Компьютерное моделирование изделий в конструкторскотехнологической

Глава 2 ТЕХНОЛОГИЯ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

ДЕТАЛЕЙ В CAD-СИСТЕМАХ НА ПРИМЕРЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

СИСТЕМЫ SOLIDWORKS

2.1. Краткая характеристика системы

SolidWorks 2009 – мощное средство проектирования, ядро интегрированного комплекса автоматизации предприятия, с помощью которого осуществляется поддержка изделия на всех этапах жизненного цикла в полном соответствии с концепцией CALS-технологий. Основное назначение SolidWorks – это обеспечение сквозного процесса проектирования, инженерного анализа и подготовки производства изделий любой сложности

иназначения, включая создание интерактивной документации

иобеспечение обмена данными с другими системами.

Концептуальные идеи, положенные разработчиками в основу SolidWorks, и такие качества, как интуитивно понятный интерфейс, русификация и поддержка ЕСКД, предопределяют успех внедрения SolidWorks на предприятиях отечественной промышленности. Именно поэтому, выбирая SolidWorks в качестве базовой САПР, предприятие получает не только хороший, качественный и функциональный набор программ, но и ориентируется на самые передовые технологии, ставшие стандартом дефакто для автоматизированного проектирования во всем мире.

Разработчик системы – корпорация SolidWorks Inc, которая была основана в 1993 году в США в штате Массачусетс. Первая версия системы появилась в 1993 году. SolidWorks – это система автоматизированного проектирования, использующая знакомый пользователю графический интерфейс Microsoft Windows TM. Основа математического обеспечения – лицензируемое ядро Parasolid. Программа распространяется в коммерческих и образовательных вариантах. В настоящее время программа выпускается

31

компанией Dassault Systems SolidWorks Corp, дочерней компани-

ей фирмы Dassault Systems, которая прибрела права на разработку системы в 1997 году в процессе покупки SolidWorks Inc.

Это легкое в освоении средство позволяет инженерампроектировщикам быстро отображать свои идеи в эскизе, экспериментировать с элементами и размерами, а также создавать модели и подробные чертежи [6, 7, 20, 23].

Эта программа не нуждается в специальной рекламе: ее знают, любят и успешно применяют сотни тысяч инженеров по всему миру.

Современные средства аппаратного обеспечения персональных компьютеров вполне соответствуют техническим характеристикам, необходимым для нормального функционирования SolidWorks. Заметим только, что желательно иметь не менее 1 Gb оперативной памяти и не менее 256 Mb видеопамяти, а также монитор диагональю не менее 21 дюйма.

SolidWorks 2009 переведен компанией-производителем на 12 языков, включая русский, и поддерживает большинство мировых чертежных стандартов, в том числе и российские ГОСТы. Но не только это открывает для SolidWorks самые заманчивые перспективы на отечественном рынке. Очень важно и то, что, несмотря на постоянное наращивание «мышечной» массы, система становится все более простой и удобной в работе. SolidWorks всегда обладал наиболее совершенным пользовательским интерфейсом среди подавляющего большинства представленных на рынке CAD решений, однако разработчики версии 2009 смогли изыскать новые резервы и повысить удобство работы с системой. К таким усовершенствованиям можно отнести полностью настраиваемые контекстные и системные меню в стиле Windows XP.

Таким образом, подавляющее большинство технических приемов, используемых при работе с другими программами, работающими в среде Windows, применимы к процессам построения моделей в системе SolidWorks. Это обстоятельство де-

32

лает систему легкой и удобной для освоения современному инженеру, который, безусловно, умеет работать на персональном компьютере со стандартными программами оформления науч- но-технической документации.

Далее рассмотрим интерфейс программы и базовый инструментарий CAD-модуля, который предоставляет возможность проектировать сочетание оригинальных и типичных элементов, из комбинации которых и образуется модель изделия.

2.2. Интерфейс системы

При создании и проектировании изделий (деталей и сборок) пользователь постоянно имеет дело с интерфейсом системы, общий вид которого представлен на рис. 5. Интерфейс имеет элементы, общие с другими приложениями Windows (стандартные), и специализированные элементы. Рассмотрим назначение (функции) каждого элемента интерфейса [20, 21].

3 5

7

Рис. 5. Интерфейс системы SolidWorks

33

Дерево конструирования, или дерево построения (1) – это представленная в графическом виде последовательность элементов, составляющих деталь. В дереве построения детали отображаются: обозначение начала координат, плоскости, оси, эскизы, операции и указатель окончания построения модели. Эскиз, задействованный в любой операции, размещается на «ветви» дерева построения, соответствующей этой операции. Слева от названия операции в дереве отображается знак «+». После щелчка мышью на этом знаке в дереве разворачивается список участвующих в операции эскизов. Эскизы, не задействованные в операциях, отображаются на верхнем уровне дерева построения.

Каждый элемент автоматически возникает в дереве конструирования сразу после того, как он создан. Название присваивается элементам также автоматически в зависимости от способа, которым они получены, например: «Ось через ребро», «Плоскость через тривершины», «Операция вращения», «Фаска» и т.д.

В детали может существовать множество однотипных элементов. Чтобы различать их, к названию элемента автоматически прибавляется порядковый номер элемента данного типа, например: «Скругление 1» и «Скругление 2».

Дерево конструирования и окно графической области (2) динамически связаны. Можно выбирать элементы, эскизы, чертежные видыи вспомогательнуюгеометрию в любой частиокна.

Окно графической области (2) – это пространство проекти-

рования, где непосредственно создается и отображается геометрия моделируемого изделия: создаются эскизы и элементы конструкции детали.

Пункты падающего меню (3) обеспечивают доступ к командам создания и редактирования эскизов и конструктивных элементов.

Модель изделия (4) – отображаемая на экране геометрия (конструкция) детали, состоящая в общем случае из эскизов, твердотельных элементов, поверхностей и вспомогательной (справочной) геометрии.

34

Панели инструментов (5) обеспечивают более быстрый и удобный доступ к командам, содержащимся в соответствующих пунктах падающем меню. В табл. 3 представлены панели инструментов, предназначенные для моделирования деталей, а также панели общего назначения.

Многие панели инструментов позволяют выполнить собственную настройку, соответствующую определенному стилю работы. Как правило, для выбора доступны только те команды (кнопки), которые подходят для активного документа; остальные отображаются серым цветом.

Добавление и удаление командных кнопок для настройки панелей инструментов производится стандартным для большинства приложений Windows способом, который в SolidWorks реализуется при вызове из пункта меню «Инструменты» команды «Настройка».

Менеджер свойств (6) – инструменты для редактирования, перемещения, вращения или копирования один или несколько объектов эскиза, а также твердотельных элементов.

Практически это специальное диалоговое окно с простым и понятным интерфейсом, которое открывается при вызове пользователем команд создания эскиза и построения элементов и внешний вид которого зависит от конкретной теку-

щей выполняемой команды. Диалоговые окна «Менеджера свойств» разделяются на отдельные области для более удобной классификации свойств создаваемых объектов и логичной работы с ними.

Менеджер конфигурации (7) – это способ создавать, выбирать и просматривать множество конфигураций деталей и сборок в документе.

Менеджер анимации (8) – инструменты для управления анимацией (моделированием функционирования) сборок.

Указатель окончания построения модели (9) может исполь-

зоваться для временного возврат модели в предыдущее состояние с погашением нескольких элементов.

35

36

37

В SolidWorks используется обычная декартова система координат в трехмерном пространстве при моделировании формообразующих операций и на плоскости при создании эскизов.

2.3. Общие принципы и технология проектирования деталей

2.3.1. Принципиальная схема стандартной технологии

В современных CAD-системах модель представлена совокупностью типовых документов – деталей, сборок и чертежей. Любые изменения, которые вносятся в модель в одном документе, распространяются надругиедокументы, содержащие эту модель.

Создание моделей деталей является основой компьютерного геометрического моделирования, поскольку на основе этих документов (моделей) создаются сборки, а затем ассоциативные чертежи [10, 18, 31] изделий.

Основной принцип процесса моделирования – это принцип задания размеров (принцип моделирования по размерам) – dimen- sion-driven modeling, который позволяет задавать размеры и геометрические взаимосвязи между элементами. При изменении размеров изменяются размер и форма детали, но сохраняется общий замысел проекта. Например, в детали может оставаться постояннымотношение между размерамиэлементовконструкции(рис. 6).

Рис. 6. Пример простой параметрической модели

38

Твердотельная модель образуется на основе плоской геометрической фигуры, которая называется эскиз. Эскиз может располагаться в одной из ортогональных плоскостей координат, на плоской грани существующего тела или во вспомогательной плоскости, положение которой задано пользователем. Эскиз изображается на плоскости стандартными средствами векторного чертежно-графического редактора соответствующей САПР. При этом доступны все команды построения и редактирования изображения (аналогичные, например, командам системы AutoCAD), команды параметризации и сервисные возможности. Единственным исключением является невозможность ввода некоторых технологических обозначений, объектов оформления и таблиц.

Для задания формы объемных элементов выполняется такое перемещение эскиза в пространстве (рис. 7), след от которого определяет форму элемента (например, поворот дуги окружности вокруг оси образует сферу или тор, смещение многоугольника – призму и т.д.) [8, 10, 31]. Формообразующее перемещение эскиза будем называть операцией.

Рис. 7. Примеры образования объемных элементов деталей: операция вытягивания (а), операция вращения (б), кинематический элемент (операция по траектории) (в)

39

Последующим общепринятым порядком моделирования твердого тела является последовательное выполнение булевых операций (объединения, вычитания и пересечения) над объемными элементами (сферами, призмами, цилиндрами, конусами, пирамидами и т.д.). Таким образом материал к детали «добавляется» или «удаляется» из нее. Пример выполнения таких операций показан на рис. 8.

Рис. 8. Операции над объемными элементами: цилиндр (а), объединение цилиндра и призмы (б), вычитание призмы (в), вычитание цилиндра (г)

При разработке функций и интерфейса программного обеспечения учитываются приемы работы, присущие машиностроительному проектированию. Ориентация CAD-систем на формирование моделей конкретных деталей, содержащих типичные конструктивные элементы, упрощает выполнение некоторых характерных операций. К ним относятся операции создания фаски, скругления, круглого отверстия, уклона и ребра жесткости. Для упрощения задания параметров этих элементов их создание выделено в отдельные команды, что избавляет пользователя от цикла операций создания эскиза и формообразующей операции.

Так, для построения фаски не нужно рисовать эскиз, перемещать его вдоль ребра и вычитать получившийся объем из основного тела. Достаточно указать ребра для построения фаски

иввести ее параметры – величину катетов или величину катета

иугол. Аналогично при построении отверстия достаточно выбрать его тип (например, отверстие глухое с зенковкой и цековкой) и ввести соответствующие параметры.

40