Catia V5r20

1

Curs 3

CATIA V5R20. Prezentare generală.

Generalități

Fabricația asistată de calculator s-a dezvoltat ca răspuns la problema materializării unui model geometric existent pe planșeta proiectantului. Primul pas în fabricația asistată de calculator este transpunerea în calculator a modelului geometric dorit, folosind o aplicație specializată. Există pe piață o serie de aplicații care pot servi la realizarea acestei etape, alegerea soluției optime depinzând de mai mul ți factori.

În alegerea corectă a unei aplicații destinate modelării de componente mecanice trebuie însă avute în vedereși alte întrebuințări ale modelului geometric elaborat: generarea de desene de execuție, realizarea de ansamble și subansamble, verificarea sau optimizarea formei folosind un program de calcul cu elemente finite.

Analizând solu țiile CAD propuse de diferite firme (AutoCAD Inventor, SolidWorks, SolidEdge, CATIA, ProENGINEER, etc.), se poate observa că toate au la bază un modelor geometric 3D parametrizat peste care s-au adăugat sau se pot adăuga aplicații care permit exploatarea modelului realizat. Aplicațiile care exploatează modelul geometric pot fi independente sau integrate aplicației de bază.

În cele ce urmează s-a folosit CATIA V5, o aplicație de referință în domeniul proiectării asistate de calculator. Ea oferă o soluție integrată, pe lâng ă facilitățile legate de modelarea cu solide comune tuturor aplicațiilor reprezentative ea oferind și module destinate stiliștilor, permițând astfel extinderea utilizării calculatorului și la etape anterioare proiectării constructive.

CATIA V5R20 se prezintă ca un ansamblu de medii de lucru (Workbenches) care pot fi activate succesiv în vederea realizării unui ansamblu de sarcini. În acest mod s-a putuevita lucrul cu o interfață unică, mult prea complexă pentru majoritatea sarcinilor utilizatorului.

După instalare și lansare în execuție, aplicația afișează interfața necesară realizării unui ansamblu.

Trecerea la un nou mediu de lucre se realizează selectând Start / Mechanical Design

2

sau

Fig. 1

3

Principiile construirii modelelor

Orice construcție de model 3D începe de regulă prin realizarea unui contur plan, care printr-o deplasare (translație sau rotație) devine o formă de bază. Primul contur se va desena pe unul dintre planele existente la pornirea aplicației. În continuare, ori de câte ori se realizează o formă bazată pe un contur, acesta se va construi pe unul dintre planele de coordonate inițiale, pe o față plană a piesei sau pe un plan ajutător, construit în acest scop.

Conturul plan desenat trebuie să fie :

închis;

eventualele contururi interioare trebuie să fie închise ;

să fie corect și complet definit (prin cote și constrângeri).

Contururile interioare pot fi definite concomitent cu cel exterior dacă operația prin care se generează solidul (extrudare sau revoluție) se realizează între aceleași limite (fig. 2).

Fig. 2. Contururi exterioare și interioare extrudate pe aceeași înălțime

Part Design este un mediu de lucru destinat realizării modelelor reperelor. Modelorul integrat în CATIA este parametrizat, deci el asigură:

păstrarea tuturor dimensiunilor ca valori ale unor parametri ;

evidențierea automată a stării schiței (subdefinită, complet definită sau supradefinită);

refacerea automată a reperului în caz de revenire asupra cotelor ;

sesizarea intenției proiectantului (adăugare automată de constrângeri) ;

posibilitatea impunerii unor relații între parametri.

4

Fig. 3. Schiță supradefinită

Fig. 4. Adăugare automată de constrângeri

5

Fig. 5. Impunerea unei relații geometrice între parametri

La începerea unui model este esențială alegerea corectă a formei de bază. Dacă alegerea este bună, realizarea modelului se va face printr-un număr redus de pași. Astfel, realizarea modelului pentru exemplul fundamental, prezentat în continuare, se face prin următorii pași :

Se crează un contur pentru forma de bază (fig.6) ;

Se crează forma de bază prin extrudarea conturului 2D (fig.7) ;

Se adaugă succesiv alte elemente componente (fig.8).

Fig.6. Crearea conturului pentru forma de bază

6

Fig.7. Extrudarea conturului 2D

schițare pe față, extrudare (Pocket)

schițare pe față, extrudare (Pad)

schițare pe față, extrudare (Pad)

Fig.8. Adăugarea succesivă a altor blocuri grafice

Construirea contururilor plane

Construirea contururilor plane este partea cea mai dificilă în construcția unui model 3D. Pentru a începe în mediulPart Design construcția unui contur plan, se va selecta planul de desenare și apoi se va activa aplicația de schițare (Sketcher), figura 3.9, acționând cu mouse-ul pictograma

Așa cum s-a afirmat, planul de desenare poate fi unul dintre planele de coordonate sau o suprafață plană a modelului.

7

Fig. 9. Mediul de desenare 2D (Sketcher)

Semnificațiile pictogramelor afișate în partea dreaptă a ecranului sunt date în tabelul 1.

Tabelul 1

8

În timpul desenării contururilor plane, planul pe care se desenează va fi paralel cu planul ecranului. Dacă planul nu este în această poziție se poate impune dispunerea sa corectă apăsând butonul

O schiță 2D este constituită dintr-unul sau mai multe profiluri închise care nu se autointersectează și dintr-un ansamblu de constrângeri, dimensionale s au geometrice.

După intrarea în mediul de desenare 2D Sketcher() sunt necesare de regulă câteva ac țiuni care vor ușura realizarea modelului :

1. Impunere atracție grilă (grid snap), acționând butonul corespunz ător de pe bara cu instrumente Tools (fig. 10). Dacă butonul este selectat, cursorul mouse-ului nu se va putea opri decât în punctele grilei imaginare afișată automat.

Fig. 10. Efectul activării atracției grilei

2. Activare autoconstrângeri ( autoconstraint), figura 11.

Fig. 11. Efectul activării autoconstrângerilor ( autoconstraint)

Dacă butonul autoconstraint este activat, în timpul trasării unui element geometric aplicația încearcă să ghicească intențiile proiectantului, adăugând automat constrângerile cele mai probabile.

9

Construcția elementelor geometrice care compun o schiță 2D se realizează cu instrumentele dispuse pe bara cu instrumente Profiles:

Construcția profilurilor

Profilurile conțin segmente de dreaptă și arce de cerc. (fig. 12) și rezultatul obținut este prezentat în figura 13.

linie orizontală

arc de cerc (fără racordare)

arc de cerc (cu racordare)

Fig. 12. Construcția contururilor din segmente de dreaptă și arce de cerc

10

Fig. 13. Construcția rezultată

 Construcția punctelor

Punctele pot fi definite în 5 moduri, după cum rezultă din figura 14.

puncte prin proiecția altor puncte pe o curbă dată

punct obținut prin intersecția a două curbe

puncte echidistante

punct prin coordonate

punct prin indicare cu mouse-ul

Fig.14. Definirea punctelor

 Construcția liniilor

Ca și în cazul punctelor, pentru definirea liniilor (segmentelor de dreaptă) aplicația pune la dispoziție mai multe posibilități (fig. 15).

11

linie infinită, bisect. a unghiului format de 2 linii

linie tangentă simultan la două curbe

linie infinită (verticală, orizontală sau prin două puncte) linie prin indicarea cu mouse-ul

Fig.15. Definirea liniilor

Construcția curbelor spline

Mediul de lucru selectat permite generarea a două tipuri de curbe spline: curbe spline de interpolare, definite pornind de la un număr de puncte, și curbe spline de racordare, care permit generarea unui profil de racord bazat pe două curbe date (fig.16).

curbă spline pentru racordare

curbă spline prin puncte

Fig. 16. Definirea

curbelor spline

Construcția cercurilor și a arcelor

Pentru generarea arcelor de cerc și a cercurilor aplicația pune la dispoziție 7 posibilități, după cum urmează:

12

arc prin centru și extremități

arc prin extremități și rază sau al 3-lea punct

arc prin 3 puncte

cerc tangent la 3 entități

cerc prin coordonate cerc prin 3 puncte

cerc folosind două puncte (centru și mărime rază)

Fig.17. Generarea arcelor de cerc

Construcția conicelor

Aplicația permite generarea atât a conicelor clasice (elip să, parabolă și hiperbolă) cât și a unei conice oarecare. Butoanele și semnificațiile lor sunt cele prezentate în figura 18.

conică prin 5 puncte

hiperbolă

parabolă prin focar, vârf și extremități arc

elipsă prin centru, semiaxa mare și semiaxa mică

Fig.18. Generarea conicelor

 Construcția axelor

Axele vor fi construite fie pentru generarea unor contururi care prezintă simetrii, fie pentru construirea unor corpuri de revoluție (fig. 19).

13

axă

Fig. 19. Contur pentru generarea unui corp de revoluție

Operațiile pe profiluri (rotunjirea, teșirea etc.) pot fi declanșate după generarea unui ansamblu de entități și sunt realizate folosind instrumentele conținute în bara cu instrumenteOperation. În momentul selectării unui buton corespunzând uneia dintre opera ții, pe bara cu instrumente Sketch Tools apar variante de executare a operației :

 Rotunjirea

Rotunjirea poate fi executată în 3 moduri (fig.20).

se păstrează ambele entități

se păstrează o entitate

rotunjire normală

Fig.20. Executarea rotunjirii

Teșirea

Variantele de executare a teșirii sunt prezentate în figura 21.

se păstrează ambele entități

se păstrează o entitate

Fig.21. Executarea teșiturii

teșire normală

14

Tăierea extremităților

Tăierea extremităților poate fi realizată în 2 moduri (fig.22).

tăiere un element

tăiere ambele elemente

Fig.3.22. Tăierea extremităților

Simetria

Pentru a folosi acest instrument, se vor genera elementele supuse transformării și o axă de simetrie. Apoi se vor selecta elementele, se va apăsa butonul și se va selecta axa.

Impunerea constrângerilor dimensionale sau legate de poziția reciprocă a elementelor grafice realizate asigură în final corectitudinea unei construcții.

În urma impunerii constrângerilor o schiță poate fi:

o incomplet definită (există încă elemente mobile), figura 23 ;

Fig. 23. Construcție incomplet definită.

o complet definită (toate elementele sunt fixe), figura 24 ;

15

Fig. 24. Construcție complet definită.

o supradefinită, figura 25.

Fig. 3.25. Construcție supradefinită.

Starea diferitelor elemente din schiță influențează culoarea în care sunt desenate.

Constrângerile asigur ă pozițiile reciproce și dimensiunile elementelor generate. Înaintea impunerii unei constrângeri trebuie selectate eleme ntele la care aceasta se va referi. În tabelul 2 s-au evidențiat constrângerile care pot fi impuse în funcție de elementele selectate.

Tabelul 2

Pe schițele generate de aplicație constrângerile sunt reprezentate prin simboluril e cuprinse în tabelul 3.

Pentru a avea acces la butoanele necesare impunerii de constrângeri se va afi șa bara cu instrumente Constraints.

Aplicația permite impunerea de restricții în două moduri: prin selectarea lor dintr-o fereastră de dialog și restricții dimensionale (cote). Î figura 26 s-a inclus fereastraa de dialog afișată în vederea selectării restricției dorite. În funcție de elementele selectate în prealabil, un număr de butoane de opțiune din fereastră sunt reprezentate în stare activă, deeci pot fi selectate cu mouse-ul.

Fig. 26. Im punerea de restricții folosind fereastra de diaalog

Pentru introducerea unei dimensiuni se va apăsa butonul .

În funcție de numărul de elem ente selectate se pot impune dimensiunile prezentate în tabelul4.

17

Tabelul 4

Realizarea modelelor solide

Sistemele de proiectare asistată de calculator păstreză modelele solide sub forma unei colecții de blocuri geometrice elementare interconectate. Acestea pot fi cu geometrie implicită

(racordări, teșituri, repetări ale unor porțiuni deja definite) sau explicită, generată prin exploatarea unui contur sau ansambluri de contururi definit în prealabil. Rezultatul este un model 3D parametrizat și un arbore structural care reflectă derularea în timp a procesului de construcție și permite accesarea diferitelor elemente realizate și a parametrilor lor.

Pentru realizarea unui model 3D, CATIA dispune de mediul de lucru Part Design așa cum s-a văzut în figura 1.

În stânga ferestrei de desenare și suprapus peste aceasta se vede arborele structural al modelului în forma inițală. În partea dreaptă a zonei de desenare este afișat un ansamblu de bare cu instrumente specifice. La apăsarea butonului drept al mouse-lui se afișează un meniu contextual particularizat al cărui conținut este dependent de starea aplicației.

Realizarea blocurilor grafice cu geometrie explicită

Aceste entități 3D sunt realizate pornind de la contururi 2D, deci generarea lor va fi posibilă doar după definirea acestora. Se poate începe direct generarea unei entități, fără desenarea în prealabil a unui contur 2D deoarece fiecare fereastră de definire a unei astfel de entități conține un buton care permite trecerea imediată înSketcher.

Formă extrudată (Pad )

Apăsând butonul Pad după realizarea unei schițe se va afișa blocul de construcție cu o geometrie corespunzând unui set implicit de valori date parametrilor de definiție precum și o fereastră care permite modificarea valorilor acestora (fig. 27).

18

revenire în Sketcher

Fig. 27. Definirea unei forme extrudate (Pad).

Butonul Reverse Side se folosește în cazul profilurilor deschise pentru selectareapărții care se extrudează, ca în figura 28.

Fig. 28. Formă extrudată definită pe baza unui contur deschis.

Limitarea înălțimii (fig. 29) pe care se realizează extrudarea se poate face în 5 feluri:

o prin introducerea înălțimii pe care se extrudează profilul (Type = Dimension) ;

impunând ca extrudarea s ă se oprescă la întâlnirea următoarei suprafețe în direcția extrudării (Type = Up to Next) ;

prin indicarea ca suprafață pân ă la care se extrudează ultima suprafață din model întâlnită pe direcția extrudării (Type = Up to Last) ;

prin indicarea unui plan pân ă la care se va realiza extrudarea (Type = Up to Plane) ;

prin indicarea unei suprafețe pân ă la care se va realiza extrudarea (Type = Up to Surface).

19

Type = Up to Plane (extrudare oblică)

Fig. 29. Limitarea extrudării

Formă extrudată pe înălțimi diferite (Multi-Pad )

Dacă un ansamblu de contururi închise vor trebui extrudate pe înălțimi diferite, pentru fiecare contur (domeniu) în parte va trebui indicată înălțimea de extrudare, ca în figura 30.

20

Fig. 20. Definirea unei extrudări multiple pe înălțimi diferite

Acest instrument permite generarea unor forme complexe ca în figura 31.

21

Fig. 3.31. Generarea unei forme extrudate cu înclinații și rotunjiri

Buzunar (Pocket )

După formele extrudate de tip Pad, în realizarea modelelor complexe se folosesc frecvent buzunare (forme de tip Pocket). Ele permit modelarea prin suprimare de material. Conturul de pornire se definește de regulă pe o față a corpului (o față plană). Posibilitățile de limitare a distanței pe care se execută extrudarea sunt similare celor prezentate deja la generarea formelor extrudate de tip Pad.

Buzunarele realizate prin extrudare pân ă la o suprafață permit realizarea unor alezaje având secțiune necirculară.

În figura 32 se prezintă un exemplu de realizare de astfel de bloc grafic și fereastra de dialog cu ajutorul căreia sunt stabiliți parametrii acestuia.

Fig. 32. Generarea unui buzunar

22

Buzunarul multiplu se generează ca și o formă extrudată pe înălțimi diferite (Multi-Pad). Practic după realizarea contururilor necesare se vor indica înfereastra afișată la acționarea butonului, înălțimile de extrudare dorite.

Buzunarul cu înclinații și rotunjiri permite generarea cavităților de formă complexă care prezintă atât înclinări ale suprafețelor laterale cât și rotunjiri ale muchiilor rezultante. Se generează similar formelor de tip Drafted Filleted Pad.

Generarea unei forme de revoluție presupune realizarea unei schițe care conține un contur plan și o axă. Cu schița selectată, se apasă butonul indicat și se indică restul parametrilor elementului grafic, ca în figura 33.

Fig. 3.33. Generarea unei forme de revoluție

23

Realizarea unei astfel de cavități presupune aceiași pași ca și în cazul formelor de revoluție de tip Shaft, diferența fiind aceea că în loc să se adauge material în urma rotirii conturului plan, se realizează o suprimare de material, ca în figura 34.

Fig. 3.34. Generarea unei cavități de tip Groove

Alezaj (Hole )

Acest instrument permite definirea unei variate palete de alezaje circulare, formele acestora fiind date de geometria sculelor folosite. În figura 35 sunt prezentate formele care pot fi realizate :

Fig. 35. Tipuri de alezaje

Pentru limitarea alezajelor s-au prevăzut 5 posibilități (fig. 36):

24

Fig. 36. Limitarea alezajelor

În figura 3.37 se prezintă un exemplu de definire de alezaj.

găuri filetate

Fig. 37. Definirea parametrilor unui alezaj

În figura 38 s-a prezentat un alezaj realizat pe osuprafață înclinată. Pentru definirea alezajului s-a folosit ca și element de referință o dreaptă generată anterior, paralelă cu axa alezajului.

25

Fig. 3.38. Alezaj înclinat

O astfel de formă (fig. 39) se obține prin deplasarea unui profil plan de-a lungul unei traiectorii, desenate în prealabil.

profiluri

rezultat

Fig. 39. Bloc grafic obținut prin extrudarea după o traiectorie (Rib).

26

Formă obținută prin înlăturarea unui volum de material obținut prin extrudarea

În figura 40 se prezintă un exemplu de realizare a unei astfel de forme. Parametrii care definesc schema de generare sunt similari celor folosți la Rib.

Fig. 40. Formă obținută prin înlăturarea unui volum de material generat prin deplasarea unei curbe plane după o traiectorie.

Nervură (Stiffner )

Pentru a genera o nervură se va desena într-un plan profilul nervurii (fig.41). Profilul poate fi deschis.

Fig. 41. Construirea profilului unei nervuri.

În continuare se pot defini ceilalț parametri necesari construcției nervurii (fig. 42).

27

Realizarea unui astfel de bloc grafic este precedată de construcția unui ansamblu de contururi plane, generatoare (fig. 43).

Fig. 43. Construcția unui bloc grafic de tip Loft.

28

Formă înlăturată realizată prin unirea unor contururi din diferite plane (Remove Lofted Material )

Se generează ca și Loft, diferența constând în faptul că forma obținută va fi folosită pentru înlăturarea unui volum de material.

Realizarea blocurilor grafice cu geometrie implicită

Pe lâng ă blocurile grafice generate pornind de la contururi 2D, un model mai poate prezenta rotunjiri, teșiri repetări de blocuri grafice deja definite etc. Modeloarele geometrice dispun de funcții specializate care permit realizarea suprafețelor corespunzătoare acestor blocuri grafice și deoarece pentru crearea lor nu se face apel la schițe ajutătoare, acestea sunt de obicei denumite blocuri grafice cu geometrie implicită.

Rotunjirea muchiilor (Fillet )

Apăsând butonul Fillet de pe bara cu instrumente Dress-up Features se va afișaa fereastra din figura 44 care permite indicarea razei rotunjirii (3 mm) și a modului de propagare a acesteia. Implicit este selectat modul tangențial, ceea ce înseamnă că rotunjirea se propagă și spre muchiile tangente la cea selectată. O altă posibilitate este "Minimal", care limitează rotunjirea la segmentul selectat.

Aplicația permite și realizarea unor rotunjiri având o geometrie compl exă: rotunjiri cu rază variabilă, rotunjiri cu păstrarea unor muchii, rotunjiri care se intersectează (fig. 45).

Fig. 44. Realizarea rotunjirii muchiilor.

29

Fig. 3.45. Alte tipuri de rotunjiri.

Teșirea muchiilor (Chamfer )

Teșirile se realizează similar rotunjirilor. Pentru a defini o teșire se va apăsa butonul Chamfer și se vor indica în fereastra care se afișează parametrii acesteia, respectiv mărimea și modul de propagare (fig. 46).

Fig. 46. Definirea geometriei teșiturilot muchiilor