САПР ускоряет проектирование сборки сложных изделий, которые могут состоять практически из неограниченного числа компонентов, автоматизирует расчет количества нормализованных деталей, используемых материалов, их стоимости и т. п. При разработке сборочных единиц, входящих в них деталей и их модификаций ведущий конструктор задает критерии, которыми должны руководствоваться проектировщики: взаимное положение компонентов сборки, параллельность, перпендикулярность или совпадение осей, граней и ребер, расположение объектов на расстоянии или под углом друг к другу, концентричность, касание, ограничения по расположению одной поверхности относительно другой.
Поддержка параллельного доступа к сборочной модели позволяет одновременно работать над проектом большому коллективу конструкторов. Согласованная работа разработчиков осуществляется в рамках определенной концепции и единых требований к проектируемому изделию.
В сборку можно включать подсборки, которые, в свою очередь, могут состоять из деталей и подсборок. Детали и подсборки могут создаваться непосредственно в сборке или вставляться в нее из существующего файла. Конструктор может открыть файл конкретной детали, отредактировать его и обновить сборочный чертеж. В качестве элемента новой детали, создаваемой непосредственно в сборке, можно использовать геометрию существующих деталей.
Модуль построения разнесенных видов может поддерживать построение и управление упрощенными представлениями ни компонентов сборок.
Работу конструктора значительно упрощает наличие ассоциативной связи между деталями: при изменении одной детали все связанные с ней могут автоматически менять свою геометрию. Ассоциативные связи, соотношения и формулы для пересчета размеров деталей в параметрических сборочных чертежах позволяют автоматически получать чертежи отдельных деталей изменении габаритов узла. С помощью средств трассировки изменений размеров можно показать их текущее и предыдущее значения.
Для более эффективного проведения параллельного проектирования крупных сборок используют специальные модули, которые позволяют выполнить следующие работы:
· импорт или прямую подгрузку моделей деталей и агрегатов;
· анализ зазоров между компонентами сборки;
· позиционирование деталей и агрегатов в пространстве относительно друг друга с учетом задаваемых условий (касание, соосность, перпендикулярность и т. п.);
· соблюдение заданных условий при изменении входящих деталей и условных связей;
· показать перемещения деталей конструкции по различным законам с использованием анимаций;
· обеспечить ассоциативные связи с первоисточниками входящих узлов и деталей.
В созданном механизме могут быть заданы следующие параметры:
· кинематические связи между звеньями: вращение в плоскости, линейное перемещение, вращение с перемещением вдоль оси вращения, винтовая пара, ременная передача, кардан, сферический шарнир, двухосевое перемещение в плоскости, зубчатая рейка, зубчатая передача, движение точки по кривой и «обкатка» кривой по кривой;
• точки приложения сил и крутящие моменты;
• законы движения точки: в виде стандартной линейной функции, гармонической функции, некоей функции движения общего вида.
В большинстве случаев выбор параметров разрабатываемого объекта составляет многовариантную задачу, решение которой зависит от целого ряда факторов: функционального назначения объекта, условий безопасной работы и т. п. Процесс синтеза и генерации вариантов конструкции сложного изделия носит итерационный характер.
Гибкие средства распределения деталей по вложенным сборкам, создания новых сборок и деталей по месту позволяют конструктору группировать компоненты в соответствии со структурой изделия или иными требованиями. Модели сборки позволяют проанализировать, какие используются материалы, количество нормализованных деталей, их стоимость и т. п.
Ведущий конструктор, работая над компоновкой изделия, задает критерии, которыми руководствуются проектировщики при разработке сборочных единиц и деталей, входящих в изделие. Выбрав необходимые параметры сборки, можно получить готовые рабочие чертежи отдельных деталей.
Современные системы обеспечивают автоматическое сопряжение стандартных изделий при вставке в сборку и автоматическое обновление размеров деталей при изменении сборки. Многочисленные итерации виртуальной сборки изделия из деталей со случайными отклонениями размеров, выбранными в пределах их полей допусков, позволяют построить статистическое распределение значений требуемых конечных параметров сборки и в случае необходимости определить требуемый компенсатор.
Специальные модули позволяют спрогнозировать влияние геометрической точности и способа установки отдельных деталей на сборочный процесс, рассчитать ключевые характеристики сборки — такие как вылет крыла самолета, зазор между дверью и крылом автомобиля. По результатам анализа делается заключение: точность, каких деталей следует повысить, а каких можно уменьшить. От точности размеров деталей зависит технология их изготовления себестоимость их производства. Информация об изменениях размеров или конфигурации деталей, входящих в сборку, немедленно передается всем конструкторам, работающим над данным узлом.
С компонентами сборки можно выполнять различные операции: объединение двух деталей, вычитание одной детали из другой (в детали образуется полость, соответствующая форме другой детали, при этом возможно задание коэффициента масштабирования вычитаемой детали). Деталь можно разделить на две части (плоскостью или поверхностью). Каждой детали может быть назначен свой материал, который будет учитываться при расчете массово-инерционных характеристик и при генерации штриховок в области сечений.
Можно поменять последовательность построения, просмотреть пошагово историю построения модели, при необходимости вернуться к любому из них и внести изменения. Фильтры позволяют определить и загрузить в сборку только детали с определенными атрибутами или те детали, которые находятся в определенной области.
Некоторые САПР (Pro/ENGINEER WILDFIRE) предусматривают создание сначала так называемой записной книжки конструктора (Layout), а затем каркасной модели сборки (Skeleton). В «записной книжке» разрабатывается концептуальный двумерный эскиз, определяется перечень основных управляющих параметров.
При внесении изменений в размеры каркасной модели автоматически вносятся необходимые изменения во все компоненты сборки. Область сообщений об ошибках записной книжки позволяет избежать ввода заведомо некорректных значений параметров.
В САПР Pro/ENGINEER для сокращения времени разработки узлов предусмотрены специализированные хранилища параметров и соотношений, позволяющие рисовать схемы, создавать таблицы параметров с описаниями, прописывать зависимости между ними и логику поведения, получать предупреждения о вводе некорректных значений параметров. Эскизы типовых узлов, например, кривошипно-шатунного механизма (рис. 3.3), содержат иллюстрации и таблицы или растровые изображения из библиотеки. Числовые значения, вносимые в таблицы, автоматически передаются в управляемую модель.
При разработке эскизного проекта могут использоваться следующие библиотеки:
· типовых двумерных компоновок;
· типовых трехмерных компоновок;
· типовых эскизов, отдельных деталей, типовых конструктивных решений.
Опубликованные данные наглядно показывают эффективность применения САПР при проектировании машин и их агрегатов.
Принципы моделирования сборок
Сборка – трехмерная модель, объединяющая модели деталей, подсборок и стандартных изделий, а также содержащая информацию о взаимном положении компонентов и зависимостях между их параметрами.
Компонент – деталь, подсборка или стандартное изделие, входящее в состав сборки.
Подсборка – сборка, входящая в состав текущей сборки. Одна и та же сборка может являться подсборкой по отношению к одной сборке и главной сборкой по отношению к своим компонентам.
Сопряжение – параметрическая связь между компонентами сборки, формируемая путем задания взаимного положения их элементов (например, параллельности граней или совпадения вершин).
Общепринятый порядок моделирования сборки – последовательное добавление в нее моделей компонентов. При этом модели компонентов хранятся в отдельных файлах на диске, а в файле сборки находятся ссылки на них.
Пользователь может указать взаимное положение компонентов сборки, задав сопряжение между их гранями, ребрами и вершинами. В сборке можно также выполнить формообразующие операции, имитирующие обработку изделия в сборе (например, создать отверстие, проходящее через все компоненты сборки, или отсечь часть сборки плоскостью).
Проектирование «снизу вверх» - восходящее проектирование
Если в файлах на диске уже существуют все компоненты, из которых должна состоять сборка, их можно вставить в сборку, а затем установить требуемые сопряжения между ними. Этот способ проектирования напоминает действия слесаря-сборщика, последовательно добавляющего в сборку детали и узлы и устанавливающего их взаимное положение.
Несмотря на кажущуюся простоту, такой порядок проектирования применяется 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.
Проектирование «сверху вниз» - нисходящее проектирование
Если компоненты еще не существуют, их можно моделировать прямо в сборке. При этом первый компонент (например, деталь) моделируются в обычном порядке, а при моделировании следующих компонентов используются существующие. Например, эскиз основания новой детали создается на грани существующей детали и повторяет ее контур, а траекторией этого эскиза при выполнении кинематической операции становится ребро другой детали. В этом случае ассоциативные связи между компонентами возникают прямо в процессе построения, а впоследствии при редактировании одних компонентов другие перестраиваются автоматически. Кроме автоматического возникновения ассоциативных связей, происходит и автоматическое определение большинства параметров компонентов, что избавляет пользователя от необходимости помнить или самостоятельно вычислять эти параметры. Такой порядок проектирования предпочтителен по сравнению с проектированием «снизу вверх», т.к. он позволяет автоматически определять параметры и форму взаимосвязанных компонентов и создавать параметрические модели типовых изделий.
Смешанный способ проектирования
На практике чаще всего используется смешанный способ проектирования, сочетающий в себе приемы проектирования «сверху вниз» и «снизу вверх».
В сборку вставляются готовые модели компонентов, определяющие 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 и прочие детали, окружающие колеса и зависящие от их размера и положения) создаются «на месте» (в сборке) с учетом положения и размеров окружающих компонентов.
Создание семейства сборок
Ряд однотипных изделий с различными техническими параметрами образует семейство сборок. Можно исключить или заменить отдельные компоненты, и внести изменения в размеры и допуски. Проведенные авторитетными экспертами исследования показывают возможность значительного уменьшения временных и материальных затрат при использовании типовых конструкторских решений, при проектировании изделия, его узлов и отдельных деталей.
Изменение одного из параметров сборочного чертежа, как правило, приводит к изменению всех его составных частей.
Например, можно задать соотношения между модулем зубчатой передачи, передаточным отношением и делительным диаметром зубчатого колеса. При изменении любого из этих параметров все связанные размеры автоматически пересчитаны и внесены в чертеж и в таблицы.
Быстрое и эффективное получение требуемых модификаций сборок обеспечивает параметризация. Параметрические сборочные чертежи позволяют связать отдельные параметры на разных чертежах (например, диаметр вала и диаметр подшипника). При изменении даже одного из параметров сборочного чертежа меняются все его составные части, что позволяет быстро получить новую модификацию, например, при изменении диаметра подшипника можно автоматически получить новый диаметр вала.
Деталь в сборке можно начертить в упрощенном виде, затем поместить ее в отдельный файл и добавить к ней необходимые элементы. Непосредственно на трехмерной компоновке можно выполнить аннотирование трехмерной модели, отобразить гиперссылки и характерные размеры. Созданные в дереве модели компоновки конструктивные элементы в последующем могут быть переданы в другой проектируемый узел. Проектирование на основе внешних ссылок позволяет проводить синхронные ассоциативные изменения в узлах, не принадлежащих пока общей сборке.
Подобрав необходимые параметры сборки, можно быстро получить готовые рабочие чертежи отдельных деталей. Оперативную среду сборки разработчик настраивает с учетом текущих задач. Сборочный чертеж можно спроектировать так, чтобы в зависимости от заданных условий в нем можно было предусмотреть разные детали.
Дерево построения параметрической модели твердого тела состоит из последовательных, четко определенных и интуитивно понятных шагов. Весь процесс создания изделия отображается в виде дерева проекта, в котором каждый элемент в любой момент времени может редактироваться, что во многом облегчает построение модели. Структура сборки отслеживается в дереве модели, по которому можно быстро перейти к детали любого уровня.
Сборочный узел может отображаться в разнесенном виде или в движении. Фотореалистичное изображение сборочного узла может выполняться с учетом материала каждой детали.
Средства автоматического построения в разнесенном виде смещают детали и узлы в соответствии с порядком сборки, составом изделия, взаимосвязями между отдельными частями механизма. При отображении механизма в разобранном виде каждой детали задают направление и величину сдвига, показывают связи, наложенные на элементы сборки.
Модели сборки позволяют определить количество нормализованных деталей, выполнить нормирование материалов, требуемых для выполнения технологических процессов сборки. Взаимное расположение деталей можно менять. При изменении сборки автоматически меняется и разнесенный вид. Все построенные разнесенные виды сборки могут быть легко показаны на чертежах, что часто используется в технических руководствах, при создании изображений для каталога. Отображение механизма в разобранном виде облегчает получение слайдов для презентации.
Генерация конструкторских спецификаций
Каждый сборочный чертеж должен иметь спецификацию. Согласно ГОСТ 2.102-68 именно спецификация является основным конструкторским документом для сборочных единиц. Она определяет состав сборочной единицы и необходима для ее изготовления. На основе спецификации комплектуются все остальные конструкторские документы.
В спецификации содержатся информация о составе сборочной единицы, комплекса или комплекта. Помимо информации о компонентах, составляющих эту сборку, спецификация может быть дополнена информацией о применяемых материалах (смазке, герметике и т. д.). Спецификацию можно выводить как на поле чертежа, так и в информационном окне, сохранить в виде файла.
Заполнение и сортировка записей в спецификации производятся в соответствии с ГОСТ 2.108—68. Сборочный чертеж взаимосвязан со спецификацией номером позиции детали в сборке, т. е. при изменении номера позиции детали на сборочном чертеже автоматически изменяется позиция в спецификации и, наоборот, при изменении номера позиции детали в спецификации автоматически изменяется номер позиции на чертеже. Внесенные в сборочный чертеж или деталировку изменения автоматически отражаются в спецификации и в других связанных документах.
Разработка спецификации на сборочную единицу, состоящую даже из нескольких десятков деталей является довольно трудоемкой задачей. Конструктору приходится заполнять строки спецификации, фактически дублируя информацию из штампов чертежей сборочных единиц и деталей. Нужно следить за согласованием номеров позиций в спецификации и на листах сборки, вводить в спецификацию достаточное количество резервных строк. При составлении спецификации необходимо придерживаться требований стандартов, которые строго оговаривают последовательность создания разделов, порядок сортировки строк в разделах и многое другое.
Система проектирования спецификаций в значительный степени облегчает процесс создания спецификаций. Конструктор может создавать разделы и вводить в них строки в любой последовательности – все операции по поддержке корректной структуры документа система выполняет автоматически.
При удалении или добавлении строк в любой из разделов система автоматически выполняет согласование номеров позиций в спецификации со всеми листами сборочной единицы, которые связаны с данной спецификацией.
Создание спецификации в ручном режиме является самым простым способом получения спецификации. Использование этого метода имеет смысл в том случае, когда нужно быстро подготовить несложную спецификацию, или тогда, когда на момент ее разработки нет ни сборочного чертежа, ни чертежей деталей, входящих в сборку.
В этом режиме можно заполнять спецификацию в любой последовательности с помощью команды Добавить раздел или Добавить объект спецификации. Выполнять автоматическую сортировку и простановку позиций. Вставлять стандартные изделия и материалы используя библиотеки и шаблоны предопределенного текста.
