Компьютерное моделирование изделий в конструкторскотехнологической

81

82

Глава 3 ТЕХНОЛОГИЯ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

СБОРОК В CAD-СИСТЕМАХ

3.1. Общие принципы и технология проектирования сборок

Сборка (рис. 35) – это трехмерная модель, объединяющая модели деталей, подсборок (например, отдельных узлов и агрегатов в составе машины) и стандартных изделий (они называются компонентами сборки), а также информацию о взаимном положении компонентов и зависимостях между параметрами их элементов.

Рис. 35. Пример модели сборки изделия

Пользователь задает состав сборки, внося в нее новые компоненты или удаляя существующие. Модели компонентов записаны в отдельных файлах на диске. В файле сборки хранятся ссылки на эти компоненты.

Пользователь может указать взаимное положение компонентов сборки, задав параметрические связи между их гранями, ребрами и вершинами (например, совпадение граней двух дета-

83

лей или соосность втулки и отверстия). Эти параметрические связи называются сопряжениями.

Сборку можно создавать, используя проектирование снизу вверх, проектирование сверху вниз или комбинацию этих двух методов.

Традиционным является метод проектирования снизу вверх.

При проектировании снизу вверх сначала создаются детали, затем они вставляются в сборку и сопрягаются согласно требованиям проекта. Проектирование снизу вверх более предпочтительно при использовании заранее сконструированных, готовых деталей.

Преимущество проектирования снизу вверх состоит в том, что компоненты проектируются независимо, поэтому их взаимосвязи и повторная генерация проще, чем при проектировании сверху вниз. Метод проектирования снизу вверх позволяет сосредоточиться на отдельных деталях. Он хорош в том случае, когда не нужно создавать ссылки, управляющие размером и формой деталей относительно друг друга.

Несмотря на кажущуюся простоту, такой порядок проектирования рекомендуется применять крайне редко и только при создании сборок, состоящих из небольшого количества деталей. Это вызвано тем, что форма и размеры деталей в сборках всегда взаимосвязаны. Для моделирования отдельных деталей с целью последующей их «сборки» требуется точно представлять их взаимное положение и топологию изделия в целом, вычислять, помнить (или специально записывать) размеры одних деталей для того, чтобы в зависимости от них устанавливать размеры других деталей.

Для иллюстрации порядка проектирования снизу вверх можно провести такую аналогию с процессом создания конструкторской документации: проектирование снизу вверх подобно компоновке сборочного чертежа из готовых чертежей деталей; в случае «нестыковки» каких-либо деталей требуется внести изменения в их чертежи и только затем исправить компоновку.

84

Проектирование сверху вниз отличается тем, что при его ис-

пользовании работа начинается непосредственно в сборке. Можно использовать геометрию одной детали для определения других деталей или создания обрабатываемых элементов, которые добавляются только после сборки деталей. Можно начать с компоновочного эскиза, определить местоположения зафиксированных деталей, плоскостей и т.д., затем спроектировать детали в соответствии с этими определениями. Например, можно вставить деталь в сборку, затем на основе этой детали создать хомут, который предназначен в изделии для фиксации этой детали в определенном положении. Проектирование сверху вниз и создание хомута в контексте позволяет создавать ссылки на геометрию модели, тем самым можно управлять размерами хомута путем создания геометрических взаимосвязей с исходной деталью: если изменяется размер детали, хомут обновляетсяавтоматически.

Таким образом, можно использовать геометрию одного компонента для определения другого компонента. При создании ссылок между компонентами модели являются полностью ассоциативными, т.е. геометрия одних компонентов однозначно определяется геометрией соседних. Изменения, вносимые в компонент, имеющий внешние ссылки, влияют соответственно на обновление других компонентов.

Указанным способом можно создавать не только детали, но и подсборки. Этот способ проектирования предпочтителен по сравнению с проектированием снизу вверх, так как он позволяет автоматически определять параметры и форму взаимосвязанных компонентов и создавать параметрические модели типовых изделий.

Если применить предложенную ранее аналогию с процессом черчения, можно сказать, что при проектировании сверху вниз вначале создается сборочный чертеж изделия и лишь затем (на его основе) – чертежи деталей.

На практике чаще всего используется смешанный способ проектирования, сочетающий в себе приемы проектирования сверху вниз и снизу вверх.

85

В сборку вставляются готовые модели компонентов, определяющих ее основные характеристики, а также модели стандартных изделий. Например, при проектировании редуктора вначале создаются модели отдельных деталей зубчатых колес, затем эти детали вставляются в сборку, и производится их компоновка. Остальные компоненты (например, корпус, крышки

ипрочие детали, окружающие колеса и зависящие от их размера

иположения) создаются «на месте» (в сборке) с учетом положения и размеров окружающих компонентов.

Программа SolidWorks позволяет создавать сложные сборки, состоящие из множества компонентов. Сборки могут включать в себя как отдельные детали, так и другие сборки, называемые компонентами сборки. Для большинства операций поведение компонентов одинаково для обоих типов. Компоненты связаны с файлом сборки.

При работе со сборкой пользователь может вызывать команды вставки и создания (рис. 36), а также перемещения компонентов сборки, команды ввода вспомогательных элементов, измерений и наложения сопряжений.

Рис. 36. Интерфейс системы SolidWorks при работе со сборкой

86

Интерфейс системы выглядит точно так же, как и при моделировании детали, но при этом дерево конструирования (FeatureManager) сборки представляет в графическом виде последовательность компонентов, составляющих сборку, и отношений между ними (см. рис. 36). При исполнении команд также используется «Менеджер свойств». Все команды работы со сборкой вызываются с панели инструментов «Сборка». Кроме того, как и при работе с деталями, можно использовать пункты основного меню «Вставка» и «Инструменты».

В дереве конструирования сборки отображаются: обозначение начала координат, плоскости, оси, компоненты сборки – детали и подсборки, сопряжения, а также указатель окончания построения модели (полоса отката).

На «ветвях» дерева, соответствующих компонентам сборки, размещаются, в свою очередь, составляющие их объекты (например, детали в подсборках). Таким образом объекты сборки делятся на уровни (см. рис. 36), которых теоретически может быть достаточно много.

Каждый объект автоматически возникает в дереве конструирования сразу после того, как он включен в сборку. Название присваивается объектам также автоматически в зависимости от способа, которым они получены. Например, названия деталей и подсборок, вставленныхв сборку, берутся изфайловэтихкомпонентов.

Также доступны команды создания трехмерных элементов, добавляемых к геометрии деталей непосредственно в сборке (не путать с редактированием деталей в контексте сборки!). Практически моделируется обработка изделий «в сборе», что часто практикуется, например, при механической обработке сварных конструкций.

При добавлении компонента (либо отдельной детали, либо узла сборки) в сборку файл детали связывается с файлом сборки. Компонент появляется в сборке, однако данные о компоненте остаются в исходном файле компонента. Сборка обновляется при внесении любых изменений в файл компонента. Есть возможность свободно перемещать в пространстве компоненты.

87

3.2. Сопряжения деталей в сборках

После того, как в сборке будут созданы компоненты, можно приступать к созданию параметрических связей между ними – к наложению сопряжений.

Сопряжение – это параметрическая связь между компонентами сборки, формируемая путем задания взаимного положения их элементов (например, параллельности граней или совпадения вершин). При наложении сопряжений доступны только те опции, которые возможно реализовать для выбранных объектов геометрии компонентов. Вид менеджера свойств при наложении сопряжений показан на рис. 37. Существуют сопряжения следующих типов:

–параллельность элементов;

–перпендикулярность элементов;

–расположение элементов на заданном расстоянии;

–расположение элементов под заданным углом;

–касание элементов;

–соосность элементов (концентричность);

–совпадение элементов.

После наложения сопряжений компонент можно перемещать только в пределах степеней свободы, которые дают эти сопряжения.

Любой компонент сборки теоретически может участвовать в неограниченном количестве сопряжений. Однако при создании сопряжений нельзя допускать, чтобы сопряжения, налагаемые на компоненты, противоречили друг другу.

Сопряжения можно задавать непосредственно вызовом команды с панели управления, а можно использовать режим автоматического наложения сопряжений, который позволяет при перемещении компонентов распознавать приближающиеся друг к другу элементы (грани, вершины, ребра) и автоматически добавлять сопряжения, соответствующие их форме и типу.

При создании детали в контексте сборки автоматически создаются сопряжения совпадения между координатными плоскостями сборки и плоскими гранями детали, а также между пло-

88

ской гранью первого элемента создаваемой детали и гранью детали, на которой размещается эскиз для этого элемента.

Рис. 37. Диалог наложения сопряжений

При наложении сопряжений следует помнить, что нельзя одновременно накладывать сопряжения, противоречащие друг другу, т.е. такие сопряжения, в которых положения компонентов являются взаимоисключающими по геометрическим условиям. Такие сопряжения называются конфликтными.

Таким образом, при создании сопряжений следует иметь в виду следующие обстоятельства:

1. Компоненты, элементы которых сопрягаются, автоматически перемещаются так, чтобы выполнялось условие сопряжения. Поэтому в сопряжении не могут участвовать элементы, принадлежащие одному и тому же компоненту либо сборке в

89

целом. Например, нельзя установить совпадение двух осей, являющихся элементами сборки, даже если они проходят через ребра или вершины разных деталей.

2.По этой же причине нельзя создать связь между двумя зафиксированными компонентами сборки. Напомним, что компонент можно зафиксировать при помощи соответствующего переключателя при настройке его свойств.

3.Относительное перемещение сопряженных компонентов ограничивается. Например, если на два компонента наложено сопряжение под углом, то при повороте одного из них второй повернется так, чтобы угол между указанными элементами этих компонентов не изменился.

4.На компонент, который уже участвует в одном или нескольких сопряжениях, можно наложить только такое сопряжение, которое не будет противоречить наложенным ранее.

5.Если из двух сопряженных компонентов один зафиксирован, то подвижность второго компонента (следовательно, и возможность его сопряжения) ограничивается больше, чем если бы он был сопряжен со «свободным» компонентом.

3.3.Массивы компонентов в сборках

Всборку можно также добавлять массивы компонентов. Применяются линейный и круговые массивы, аналогичные таким типам массивов элементов в деталях, кроме того, добавляется еще один вид массива – производный массив. Эта команда позволяет создать массив компонентов текущей сборки, расположив их так же, как расположены объекты другого – уже существующего – массива (образца). Образцом для массива компонентов сборки может являться любой массив элементов детали, принадлежащей этой сборке.

Созданный массив компонентов будет иметь те же параметры, что и массив-образец. Например, в качестве образца указан круговой массив. Компоненты нового массива будут расположены в узлах радиальной сетки, центр которой лежит на той же

90