В первой и второй частях статьи мы рассмотрели некоторые принципы построения и редактирования объемных моделей в CAD/CAM ADEM. В дополнение к этому существует обширная функциональность для автоматизации прикладных задач объемного моделирования.
Опыт работы с различными предприятиями показывает, что есть ряд частных, но очень широко распространенных задач, без решения которых любая система представляет из себя, в лучшем случае, красивую игрушку. Эти задачи, как правило, являются довольно крепкими орешками для разработчиков ПО. Наукоемкость их решения иногда превосходит разработку ядра системы.
Рассмотрим некоторые специальные функции объемного моделирования системы ADEM, предназначенные для проектирования изделий и инструмента.
Основу многих изделий машиностроения и ТНП составляют оболочечные конструкции. Как правило это оболочки постоянной или переменной толщины, подкрепленные ребрами и имеющие наплывы материала для посадочных мест.
Рис 1. Оболочка с ребрами и наплывами
Создание оболочки удобно производить на основе модели монолитного прототипа. Очевидным способом является построение эквидистант к его поверхностям и последующее объединение поверхностей прототипа и эквидистант в оболочку.
Кажется что все просто, но эквидистантные поверхности могут не соединяться друг с другом или пересекать друг друга. При этом необходимо решать задачи обрезки и достраивания отсутствующей геометрии. Обрезка вручную - довольно трудоемкая задача. Восстановление отсутствующей геометрии - еще более сложная проблема.
Рис 2. Разрывы и пересечения эквидистант
Математический аппарат системы ADEM позволяет решать задачу построения оболочек автоматически. Например, для построения оболочки постоянной толщины достаточно задать два параметра: высоту и глубину расположения материала относительно поверхности прототипа. При этом будет получено твердое тело оболочки.
Рис 3. Автоматическое построение оболочки по монолитному прототипу
Параметры высоты и глубины могут варьироваться в отрицательной и положительной областях. При этом оболочка будет строиться либо внутри монолита, либо вне его, либо частично внутри и снаружи. При равных параметрах высоты и глубины получается оболочка с симметричным расположением материала относительно поверхности прототипа.
Существует несколько методов построения ребер. Наиболее простой - создание их как отдельных тел и далее удаление лишнего обрезкой. После чего производится объединение в единое тело с оболочкой и построение необходимых скруглений.
Рис 4. Построение ребер двумя способами
Более сложный метод - использование пространственных кривых на поверхности оболочки. Ребра строятся движением профиля по этим пространственным кривым. Далее – аналогично предыдущему способу.
Построение наплывов похоже на построение ребер. Наплыв может быть выполнен в виде отдельного тела с последующей обрезкой лишнего и объединения с оболочкой. Более автоматизированный способ - экструдия профиля до оболочки.
Интересны также способы "выдавливания" материала оболочки. При этом происходит поднятие части поверхности оболочки на заданную высоту. Метод эффективен для сложных профильных приливов, например для текстовых оттисков и рисунков.
Рис 5. Наплывы на сложной поверхности
К специальным функциям для инструментального производства можно отнести построение активной части прессформ. Дело в том, что изделия, изготавливаемые объемной штамповкой, литьем под давлением и другими подобными методами, должны быть спроектированы с учетом особенностей данной технологии.
Их реальная геометрия, как и геометрия формообразуюшей оснастки, имеет специфические особенности.
Укажем лишь одно условие, которое в основном влияет на геометрию детали и прессформы - деталь должна выниматься из прессформы. Это, казалось бы столь простое требование, подразумевает необходимость создания довольно сложного математического аппарата.
Первым шагом к решению является определение поверхностей разъема прессформы. В самом простом случае реализуется плоский разъем на две части. Очень часто поверхность разъема получается неплоской. В еще более сложных случаях прессформа состоит из нескольких частей с, так называемыми, вкладышами (стержнями).
Первым шагом к построению поверхности разъема является нахождение линии разъема - линии которая разделяет поверхности исходной модели, условно говоря, на "верхние" и "нижние".
Если линия разъема проходит по границам поверхностей (по ребрам) модели, то задача формирования активной части прессформы значительно упрощается и не требует внесения изменений в исходную модель изделия. Процедура разделения может быть произведена как вручную, так и с автоматическим анализом векторов нормалей по отношению к направлению разъема.
Более сложный вариант - линия разъема проходит по силуэтным линиям, не совпадающим с ребрами. В этом случае требуется найти силуэтные линии модели и разделить ими поверхности для построения полуматриц. Для подобных задач ADEM автоматически определяет силуэтные линии, строит поверхности разъема и даже формирует твердотельные модели полуматриц.
Существует класс деталей, у которых линия разъема частично проходит по силуэтным линиям и частично по ребрам. В этом случае полной автоматизации на уровне твердых тел, как правило, добиться не удается. Приходится работать с отдельными элементами модели, используя аппарат поверхностного моделирования.
Второй важной задачей создания прессформы является учет штамповочных (литейных) уклонов. Для того, чтобы изделие свободно выходило из полуматриц, необходимо чтобы были выдержаны в заданном диапазоне углы раскрытия.
Рис 6. Штамповочные уклоны (утрировано)
Если изделие изначально проектируется в соответствии с этим требованием, то наличие уклонов сразу же закладывается в топологию модели. Но очень часто изготовители прессформ получают в виде исходных данных "идеальную" модель, которую практически невозможно извлечь из прессформы. В этом случае необходимо каким-то образом редактировать наклоны поверхностей.
Многие поверхности могут частично удовлетворять условию раскрытия. Тогда следует редактировать не всю поверхность, а лишь ее часть, которая выходит за рамки допустимых углов. Мы уже затрагивали проблемы внесений изменений в модели. Так вот, задача создания уклонов на "чужой" модели, пожалуй, одна из самых сложных в геометрическом моделировании. Поскольку в ADEM пользователь может применять различные методы внесения изменений, то задача в принципе решаема.
Для более эффективного проектирования прессформ в ADEM разработана специальная функциональность автоматического и полуавтоматического создания поверхностей разъема и модификации моделей по заданным уклонам. Эта технология отражает последние достижения программного обеспечения для производителей оснастки и соответствует самым современным требованиям.
Как было отмечено, многие задачи объемного моделирования не могут быть решены методами твердых тел. Необходима работа на более низком уровне топологии с отдельными поверхностями или группами поверхностей.
С другой стороны, организуя аппарат поверхностного моделирования, следует предоставить возможность свободного перехода от поверхностей к твердому телу, чтобы не потерять эффективные методы solid моделирования. Объемная модель в ADEM представлена таким образом, что пользователь может применять к ней оба подхода одновременно. Для этого существую две простые функции разборки тела на отдельные поверхности и сборки группы поверхностей в объект - твердое тело.
В первой части статьи мы уже упоминали такие функции поверхностного моделирования как продление, разделение, обрезка, сопряжение и др. Но как показывает практика работы в инструментальном производстве штампов и прессформ, пользователю очень часто необходимо работать еще на более низком уровне топологии. Речь идет о специальной функциональности при моделировании профилей, на которых базируются поверхности. Эта функциональность в ADEM подкреплена также возможностью получения набора кривых с поверхности.
К специальным функциям моделирования следует также отнести возможность проверки технологичности конструкции с точки зрения механообработки. Напомним, что ADEM это интегрированная система, позволяющая не только создать модель, но и управлять станками с ЧПУ. Так как система снабжена симуляторами механообработки, то уже на этапе моделирования можно сформировать процессы фрезерования, точения, электроэрозии, сверления, резки, листопробивки и др. и оценить технологичность разрабатываемой детали.
Среди параметров, получаемых при виртуальной обработке детали и характеризующих технологичность, можно назвать: время обработки, перечень оборудования и режущего инструмента, количество установок детали на станке, наличие необработанных (недоступных для обработки) зон, коэффициент использования материала и др. Оценка технологичности на ранних этапах проектирования является ключевым моментом для сокращения сроков подготовки производства и снижения себестоимости изделий.
Мы рассмотрели лишь некоторые функции объемного моделирования, которые относятся к классу специальных. Следует отметить, что работа на российских и зарубежных предприятиях позволяет постоянно расширять спектр задач, решаемых системой, и совершенствовать методы автоматизации.