Procesul de asamblare virtual, utilizand programul CATIA. Studiu de caz ”Sistem de prehensiune pentru caroserie auto”. Tehnologia de fabricatie si… [303530]

[anonimizat]. Studiu de caz ”Sistem de prehensiune pentru caroserie auto”. Tehnologia de fabricatie si calculul costurilor pentru reperul ”piesa de legatura”

1.Noțiuni de bază privind utilizarea programului CATIA

Programul CATIA (Computer Aided Three Dimensional Interactive Applications) este un produs al companiei Dessault Systemes și este unul dintre cele mai frecvent utilizate sisteme CAD/CAE/CAM din lume. Acesta are aplicații în diverse domenii: [anonimizat], navală, aeronautică, robotică s.a.

În decursul anilor compania Dessault Systemes au lansat mai multe versiuni a programului CATIA și pentru fiecare diverse reactualizări pentru a îmbunătați performanța utilizatorului. Versiunea a 5-a a aparut in anul 1999 [anonimizat]: concepția și realizarea avansată a [anonimizat].

CATIA versiunea 5 [anonimizat] o entitate reală. Astfel oferind posibilitatea de a [anonimizat], se poate verifica daca un ansamblu poate fi demontabil sau nu s.a.

Programul este conceput pe o structură modulară și înglobeazș un numar mare de module care asigura o [anonimizat], cu posibilitatea de a continua editarea obiectului curent. Dintre aceste module unele pot fi considerate de baza deoarece permit realizarea aproape a oricarui tip de piesa sau ansamblu si permite analiza si simularea cinematică a elementelor:

[anonimizat] 3D, deoarece acesta creeaza schița unui profil 2D.

[anonimizat] 3D a pieselor mecanice s.a

[anonimizat], utilizand constrângerile mecanice pentru a [anonimizat] a [anonimizat]: reguli, reacții, parametri, formule s.a.

[anonimizat] – utilizatorul are posibilitatea de a [anonimizat] – este folosit pentru a [anonimizat], [anonimizat] a produselor complexe.

2.Modulul “Assembly Design”

2.1. Arborele de specificații

Modulul Assembly Design este folosit să aducă împreună mai multe subansamble (CATPart), într-un ansamblu numit CATProduct. Ansamblul CATProduct poate fi compus si dintr-o combinație de CATPart si CATProduct mai mici pentru a forma un ansamblu mai mare si mai complex. Aceste CATProducts pot fi folosite pentru simularea cinematicii, analiza rezistenței, simularea montajului, s.a.

Structura ansamblului este structurat in Arborele de specificații care conține un istoric al proceselor și instrumentelor aplicate într-o sesiune de lucru. Oferă posibilitatea de a selecta anumite componente din cadrul ansamblului, de vizualizare a constrângerilor, de alegere a soluției optime în etapa de analiză cu elemente finite etc. Din aceste motive, arborele are o structură liniară, arborescentă, poate fi mărit, micșorat, deplasat oriunde în spațiul de lucru, este expandabil, poate fi chiar ascuns temporar. Utilizatorul poate sa regăsească toate etapele de creație și astfel sa modifice doar părtile vizate.

Accesul modulului Assembly Design se face prin calea Start > Mechanical Design > Assembly Design.

Fig. : Prezentarea arborelui de specificații si componentele acestuia

2.2. Meniu și barele de instrumente

Product – acest nod are o legatură cu un document CATProduct și poate fi poziționat și orientat într-un CATProduct. Se pot atașa și alte noduri cum ar fi alte ansamble (Products), subansamble (Parts) și alte componente.

Part – acest nod are o legatură cu un document CATPart și poate fi poziționat și orientat într-un CATProduct. Nu se mai poate atașa un alt nod într-un Part.

Component – acest nod nu are o legatură cu un document extern. Poate fi orientat și poziționat și se pot atașa alte ansamble (Product) si subansamble (Parts).

In modulul Assembly Design găsim cinci bări de instrumente principale:

Instrumente pentru structura produsului – folosite pentru a creea arborele de specificații

Operații de poziționare – folosite pentru a poziționa ansamblele si subansamblele

Caracteristici de asamblare – opțiuni pentru a impune diferite caracteristici ansamblului

Adnotarile – atasează text caracteristicilor de asamblare

Constrangerile – creează constrângeri de asamblare între ansamblu si subansamble

2.3. Constrângerile de asamblare din CATIA V5

Pentru aplicarea constrângerilor de asamblare trebuie să ținem cont de urmatoarele aspecte:

Constrângerile pot fi aplicate numai între componenții de tip copil al componentului activ

Între doua elemente geometrice care aparțin aceluiaș component, nu se pot aplica constrângeri

Între doua componente ale aceluiaș subansamblu, nu se pot defini constrângeri, daca subansamblul nu este componentul activ

Analizând fig.4 vom observa:

Constrângerea (1) nu poate fi aplicată pentru ca Product K nu aparține componentului Product B care este componentul activ. Pentru a defini această constrângere Product A trebuie sa fie activ.

Constrângerea (2) nu poate fi aplicată deoarece Product E si Product F aparțin altui component decat celui activ Product B. Pentru a defini această constrângere trebuie ca Product D sa fie făcut activ.

Constrângerea (3) poate fi aplicată deoarece Product C aparține componentului activ Product B. De asemenea, Product E este conținut in Product D care este la rândul său conținut in Product B care este activ.

Fig. 4. Tipuri de constrângeri

În tabelul 1 este prezentată simbolizarea utilizată pentru reprezentarea

constrângerilor între componentele unui ansamblu.

Cu precizarea că în arborele de comenzi constrângerile dezactivate sunt precedate de simbolul().

2.3.1 Crearea unei constrângeri de coincidență

Constrângerile de coincidență sunt folosite pentru a alinia elementele.În funcție de natura elementului selectat, se poate obține concentricitate, coaxialitate sau coplanaritate. Toleranța implicită, adică cea mai mica distanță care poate fi folosită pentru a diferenția 2 elemente, este stabilită la valoarea de 0,001 mm. În tabelul 2 sunt prezentate elementele care pot fi selectate la folosirea constrângerii de coincidență.

Tabel . Elemente folosite la constrângerea de coincidență

Pentru a crea o constrângere de coincidență se procedeaza astfel:

-se selectează opțiunea Coincidence Constraint:

-se selectează fața de constrâins a elementului roșu (fig.5);

-se selectează cea de a 2-a fața de constrâns aparținând elementului albastru (fig.5).După definirea fețelor de constrâns, pe ecran, este afișat dialogul Constraint Properties în care sunt indicate componentele și statutul acestora.

Fig.5. Selectarea fețelor pentru constrângere Fig.6. Rezultatul aplicării

-se alege tipul de constrângere dorit, de exemplu, Opposition;

-se selectează OK, iar constrângerea se aplică pentru cele doua elemente(fig.6).

2.3.2 Crearea unei constrângeri de contact

Constrângerile de contact pot fi create între doua plane sau fețe.În funcție de natura contactului dintre doua plane, aria comună a acestora poate fi un plan (contact după un plan), o linie (contact după o linie) sau un punct (contact in punct). În tabelul 3 sunt prezentate elementele ce pot fi selectate pentru constrângerea de contact.

Tabel . Elementele folosite pentru constrângerea de contact

Pentru a crea o constrângere de contact se procedeaza astfel:

Se selectează opțiunea Contact Constraint prin accesarea iconiței sau din meniul Insert

Se selectează fața de constrâns a elementului roșu (fig.7);

Se selectează cea de-a doua fața-aparținând elementului albastru.

În urma aplicării constrângerii, primul element selectat (corpul roșu) este cel care se deplasează fată de cel de-al doilea (corpul albastru) astfel încât constrângerea sa fie îndeplinită (fig.8).

Fig. 7. Selectarea fețelor Fig.8. Rezultatul aplicării constrângerii de contact

2.3.3 Crearea unei constrângeri de tip offset

Pentru aplicarea unei constrângeri de tip offset trebuie specificată orientarea fețelor, iar valoarea de offset este specificată langă constrângerea offset.

În tabelul 4 sunt prezentate elementele cărora pot să li se aplice constrângeri de tip offset.

Tabel . Elementele între care se pot aplica constrângerea de tip offset

Pentru a crea o constrângere de tip offset se procedeaza astfel:

Se selectează opțiunea Offset Constraint cu ajutorul iconiței sau comanda corespunzatoare din meniul Insert

Se selectează fața de constrâns – de exemplu, fața indicată cu ajutorul cursorului (fig.9);

Se selectează cea de-a doua față de constrâns, indicată cu ajutorul cursorului(fig.10).Pe ecran apare fereastra de dialog Constraint Properties care arată statutul componentelor implicate în acțiunea de constrângere;

Prin alegerea uneia dintre opțiunile: Opposite sau Same (in exemplul considerat se alege Opposite), se definește orientarea fețelor de constrâns.

Se introduce o valoare de offset dorită (în exemplul considerat valoarea de 38 mm) in câmpul Offset din fereastra de dialog Constraint Properties;

Se alege OK, rezultatul impunerii constrângerii de tip offset este prezentat in fig.11.

Fig. 9. Selectarea feței I Fig. 10. Selectarea feței II Fig. 11. Rezultatul constrângerii

Ca și în cazul constrângerilor de coincidență și a celor de contact, corpul care se deplasează astfel încat constrângerea să fie îndeplinită este primul selectat.

2.3.4 Crearea unei constrângeri de tip unghi

Pentru a crea o constrângere de tip unghi se procedeaza astfel:

Se selectează opțiunea Angle Constraint cu ajutorul iconiței sau se foloseste comanda corespunzatoare din meniul Insert;

Se selectează fața de constrans – aparținând corpului albastru (fig.12);

Se selectează a doua față de constrâns – aparținând corpului roșu(fig.13);

Din lista de constrângeri afișate în fereastra de dialog Constraint Properties, se alege opțiunea Angle;

Se introduce valoarea dorită pentru unghi (ex. 40°);

Se alege OK pentru crearea constrângerii de tip unghi(fig.14).

Fig. 12. Selectarea primei fețe Fig. 13. Selectarea celei de-a doua fețe

Fig. 14. Poziția celor doua corpuri dupa aplicarea constrângerii de tip unghi

2.3.5 Analiza constrângerilor

Efectuarea unei analize a constrângerilor se face cu ajutorul opțiunii Constraint Analysis urmand calea Analyze->Constraints.Este afișata fereastra de dialog Constraint Analysis în care este prezentat statutul constrângerilor aplicate componentlui selectat (fig.15):

Active Component prezintă numele componentului activ;

Component prezintă numărul de componente copil conținute de componentul activ, iar Not constrained prezintă numărul de componente copil neconstrânse, din componentul activ.

Status prezintă statutul constrângerilor;

Verified prezintă numărul constrângerilor verificate;

Impossible prezintă numărul de constrângeri imposibile, adică situațiile în care geometria nu este compatibilă cu constrângerea;

Not updated prezintă numărul de constrângeri care trebuie reactualizate;

Broken prezintă numărul de constrângeri rupte, adică numărul de constrângeri în care lipsește un element de referința; acestea pot fi reconectate folosind opțiunea Reconecting Constraints;

Deactivated reprezintă numărul de constrângeri dezactivate;

Measure Mode reprezintă numărul de constrângeri din modul de măsurare;

Fixed Togheter reprezintă numărul de operații de fixare;

Total reprezintă numaărul total de constrângeri ale componentului activ.

Fig. 15. Fereastra de dialog Coinstraints Analysis

Fereastra principala de lucru specifică aplicației de modelare a ansamblurilor Assembly Design este prezentată in fig.16.

Fig. 16. Aplicația Assembly Design

EXEMPLU

Pornim de la un ansamblu existent. Produsul 1 (denumit Product1) este compus din trei parți independente (denumite componente), toate fiind create folosind modulul de modelare tridimensionala din CATIA V5 (fig.17):

1.Corp reductor

2.Rulment

3.Arbore

Fig. 17. Componentele ansamblului Product 1

Pentru componentele prezentate au fost definite constrângeri de tip Surface si Coincidence.

Se selectează urmând calea Edit->Representation->Design Mode, pentru a avea obține datele tehnice;

Se selectează semnul “+” din partea stangă a textului Constraints din arborele de comenzi (fig.17), constrângerile fiind vizibile în aria geometrică.

Fixarea unui component al ansamblului se face parcurgând etapele:

Se selectează “corp redactor” din arborele de comenzi sau din ecranul de lucru;

Se alege opțiunea Fix , iar componentul selectat este imediat fixat, acest lucru fiind vizibil prin afișarea pe corp a unui simbol sub forma unei ancore (fig.18). Constrângerile aplicate , impreună cu simbolurile corespunzatoare acestora, sunt vizibile in arborele de comenzi (de exemplu, suprafața de contact între rulment și corpul reductor,fig.19).

Pentru a introduce în ansamblu un component deja existent se face astfel:

Se selctează Product 1 din arborele de comenzi;

Se selctează opțiunea Insert Existing Component;

Din fereastra de dialog Existing se selectează componentul care urmează a fi adăugat în ansamblu, se precizează calea de acces către acesta și se deschide fișierul. În figura 20 este prezentat noul component (rulment.2) care este la rândul său un ansamblu alcătuit din trei parți și un subansamblu.

Fig. 18. Fixarea componentului corp redactor Fig. 19. Afișarea constrângerilor

Fig. 20. Adăugarea la ansamblu a unui nou component, deja existent

Impunerea constrângerilor între componentele ansamblului, în cazul de față alinierea axei rulment.2 la axa reductorului se face astfel:

Se selectează iconul Coincidence;

Se selectează, de pe ecranul de lucru, axa dorită (axa rulment.2,fig.21);

Se selectează una dintre cele doua fețe circulare ale reductorului, selectând astfel axa asociată acestora (fig.22). Constrângerea astfel creată determinaă repoziționarea (alinierea) componentului rulment.2 fatță de restul ansamblului (fig.22).

Fig. 21. Selectarea axei rulmentului 2 Fig. 22. Selectarea axei reductorului

Pașii ce trebuie parcurși pentru crearea unei constrângeri de contact între rulment.2 și ansamblu sunt ilustrați în fig.23.

Se activează opțiunea Contact Constraint;

Se activează fața – de pe rulment.2 – indicată de sageata in fig. 23(mijloc);

Se activează fața circulară de pe ansamblu, opusă feței de pe rulment selectată în pasul anterior (fig.23 stânga).Rezultatul impunerii acestei constrângeri este prezentat in fig. 24.

Fig. 23. Crearea unei constrângeri de contact

Fig. 24. Ansamblul creat

2.4 Explodarea unui ansamblu constrâns

Opțiunea Explode se aplică doar atunci când ansamblului îi sunt atribuite urmatoarele constrângeri de coincidență:

Axa/axe;

Plan/plane

Procedura de lucru este urmatoarea:

Se selectează iconul Explode, pe ecran fiind afișata fereastra de dialog Explode (fig.25);

Fig. 25. Fereastra de dialog Explode

Parametrul Depth ofera posibilitatea de a aleage între o vedere total explodată (All levels) sau o vedere parțial explodată (First level).

2.5 Afișarea listei de componente ale ansamblului

Opțiunea Bill of Material din meniul Analyze afisează lista cu componentele ansamblului (fig.26). Ea este compusă din urmatoarele secțiuni:

Bill of Material, listează toate piesele și sub-produsele, unul dupa altul;

Recapitulation, afisează numărul total de piese utilizate în produs;

Define formats, permite crearea unei liste de material;

Fereastra de dialog Bill of Material are doua părți:

Bill of Material

Listing Report

Fig. 26. Lista de componente ale unui ansamblu, secțiunea Bill of Material

Fig. 27. Lista de componente ale unui ansamblu, secțiunea Listing Report

3. Obținerea ansamblului virtual la”Sistemul de prehensiune pentru caroserie auto”

În următoarele figuri voi prezenta schema de ansamblu a sistemului de prehensiune “Gripper System” și cateva din componentele acestuia.

Fig. 28a. Vedere isometrica a întregului ansamblu

Fig. 28b. Vedere isometrica cu evidețierea unitaților

Fig. 32.Componenta 100

Fig. 34.Componenta 300

In fig.29 este prezentată balonarea reperelor componente ale sistemului și indică numărul de identificare ceea ce permite o ușoara localizare a acestora în sistem.

În fig.30,31 sunt prezentate vederile auxiliare ale unor unitați. În aceste vederi a fost cotat unghiul de deschidere a reperelor mobile.

În fig.32,33,34,35,36 sunt prezentate unele repere care au fost cotate pentru a fi executate.

Pentru realizarea acestor desene 2D au fost create in formatele A0,A2,A3,A4 chenare si indicatoare pentru fiecare reper. Pentru a trece din zona proiectiilor in zona plansei se realizeaza prin intermediul meniului Edit->Background, iar inapoi din zona plansei in cea a proiectiilor cu optiunea Working Views a aceluias meniu.

In zona plansei din meniul Insert->Drawing se alege optiunea Frame si Title Block pentru inserarea chenarului si indicatorului predefinite, oferite de program.

Vom prezenta sistemul de prehensiune pentru caroserie auto intitulat “Gripper System” în varianta 3D și pașii parcurși pentru obținerea acestui sistem.

Fig. 37. Sistem de prehensiune pentru caroserie auto

Acesta este format din mai multe ansamble numite unitați, prezentate in fig.38,39.

Unitatile sunt ansamble care contin mai multe componente, actionand ca un cleste de prindere si fixare. Acesti clesti au forma si dimensiunea au fost stabilite avandu-se in vedere rolul functional de prindere, reglare si fixare a unei table de caroserie auto care urmeaza a fi sudata.

Acesti clesti sunt fixati pe un cilindru cu actionare hidraulica care inchide si deschide partea mobila a clestelui pentru a putea insera si fixa tabla iar mai apoi se inchid pentru a strange si pastra pozitia fixa. In fig.38,39 se observa pozitia deschisa a partii mobile prin reprezentarea acestia in forma transparenta.

Fiecare unitate este pozitionata pentru a prinde punctele de pe tabla desemnate in prealabil. Tabla si actionarea clestilor asupra acesteia sunt prezentate in fig.40,41.

Pentru a crea acest ansamblu si pentru a stabilii constrangerile folosim modulul CATIA Assembly Design din meniul Start->Mechanical Design->Assembly Design (fig.42).

Aici putem insera in ansamblu componentele existente. Inserarea se realizaza prin intermediul optiunii Existing Component din meniul Insert.

Dupa accesarea optiuni, programul asteapta specificarea ansamblului in care component va fi inserata. In cazul de fata vom impartii produsul nostru in doua parti, parti mobile “Mobile Parts” si parti fixe “Fixed Parts” si vom insera prima componenta in pachetul de parti fixe.

Vom repeta aceasta etapa pentru fiecare componenta din grupul Fixed Parts si din grupul Mobile Parts(fig.45).

In fig.45 vom observa structura ansamblului, astfel primul element este ansamblul Product 2.0, urmat de componentele sale. Spre exemplu, reperul FIXED_SUPPORT_2.2 este de tip PartBody, create in modulul CATIA Part Design.

Pentru a denumii ansamblul si componentele sale accesam optiunea Properties din meniul contextual (click dreapta pe entitate). In fereastra de dialog Properties, in tab-ul Product, in campul Part Number este numele reperului si unde acesta poate fi modificat. De asemenea, in campurile urmatoare putem introduce alte informatii de tip text (revisie, definitie, descriere,etc.) necesare unei bune gestionari a ansamblului(fig.46,47).

Fig. 46. Accesarea proprietatilor componentei

Fig. 47. Fereastra de dialog Properties

Aceasta metoda de inserare a componentelor existente presupune modelarea lor anterioara si stocarea pe disc.

Pentru a pozitiona si a asambla componentele ansamblului vom folosi unele din constrangerile prezentate in capitolul anterior.

Vom incepe prin a fixa cilindrul (V_40) fiind componenta cu gabaritul cel mai mare, utilizand comanda Fix Component de pe bara Constraints(fig.48).

Fig. 48. Aplicarea constrangerii Fix Component

In urmatorul pas vom pozitiona componenta “GNAK” pe suprafata cilindrului “V_40” si reperul “FIXED SUPPORT” pe suprafata componentei “GNAK”,iar intre cele doua, un despartitor “SPACER”. Toate acestea vor fi pozitionate cu ajutorul constrangeri de contact si vom pozitiona axele gaurilor cu ajutorul constrangeri de coincidenta(fig.49).

Vom proceda astfel si pentru partile mobile ale ansamblului pozitionand reperul “SPANNARM” pe cilindrul “V_40”, urmand sa fixam reperul “L-BLOCK” pe suprafata “SPANARM”, iar mai apoi vom fixa “MOBILE_SUPPORT” pe suprafata “L-BLOCK”, iar intre cel doua vom adauga un despartitor “SPACER_1”(fig.50).

Cu ajutorul compasului (partea dreapta sus din figura) vom deplasa/roti/orienta in spatiul de lucru componentele astfel incat vom ajunge in pozitii interediare, cat mai aproape de cele finale. Pentru a incepe utilizarea compasului se deplaseaza si pozitioneaza baza acestuia (simbolizata prin patratul mic rosu) pe una dintre fetele plane sau pe o axa a componentei selectate. Astfel utilizatorul va putea deplasa si roti piesa selectand oricare intre axele sau planele compasului.

Readucerea compasului la pozitia si orientarea initiala se face prin deplasarea sa deasupra sistemului orthogonal de axe XYZ, aflat in coltul din dreapta-jos al ecranului de lucru.

In pasul urmator, vom insera in ansamblu suruburi cu locas hexagonal M8 x 40 ISO 4762 din biblioteca de component standardizate pusa la dispozitie de program prin optiunea Catalog Browser din meniul Tools(fig.51).

In fig. 52,53 este prezentata casuta de dialog a Catalog Browser si cautarea si selectarea surubului pe care il dorim, urmand ca mai apoi sa il introducem si sa il pozitionam in ansamblul nostru(fig.54).