Разработка трехмерных операционных моделей обрабатываемой заготовки и операционных эскизов в среде CAD/CAM-системы

В общем случае трехмерные модели деталей (заготовок) должны разрабатываться с учетом:

- их декомпозиции на элементы;

- возможности корректировки параметров отдельных элементов, удаления элементов, а также добавления припусков на обрабатываемые поверхности;

- обеспечения процесса трансформации 3D-моделей в соответствии с разработанной последовательностью маршрутной технологии в направлении «от детали к исходной заготовке» (от последней операции ТП к первой);

- сокращения трудоемкости процессов создания, трансформации и корректировки 3D-моделей.

Исходя из этого трехмерные модели деталей (заготовок) следует создавать из определенных объемных элементов. Так, например, детали типа тел вращения целесообразно разбить на следующие элементы.

- Наружные и внутренние цилиндрические и конические поверхности, открытые с одной или двух сторон и имеющие общую ось вращения – ось вращения детали (элементы первого уровня).

- Поверхности, которые топологически пересекаются или объединяются с элементами первого уровня и имеют с ними общую ось вращения (элементы второго уровня – фаски, канавки, резьбы, накатки, зубчатые венцы, шлицы и шлицевые пазы, скругления).

- Остальные поверхности, топологически пересекающиеся с элементами первого уровня, расположенные параллельно, перпендикулярно или под углом к основной оси вращения детали (элементы третьего уровня – отверстия под крепеж, фаски, резьбы и скругления в них, канавки, пазы, уступы, лыски и т.п.).

Для формирования трехмерных моделей в CAD-системе и сокращения трудоемкости процессов их создания, трансформации и корректировки целесообразно использовать следующие функции твердотельного моделирования:

- получить (добавить) выдавливанием элементы первого уровня наружной конфигурации (цилиндрические и конические ступени);

- удалить выдавливанием элементы первого уровня внутренней конфигурации (цилиндрические и конические отверстия), элементы второго (зубчатые венцы, шлицы и шлицевые пазы) и третьего уровня (отверстия, пазы, уступы, лыски);

- удалить вращением элементы второго и третьего уровней (различные канавки кроме винтовых);

- удалить движением элементы второго и третьего уровней (резьбы, винтовые канавки, радиусные пазы);

- создать фаску (элемент второго или третьего уровней);

- создать скругление (элемент второго или третьего уровней).

При построении элементов первого уровня выдавливанием образующими являются окружности необходимого диаметра, а направляющими – прямые линии, длины которых соответствуют длинам создаваемых ступеней или отверстий.

Разработка трехмерных моделей должна вестись с использованием следующих принципов.

1. Целесообразное использование функций твердотельного моделирования для создания конструктивных элементов 3D-модели детали.

2. Приоритет создания элементов 3D-модели детали соответствует их уровню, то есть первыми создаются элементы первого уровня, вторыми – второго, третьими – третьего. При этом среди элементов первого уровня сначала строятся ступени наружной конфигурации, затем внутренней. Элементы второго уровня строятся сначала на наружных элементах первого уровня, а затем на внутренних элементах первого уровня. Тоже для элементов третьего уровня.

3. Строго определенное направление создания элементов детали –
слева на право.

4. Левый торец детали принадлежит (лежит в) плоскости XOY, а основная ось вращения детали совпадает с осью ОZ.

5. Плоскостью эскиза для создания последующего элемента первого уровня является смежная грань предыдущего уже созданного элемента первого уровня. При отсутствии в детали сквозного отверстия эта плоскость отстоит на определенное расстояние от плоского дна предыдущего уже созданного отверстия до плоского дна последующего создаваемого отверстия.

6. Построение оси вращения детали и плоскости XOZ (предназначенной для построения эскизов канавок) проводится после создания элементов вращения первого уровня.

7. Привязка эскиза каждой канавки, расположенной у буртика, размером относительно точки, образованной пересечением буртика с цилиндрической поверхностью, на которой располагается канавка, и плоскостью XOZ, в которой строится эскиз канавки. (Такая привязка предусматривается в том случае, если предполагается подшливовка буртика после получения канавки точением для выдерживания требований чертежа к буртику относительно шлифуемой цилиндрической поверхности, на которой располагается канавка).

8. Угловое или линейное копирование эскизов (образующих) и соответствующих направляющих для последующего построения одинаковых элементов второго или третьего уровней.

В качестве примера на рис. 3.6.12…3.6.24 для детали типа тело вращения, изображенной на рис. 3.6.11, представлен пошаговый процесс создания ее 3D-модели в CAD/CAM-системе Cimatron Е.

Рис. 3.6.11. Деталь состоящая из элементов первого, второго и третьего уровней	Рис. 3.6.12. Создание эскиза (окружности) первой ступени в плоскости XOY
Рис. 3.6.13. Создание первой ступени ( ) выдавливанием ее эскиза на заданную длину	Рис. 3.6.14. Добавление второй ступени ( ) выдавливанием ее эскиза на заданную длину
Рис. 3.6.15. Создание первого отверстия ( ) удалением материала выдавливанием	Рис. 3.6.16. Создание второго отверстия ( ) удалением материала выдавливанием
Рис. 3.6.17. Создание основной оси вращения детали и плоскости XOZ для построения в ней эскиза прямоугольной канавки	Рис. 3.6.18. Создание фаски ( ) на элементе первого уровня ( )
Рис. 3.6.19. Создание прямоугольной канавки ( ) удалением материала вращением ее эскиза и фаски ( ) на элементе первого уровня ( )	Рис. 3.6.20. Создание фаски ( ) на элементе первого уровня ( )
Рис. 3.6.21. Создание фаски ( ) на элементе первого уровня ( ) и фаски ( ) на элементе первого уровня ( )	Рис. 3.6.22. Создание группы отверстий ( ) угловым копированием эскиза (окружности) с последующим удалением материала выдав­ливанием на элементе первого уровня ( )
Рис. 3.6.23. Создание группы отверстий ( ) угловым копированием эскиза (окружности построенной соосно с уже созданным отверстием) с последующим удалением материала выдавливанием на элементе первого уровня ( )	Рис. 3.6.24. Окончательный результат построения твердотельной 3D-модели детали вращения в режиме полутонового изображения

Разработку трехмерных моделей заготовки, получаемой на каждой операции ТП, проводят в направлении от последней операции ТП к первой с учетом номинальных величин припусков на обработку и диаметральных размеров, которые были определены в ходе размерного анализа ТП. Это следует провести следующим образом.

Сначала с учетом номинальных значений длин ступеней детали и ряда других ее конструктивных элементов, рассчитанных в результате размерного анализа ТП, получают трехмерную модель заготовки, изготавливаемой на последней операции ТП. При этом цветом выделяют обрабатываемые (например, красным) и базовые (например, синим) поверхности, цвет необрабатываемых поверхностей соответствует установленному в трехмерной модели детали цвету.

Далее копированием трехмерной модели заготовки, изготавливаемой на последующей (сначала последней) операции ТП, получают трехмерную модель заготовки, изготавливаемой на предыдущей операции ТП. При этом из нее удаляются элементы второго и третьего уровня, получаемые на последующей операции ТП, и (или) добавляются выдавливанием односторонние номинальные припуски на плоскостные элементы, обрабатываемые на последующей операции ТП, а также увеличиваются или уменьшаются на величину двустороннего номинального припуска диаметральные размеры элементов первого уровня, получаемых на последующей операции ТП. После этого в ней цветом выделяются обрабатываемые и базовые поверхности.

Процесс создания (трансформации) трехмерных операционных моделей заготовки продолжается указанным образом до тех пор, пока не будет получена модель заготовки на первой формообразующей операции ТП.

На рис. 3.6.25 и 3.6.26 показаны примеры построения трехмерных моделей обрабатываемой заготовки, получаемой на последней операции ТП, и на операции предшествующей к ней с учетом добавления припусков на поверхности, обрабатываемые на последней операции.

Рис. 3.6.25. Модель заготовки, обрабатываемой на шлифовальной операции	Рис. 3.6.26. Модель заготовки, обрабатываемой на сверлильной операции

Используя полученные трехмерные модели заготовки и принципы оформления чертежей в среде CAD-системы, проводят разработку операционных эскизов каждой операции ТП. Пример оформления операционного эскиза представлен на рис. 3.6.27.