких объектов напрямую в трехмерном пространстве. Для этого используются следующие функции : POINT, LINE, CURVE, PLANE, LIMIT. Разница между такими же функциями из двухмерного режима заключается в подфункциях и способах задачи параметров, причем для функций POINT и LIMIT разница отсутствует вообще.

Для функции LINE существуют следующие подфункции: из точки в точку, параллельная, перпендикулярная, средняя, задание уравнением и касательная. Рассмотрим алгоритм построения перпендикулярного отрезка:

LINE + NORMAL + указывается Ml плоскость или два образующих плоскость элемента, к которой должен быть перпендикулярен отрезок + Ml указывается начало отрезка, если есть заранее построенная точка // в командной строке указываются три координаты точки начала отрезка + Ml указывается конец отрезка // в командной строке указываются координаты конца отрезка // в командной строке указывается длина отрезка.

Для функции CURVE разница заключается в том, что основным способом задания окружностей, эллипсов и кривых является указание координат точек, определяющих строимый объект: для окружности - три точки, для кривой — все точки.

Важной функцией в трехмерном режиме является функция построения плоскостей PLANE. Существуют следующие подфункции задания параметров плоскости: указанием образующих плоскость элементов, параллельная данной, перпендикулярная данной, заданием уравнения плоскости, вращением данной относительно оси. Рассмотрим алгоритм построения плоскости, параллельной относительно плоскости XY:

PLANE + PARALLEL + Ml указывается сначала одна ось плоскости, затем другая // в командной строке вводится XY + на экране появляется стрелка, указывающая направление, в котором относительно XY будет построена новая плоскость - Ml нажать на стрелку для ее поворота в обратное направление (если нужно) + в командной строке указывается расстояние, на котором находится новая плоскость относительно XY.

Неудобство задания параметров геометрии в трехмерном режиме в системе CATIA ликвидируется использованием временных рабочих плоскостей в трехмерном пространстве. Поясним эту возможность CATIA подробнее. На нижней кнопке существует кнопка, на которой стоит при обычном режиме работы надпись “3D”. Нажатием на нее Ml на кнопке появляется “2D”. Далее указываются два элемента, образующие плоскость или заранее построенная плоскость. В случае, если пользователь хочет работать в одной из главных плоскостей (XY,XZ,ZY), следует указать ту ось, которая не образует нужную плоскость. Например, если пользователь собирается работать в плоскости XY, нужно указать ось Z. Для возвращения в обычный режим, следует Ml указать на нижней панели кнопку “2D” и затем нажать Ml YES.

При выборе временной рабочей плоскости функции построения двухмерной геометрии переходят в двухмерный режим, то есть геометрия строится по алгоритмам, описанным в предыдущем разделе.

Основной функцией построения трехмерной геометрии является функция SOLIDE.

Данная функция фактически является единственной, отвечающей за построение и обработку модели детали. Первой подфункцией SOLIDE, отвечающей за построение твердых тел является CREATE. В этой подфункции существуют следующие опции по типам строимых твердых тел: призма (PRISM); тело вращения (REVOLUTION); цилиндр (CYLINDER); параллелограмм (CUBOID); сфера (SPHERE); труба (PIPE); тело, создаваемое вытягиванием контура (SWEEP); 11 и рами д a(PYR Л М ID).

Все вышеперечисленные тела, кроме куба и сферы, и задание их параметров приведены на листе № 10 графической части. Рассмотрим подробнее алгоритмы их построения. При указании типа твердого тела на экране появляется три временных окна: окно задания параметров данного солида, окно с иллюстрацией солида и чем являются задаваемые параметры и окно редактирования контура (об использовании этого окна будет рассказано позднее).

Построение призмы: SOLIDE + CREATE + PRISM + во временном окне задаются два параметра: OFFSET 1 (расстояние до первой границы призмы по нормали к контуру от плоскости контура, 40 мм) и OFFSET2 (расстояние до второй границы, -40 мм) + Ml указываются элементы контура (для всех твердых тел, когда строится контур, появляется временное окно с надписью “Auto search”; при нажатии Ml на это окно система автоматически определяет контур + YES, если выделенный контур является требуемым + YES (призма строится).

Построение тела вращения: SOLIDE + CREATE + REVOLUTION + Ml указывается ось вращения для создаваемого тела + указывается контур тела вращения + YES + YES

Построение цилиндра: SOLIDE + CREATE + CYLINDER + указывается плоскость, перпендикулярно которой строятся образующие цилиндра + во временном окне задаются следующие параметры: расстояние от исходной плоскости до начала образующих цилиндра (0 мм), расстояние от исходной плоскости до конца образующих цилиндра (85 мм), радиус начальной окружности цилиндра (23 мм), радиус конечной окружности цилиндра (33 мм). + YES.

Построение пирамиды: SOLIDE + CREATE + PYRAMID + в командной строке указываются координаты вершины пирамиды //Ml указывается заранее построенная точка вершины пирамиды + указывается контур пирамиды + YES + YES.

Построение тела, образуемого вытягиванием контура: SOLIDE + CREATE + SWEEP + указывается контур тела + указывается траектория, по которой будет осуществляться вытягивание + YES + YES.

Построение трубы: SOLIDE + CREATE + PIPE + указывается плоскость, в которой располагается начало трубы + указывается траектория вытягивания трубы + во временном окне задается радиус трубы (20 мм) + YES.

Построение параллелограмма: SOLIDE + CREATE + CUBOID + указывается базовая точка в командной строке или указанием Ml заранее построенной точки + указывается базовая плоскость + указываются во временном окне длины граней (по вертикали, по горизонтали и по нормали к базовой плоскости) + YES.

Построение сферы: SOLIDE + CREATE + SPHERE + указывается окружность, по которой будет строится сфера //(указывается точка центра сферы + во временном окне указывается радиус сферы) + YES.

Второй подфункцией SOLIDE является OPERATN. Данная подфункция осуществляет следующие операции с ранее построенными твердыми телами: сложение, вычитание, разделение солида, скругление ребра, образование фасок.

Для наглядности на листе № 11 графической части приведены примеры данных операций. На листе изображены две исходные модели (два тела вращения). Вторая исходная модель размножается вращением вокруг оси X (эта операция будет описана позже). Операция сложения имеет следующий алгоритм:

SOLIDE + OPERATN + UNION + Ml указывается первое тело + М2 указывается второе тело + YES.

Операция вычитания: SOLIDE + OPERATN + SUBSTRACT + Ml указывается тело, из которого производится вычитание + М2 указывается вычитаемое тело + YES.

Следующая операция - скругление ребер и граней: SOLIDE + OPERATN + FILLET + Ml указывается скругляемая грань (можно несколько граней) + в командной строке указывается радиус скругления (на листе радиус равен 3 мм) + YES.

Операция рассечения модели: SOLIDE + OPERATN + SPLIT + Ml указывается поверхность, плоскость (на листе это плоскость XY) + Ml указывается рассекаемый солид + YES.

Операция образования фасок: SOLIDE + OPERATN + CHAMFER + Ml указывается стачиваемая грань + задаются параметры фаски так же, как и в двухмерном пространстве (см. пункт 4.2.2) + YES.

Следующая описываемая подфункция - TRANSFOR - подфункция размножения солидов. Солиды размножаются переносом, вращением и зеркальным отображением относительно плоскости или оси. Опишем алгоритм размножения исходной модели №2:

SOLIDE + TRANSFOR + ROTATE + во временном окне указывается угол вращения (90°) и количество новых копий (3) + Ml указывается размножаемый солид (модель №2) и ось вращения (X) + YES. Размноженные копии и исходный солид являются единым со ли дом.

Следующая подфункция - это подфункция модифицирования модели MODIFY. Данная подфункция имеет две следующие опции: изменение геометрических параметров модели или ее частей, изменение взаимоотношений частей модели. Стоит подробнее рассказать об одной уникальной возможности CATIA - о древесной структуре модели (см. лист № 11 графической части). Древесная структура отражает историю создания модели. Ветвями являются части модели (в прямоугольниках написан тип солида и кодовый номер). На пересечениях ветвей стоит тип операции, которая была произведена с двумя пересекающимися солидами.

Опция изменения геометрических параметров имеет подопции переноса и вращения (TRANSLATE и ROTATE ). Эти опции действуют так же, как и опции того же названия подфункции TRANSFOR. Единственное различие состоит в том, что солид не размножается, а переносится. Другой подопцией является изменение геометрических параметров PARM. На примере призмы (см. лист № 9 графической части) рассмотрим изменение ширины призмы:

SOLIDE + MODIFY + GEOMETRY + PARM + Ml указывается призма + во временном окне параметры изменяются: OFFSET1 с 40 до 120 мм, OFFSET2 с -40 до -120 мм + YES.

Данные подопции могут применяться как к независимым солидам, так и к солидам, являющимся частями модели. Указание частей модели осуществляется указанием Ml на соответствующий солид во временном окне древесной структуры.

Опция MODIFY OPERATN изменяет древесную структуру модели и содержит три подопции: замены одного солида другим (REPLACE), исключения солида (DELETE), внедрения солида (INSERT). Рассмотрим алгоритм замены одного солида другим на примере, приведенном на листе № 11 графической части.

SOLIDE + MODIFY + OPERATN + REPLACE + в окне древесной структуры указываем заменяемый солид + на экране указываем заменяющий солид + YES.

В двухмерном режиме важной функцией является функция создания сечений на основе трехмерной модели AUXIVIEW2. Данная функция имеет две подопции: создания сечений USE и задания свойств сечений DEFAULT. На листе № 11 графической части изображены три типа сечений: главный вид, сечение и сечение с сохранением изображения модели за плоскостью сечения. Приведем алгоритм построения данных сечений.

Главный вид: AUXIVIEW2 + USE + на временном окне Ml открывается закладка NEW + в еще одном временном окне указывается PRIMARY VIEW + открывается закладка UPDATE + во временном окне указывается название плоскости // Ml указывается на экране плоскость главного вида (ZX) + YES.

Сечение: AUXIVIEW2 + USE + на временном окне Ml открывается закладка NEW + в еще одном временном окне указывается CROSS-SECTION VIEW + на экране указывается линия (см. лист № 11), образующая рассекающую плоскость + на этой линии появляются стрелки, которые показывают какая часть модели будет показана сечением + на экране М2 указывается точка центра нового вида + YES.

Сечение с сохранением изображения за плоскостью сечения строится по тому же алгоритму, что и простое сечение.

По результатам испытаний лопаток на усталость определяется предел выносливости, равный наибольшей амплитуде максимальных переменных напряжений, при которой выдерживают базу испытаний три лопатки. Дополнительно по результатам испытаний может проводится регрессионный анализ для расчета предела выносливости и циклической долговечности заданной вероятности разрушения и построения кривой усталости по параметру вероятностного разрушения.

Метод испытаний на усталостьПервой операцией является формирование хвостовика лопатки:

По перенесенным из двухмерного вида контуру хвостовика формируется контур призмы. Далее строится призма и производится вычитание призмы из модели отливки.

Следующая операция - формирование торцев замка. Также по контуру, сформированному по данным из двухмерного вида, строятся две призмы, и производится операция вычитания.

Далее следует обрезка гребешка пера. Операция аналогична предыдущим двум.

Следующая операция - рассечение полки со стороны корыта вспомогательной плоскостью. Вспомогательная плоскость строится по данным с чертежа лопатки.

Далее формируется вырез на полке со стороны корыта. Строится призма и производится вычитание.

Теперь формируются скругления радиусом 0.5 мм на внутренних гранях построенного в предыдущей операции выреза.

Следующая операция - формирование выреза на полке со стороны выходной кромки. Строится призма, и производится вычитание.

Последние две операции - построение двух скруглений внутреннем и внешнем ребре на построенном в предыдущей операции вырезе.