Przyczyny rozwoju systemów wspomagających prace inżynierskie

Wymagania rynkowe:

Konieczność zaproponowania klientowi nowoczesnego i ciekawego produktu oraz

T (time) – skrócenie czasu projektowania i wykonania wyrobu

Q (quality) – zapewnienie wysokiej jakości wyrobu

C (cost) – obniżenie kosztów produkcji

S (service) – zapewnienie obsługi serwisowej

Wzrost możliwości obliczeniowych sprzętu komputerowego (procesorów, kart graficznych).

CAD (Computer Aided Design – komputerowe wspomaganie projektowania) – systemy wspomagające projektowanie inżynierskie, głównie w zakresie modelowania geometrycznego części i zespołów oraz tworzenia i edycji dokumentacji konstrukcyjnej.

CAE (Computer Aided Engineering – komputerowe wspomaganie obliczeń i analiz inżynierskich) – systemy wspomagające projektowanie i związane z nim obliczenia i analizy (oparte głównie na metodzie elementów skończonych).

CAP (Computer Aided Planning – komputerowe wspomaganie planowania) – systemy wspomagające projektowanie technologiczne (co i jak należy wykonać w procesie wytwórczym). CAM (Computer Aided Manufacturing – komputerowe wspomaganie wytwarzania) – systemy integrujące fazy projektowania i wytwarzania. W praktyce skrót CAM dotyczy głównie systemów do programowania off-line obrabiarek sterowanych numerycznie. CAQ (Computer Aided Quality assurance - komputerowe wspomaganie zapewnienia jakości) - wspomaganie projektowania, planowania i realizacji procesów pomiarowych oraz procedur kontroli jakości. PDM (Product Data Management – zarządzanie danymi produktu) – systemy służące do gromadzenia i udostępniania danych produkcie, integrują przepływ dokumentacji elektronicznej w przedsiębiorstwie PLM (Product Lifecycle Management – zarządzanie cyklem życia produktu) – systemy wspomagające wszystkie procesy związane z powstaniem, wytworzeniem i obsługą produktu.

Cechy współczesnych programów CAD/CAM/CAE Parametryczność – modele opisane są przez parametry, każdy parametr posiada swoją nazwę i wartość, zmiana modelu następuje przez zmianę wartości parametrów, wprowadzanie zmian jest możliwe na dowolnym etapie projektowania. Integracja wewnętrzna (asocjatywność) – każda zmiana wprowadzona na dowolnym etapie projektowania powoduje zmiany we wszystkich elementach projektu (model części – złożenie – rysunek). Otwartość – oprogramowanie poprzez swoje interfejsy umożliwia komunikację i wymianę danych z innymi programami CAX.Rozwojowość – programy są stale rozwijane, pojawiają się nowe wersje zwiększające funkcjonalność oraz rozszerzające możliwości oprogramowania. Budowa pakietowo-modułowa – oprogramowanie zbudowane jest z modułów, z których tworzone są pakiety dedykowane dla konkretnych grup odbiorców.

Oprogramowanie inżynierskie umownie można podzielić na trzy kategorie.Poziom najniższy (low-end) - obejmuje programy, których głównym zadaniem jest wykonywanie elektronicznej dokumentacji konstrukcyjnej (rysunków). Programy te mogą posiadać pewne stosunkowo proste możliwości w zakresie modelowania 3D. Do programów takich należą: AutoCAD (Autodesk), BricsCAD (Bricsys), Draft Sight (Dassault Systemes– bezpłatny). Poziom średni (mid-range) – w zakresie CAD obejmuje programy umożliwiające parametryczne modelowanie 3D. Można przy ich pomocy tworzyć modele części, złożeń oraz opracowywać dokumentację konstrukcyjną (rysunki). Często do programów tych dołączan jest w postaci zintegrowanych dodatków oprogramowanie z zakresu CAM/CAE.Do programów tej kategorii należą: SolidWorks (Dassault Systeme), Inventor (Autodesk), SolidEdge (Siemens PLM Software). Poziom najwyższy (high-end) – tworzą kompleksowe programy CAD/CAM/CAE o rozbudowanych modułach, umożliwiające konfigurowanie pakietów w zależności od potrzeb użytkownika. Wspomagają prace inżynierskie na każdym etapie powstawania wyrobu. Podstawową zaletą tych programów jest zawarcie całego cyklu projektowego w jednym środowisku bez potrzeby wymiany plików. Programami takimi są: CATIA (Dassault Systeme), NX (dawniej Unigraphics) (Siemens PLMSoftware), Pro/ENGINEER (PTC Corporate).

Model 2D – przedstawienie części w kilku rzutach z wykorzystaniem zasad rysunku technicznego,

Model 2D - do budowy modelu wykorzystywane elementy 2D (linie (odcinki), okręgi, łuki, splajny), element określony jest przez typ i współrzędne punktów charakterystycznych

Rodzaje modeli 3D – model krawędziowy, model powierzchniowy, model bryłowy

Z przedstawieniem modelu bryłowego lub powierzchniowego wiąże się problematyka renderingu (obrazowania). Uwzględniane są przy tym: kolor (lub tekstura powierzchni) oraz sposób oświetlenia.

Metoda modelowania bryłowego CSG (Constructive Solid Geometry). Model budowany z prymitywów geometrycznych (prostopadłościan, walec, kula, torus, ostrosłup, stożek) z wykorzystaniem algebry Boole’a.

Metoda modelowania 3D B-Rep (Boundary Representation). Model opisany jest przez ograniczające go ściany, krawędzie i punkty (bardzo złożona logiczna i fizyczna struktura danych).

Technika modelowania FBM (Feature Based Modelling) – modelowanie oparte na cechach (features). Cechy (obiekty, operacje)

Jaki model zastosować?

Symulacje ruchu, symulacje wytrzymałościowe (CAE) -Na ogół 3D bryłowy, często uproszczony

Programowanie i symulacja obróbki (CAM) - W zależności od rodzaju obróbki: krawędziowy (2D lub 3D) lub powierzchniowy

Produkcja (warsztat) - 2D (rysunek wykonawczy lub złożeniowy)

Grafika prezentacyjna - 3D (pełny model)

Podstawowe operacje – obrót (dodanie i wycięcie), wyciągnięcie po ścieżce, wyciągnięcie po profilach, faza, zaokrąglenie

Inne operacje – na ogół automatyzują pracę, dają się utworzyć z poprzednich żebro skorupa

Relacje rodzic – potomek między operacjami geometrycznymi

Edycja drzewa operacji: wygaszanie, przewijanie, zmiana kolejności

Edycja parametrów modelu – wymiary pochodzące ze szkiców i z definicji operacji

Algebra Boole’a w operacjach geometrycznych. Dodawanie i odejmowanie są domyślnie przypisane do rodzaju operacji, na przykład wyciągnięcie powoduje scalanie w jedną bryłę (dodanie), wycięcie spowoduje usunięcie fragmentu istniejącej bryły (odjęcie). Użytkownik może też sam decydować o rodzaju wykonywanej operacji Boole’a.

Operacje tworzenia powierzchni – wyciągnięcie, obrót, wyciągnięcie po ścieżce i profilach, wg granicy

Krzywe – elementy modelu powierzchniowego

Splajny - gładkie krzywe opisane przez wielomiany. Definiowane są przez podanie współrzędnych kolejnych punktów leżących na nich lub których odległość nie wykracza poza granice zadanej tolerancji. Dodatkowo definiowane są kierunki stycznych do splajnu w punktach krańcowych. Wprowadzone punkty nazywane są punktami dopasowania. Na podstawie tych danych program CAD oblicza współrzędne tzw. punktów sterujących oraz przypisuje im wagi decydujące o stopniu oddziaływania danego punktu sterującego na kształt splajnu.

Przykłady definiowania krzywych

W modelowaniu powierzchniowym stosowana jest inna technika tworzenia modelu - nie jest konieczne określenie od razu granic powierzchni. Można to pozostawić do ostatniej fazy tworzenia modelu.

Łączenie powierzchni: przycinanie, wydłużanie, zaokrąglanie

Powierzchnie – dodawanie i edycja punktów

Jaki sposób modelowania wybrać?

W większości współczesnych programów CAD 3D istnieje możliwość zarówno modelowania bryłowego, jak i powierzchniowego. Zwykle oba sposoby są parametryczne. Jednak modelowaniu części maszyn na ogół projektanci posługują się modelowaniem bryłowym.

• Jest ono szybsze. Model można uzyskać przy mniejszej liczbie kroków niż przy oddzielnym tworzeniu każdej ze ścian − powierzchni.

• Uzyskuje się krótsze i bardziej przejrzyste drzewo operacji geometrycznych, co ułatwia zarządzanie parametrami.

• Przy modelowaniu powierzchniowym projektant musi zadbać o spójność modelu(wspólne krawędzie i wierzchołki), w modelowaniu bryłowym zwykle zapewnia to system w sposób automatyczny. Istnieją jednak sytuacje, w których modelowanie powierzchniowe jest niezbędne. Dotyczy to zwłaszcza skomplikowanych powierzchni odwzorowujących

Przekształcenie modelu powierzchniowego w bryłowy

W programach CAD obsługujących oba sposoby modelowania model powierzchniowy można przekształcić na bryłowy. W przypadku

powierzchni otwartych przez nadanie grubości powierzchniom. W przypadku powierzchni zamkniętych również przez wydanie polecenia

wypełnienia modelu.

Modele hybrydowe

Istnieją sytuacje, w których tylko dla fragmentu części uzasadnione jest zastosowanie technik modelowania powierzchniowego. Tworzone są wówczas tzw. modele hybrydowe zawierające operacje bryłowe i powierzchniowe, przy czym końcowych krokach projektowych zwykle następuje przekształcenie elementów powierzchniowych i ostatecznym efektem jest model bryłowy.

Ciągłość krzywych i powierzchni

W modelowaniu powierzchniowym ważne jest zachowanie ciągłości modelu. Wyróżnia się następujące rodzaje ciągłości odnoszące się

zarówno do krzywych, jak i powierzchni:

– spójność (wspólna krawędź, brak szczeliny)

– styczność

– ciągłość krzywizny

– ciągłości gradientu (brak gwałtownej zmiany krzywizny)

O rodzaju wymaganej ciągłości decyduje zwykle rodzaj i przeznaczenie części. W przypadku części maszyn zwykle wystarcza ciągłość pierwszego lub drugiego typu. Dla zewnętrznych powierzchni wyrobów, zwłaszcza takich, w których wygląd jest elementem jakości, wymagana jest ciągłość krzywizny lub gradientu.

Ocena modelu powierzchniowego

Programy CAD 3D dają użytkownikowi do dyspozycji narzędzia oceny jakości powierzchni. Przykładem może być narzędzie o nazwie „zebra”. Opiera się ono na symulacji odbicia liniowych źródeł światła na bardzo połyskliwej powierzchni. Przez analizę refleksów świetlnych można dostrzec lokalne zmiany na powierzchni oraz ocenić rodzaj ciągłości w miejscach styku powierzchni. Jeśli uzyskane paski nie pasują do siebie wówczas mamy do czynienia co najwyżej ze spójnością, jeśli pasują do siebie, lecz występuje gwałtowna zmiana kierunku − mamy do czynienia ze stycznością, jeśli paski w sposób ciągły przechodzą przez granicę powierzchni mamy do czynienia co najmniej z ciągłością krzywizny.

Modelowanie złożenia

Zadaniem jest powiązanie części w złożenie tak, aby:

• w jednym dokumencie występowało wiele części,

• możliwości ruchu były takie jak w mechanizmie,

• występowały powiązania z modelami części

Przykłady innych wiązań: równolegle, prostopadle, koncentrycznie, stycznie, wspólne

Obiekty bryłowe złożenia

Są to obiekty, które istnieją tylko w pliku złożenia. Z reguły operacje Boole’a związane z tymi obiektami odnoszą się do więcej niż jednego komponentu złożenia. Najczęściej obiekty takie stosuje się do modelowania operacji montażowych np. otwory pod kołki ustalające, spawanie (modele spoin).

Metody modelowania złożeń

Metoda „od dołu w górę” (Bottom-up Design)

Jest to tradycyjna metoda modelowania złożenia. Najpierw modelowane są części. Następnie wstawiane są do modelu złożenia i nadawane są im wiązania. Ewentualne zmiany dokonywane są przez indywidualną edycję modeli części będących komponentami złożenia. Metoda stosowana jest powszechnie w sytuacji, gdy części – komponenty są już zaprojektowane. W szczególności dotyczy to części typowych i znormalizowanych pochodzących z bibliotek oraz modeli pobieranych ze stron internetowych producentów zespołów.

Metoda „od góry w dół” (Top-down Design) nazywana tez projektowaniem w kontekście złożenia. W metodzie tej modelowane części powstają w środowisku złożenia, przez co ich obiekty mogą być odniesione do istniejących elementów złożenia. Powstają zatem asocjatywne powiązania między modelami części i złożeniem. Przy wprowadzaniu zmian w złożeniu części takie dostosowują się automatycznie do wprowadzonych zmian, dzięki czemu zmiany takie wymagają mniejszego nakładu pracy.

Warstwy są podstawowym narzędziem organizacji danych rysunkowych.

Podstawowe atrybuty warstw:

• widoczność (widoczna lub ukryta)

• kolor (kolor znajdujących się na niej obiektów)

• rodzaj linii (ciągła, kreskowa, punktowa …)

• szerokość linii (cienka, normalna, gruba …)

Techniki rysowania – rysowanie precyzyjne - współrzędne (globalne i lokalne) Elementy rysunku powinny być narysowane dokładnie (nie w przybliżeniu). Nie przestrzeganie tej zasady może uniemożliwić wykorzystanie danych rysunkowych w innych programach CAX. Może też powodować trudności w pracy nad rysunkiem (np. przy kreskowaniu). W rysowaniu precyzyjnym wykorzystywanych jest kilka technik. Jedna z nich polega na wprowadzaniu współrzędnych punktów charakterystycznych w globalnym lub lokalnym układzie współrzędnych.

Techniki rysowania - rysowanie precyzyjne – tryb lokalizacji Polega na wykorzystaniu istniejących punktów charakterystycznych rysunku – przy najechaniu kursorem w okolice takiego punktu pojawia się znacznik tego punktu, dalsze zbliżanie kursora powoduje przyciągnięcie go do punktu.

Śledzenie polega na wyświetlaniu pomocniczych linii umożliwiających właściwe odniesienie wstawianego punktu względem istniejących

(współpracuje z trybem lokalizacji).

Rysowanie precyzyjne – ograniczenie ruchu kursora - tryb orto, siatka i skok kursora Podstawowe obiekty rysunkowe: odcinek, okrąg, łuk, elipsa, splajn

Wymiary i tolerancje wymiarów

Wymiary mogą mieć różny stopień zespolenia z rysunkiem. Wymiary zespolone w przypadku modyfikacji wymiarowanego obiektu

dostosowują się do wprowadzonych zmian (dostosowują położenie końców pomocniczych linii wymiarowych i zmieniają tekst wymiaru).

Wymiary nie zespolone nie zmieniają się i pozostają na swoim miejscu podczas zmiany przypisanych im obiektów geometrycznych

Tolerancje wymiarów w rysunkach CAD traktowane są jako właściwości wymiarów. Wprowadzane są przez edycję tych właściwości.

Istotnym elementem większości rysunków są różnego rodzaju napisy. Programy CAD oferują wiele możliwości w zakresie wprowadzania i

modyfikacji tekstu. Można wybierać rodzaj czcionki. Mogą to być czcionki typy TrueType. Są to czcionki rozpoznawane przez system operacyjny Windows. System ten decyduje o grubości czcionki. W programie AutoCAD i programach pokrewnych stosowane są też czcionki typu *.SHX. Dla tych czcionek o grubości linii decyduje program CAD. Grubością tą można sterować tak, jak w przypadku obiektów geometrycznych (linii, łuków itp.). W tekście mogą występować znaki specjalne niedostępne bezpośrednio z klawiatury. Dostęp do tych znaków umożliwiany jest bądź przez wybór z listy rozwijalnej, bądź przez wprowadzenie specjalnego kodu. Np. dla AutoCAD można wykorzystać następujące kody sterujące:

%%c − daje w tekście symbol średnicy ∅,

%%d − daje w tekście symbol stopnia °,

%%p − daje w tekście symbol ±,

%%nnn − daje w tekście symbol o kodzie ASCII nnn (nnn jest liczbą całkowitą z zakresu 0−255).

Programy CAD na ogół nie wymagają tworzenia tabel przez rysowanie obramowania komórek, a następnie wstawiania tekstu. Udostępniają obiekty o nazwie tabela. Obiekty te z wyglądu i w działaniu swym przypominają arkusz kalkulacyjny. Komórki mogą zawierać dane liczbowe, tekstowe, niekiedy również symbole graficzne.

Oznaczenia rysunkowe

Wstawianie do rysunku oznaczeń chropowatości powierzchni można usprawnić stosując technikę bloków. Należy w tym celu utworzyć zestaw typowych oznaczeń, ewentualnie dołączając do nich wartości potrzebnych parametrów w postaci atrybutów bloku. Po wstawieniu bloku – oznaczenia chropowatości w razie potrzeby można edytować wartość parametru chropowatości.

Kreskowanie

Zamknięty obszar można wypełnić określonym wzorem lub kolorem. W szczególności kreskowanie odnosi się do przekrojów. Programy CAD udostępniają bibliotekę wzorów. Wypełnienie lub zakreskowanie obszaru odbywa się przez wybór wzoru i parametrów kreskowania (odległość między kreskami i kąt). Następnie wskazywany jest obszar do zakreskowania przez określenie elementów ograniczających lub punktu wewnątrz kreskowanego obszaru. Powstały obiekt stanowi całość i jako całość może być modyfikowany, o ile nie zostanie rozbity na elementy składowe.

Rysunki w programach CAD 3D

Model 3D Widoki standardowe (od przodu, z lewej strony) Pierwszy rzut (rzuty) z wykorzystaniem widoków standardowych 3D. Przekroje, wyrwania, przerwania, szczegóły mogą być utworzone w oparciu o istniejące rzuty

Główne dokumenty konstrukcyjne:

• modele 3D części

• modele 3D złożeń

• rysunki wykonawcze

• rysunki złożeniowe,

• specyfikacje części

Jak zwiększyć efektywność projektowania ?

Wyeliminować zbędne czynności i ruchy

Zautomatyzować czynności rutynowe

Wykorzystywać powtarzalne elementy rysunków i modeli 3D (wcześniej opracowane)

Uporządkować zasoby własne (pracowni/firmy)

Automatyzacja czynności rutynowych – automatyzacja wymiarowania

Sposoby zwiększenia wydajności: wartości domyślne systemu i dokumentów (szablony dokumentów), uporządkowanie zasobów - ujednolicenie formatów arkuszy, szablonów dokumentów, biblioteki materiałowe, szablony tabel, konfiguracje modeli (mniej plików), ujednolicona lokalizacja elementów modelu (biblioteka projektu), wykorzystanie powtarzalnych elementów – biblioteka elementów znormalizowanych, zasoby internetowe, baza wiedzy – inteligentne komponenty, projektowanie oparte na regułach, sprzęt usprawniający manipulowanie modelem – manipulatory 3D

Moduły specjalizowane programów CAD - moduły lub grupy funkcji wspierające specyficzne dla dane branży zadania projektowe

Części z blachy, projektowanie form i matryc (Analiza pochylenia ścian modelu, Analiza możliwości wyjęcia przedmiotu z formy, Określenie powierzchni podziału formy, Wspomaganie projektowania stempla i matrycy), projektowanie konstrukcji spawanych (Szkielet konstrukcji, Konstrukcja w oparciu o bibliotekę profili, listy elementów ciętych, Zamykanie końców, Wzmocnienia, Modelowanie spoin) przewody elektryczne i rurowe.

Rodzaje materiałów prezentacyjnych:

• 2D (ulotki, foldery, katalogi),

• 3D – animacje, materiały interaktywne (manipulowanie obiektami, demontaż, tworzenie przekrojów, wygaszanie elementów)

Zastosowanie materiałów prezentacyjnych:

2D – marketing tradycyjny,

– strony internetowe,

3D – strony internetowe - filmy,

– strony internetowe - materiały z interakcją (wariantowanie wyrobu przez kupującego),

– recenzowanie konstrukcji

Elementy składające się na wygląd modelu

Model, źródła światła i rodzaj oświetlenia, Kolory i tekstury, Otoczenie (scena)

Możliwości prezentacyjne samego programu

CAD: formaty grafiki (jpeg, tiff), niska rozdzielczość, uwzględnia oświetlenie

Projektowanie tradycyjne:

projekt – prototyp - test

Analiza konstrukcji jako alternatywa projektowania tradycyjnego:

• krótszy czas,

• mniejszy koszt

• możliwości analizy wielu rozwiązań (optymalizacja)

Większość programów CAE korzysta z metody elementów skończonych (MES, FEM). Polega ona na podziale modelu na niewielkie fragmenty o prostych kształtach (elementy). W odróżnieniu od tradycyjnych metod obliczeniowych może być zastosowana zarówno do prostych, jak i skomplikowanych modeli. Elementy posiadają wspólne punkty – węzły Ruch każdego z węzłów opisany jest przez przemieszczenia na kierunkach XYZ. Są to tzw. Stopnie swobody. Każdy z węzłów posiada trzy stopnie swobody. Program oparty na FEM zapisuje równania zarządzające zachowaniem każdego z elementów biorąc pod uwagę ich powiązania z innymi elementami.

Równania te wiążą ze sobą zmienne (np. przemieszczenia przy analizie naprężeń) z danymi (właściwości materiału, obciążenia, więzy).

Następnie program tworzy układy równań. Mogą one zawierać setki, tysiące, a nawet miliony równań. W analizie statycznej obliczane są dla każdego z węzłów przemieszczenia na kierunkach X,Y,Z. Mając dane przemieszczenia, program oblicza odkształcenia na różnych kierunkach. Odkształcenie jest stosunkiem zmiany długości do oryginalnej długości. Ostatecznie program używa zależności matematycznych do obliczenia naprężeń na podstawie odkształceń. Gdy do części przykładane jest obciążenie, stara się ona przeciwstawić obciążeniu wytwarzając siły wewnętrzne, które są różne w zależności od miejsca. Intensywność tych sił wewnętrznych nazywana jest naprężeniem. Naprężenie jest siłą przypadającą na jednostkę powierzchni. Naprężenie w punkcie odnosi się do niewielkiej powierzchni wokół tego punktu. Gdy naprężenia osiągną pewien poziom, materiał może ulec uszkodzeniu. Poziom ten zależy od rodzaju i stanu materiału.

Powyżej przedstawiono najczęstszy przypadek analizy - analizę liniową. Po cofnięciu obciążenia część wraca do pierwotnej postaci. Obliczane są w niej: przemieszczenia, odkształcenia, naprężenia i siły reakcji.

Innym rodzajem analizy jest analiza nieliniowa. Występuje ona, gdy zależność naprężenie – odkształcenie nie jest liniowa. Zjawiska takie mają miejsce przy dużych odkształceniach (gdy odkształcenie wpływa na sztywność) lub przy stykających się częściach.

Analiza wyboczenia - Smukły pręt poddany sile osiowej ulega wyboczeniu zanim ulegnie zniszczeniu wskutek przekroczenia dopuszczalnych naprężeń.

Analiza dynamiczna – obliczanie częstotliwości drgań własnych (częstotliwości rezonansowych)

Analiza termiczna - Wynikami obliczeń są: rozkłady temperatury, naprężenia, odkształcenia i przemieszczenia spowodowane zjawiskami cieplnymi

Optymalizacja konstrukcji

Obliczane jest optymalne rozwiązanie problemu w oparciu o:

• Funkcję celu – określenie celu analizy np. minimalizacja masy modelu,

• Zmienne konstrukcyjne – dopuszczalny zakres zmian wymiarów

• Ograniczenia – określenie warunków, które musi spełniać konstrukcja np. maksymalna wartość naprężeń

Analiza FEA - kroki

1. Wybór rodzaju analizy.

2. Określenie materiałów komponentów biorących udział w analizie.

3. Określenie obciążeń i więzów.

4. Dyskretyzacja modelu (podział na małe elementy) – na ogół automatyczna z możliwościami modyfikacji.

5. Uruchomienie analizy (obliczenia).

6. Przeglądanie i interpretacja wyników. W razie potrzeby powrót do p. 2,3,4.

Inne oprogramowanie CAE

Oprogramowanie do analizy ruchu - symulacja i analiza efektów ruchu elementów (oddziaływania siłowe, z uwzględnieniem tłumienia i tarcia)

Analiza przepływów – analiza dynamiczna przepływu płynów przez modele części

Obrabiarki sterowane

Numerycznie

obrabiarki pracujące w cyklu automatycznym

dane dotyczące obróbki zapisane są w postaci programu i

obejmują:

tor ruchu narzędzia względem przedmiotu obrabianego

sposób przejazdu (z posuwem szybkim, z posuwem roboczym)

parametry skrawania (n lub vc, f lub vf)

czynności pomocnicze (włączanie/wyłączanie obrotów wrzeciona, włączanie/wyłączanie chłodziwa, wymiana narzędzia i in..)

Oprogramowanie nazywane CAD/CAM służące do programowania off-line obrabiarek sterowanych numerycznie - przykładowe programy:

• Mastercam, EdgeCAM, PowerMill, AlphaCAM, Esprit, SurfCAM, SolidCAM,

• moduły technologiczne dużych pakietów oprogramowania (CATIA, NX Unigraphics), Pro/ENGINEER

We współczesnych programach CAD/CAM obserwuje się znaczne podobieństwo w zakresie interfejsu użytkownika. Wykorzystano przy tym ideę modelowania obiektowego (FM – feature modelling), analogicznie do programów CAD do modelowania bryłowego. Cechą takich programów jest parametryczność, dająca możliwość edycji występujących

Praca z programem CAD/CAM)

1 Wybór obrabiarki

2 Wczytanie (opracowanie) modelu geometrycznego przedmiotu obrabianego i półfabrykatu

3 Określenie układu współrzędnych

4 Dobór narzędzi

5 Definiowanie zabiegów obróbkowych, generowanie dróg narzędzia

6 Symulacja i weryfikacja obróbki

7 Generowanie kodu (programu obróbkowego)

Model półfabrykatu

Dane o półfabrykacie wykorzystywane są do:

• generowania dróg narzędzia przy obróbce zgrubnej

• weryfikacji obróbki

Proste kształty półfabrykatów (prostopadłościan, walec) definiowane są przez podanie parametrów. Złożone – przez wczytanie pliku z modelem geometrycznym półfabrykatu.

Układ/układy współrzędnych

Układ współrzędnych związany z przedmiotem obrabianym określa się przez wskazanie osi układu. W niektórych przypadkach przez transformację (przesunięcie, obrót) modelu przedmiotu obrabianego.

Narzędzia

W programie obróbkowym odwołanie do narzędzia odbywa się przez podanie numeru narzędzia oraz numeru korektora, gdzie znajdują się dane o narzędziu, z których układ sterowania korzysta podczas realizacji obróbki. Do tego może być dołączony komentarz z opisem narzędzia .

W programie CAD/CAM dane te są bardziej obszerne i zawierają kształt oraz wymiary narzędzi (ewentualnie również oprawek). Wynika to z potrzeby obliczania drogi narzędzia, z wymagań związanych z przeprowadzeniem symulacji obróbki. Do narzędzia zwykle przypisane są domyślne parametry skrawania.

Biblioteki narzędzi

Informacje o narzędziach w programach CAD/CAM zapisane są w bibliotekach posiadających strukturę tabel. Istnieje możliwość sortowania i filtrowania zawartych w nich danych. Podczas pracy programista wybiera narzędzie z biblioteki, w przypadku braku narzędzia definiuje nowe.

Definiowanie zabiegu obróbkowego

Wybór cyklu obróbkowego (np. frezowanie konturu, frezowanie kieszeni itp.)

Wskazanie geometrii, w oparciu o którą zostanie utworzona droga narzędzia

Wskazanie lub zdefiniowanie narzędzia oraz parametrów skrawania (prędkość, posuw).

Określenie parametrów cyklu obróbkowego (szczegóły dotyczące obróbki)

Symulacja obróbki

Zadanie - sprawdzenie poprawności realizacji cykli obróbkowych.

Ruchy narzędzia na tle modelu przedmiotu obrabianego.

Sposoby: ciągły/”krok po kroku”, z/bez śladu narzędzia.

Weryfikacja obróbki

Zadanie - sprawdzenie rezultatów obróbki, wykrycie kolizji narzędzia/oprawki z materiałem.

Ruchy narzędzia na tle modelu półfabrykatu ze stopniowym usuwaniem naddatku w trakcie przemieszczania się narzędzia.

Postprocesor

W programie CAD/CAM przetwarza drogi narzędzia na kod programu. Działa zwykle w oparciu o interpretację pliku tekstowego

zawierającego formaty kodu odnoszące się do danego sterownika i obrabiarki. Wiele postprocesorów – możliwość szybkiego otrzymania kodu z tego samego pliku CAD/CAM dla wielu obrabiarek.

Cykle frezarskie – obróbka konturu

Frez porusza się wzdłuż wskazanego zarysu składającego się z odcinków, łuków i splajnów.

Cykle frezarskie – obróbka kieszeni

Frez usuwa materiał znajdujący się wewnątrz zamkniętego zarysu. Wewnątrz kieszeni mogą znajdować się wyspy – obszary materiału, które powinny być pominięte podczas obróbki.

Cykle frezarskie – obróbka powierzchni płaskich

Obróbka obszaru ograniczonego zamkniętym zarysem z możliwości wychodzenia freza poza zarys.

Zabiegi wiertarskie

Wykonywanie otworów we wskazanych punktach przedmiotu narzędziem poruszającym się wzdłuż swojej osi.

Przykłady zabiegów wiertarskich: wiercenie, pogłębianie, wytaczanie, gwintowanie.

Cykle frezarskie – obróbka zgrubna powierzchni krzywoliniowych

Program generuje drogi narzędzia w obszarze między półfabrykatem a przedmiotem obrabianym.

Cykle frezarskie – obróbka wykończeniowa powierzchni krzywoliniowych

Frez prowadzony jest wzdłuż powierzchni tak, aby parametry związane z nierównością powierzchni po obróbce nie przekraczały zadanej wartości.

Dane zawarte w pliku CAD:

• geometria modelu

• historia budowy

• atrybuty

• dokładność

• wygląd

• powiązania miedzy plikami (rysunek-część - złożenie-części)

Potrzeba wymiany plików:

• specjalizacja w poszczególnych obszarach CAx

• powiązania kooperacyjne

• brak integracji programów CAx w ramach przedsiębiorstwa

Wymiana plików między programami CAx powoduje utratę części danych.

CAD 1 CAD 2 CAM CAE - Wymiana bezpośrednia

CAD 1 CAx Plik w formacie neutralnym - Wymiana pośrednia

DWG/DXF

DWG jest formatem binarnym opracowanym przez firmę Autodesk wykorzystywanym w programie AutoCAD i programach pochodnych. Służy do zapisywania modeli 2D i 3D. Format zastrzeżony (nie udostępniana specyfikacja). DXF jest popularnym neutralnym formatem wymiany danych krawędziowych 2D i 3D.

STEP

Nazwa jest skrótem od STandard for the Exchange of Product model data. Jest to norma międzynarodowa ISO 10303 określająca zasady zapisu modelu produktu i procesów jego wytwarzania przy pomocy technik CAx. Norma obejmuje wszystkie obszary cyklu życia produktu. Zastosowanie normy opiera się na tzw. Protokołach aplikacyjnych (Application Protocols). Najważniejsze z punktu widzenia wymiany

danych CAD są protokoły: AP203 i AP214. Większość modeli bryłowych i powierzchniowych wymieniana jest obecnie przy pomocy tego neutralnego standardu.

STL

Jest to format, w którym powierzchnie lub ściany modelu bryłowego są aproksymowane przy pomocy trójkątnych powierzchni płaskich

(faset). Format wykorzystywany jest powszechnie w technikach szybkiego prototypowania oraz w systemach CAM.

Zarządzanie dokumentacja

Większość dokumentacji w zapisie elektronicznym w wielu plikach

Istnieją powiązania między plikami, często dość rozbudowane

Narzędzia zarządzania plikami oferowane przez system operacyjny zwykle są niewystarczające

W zarządzaniu dokumentacją można wykorzystać oprogramowanie PDM/PLM

PDM – product data management

PLM – product lifecycle management

PDM powstał jako odpowiedź na potrzeby inżynierów w zakresie zarządzania gwałtownie rosnącą liczbą plików generowanych przez

systemy CAD. PDM pozwolił na: standaryzacje elementów, gromadzenie plików i sterowanie nimi, obsługę BOM (list kompletacyjnych), sterowanie wersjami elementów, dokumentów i BOM, szybkie znajdowanie powiązań między złożeniami i częściami.

SolidWorks Workgroup PDM

Organizowanie dokumentów w projekty i podprojekty, brak dublowania się dokumentów. Zachowanie struktury zintegrowanych dokumentów

Zarządzanie dostępem do dokumentów i uprawnieniami użytkowników.

Praca na aktualnej wersji dokumentu. Zmiany może wprowadzać tylko właściciel dokumentu. Możliwość projektowania współbieżnego.

Zarządzanie wersjami dokumentu.

Możliwość raportowania zmian.

Bezpieczeństwo danych – możliwość tworzenia kopii zapasowych serwera.

Możliwość monitorowania bieżącego stanu projektu.

Możliwość wyszukiwania plików wg kryteriów związanych z właściwościami dokumentów.

Przyczyny rozwoju systemów PLM

Wzrost znaczenia serwisu, doradztwa i obsługi posprzedażnej.

Konieczność szybkich zmian w projekcie i produkcji.

Międzynarodowa sieć wytwórców – produkty powstają w kooperacji (projekt, komponenty, montaż). Właściciel znaku towarowego lub firma wiodąca zarządza siecią kooperantów. Wymaga to bardzo sprawnego zarządzania danymi.

Różne systemy w ramach przedsiębiorstwa: planowanie, produkcja, zbyt, serwis.

PLM jest rozległym projektem. Wymaga żmudnego opisania procesów występujących w przedsiębiorstwie. Może być potrzeba zmiany procesów.

Oprogramowanie PDM/PLM – główni dostawcy oprogramowania: Dassault (ENOVIA, SolidWorks PDM), Siemens (TeamCenter), Parametric Technology (Pro/Engineer)(WinChill), Autodesk (Productstream, Vault)